JP7655148B2 - Battery manufacturing method - Google Patents
Battery manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7655148B2 JP7655148B2 JP2021136638A JP2021136638A JP7655148B2 JP 7655148 B2 JP7655148 B2 JP 7655148B2 JP 2021136638 A JP2021136638 A JP 2021136638A JP 2021136638 A JP2021136638 A JP 2021136638A JP 7655148 B2 JP7655148 B2 JP 7655148B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active material
- electrode active
- negative electrode
- positive electrode
- material layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本願は電池の製造方法を開示する。 This application discloses a method for manufacturing a battery.
特許文献1には、充電時における電池の拘束圧の増加を抑制するために、負極活物質として所定の多孔質シリコン粒子を用いる技術が開示されている。特許文献2には、全固体電池の容量維持率の低下を抑制するために、正極活物質としてO2型構造を有するLiCoO2を用いる技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique of using a specific porous silicon particle as a negative electrode active material to suppress an increase in the restraining pressure of a battery during charging. Patent Document 2 discloses a technique of using LiCoO2 having an O2 type structure as a positive electrode active material to suppress a decrease in the capacity retention rate of an all-solid-state battery.
従来技術においては、電池の拘束圧(内圧)の増加を抑制すること関して、さらなる改善の余地がある。 In conventional technology, there is room for further improvement in suppressing the increase in the battery's confinement pressure (internal pressure).
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
O2型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層と、Liを含む負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の間に設けられた電解質層と、を備える積層体を得ること、
前記積層体を拘束すること、並びに、
拘束された前記積層体に対して放電を行った後に1回目の充電を行うこと、
を含む電池の製造方法
を開示する。
As one of the means for solving the above problems, the present application provides:
obtaining a laminate including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having an O2 type structure, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material containing Li, and an electrolyte layer provided between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer;
constraining the stack; and
performing a first charge after discharging the restrained laminate;
A method for manufacturing a battery is disclosed.
本開示の製造方法においては、前記放電の前において、前記負極活物質層が、負極活物質として、Si単体及びLi-Si合金を含有するものであってもよい。 In the manufacturing method disclosed herein, before the discharge, the negative electrode active material layer may contain elemental Si and a Li-Si alloy as the negative electrode active material.
本開示の製造方法は、全固体電池の製造方法であってもよい。 The manufacturing method of the present disclosure may be a manufacturing method for an all-solid-state battery.
本開示の製造方法によれば、電池の拘束圧(内圧)の増加を抑制し易い。 The manufacturing method disclosed herein makes it easier to suppress an increase in the battery's confinement pressure (internal pressure).
図1に一実施形態に係る電池の製造方法S10の流れを示す。また、図2に製造方法S10に用いられる積層体10の構成を概略的に示す。図1及び2に示されるように、電池の製造方法S10は、O2型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層11と、Liを含む負極活物質を含有する負極活物質層12と、前記正極活物質層11及び前記負極活物質層12の間に設けられた電解質層13と、を備える積層体10を得ること(工程S1)、前記積層体10を拘束すること(工程S2)、並びに、拘束された前記積層体10に対して放電を行った後に1回目の充電を行うこと(工程S3)を含む。
Figure 1 shows the flow of a manufacturing method S10 for a battery according to one embodiment. Figure 2 also shows a schematic configuration of a
1.工程S1
図1及び2に示されるように、工程S1においては、O2型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層11と、Liを含む負極活物質を含有する負極活物質層12と、前記正極活物質層11及び前記負極活物質層12の間に設けられた電解質層13と、を備える積層体10を得る。図2に示されるように、積層体10は、正極集電体14や負極集電体15をさらに備えていてもよい。
1. Step S1
1 and 2, in step S1, a
1.1 正極活物質層
正極活物質層11は、少なくとも正極活物質を含み、さらに任意に、電解質、導電助剤及びバインダー等を含んでいてよい。正極活物質層11はその他に各種の添加剤を含んでいてもよい。正極活物質層11における正極活物質、電解質、導電助剤及びバインダー等の各々の含有量は、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。正極活物質層11の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、略平面を有するシート状の正極活物質層11であってもよい。正極活物質層11の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、2mm以下又は1mm以下であってもよい。
1.1 Positive Electrode Active Material Layer The positive electrode
1.1.1 正極活物質
