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JP7365566B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description

本発明は、非水電解液二次電池に関する。詳しくは、非水電解液二次電池における、セパレータおよび絶縁層の、非水電解液への濡れ性が適度に調整された非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. Specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the wettability of a separator and an insulating layer to a non-aqueous electrolyte is appropriately adjusted.

近年、リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、軽量で高いエネルギー密度が得られることから、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはEV(電気自動車)、HV(ハイブリッド自動車)、PHV(プラグインハイブリッド自動車)等の車両駆動用電源として広く用いられている。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries have been used as portable power sources for computers and mobile devices, as well as EVs (electric vehicles) and HVs (hybrid vehicles) because they are lightweight and have high energy density. It is widely used as a power source for driving vehicles such as , PHV (plug-in hybrid vehicle), etc.

この種の用途の典型的な非水電解液二次電池は、正極集電体および該正極集電体の表面に配置された正極合材層を有する正極と、負極集電体および該負極集電体の表面に配置された負極合材層を有する負極と、正極および負極を絶縁するセパレータとを備える。正極集電体は、正極合材層が設けられずに正極集電体が露出した、正極集電体露出部を有することがある。このような構成の正極集電体を有する正極は、例えば特許文献1に開示されている。
特許文献1には、正極集電体としての金属製芯体箔上と、正極合材未塗工部分(正極集電体露出部)を残しつつ金属製芯体箔上に設けられた正極活物質合剤層(正極合材層)と、正極合材未塗工部分に設けられた絶縁層と、を備える正極が開示されている。特許文献1では、このような絶縁層を設けることによって、正極および負極の内部短絡を防止することができると記載されている。
A typical non-aqueous electrolyte secondary battery for this type of use includes a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode composite material layer disposed on the surface of the positive electrode current collector, a negative electrode current collector and the negative electrode collector. It includes a negative electrode having a negative electrode composite layer disposed on the surface of the electric body, and a separator that insulates the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode current collector may have a positive electrode current collector exposed portion where the positive electrode current collector is exposed without being provided with a positive electrode composite material layer. A positive electrode having a positive electrode current collector having such a configuration is disclosed in, for example, Patent Document 1.
Patent Document 1 describes a positive electrode active layer provided on a metal core foil as a positive electrode current collector, and a positive electrode active layer provided on the metal core foil while leaving an uncoated portion of the positive electrode mixture (an exposed portion of the positive electrode current collector). A positive electrode is disclosed that includes a substance mixture layer (positive electrode mixture layer) and an insulating layer provided in a portion where the positive electrode mixture is not coated. Patent Document 1 states that by providing such an insulating layer, internal short circuits between the positive electrode and the negative electrode can be prevented.

特開2004-259625号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-259625

ところで、上記のような用途の非水電解液二次電池では、一度の充放電で大電流を出力するハイレート出力特性が求められている。非水電解液二次電池においては、電解液中の電荷担体(例えばリチウムイオン)がセパレータの空孔を通過して両電極間を行き来することで充放電が行われる。そのため、非水電解液二次電池においてハイレート出力特性を向上させるためには、正負極合材層に、十分量の電解液を含浸させる必要がある。しかしながら、上記のように正極に絶縁層を設けると、正極合材層と電解液との接触部分とが小さくなることから、正極合材層に十分な電解液を供給することができず、ハイレート充放電によって電池抵抗が増大する虞があった。かかる電池抵抗の増大は、電池のハイレート出力特性を低下させる要因となるため、好ましくない。 By the way, non-aqueous electrolyte secondary batteries for the above-mentioned applications are required to have high-rate output characteristics that output a large current in one charge/discharge. In a non-aqueous electrolyte secondary battery, charging and discharging are performed by charge carriers (for example, lithium ions) in the electrolyte passing through the pores of the separator and moving back and forth between the two electrodes. Therefore, in order to improve high-rate output characteristics in a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is necessary to impregnate the positive and negative electrode composite material layers with a sufficient amount of electrolyte. However, when an insulating layer is provided on the positive electrode as described above, the contact area between the positive electrode composite material layer and the electrolyte becomes small, making it impossible to supply sufficient electrolyte to the positive electrode composite material layer, resulting in high rate There was a risk that battery resistance would increase due to charging and discharging. Such an increase in battery resistance is undesirable because it causes a decrease in the high rate output characteristics of the battery.

また、非水電解液二次電池の普及にともなって、電池の安全性に対する要求がさらに高まっている。例えば、過充電等によって電池温度が上昇した際に備えて、電池の温度上昇を抑制するための好適な構造が求められている。
そこで、本発明は、上記課題を解決すべく創出されたものであり、その目的とするところは、非水電解液二次電池のハイレート性能の向上と安全性の向上とを両立し得る技術を提供することである。
Further, with the spread of non-aqueous electrolyte secondary batteries, demands for battery safety are increasing further. For example, there is a need for a suitable structure for suppressing a rise in battery temperature in case the battery temperature rises due to overcharging or the like.
Therefore, the present invention was created to solve the above problems, and its purpose is to develop a technology that can both improve high-rate performance and improve safety of non-aqueous electrolyte secondary batteries. It is to provide.

本発明者らは、正極に絶縁層を備える構成の非水電解液二次電池において、非水電解液に対するセパレータや絶縁層の濡れ性に着目した。本発明者らは、非水電解液に対するセパレータの濡れ性を高くすると、非水電解液二次電池のハイレート性能が向上し得る一方、過充電耐性が低下し得ることを見出した。そして、本発明者らの鋭意検討の結果、非水電解液に対するセパレータの濡れ性と非水電解液に対する絶縁層の濡れ性とのバランスを調整することによって、非水電解液二次電池のハイレート性能の向上と安全性の向上とを両立できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors focused on the wettability of the separator and the insulating layer with respect to the non-aqueous electrolyte in a non-aqueous electrolyte secondary battery configured to include an insulating layer on the positive electrode. The present inventors have discovered that increasing the wettability of the separator with respect to the non-aqueous electrolyte can improve the high-rate performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery, but can also reduce overcharge resistance. As a result of intensive studies by the present inventors, by adjusting the balance between the wettability of the separator to the non-aqueous electrolyte and the wettability of the insulating layer to the non-aqueous electrolyte, high-rate The inventors have discovered that it is possible to achieve both improved performance and improved safety, and have completed the present invention.

ここで開示される技術によると、正極および負極がセパレータを介在させつつ交互に積層された構造の電極体と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池が提供される。
上記正極は、正極集電体と、上記正極集電体が露出した正極集電体露出部を残して、該正極集電体の表面に配置された正極合材層と、上記正極合材層の所定の一の幅方向において、該正極合材層の一方の端部と上記正極集電体露出部との境界に沿って配置された、無機フィラーを含む絶縁層と、を備える。上記セパレータの表面における上記非水電解液の接触角は45°以上61°以下であり、かつ、上記絶縁層の表面における上記非水電解液の接触角は3.9°以上12°以下である。
かかる構成によると、ハイレート性能の向上と安全性の向上とが両立された非水電解液二次電池が提供される。
According to the technology disclosed herein, a non-aqueous electrolyte secondary battery is provided that includes an electrode body having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked with a separator interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte.
The positive electrode includes a positive electrode current collector, a positive electrode composite material layer disposed on the surface of the positive electrode current collector, leaving an exposed portion of the positive electrode current collector where the positive electrode current collector is exposed, and the positive electrode composite material layer. an insulating layer containing an inorganic filler disposed along a boundary between one end of the positive electrode composite material layer and the exposed positive electrode current collector in one predetermined width direction of the electrode. The contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the separator is 45° or more and 61° or less, and the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the insulating layer is 3.9° or more and 12° or less. .
According to this configuration, a non-aqueous electrolyte secondary battery is provided that is both improved in high-rate performance and improved in safety.

一実施形態にかかる非水電解液二次電池の内部構造を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment. 一実施形態にかかる非水電解液二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a wound electrode body of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment. 一実施形態にかかる非水電解液二次電池の正極の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment.

以下、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない非水電解質二次電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本明細書において数値範囲を示す「A~B」の表記は、A以上B以下を意味し、Aを上回るものでBを下回るものを包含する。
Embodiments according to the present invention will be described below. In addition, matters other than those specifically mentioned in this specification that are necessary for carrying out the present invention (for example, the general configuration and manufacturing process of a non-aqueous electrolyte secondary battery that do not characterize the present invention) can be understood as a matter of design by a person skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be implemented based on the content disclosed in this specification and the common general knowledge in the field.
In this specification, the notation "A to B" indicating a numerical range means greater than or equal to A and less than or equal to B, and includes those greater than A and less than B.

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。「非水電解液二次電池」とは、電荷担体として非水系の電解液を用いて充放電を実現する二次電池である。「活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種を可逆的に吸蔵および放出し得る物質をいう。以下、非水電解液二次電池がリチウムイオン二次電池である場合を例にして、本発明について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。 Note that in this specification, the term "secondary battery" refers to general electricity storage devices that can be repeatedly charged and discharged, and is a term that includes so-called storage batteries and electricity storage elements such as electric double layer capacitors. A "nonaqueous electrolyte secondary battery" is a secondary battery that achieves charging and discharging using a nonaqueous electrolyte as a charge carrier. The term "active material" refers to a substance that can reversibly absorb and release chemical species that serve as charge carriers in secondary batteries. Hereinafter, the present invention will be explained in detail by taking as an example a case where the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery, but it is intended that the present invention be limited to what is described in such embodiments. It's not a thing.

まず、ここで開示される非水電解液二次電池の構成について、図1を参照しつつ説明する。
図示されるように、非水電解液二次電池100は、扁平形状の捲回電極体20と、扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)30と、非水電解液80とを備えている。以下、各々について説明する。
First, the configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein will be explained with reference to FIG.
As illustrated, the non-aqueous electrolyte secondary battery 100 includes a flat wound electrode body 20, a flat square battery case (i.e., outer container) 30, and a non-aqueous electrolyte 80. . Each will be explained below.

電池ケース30は、捲回電極体20を収容する容器である。図示されるように、電池ケース30は、扁平な角型の容器であり、上面が開口した角型のケース本体32と、当該ケース本体32の開口部を塞ぐ板状の蓋体34とを備えている。電池ケース30には、所要の強度を有する金属材料(例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等)が用いられ得る。
電池ケース30には、外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に、該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36とが設けられている。また、電池ケース30には、図示されない注液孔が設けられており、非水電解液80は、この注液孔から電池ケース30に注入される。正極端子42は、正極集電板42aと電気的に接続されている。負極端子44は、負極集電板44aと電気的に接続されている。
The battery case 30 is a container that accommodates the wound electrode body 20. As shown in the figure, the battery case 30 is a flat square container, and includes a square case body 32 with an open top and a plate-shaped lid 34 that closes the opening of the case body 32. ing. The battery case 30 may be made of a metal material (eg, aluminum, aluminum alloy, stainless steel, etc.) that has the required strength.
The battery case 30 includes a positive terminal 42 and a negative terminal 44 for external connection, and a thin safety valve 36 configured to release the internal pressure when the internal pressure of the battery case 30 rises to a predetermined level or higher. It is provided. Further, the battery case 30 is provided with a liquid injection hole (not shown), and the non-aqueous electrolyte 80 is injected into the battery case 30 through this liquid injection hole. The positive electrode terminal 42 is electrically connected to the positive current collector plate 42a. The negative electrode terminal 44 is electrically connected to the negative current collector plate 44a.

非水電解液80は、非水溶媒と支持塩とを含んでいる。非水溶媒および支持塩の種類は特に限定されず、従来の非水電解液二次電池の電解液として使用されているものと同様であってよい。
非水溶媒の好適例は、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒である。なかでも、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート、および、これらのカーボネートがフッ素化されたフッ素化鎖状またはフッ素化環状カーボネートを、1種または2種以上含むことが好ましい。
支持塩の好適例は、例えば、LiPF、LiBF等のリチウム塩である。
電解液中のリチウム塩の濃度は、例えば0.8~1.3mol/Lとすることができる。非水電解液80は、その他、被膜形成剤、過充電防止剤などの添加剤を含むことができる。
The non-aqueous electrolyte 80 includes a non-aqueous solvent and a supporting salt. The types of the non-aqueous solvent and supporting salt are not particularly limited, and may be the same as those used as electrolytes in conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries.
Suitable examples of nonaqueous solvents include aprotic solvents such as carbonates, esters, and ethers. Among them, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethylmethyl carbonate (EMC), and these carbonates are fluorine-containing. It is preferable to contain one or more types of fluorinated chain or fluorinated cyclic carbonates.
A suitable example of the supporting salt is, for example, a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 .
The concentration of lithium salt in the electrolyte can be, for example, 0.8 to 1.3 mol/L. The non-aqueous electrolyte 80 can also contain additives such as a film forming agent and an overcharge prevention agent.

捲回電極体20は、絶縁フィルム(図示省略)等で覆われた状態で、電池ケース30の内部に収容された発電要素である。
図1,2に示されるように、捲回電極体20は、長尺シート状の正極50と、長尺シート状の負極60と、長尺シート状のセパレータ70とを備えている。捲回電極体20は、正極50と、負極60とが、2枚のセパレータ70を介して重ね合わされて長手方向に捲回された形態を有する。
The wound electrode body 20 is a power generation element housed inside the battery case 30 while being covered with an insulating film (not shown) or the like.
As shown in FIGS. 1 and 2, the wound electrode body 20 includes a positive electrode 50 in the form of a long sheet, a negative electrode 60 in the form of a long sheet, and a separator 70 in the form of a long sheet. The wound electrode body 20 has a configuration in which a positive electrode 50 and a negative electrode 60 are stacked on top of each other with two separators 70 in between and wound in the longitudinal direction.

正極50は、箔状の正極集電体52(例えばアルミニウム箔)と、当該正極集電体52の表面(好適には両面)に形成された正極合材層54とを備えている。また、正極集電体52は、正極合材層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分(即ち、正極集電体露出部52a)を有する。換言すれば、正極合材層54は、正極集電体52が露出した正極集電体露出部52aを残して、該正極集電体52の表面に形成されている。正極集電体露出部52aは、図示されるように、正極集電体露出部52aは捲回電極体20の捲回軸方向Y(即ち、上記長手方向に直交するシート幅方向)の一端から外方にはみ出すように形成されている。
正極50は、正極集電体52上に配置された絶縁層56を備える。絶縁層56は、正極合材層54の端部に沿って配置されており、正極50の面方向において、正極合材層54と、正極集電体露出部52aとの間に位置している。絶縁層56は、Y方向において、正極合材層54と、正極集電体露出部52aとの境界に配置されている。絶縁層56は、正極集電体52の両面に配置されてもよく、片面に配置されてもよい。
正極集電体露出部52aには、正極集電板42aが接合されている。
The positive electrode 50 includes a foil-shaped positive electrode current collector 52 (for example, aluminum foil) and a positive electrode composite material layer 54 formed on the surface (preferably both surfaces) of the positive electrode current collector 52. Further, the positive electrode current collector 52 has a portion where the positive electrode current collector 52 is exposed without the positive electrode composite material layer 54 formed thereon (ie, a positive electrode current collector exposed portion 52a). In other words, the positive electrode composite material layer 54 is formed on the surface of the positive electrode current collector 52, leaving the positive electrode current collector exposed portion 52a where the positive electrode current collector 52 is exposed. As illustrated, the positive electrode current collector exposed portion 52a extends from one end of the wound electrode body 20 in the winding axis direction Y (that is, in the sheet width direction perpendicular to the longitudinal direction). It is formed to protrude outward.
The positive electrode 50 includes an insulating layer 56 disposed on the positive electrode current collector 52. The insulating layer 56 is arranged along the edge of the positive electrode composite material layer 54, and is located between the positive electrode composite material layer 54 and the positive electrode current collector exposed portion 52a in the surface direction of the positive electrode 50. . The insulating layer 56 is arranged at the boundary between the positive electrode composite material layer 54 and the positive electrode current collector exposed portion 52a in the Y direction. The insulating layer 56 may be placed on both sides of the positive electrode current collector 52, or may be placed on one side.
A positive electrode current collector plate 42a is bonded to the positive electrode current collector exposed portion 52a.

正極合材層54の端部構造について、図2,3を適宜参照しつつ説明する。
図示されるように、正極合材層54は、本体部A1と、本体部A1よりも正極集電体露出部52aの近くに設けられ、正極合材層54のY1方向の端部(端部E2)を含む端部A2とを有している。
本体部A1は、正極集電体52の表面に形成されている。本体部A1は、厚みが略一定である。本体部A1の平均厚みは、特に限定されないが、概ね10μm~200μm、典型的には20μm~150μm、例えば40μm~100μmとすることができる。本体部A1は、正極合材層54の幅方向Yの中心を含んでいる。
The end structure of the positive electrode composite material layer 54 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 as appropriate.
As shown in the figure, the positive electrode composite material layer 54 is provided closer to the main body portion A1 and the positive electrode current collector exposed portion 52a than the main body portion A1, and is provided at the end (end portion) of the positive electrode composite material layer 54 in the Y1 direction. E2).
The main body portion A1 is formed on the surface of the positive electrode current collector 52. The main body portion A1 has a substantially constant thickness. The average thickness of the main body portion A1 is not particularly limited, but can be approximately 10 μm to 200 μm, typically 20 μm to 150 μm, for example 40 μm to 100 μm. The main body portion A1 includes the center of the positive electrode composite material layer 54 in the width direction Y.

端部A2は、本体部A1から延びている。端部A2は、本体部A1のY1方向の端部(端部E1)と端部E2とに挟まれた領域である。断面視において、端部A2は、正極集電体52のY1方向の端部(即ち、正極集電体露出部52a側)に近づくにつれて厚みが連続的に減少する傾斜面Sを有している。傾斜面Sは、少なくとも一部が絶縁層56で覆われている。
端部A2のY方向の長さは、典型的には、本体部A1のY方向の長さよりも短い。
End portion A2 extends from main body portion A1. The end portion A2 is a region sandwiched between the end portion (end portion E1) in the Y1 direction of the main body portion A1 and the end portion E2. In cross-sectional view, the end portion A2 has an inclined surface S whose thickness decreases continuously as it approaches the end portion of the positive electrode current collector 52 in the Y1 direction (i.e., the side of the positive electrode current collector exposed portion 52a). . At least a portion of the inclined surface S is covered with an insulating layer 56.
The length of the end portion A2 in the Y direction is typically shorter than the length of the main body portion A1 in the Y direction.

正極合材層54は、粒状の正極活物質を含有する。正極活物質としては、例えば、リチウムイオンの可逆的な吸蔵・放出が可能な、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等)、リチウムニッケル複合酸化物(例、LiNiO等)、リチウムコバルト複合酸化物(例、LiCoO等)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(例、LiNi0.5Mn1.5等)等のリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。正極合材層54の固形分全体を100質量%としたときに、正極活物質は、概ね50質量%以上、例えば80質量%以上を占めていてもよい。
正極合材層54は、活物質以外の成分、例えば導電材、バインダ、リン酸リチウム等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(例、グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を使用し得る。
The positive electrode composite material layer 54 contains a granular positive electrode active material. Examples of positive electrode active materials include lithium nickel cobalt manganese composite oxides (e.g., LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , etc.), lithium nickel, which are capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. Lithium transition metals such as composite oxides (e.g., LiNiO 2 , etc.), lithium cobalt composite oxides (e.g., LiCoO 2 , etc.), lithium nickel manganese composite oxides (e.g., LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , etc.) Examples include composite oxides. These can be used alone or in combination of two or more. When the entire solid content of the positive electrode composite material layer 54 is 100% by mass, the positive electrode active material may occupy approximately 50% by mass or more, for example, 80% by mass or more.
The positive electrode mixture layer 54 may contain components other than the active material, such as a conductive material, a binder, lithium phosphate, and the like. As the conductive material, carbon black such as acetylene black (AB) and other carbon materials (eg, graphite, etc.) can be suitably used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used.

図示されるように、絶縁層56は、Y方向において、正極合材層54の本体部A1と正極集電体露出部52aとの間に位置している。絶縁層56は、本体部A1よりもY1方向側に位置している。絶縁層56のY方向の長さは、特に限定されないが、典型的には、正極合材層54の端部A2のY方向の長さと同程度か、それよりも長い。 As illustrated, the insulating layer 56 is located between the main body portion A1 of the positive electrode composite material layer 54 and the positive electrode current collector exposed portion 52a in the Y direction. The insulating layer 56 is located closer to the Y1 direction than the main body portion A1. The length of the insulating layer 56 in the Y direction is not particularly limited, but is typically approximately the same as or longer than the length of the end A2 of the positive electrode composite layer 54 in the Y direction.

断面視において、絶縁層56は、その少なくとも一部が正極合材層54の傾斜面Sの表面上に重なるように形成されている。
ここで開示される技術によると、正極合材層54の高さと、絶縁層56の高さとを好適な範囲に調整すると、正極合材層54に非水電解液をより効率よく含浸させることができる。
正極合材層54の高さH1は、図3に示されるように、正極集電体52の表面から、本体部A1の表面までの積層方向Xにおける長さである。高さH1は、本体部A1の平均厚みと同程度であり得る。絶縁層56の高さH2は、図示されるように、正極集電体52の表面から、絶縁層56の表面までのX方向における最大長さである。
正極合材層54の高さH1と絶縁層56の高さH2との比(H2/H1)は、非水電解液を効率よく正極合材層54に含浸させる観点から、1以下(例えば1未満)であり、好ましくは0.96以下である。上記比(H2/H1)は、例えば0.95以下、0.9以下、0.85以下、0.8以下、0.75以下とすることができる。比(H2/H1)をこのような範囲に設定することによって、非水電解液に対して正極合材層54(典型的には端部A2)の一部を露出させることができ、毛細管現象によって正極合材層54に非水電解液を含浸させることができる。一方、毛細管現象によって正極合材層54に効率よく電解液を流入させる観点からは、比(H2/H1)は、0.6以上(例えば0.62以上)とすることができ、0.65以上とすることが好ましく、0.7以上(例えば0.71以上)とすることがさらに好ましい。上記比(H2/H1)をかかる範囲内に設定することによって、より好適に本発明の効果を実現することができる。
In cross-sectional view, the insulating layer 56 is formed so that at least a portion thereof overlaps the surface of the inclined surface S of the positive electrode composite material layer 54.
According to the technology disclosed herein, by adjusting the height of the positive electrode composite material layer 54 and the height of the insulating layer 56 to a suitable range, it is possible to more efficiently impregnate the positive electrode composite material layer 54 with the nonaqueous electrolyte. can.
As shown in FIG. 3, the height H1 of the positive electrode composite material layer 54 is the length in the stacking direction X from the surface of the positive electrode current collector 52 to the surface of the main body portion A1. The height H1 may be approximately the same as the average thickness of the main body portion A1. The height H2 of the insulating layer 56 is the maximum length in the X direction from the surface of the positive electrode current collector 52 to the surface of the insulating layer 56, as illustrated.
The ratio (H2/H1) between the height H1 of the positive electrode composite material layer 54 and the height H2 of the insulating layer 56 is set to 1 or less (for example, 1 ), preferably 0.96 or less. The ratio (H2/H1) can be, for example, 0.95 or less, 0.9 or less, 0.85 or less, 0.8 or less, or 0.75 or less. By setting the ratio (H2/H1) in such a range, a part of the positive electrode composite layer 54 (typically end portion A2) can be exposed to the non-aqueous electrolyte, and capillary action The positive electrode mixture layer 54 can be impregnated with the non-aqueous electrolyte. On the other hand, from the viewpoint of efficiently flowing the electrolyte into the positive electrode composite layer 54 by capillarity, the ratio (H2/H1) can be set to 0.6 or more (for example, 0.62 or more), and 0.65 It is preferably at least 0.7, and more preferably at least 0.71 (for example, 0.71 or more). By setting the ratio (H2/H1) within this range, the effects of the present invention can be more suitably achieved.

絶縁層56の高さH2は、特に限定されないが、正極50と負極60との短絡を十分に抑制する観点から、1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上とすることができる。また、作業性の観点から、絶縁層56の厚みは、65μm以下が好ましく、35μm以下がより好ましい。 Although the height H2 of the insulating layer 56 is not particularly limited, it can be set to 1 μm or more, preferably 3 μm or more, and more preferably 5 μm or more from the viewpoint of sufficiently suppressing short circuits between the positive electrode 50 and the negative electrode 60. Further, from the viewpoint of workability, the thickness of the insulating layer 56 is preferably 65 μm or less, more preferably 35 μm or less.

絶縁層56は、無機フィラーを含有する。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、マグネシア、シリカ、チタニア等の酸化物、ベーマイト、ムライト、マイカ、タルク、ゼオライト、アパタイト、カオリン等の粘土鉱物、石英ガラス等が挙げられる。これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。絶縁層56の固形分全体を100質量%としたときに、無機フィラーは、概ね50質量%以上、例えば80質量%以上を占めていてもよい。
絶縁層56は、無機フィラー以外の任意成分、例えばバインダや各種添加成分を含んでいてもよい。バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン系バインダ、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アクリル樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を使用し得る。バインダは、正極合材層54のバインダと同じ種類であってもよく、異なる種類であってもよい。
The insulating layer 56 contains an inorganic filler. Examples of the inorganic filler include oxides such as alumina, magnesia, silica, and titania, clay minerals such as boehmite, mullite, mica, talc, zeolite, apatite, and kaolin, and quartz glass. These can be used alone or in combination of two or more. When the entire solid content of the insulating layer 56 is 100% by mass, the inorganic filler may account for approximately 50% by mass or more, for example, 80% by mass or more.
The insulating layer 56 may contain arbitrary components other than the inorganic filler, such as a binder and various additive components. As the binder, for example, polyolefin binders such as polyvinylidene fluoride (PVdF) and polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylic resin, and styrene-butadiene rubber (SBR) can be used. The binder may be of the same type as the binder of the positive electrode composite material layer 54, or may be of a different type.

絶縁層56の表面における非水電解液の接触角は、3.9°以上12°以下である。かかる接触角を実現する手段としては、例えば絶縁層56の表面に非水電解液に対する撥液加工を行うことが挙げられる。具体的には、絶縁層56の表面に、非水電解液をはじく性質を有する撥液剤(撥油剤)(後述)を塗布することによって、接触角の大きさ(即ち、濡れ性の程度)を調整することができる。あるいは、絶縁層56におけるバインダの量を適宜調整することによって、接触角の大きさを調整することができる。
絶縁層56の、非水電解液に対する濡れ性(即ち、上記接触角)をかかる範囲に設定することによって、正極合材層54への非水電解液の含浸効率を向上させることができる。また、かかる構成は、非水電解液二次電池100における、ハイレート性能の向上と安全性とを両立させることができる。
The contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the insulating layer 56 is 3.9° or more and 12° or less. As a means for realizing such a contact angle, for example, the surface of the insulating layer 56 may be subjected to a liquid-repellent treatment against the non-aqueous electrolyte. Specifically, by coating the surface of the insulating layer 56 with a liquid repellent (oil repellent) (described later) that has the property of repelling the non-aqueous electrolyte, the size of the contact angle (i.e., the degree of wettability) can be adjusted. Can be adjusted. Alternatively, the contact angle can be adjusted by appropriately adjusting the amount of binder in the insulating layer 56.
By setting the wettability of the insulating layer 56 to the non-aqueous electrolyte (ie, the contact angle described above) within this range, the efficiency of impregnating the positive electrode composite layer 54 with the non-aqueous electrolyte can be improved. Further, such a configuration can improve both high-rate performance and safety in the non-aqueous electrolyte secondary battery 100.

図1,2に示されるように、負極60は、箔状の負極集電体62(例えば銅箔)と、当該負極集電体62の表面(好適には両面)に形成された負極合材層64とを備えている。また、負極集電体62は、負極合材層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分(即ち、負極集電体露出部62a)を有する。図示されるように、負極集電体露出部62aは方向Yの一端から外方にはみ出すように形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the negative electrode 60 includes a foil-shaped negative electrode current collector 62 (for example, copper foil) and a negative electrode composite material formed on the surface (preferably both surfaces) of the negative electrode current collector 62. layer 64. Further, the negative electrode current collector 62 has a portion where the negative electrode current collector 62 is exposed without the negative electrode composite material layer 64 formed thereon (namely, a negative electrode current collector exposed portion 62a). As illustrated, the negative electrode current collector exposed portion 62a is formed to protrude outward from one end in the Y direction.

負極合材層64は、負極活物質を含有する。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンの可逆的な吸蔵・放出が可能な、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料が挙げられる。これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。負極合材層64の固形分全体を100質量%としたときに、負極活物質は、概ね50質量%以上、例えば80質量%以上を占めていてもよい。
負極合材層64は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。
The negative electrode composite material layer 64 contains a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, hard carbon, and soft carbon, which are capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. These can be used alone or in combination of two or more. When the entire solid content of the negative electrode composite material layer 64 is 100% by mass, the negative electrode active material may occupy approximately 50% by mass or more, for example, 80% by mass or more.
The negative electrode composite material layer 64 may contain components other than the active material, such as a binder and a thickener. As the binder, for example, styrene butadiene rubber (SBR) can be used. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) can be used.

セパレータ70は、正極50と負極60との間に介在し、これらの電極が直接接触することを防止する。図示は省略するが、セパレータ70には、微細な孔が複数形成されており、当該微細な孔を通って正極50と負極60との間で電荷担体(リチウムイオン二次電池の場合は、リチウムイオン)が移動するように構成されている。セパレータ70には、所要の耐熱性を有する樹脂シート等が使用される。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔性の樹脂シートが好適である。セパレータ70は、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造、例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造であってもよい。 Separator 70 is interposed between positive electrode 50 and negative electrode 60 to prevent these electrodes from coming into direct contact. Although not shown, a plurality of fine holes are formed in the separator 70, and charge carriers (in the case of a lithium ion secondary battery, lithium ions) are configured to move. For the separator 70, a resin sheet or the like having the required heat resistance is used. For example, porous resin sheets made of resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, and polyamide are suitable. The separator 70 may have a single-layer structure, or may have a laminated structure of two or more layers, for example, a three-layer structure in which a PP layer is laminated on both sides of a PE layer.

セパレータ70の表面における非水電解液80の接触角は61°以下に設定されている。また、かかる接触角は、45°以上が適当であり、好ましくは50°以上であり、より好ましくは56°以上であり得る。かかる接触角を実現する手段としては、例えばセパレータ70の表面に被覆処理などの撥液加工を行うことが挙げられる。具体的には、セパレータ70の表面であって、正極合材層54と対向する表面に、非水電解液をはじく性質を有する撥液剤(撥油剤)を塗布することによって、接触角の大きさ(即ち、濡れ性の程度)を調整することができる。撥液剤としては、例えばフッ素樹脂が挙げられる。
非水電解液80に対するセパレータ70の濡れ性が大きすぎると、セパレータ70が非水電解液80を吸収するため、正極合材層54への非水電解液80の含浸が低減し得る。一方、非水電解液80に対するセパレータ70の濡れ性が小さすぎると、液だまりが生じて、正極合材層54への非水電解液80の含浸が低減し得る。非水電解液80に対するセパレータ70の濡れ性を適度な範囲に調整することによって、非水電解液二次電池100のハイレート性能を向上させることができる。
The contact angle of the nonaqueous electrolyte 80 on the surface of the separator 70 is set to 61° or less. Further, the contact angle is suitably 45° or more, preferably 50° or more, and more preferably 56° or more. As a means for achieving such a contact angle, for example, the surface of the separator 70 may be subjected to a liquid-repellent treatment such as a coating treatment. Specifically, by applying a liquid repellent (oil repellent) having a property of repelling the non-aqueous electrolyte to the surface of the separator 70 facing the positive electrode composite layer 54, the contact angle can be increased. (that is, the degree of wettability) can be adjusted. Examples of the liquid repellent include fluororesin.
If the wettability of the separator 70 with respect to the non-aqueous electrolyte 80 is too high, the separator 70 will absorb the non-aqueous electrolyte 80, which may reduce the impregnation of the non-aqueous electrolyte 80 into the positive electrode composite layer 54. On the other hand, if the wettability of the separator 70 with respect to the non-aqueous electrolyte 80 is too low, a liquid pool may occur, and impregnation of the non-aqueous electrolyte 80 into the positive electrode composite layer 54 may be reduced. By adjusting the wettability of the separator 70 with respect to the non-aqueous electrolyte 80 to an appropriate range, the high-rate performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery 100 can be improved.

以上のようにして構成される非水電解液二次電池100は、非水電解液に対する濡れ性が適度に調整されたセパレータを備える。加えて、該非水電解液二次電池は、非水電解液に対する濡れ性が適度に調整された絶縁層を有する正極を備える。これによって、非水電解液二次電池100は、ハイレート性能と安全性とが、ともに顕著に向上されている。
非水電解液二次電池100は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池100は、典型的には複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。
そして、例として扁平形状の捲回電極体20を備える角形の非水電解液二次電池100について説明した。しかしながら、非水電解液二次電池は、積層型電極体を備える非水電解液二次電池として構成することもできる。また、非水電解液二次電池は、円筒形、ラミネート型等として構成することもできる。また、ここで開示される技術は、リチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池にも適用可能である。
なお、非水電解液二次電池100の構築方法については、その一例を下記実施例に示している。
The nonaqueous electrolyte secondary battery 100 configured as described above includes a separator whose wettability with respect to the nonaqueous electrolyte is appropriately adjusted. In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode having an insulating layer whose wettability with respect to the non-aqueous electrolyte is appropriately adjusted. As a result, the non-aqueous electrolyte secondary battery 100 has significantly improved high-rate performance and safety.
The non-aqueous electrolyte secondary battery 100 can be used for various purposes. Suitable applications include driving power sources installed in vehicles such as electric vehicles (EVs), plug-in hybrid vehicles (PHVs), and hybrid vehicles (HVs). The lithium ion secondary battery 100 can also typically be used in the form of a battery pack in which a plurality of batteries are connected in series and/or in parallel.
As an example, a square non-aqueous electrolyte secondary battery 100 including a flat wound electrode body 20 has been described. However, the nonaqueous electrolyte secondary battery can also be configured as a nonaqueous electrolyte secondary battery including a stacked electrode body. Further, the nonaqueous electrolyte secondary battery can also be configured as a cylindrical type, a laminate type, or the like. Furthermore, the technology disclosed herein is also applicable to nonaqueous electrolyte secondary batteries other than lithium ion secondary batteries.
Note that an example of a method for constructing the non-aqueous electrolyte secondary battery 100 is shown in the following example.

以下、ここで開示される技術に関する具体的な試験例を説明するが、かかる試験例は本発明を限定することを意図したものではない。
<<実施例1:接触角の大きさの検討>>
<1.サンプル電池の構築>
サンプル電池として、例1~13にかかる非水電解液二次電池を構築した。
-例1-
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン含有複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3:NCM)と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、NCM:AB:PVdF =90:8:2の質量比で配合し、溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP) と混練することで正極ペーストを調製した。
無機フィラーとしてのベーマイトと、バインダとしてのPVdFとを、NMP中で混合して、絶縁層ペーストを調製した。
正極集電体として、厚さ12μmの長尺のアルミニウム箔を用意した。該アルミニウム箔の両面に、ダイコーターを用いて上記正極ペーストと、絶縁層ペーストとを同時に塗工し、乾燥し、プレスした。かかる塗工は、アルミニウム箔の長尺方向に沿って行い、該アルミニウム箔には、幅方向の一の端部に沿って、正極合材層を形成しない未塗工部を設けた。このようにして、正極集電体と、正極合材層と、絶縁層とを備えた正極を用意した。絶縁層の表面に、サンプル電池構築後に、絶縁層の表面における非水電解液の接触角が3.9°となるように、非水電解液をはじく性質の撥液剤を塗布した。
Hereinafter, specific test examples related to the technology disclosed herein will be described, but these test examples are not intended to limit the present invention.
<<Example 1: Study of contact angle size>>
<1. Construction of sample battery>
As sample batteries, nonaqueous electrolyte secondary batteries according to Examples 1 to 13 were constructed.
-Example 1-
A lithium nickel cobalt manganese-containing composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 :NCM) as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive aid, and polyfluoride as a binder. A positive electrode paste was prepared by blending vinylidene (PVdF) at a mass ratio of NCM:AB:PVdF = 90:8:2 and kneading it with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent.
Boehmite as an inorganic filler and PVdF as a binder were mixed in NMP to prepare an insulating layer paste.
A long aluminum foil with a thickness of 12 μm was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode paste and the insulating layer paste were simultaneously coated on both sides of the aluminum foil using a die coater, dried, and pressed. This coating was performed along the longitudinal direction of the aluminum foil, and the aluminum foil was provided with an uncoated area along one end in the width direction where the positive electrode composite layer was not formed. In this way, a positive electrode including a positive electrode current collector, a positive electrode composite layer, and an insulating layer was prepared. After constructing the sample battery, a liquid repellent having a property of repelling the non-aqueous electrolyte was applied to the surface of the insulating layer so that the contact angle of the non-aqueous electrolyte on the surface of the insulating layer was 3.9°.

負極活物質としての黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比で配合し、イオン交換水と混練することで負極ペーストを調製した。負極集電体として、厚さ10μmの長尺の銅箔を用意した。該銅箔の両面に、ダイコーターを用いて上記負極ペーストを塗工し、乾燥し、プレスした。かかる塗工は、銅箔の長尺方向に沿って行い、該銅箔には、幅方向の一の端部に沿って、負極合材層を形成しない未塗工部を設けた。このようにして、負極集電体と、負極合材層とを備えた負極を用意した。 Graphite (C) as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener at a mass ratio of C:SBR:CMC=98:1:1. A negative electrode paste was prepared by blending and kneading with ion-exchanged water. A long copper foil with a thickness of 10 μm was prepared as a negative electrode current collector. The negative electrode paste was applied to both sides of the copper foil using a die coater, dried, and pressed. This coating was performed along the longitudinal direction of the copper foil, and the copper foil was provided with an uncoated portion along one end in the width direction where the negative electrode composite material layer was not formed. In this way, a negative electrode including a negative electrode current collector and a negative electrode composite material layer was prepared.

セパレータとして、ポリエチレン層(PE層)の両側にポリプロピレン層(PP層)をそれぞれ積層した、PP/PE/PPの三層構造の多孔性ポリオレフィンシートを用意した。セパレータの表面に、サンプル電池構築後に、該セパレータの表面における非水電解液の接触角が56°となるように、非水電解液をはじく性質の撥液剤を塗布した。
次いで、正極および負極を、セパレータを介在させつつ交互に積層して捲回し、押しつぶして捲回電極体を作製した。捲回電極体と外部端子(正極端子、負極端子)とを電気的に接続した後、非水電解液とともに電池ケース内に収容した。電池ケースを密閉して、例1にかかるサンプル電池を構築した。なお、非水電解液として、有機混合溶媒(EC:EMC:DMC=3:3:4)に支持塩(LiPF)を約1mol/Lの濃度で溶解させたものを使用した。
As a separator, a porous polyolefin sheet having a three-layer structure of PP/PE/PP in which polypropylene layers (PP layers) were laminated on both sides of a polyethylene layer (PE layer) was prepared. After constructing the sample battery, a liquid repellent having a property of repelling the non-aqueous electrolyte was applied to the surface of the separator so that the contact angle of the non-aqueous electrolyte on the surface of the separator was 56°.
Next, the positive electrode and the negative electrode were alternately stacked and wound with a separator interposed therebetween, and then crushed to produce a wound electrode body. After electrically connecting the wound electrode body and external terminals (positive electrode terminal, negative electrode terminal), it was housed in a battery case together with a non-aqueous electrolyte. A sample battery according to Example 1 was constructed by sealing the battery case. As the non-aqueous electrolyte, a supporting salt (LiPF 6 ) dissolved in an organic mixed solvent (EC:EMC:DMC=3:3:4) at a concentration of about 1 mol/L was used.

-例2~12-
絶縁層の表面に、サンプル電池構築後に、絶縁層の表面における非水電解液の接触角が表1に示す接触角となるように撥液剤を塗布した。セパレータ表の面に、サンプル電池構築後に、該セパレータの表面における非水電解液の接触角が表1に示す接触角となるように撥液剤を塗布した。それ以外は、例1にかかるサンプル電池の構築において使用した材料および手順によって、例2~12にかかるサンプル電池を構築した。
-Examples 2 to 12-
After constructing the sample battery, a liquid repellent was applied to the surface of the insulating layer so that the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the insulating layer was as shown in Table 1. After constructing the sample battery, a liquid repellent was applied to the surface of the separator so that the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the separator was as shown in Table 1. Sample cells according to Examples 2-12 were otherwise constructed using the materials and procedures used in constructing the sample cells according to Example 1.

-例13-
無機フィラーとしてのベーマイトと、バインダとしてのPVdFとをNMP中で混合して、絶縁層ペーストを調製した。このような絶縁層ペーストを、セパレータにおいて正極と対向する一面であって、正極合材層と対向する部分に、グラビアロールにより塗布して乾燥することによって、かかるセパレータの表面上に、絶縁層を形成した。セパレータとして、サンプル電池構築後に、該セパレータの表面における非水電解液の接触角が11°となるセパレータ(従来品)を使用した。また、例13においては、絶縁層は、正極合材層の所定の一の幅方向の一方の端部に沿って配置されなかった。それ以外は、例1にかかるサンプル電池の構築において使用した材料および手順によって、例13にかかるサンプル電池を構築した。
-Example 13-
An insulating layer paste was prepared by mixing boehmite as an inorganic filler and PVdF as a binder in NMP. An insulating layer is formed on the surface of the separator by applying such an insulating layer paste on one side of the separator facing the positive electrode and facing the positive electrode composite layer using a gravure roll and drying it. Formed. As the separator, a separator (conventional product) was used in which the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the separator was 11° after construction of the sample battery. Furthermore, in Example 13, the insulating layer was not disposed along one end of the positive electrode composite material layer in one predetermined width direction. A sample cell according to Example 13 was otherwise constructed using the materials and procedures used in constructing the sample cell according to Example 1.

<2.ハイレート抵抗増加率の測定>
上記各例にかかるサンプル電池に対して、初期充電を行った。
具体的には、25℃において、電圧が4.2Vとなるまで1/3Cのレートで定電流充電した後、電流が1/50Cとなるまで定電圧充電した。次に、電圧が3.0Vとなるまで1/3Cのレートで定電流放電した。なお、「1C」とは、正極活物質の理論容量から予測される電池容量(Ah)を1時間で充電できる電流値を意味する。
次いで、サンプル電池に対してハイレート充放電を繰り返すサイクル試験を実施した。
まず、25℃に設定された恒温槽内にサンプル電池を配置し、SOC(state of charge)を60%に調整した。次に、下記のパルス充電とパルス放電との組み合わせを1サイクルとした充放電サイクルを所定サイクル数行った。そして、初期(1サイクル目)のIV抵抗を100%として、上記所定サイクル数の後のサンプル電池のIV抵抗を「ハイレート抵抗増加率」として算出した。結果を表1の該当欄に示す。
パルス充電:電流=10C、充電時間= 80秒
パルス放電:電流= 2C、放電時間= 400秒
<2. Measurement of high rate resistance increase rate>
Initial charging was performed on the sample batteries according to each of the above examples.
Specifically, at 25° C., constant current charging was performed at a rate of 1/3C until the voltage reached 4.2V, and then constant voltage charging was performed until the current reached 1/50C. Next, constant current discharge was performed at a rate of 1/3C until the voltage reached 3.0V. Note that "1C" means a current value that can charge the battery capacity (Ah) predicted from the theoretical capacity of the positive electrode active material in one hour.
Next, the sample battery was subjected to a cycle test in which high-rate charging and discharging were repeated.
First, a sample battery was placed in a constant temperature bath set at 25° C., and the SOC (state of charge) was adjusted to 60%. Next, a predetermined number of charging/discharging cycles were performed in which one cycle was a combination of pulse charging and pulse discharging described below. Then, with the initial (first cycle) IV resistance as 100%, the IV resistance of the sample battery after the predetermined number of cycles was calculated as a "high rate resistance increase rate." The results are shown in the appropriate column of Table 1.
Pulse charging: Current = 10C, charging time = 80 seconds Pulse discharging: Current = 2C, discharge time = 400 seconds

<3.過充電耐性の評価>
上記各例にかかるサンプル電池に対して、過充電試験を行った。
具体的には、サンプル電池に対し、まず、25℃の温度環境下にて、4.2Vまで1/3Cでのレートで定電流充電して5分間休止したのち、3.0Vまで1/3Cのレートで定電流放電するコンディショニング処理を施した。各サンプル電池の電池ケースの外側中心に熱電対を取付けた。次いで、-10℃の温度環境下において、10Cの定電流で、サンプル電池を25Vまで過充電した。そして、正極と負極とを導通させてサンプル電池をシャットダウンさせた。サンプル電池のシャットダウンから30秒後の、電池の発熱による温度上昇率(ΔT)を測定して、各サンプル電池の過充電耐性を評価した。
結果を表1の該当欄に示す。なお、ΔTが10℃未満であったサンプル電池について、過充電耐性有り、と評価した。ΔTが10℃以上であったサンプル電池について、過充電耐性無し、と評価した。表1においては、「〇」は過充電耐性有り、「×」は過充電耐性無し、を示している。
<3. Evaluation of overcharge resistance>
An overcharge test was conducted on the sample batteries according to each of the above examples.
Specifically, the sample battery was first charged with a constant current at a rate of 1/3C to 4.2V in a temperature environment of 25°C, rested for 5 minutes, and then charged at a rate of 1/3C to 3.0V. Conditioning treatment was performed by discharging a constant current at a rate of . A thermocouple was attached to the center of the outside of the battery case of each sample battery. Next, the sample battery was overcharged to 25V at a constant current of 10C in a temperature environment of -10°C. Then, the positive electrode and the negative electrode were brought into conduction to shut down the sample battery. The overcharge resistance of each sample battery was evaluated by measuring the temperature rise rate (ΔT) due to heat generation of the battery 30 seconds after the sample battery was shut down.
The results are shown in the appropriate column of Table 1. Note that sample batteries whose ΔT was less than 10° C. were evaluated as having overcharge resistance. Sample batteries with ΔT of 10° C. or higher were evaluated as having no overcharge resistance. In Table 1, "〇" indicates overcharge resistance, and "x" indicates no overcharge resistance.

Figure 0007365566000001
Figure 0007365566000001

表1に示されるように、例1~13の比較から、セパレータの表面における非水電解液の接触角を大きくしていくと、ハイレート抵抗増加率が低下する傾向があることが確認された。非水電解液に対するセパレータの濡れ性を低下させていくと、セパレータにおける非水電解液の過度な吸収を抑制して、正極合材層における非水電解液の含浸を促進することによって、ハイレート抵抗増加率を低下することができる。また、絶縁層の表面における非水電解液の接触角を大きくしていくと、ハイレート抵抗増加率が低下する傾向があることが確認された。非水電解液に対する絶縁層の濡れ性を低くすると、絶縁層における非水電解液の過度な吸収を抑制して、正極合材層における非水電解液の含浸を促進することができるためであると考えられる。 As shown in Table 1, from the comparison of Examples 1 to 13, it was confirmed that as the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the separator was increased, the high rate resistance increase rate tended to decrease. When the wettability of the separator with respect to the non-aqueous electrolyte is reduced, excessive absorption of the non-aqueous electrolyte in the separator is suppressed and impregnation of the non-aqueous electrolyte in the positive electrode composite layer is promoted, thereby increasing high-rate resistance. The rate of increase can be reduced. It was also confirmed that as the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the insulating layer was increased, the high rate resistance increase rate tended to decrease. This is because lowering the wettability of the insulating layer to the non-aqueous electrolyte can suppress excessive absorption of the non-aqueous electrolyte in the insulating layer and promote impregnation of the non-aqueous electrolyte in the positive electrode composite layer. it is conceivable that.

例1~7と例8~12とを比較すると、絶縁層の表面における非水電解液の接触角が所定範囲内にあるサンプル電池の過充電耐性は良好であることが確認された。特に、例1~7では、ハイレート抵抗増加率の抑制と良好な過充電耐性との両立が実現されていた。一方、例9~12にみられるように、非水電解液に対する絶縁層の濡れ性を低下させすぎると、過充電耐性が低下し得ることが確認された。かかる濡れ性を低くしすぎると、液だまりが発生しやすくなる。そうすると、過充電時には比較的低い温度からサンプル電池の発熱が始まり、電池のシャットダウンが遅れることが考えられる。結果的に、シャットダウン後の温度上昇が加速してしまい、電池の過充電耐性が低下すると考えられる。 Comparing Examples 1 to 7 and Examples 8 to 12, it was confirmed that the sample batteries in which the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the insulating layer was within a predetermined range had good overcharge resistance. In particular, in Examples 1 to 7, both suppression of the high-rate resistance increase rate and good overcharge resistance were achieved. On the other hand, as seen in Examples 9 to 12, it was confirmed that if the wettability of the insulating layer with respect to the non-aqueous electrolyte was reduced too much, the overcharge resistance could be reduced. If such wettability is made too low, liquid pools are likely to occur. In this case, during overcharging, the sample battery starts to generate heat from a relatively low temperature, which may cause a delay in shutting down the battery. As a result, the temperature rise after shutdown accelerates, and it is thought that the overcharge resistance of the battery decreases.

<<実施例2:絶縁層高さおよび正極合材層高さの比の検討>>
<1.サンプル電池の構築>
-例14~18-
セパレータとして、PP/PE/PPの三層構造の多孔性ポリオレフィンシートを用意した。セパレータの表面に、サンプル電池構築後に、該セパレータの表面における非水電解液の接触角が61°となるように、非水電解液をはじく性質の撥液剤を塗布した。
セパレータとして上記の材料を使用した。正極ペーストおよび絶縁層ペーストを正極集電体としてのアルミ箔に、絶縁層高さおよび正極合材層高さの比が表2に示される値となるように塗布された。また、絶縁層の表面に、サンプル電池構築後に、絶縁層の表面における非水電解液の接触角が12°となるように、非水電解液をはじく性質の撥液剤を塗布した。それ以外は、例1にかかるサンプル電池の構築において使用した材料および手順によって、例14~18にかかるサンプル電池を構築した。
<<Example 2: Examination of the ratio of the height of the insulating layer and the height of the positive electrode composite layer>>
<1. Construction of sample battery>
-Examples 14 to 18-
A porous polyolefin sheet with a three-layer structure of PP/PE/PP was prepared as a separator. After constructing the sample battery, a liquid repellent having a property of repelling the nonaqueous electrolyte was applied to the surface of the separator so that the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the separator was 61°.
The above materials were used as separators. The positive electrode paste and the insulating layer paste were applied to an aluminum foil serving as a positive electrode current collector so that the ratio of the height of the insulating layer to the height of the positive electrode composite layer was the value shown in Table 2. Furthermore, after constructing the sample battery, a liquid repellent having a property of repelling the non-aqueous electrolyte was applied to the surface of the insulating layer so that the contact angle of the non-aqueous electrolyte on the surface of the insulating layer was 12°. Sample cells according to Examples 14-18 were otherwise constructed using the materials and procedures used in constructing the sample cells according to Example 1.

<2.ハイレート抵抗増加率の測定>
上記実施例1と同様の方法で、例14~18にかかるサンプル電池のハイレート抵抗増加率(%)を測定した。そして、例18にかかるサンプル電池のハイレート抵抗増加率(%)に対する、例14~17にかかるサンプル電池のハイレート抵抗増加率(%)の比を、「ハイレート抵抗増加比」として算出した。結果を表2の該当欄に示す。
<2. Measurement of high rate resistance increase rate>
The high rate resistance increase rate (%) of the sample batteries of Examples 14 to 18 was measured in the same manner as in Example 1 above. Then, the ratio of the high-rate resistance increase rate (%) of the sample batteries according to Examples 14 to 17 to the high-rate resistance increase rate (%) of the sample battery according to Example 18 was calculated as the "high-rate resistance increase ratio". The results are shown in the appropriate column of Table 2.

Figure 0007365566000002
Figure 0007365566000002

セパレータ表面における非水電解液の接触角と、絶縁層表面における非水電解液の接触角が所定範囲にあることによって、ハイレート抵抗増加率(%)の増大が抑制されることは、上記実施例1において示されている。
表2に示されるように、例14~18を比較すると、絶縁層の高さが、正極合材層よりも低いと、ハイレート抵抗増加率が減少する傾向にあることが確認された。また、例15~17にみられるように、上記高さ比が0.71~0.90の範囲内であると、ハイレート抵抗増加率の減少効果をより好ましく実現し得ることが確認された。
なお、詳細なデータは示していないが、例14~18にかかるサンプル電池は、いずれも良好な過充電耐性を有することが確認されている。
The above example shows that the increase in high rate resistance increase rate (%) is suppressed when the contact angle of the non-aqueous electrolyte on the separator surface and the contact angle of the non-aqueous electrolyte on the insulating layer surface are within a predetermined range. 1.
As shown in Table 2, when comparing Examples 14 to 18, it was confirmed that when the height of the insulating layer was lower than the positive electrode composite layer, the high rate resistance increase rate tended to decrease. Furthermore, as seen in Examples 15 to 17, it was confirmed that when the height ratio was within the range of 0.71 to 0.90, the effect of reducing the high rate increase rate of resistance could be more preferably achieved.
Although detailed data is not shown, it has been confirmed that all of the sample batteries of Examples 14 to 18 have good overcharge resistance.

以上より、正極および負極がセパレータを介在させつつ交互に積層された構造の電極体と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池において、正極として正極集電体と、該正極集電体が露出した正極集電体露出部を残して、該正極集電体の表面に配置された正極合材層と、正極合材層の所定の一の幅方向において、該正極合材層の一方の端部と正極集電体露出部との境界に沿って配置された、無機フィラーを含む絶縁層とを備え、セパレータの表面における非水電解液の接触角を45°以上61°以下、かつ、絶縁層の表面における非水電解液の接触角を3.9°以上12°以下とすると、優れたハイレート性能および優れた安全性を実現し得ることが示された。 From the above, in a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrode body having a structure in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked with separators interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte, a positive electrode current collector is used as a positive electrode, and the positive electrode collector is A positive electrode composite material layer disposed on the surface of the positive electrode current collector, leaving an exposed portion of the positive electrode current collector where the electric body is exposed, and the positive electrode composite material layer in one predetermined width direction of the positive electrode composite material layer. and an insulating layer containing an inorganic filler disposed along the boundary between one end of the separator and the exposed portion of the positive electrode current collector, and the contact angle of the non-aqueous electrolyte on the surface of the separator is 45° or more and 61° or less. It was also shown that when the contact angle of the non-aqueous electrolyte on the surface of the insulating layer is set to 3.9° or more and 12° or less, excellent high-rate performance and excellent safety can be achieved.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although the present invention has been described in detail above, the above-mentioned embodiments and examples are merely illustrative, and the invention disclosed herein includes various modifications and changes of the above-mentioned specific examples.

20 捲回電極体
30 電池ケース
32 ケース本体
34 蓋体
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極
52 正極集電体
52a 正極集電体露出部
54 正極合材層
56 絶縁層
60 負極
62 負極集電体
62a 負極集電体露出部
64 負極合材層
70 セパレータ
80 非水電解液
100 非水電解液二次電池
X 方向
Y 方向
H1 正極合材層の高さ
H2 絶縁層の高さ
A1 本体部
A2 端部
S 傾斜面
20 Wound electrode body 30 Battery case 32 Case body 34 Lid body 36 Safety valve 42 Positive electrode terminal 42a Positive electrode current collector plate 44 Negative electrode terminal 44a Negative electrode current collector plate 50 Positive electrode 52 Positive electrode current collector 52a Positive electrode current collector exposed portion 54 Positive electrode composite material Layer 56 Insulating layer 60 Negative electrode 62 Negative current collector 62a Negative current collector exposed portion 64 Negative electrode composite layer 70 Separator 80 Non-aqueous electrolyte 100 Non-aqueous electrolyte secondary battery X Direction Y Direction H1 Height of positive electrode composite layer H2 Insulating layer height A1 Main body A2 End S Slanted surface

Claims (1)

正極および負極がセパレータを介在させつつ交互に積層された構造の電極体と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池であって、
前記正極は、
正極集電体と、
前記正極集電体が露出した正極集電体露出部を残して、該正極集電体の表面に配置された正極合材層と、
前記正極合材層の所定の一の幅方向において、該正極合材層の一方の端部と前記正極集電体露出部との境界に沿って配置された、無機フィラーを含む絶縁層と、
を備え、
前記セパレータの表面における前記非水電解液の接触角は56°以上61°以下であり、かつ、前記絶縁層の表面における前記非水電解液の接触角は3.9°以上12°以下である、非水電解液二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an electrode body having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked with a separator interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode is
a positive electrode current collector;
a positive electrode composite material layer disposed on the surface of the positive electrode current collector, leaving an exposed portion of the positive electrode current collector where the positive electrode current collector is exposed;
an insulating layer containing an inorganic filler disposed along a boundary between one end of the positive electrode composite layer and the exposed positive electrode current collector in one predetermined width direction of the positive electrode composite layer;
Equipped with
The contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the separator is 56 ° or more and 61° or less, and the contact angle of the nonaqueous electrolyte on the surface of the insulating layer is 3.9° or more and 12° or less. , non-aqueous electrolyte secondary battery.
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