正極活物質層11は、O2型構造を有する正極活物質を含有する。O2型構造は、Liと少なくとも1つの遷移金属元素とOとによって構成され得る。O2型構造は、Li欠損型の構造であり、後述するように放電によってLiを取り込むことが可能である。O2型構造を有する正極活物質は、例えば、構成元素として少なくともLiと、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも1つと、Oとを含むものであってよい。特に、構成元素として少なくともLiと、Mn、Ni及びCoのうちの少なくとも2つと、Oとを含む場合、中でも、構成元素として少なくともLi、Mn、Ni、Co及びOを含む場合に、電池のサイクル特性が一層向上し易い。
1.1.1 Positive electrode active material The positive electrode
O2型構造を有する正極活物質は、LixMnaNibCocO2±δで示される化学組成を有するものであってもよい。x、a、b及びcは、O2型構造を維持できる限り、特に限定されるものではない。例えば、xは0<x<1を満たす。xは、0.1以上、0.2以上、0.3以上、0.4以上、0.5以上又は0.6以上であってもよく、0.9以下又は0.8以下であってもよい。また、a、b、cは、各々、0≦a<1、0≦b<1、0≦c<1を満たす。aは、0以上、0.1以上、0.2以上、0.3以上又は0.4以上であってもよく、0.9以下、0.8以下、0.7以下又は0.6以下であってもよい。bは、0以上又は0.1以上であってもよく、0.9以下、0.8以下、0.7以下、0.6以下、0.5以下、0.4以下又は0.3以下であってもよい。cは、0以上、0.1以上又は0.2以上であってもよく、0.9以下、0.8以下、0.7以下、0.6以下、0.5以下又は0.4以下であってもよい。a+b+cは、0.8以上又は0.9以上であってもよく、1.2以下又は1.1以下であってもよい。 The positive electrode active material having an O2 type structure may have a chemical composition represented by Li x Mn a Ni b Co c O 2±δ . x, a, b, and c are not particularly limited as long as they can maintain the O2 type structure. For example, x satisfies 0<x<1. x may be 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, 0.4 or more, 0.5 or more, or 0.6 or more, and may be 0.9 or less or 0.8 or less. In addition, a, b, and c each satisfy 0≦a<1, 0≦b<1, and 0≦c<1. a may be 0 or more, 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, or 0.4 or more, and may be 0.9 or less, 0.8 or less, 0.7 or less, or 0.6 or less. b may be 0 or more or 0.1 or more, and may be 0.9 or less, 0.8 or less, 0.7 or less, 0.6 or less, 0.5 or less, 0.4 or less, or 0.3 or less. c may be 0 or more, 0.1 or more, or 0.2 or more, and may be 0.9 or less, 0.8 or less, 0.7 or less, 0.6 or less, 0.5 or less, or 0.4 or less. a+b+c may be 0.8 or more or 0.9 or more, and may be 1.2 or less, or 1.1 or less.
正極活物質層11は、正極活物質として、上記のO2型構造を有する正極活物質のみを含むものであってよい。或いは、正極活物質層11は、上記のO2型構造を有する正極活物質に加えて、それとは異なる種類の正極活物質(その他の正極活物質)を含んでいてもよい。本開示の技術による効果を一層高める観点からは、正極活物質層11におけるその他の正極活物質の含有量は少量であってよい。例えば、O2型構造を有する正極活物質が、正極活物質層11に含まれる全正極活物質の80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上又は99質量%以上を占めていてよい。
The positive electrode
正極活物質の表面には、Liイオン伝導性酸化物を含有する保護層が形成されていてもよい。すなわち、正極活物質層11には、O2型構造を有する正極活物質と、その表面に設けられた保護層と、を備える複合体が含まれていてもよい。これにより、正極物活物質と硫化物(例えば、後述する硫化物固体電解質等)との反応等が抑制され易くなる。Liイオン伝導性酸化物としては、例えば、Li3BO3、LiBO2、Li2CO3、LiAlO2、Li4SiO4、Li2SiO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2TiO3、Li4Ti5O12、Li2Ti2O5、Li2ZrO3、LiNbO3、Li2MoO4、Li2WO4が挙げられる。保護層の被覆率(面積率)は、例えば、70%以上であってもよく、80%以上であってもよく、90%以上であってもよい。保護層の厚さは、例えば、0.1nm以上又は1nm以上であってもよく、100nm以下又は20nm以下であってもよい。
A protective layer containing a Li ion conductive oxide may be formed on the surface of the positive electrode active material. That is, the positive electrode
正極活物質の形状は、電池の活物質として一般的な形状であればよい。例えば、正極活物質は粒子状であってもよい。正極活物質粒子は、中実の粒子であってもよく、中空の粒子であってもよい。正極活物質粒子は、一次粒子であってもよいし、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。正極活物質粒子の平均粒子径(D50)は、例えば1nm以上、5nm以上又は10nm以上であってもよく、また500μm以下、100μm以下、50μm以下又は30μm以下であってもよい。尚、本願にいう平均粒子径D50とは、レーザー回折・散乱法によって求めた体積基準の粒度分布における積算値50%での粒子径(メジアン径)である。 The shape of the positive electrode active material may be any shape that is common for battery active materials. For example, the positive electrode active material may be particulate. The positive electrode active material particles may be solid particles or hollow particles. The positive electrode active material particles may be primary particles or secondary particles formed by agglomeration of multiple primary particles. The average particle diameter (D50) of the positive electrode active material particles may be, for example, 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more, and may be 500 μm or less, 100 μm or less, 50 μm or less, or 30 μm or less. The average particle diameter D50 in this application refers to the particle diameter (median diameter) at an integrated value of 50% in a volume-based particle size distribution obtained by a laser diffraction/scattering method.
1.1.2 電解質
電解質は、固体電解質であってもよいし、液体電解質(電解液)であってもよい。全固体電池を製造する場合、正極活物質層11は、電解質として固体電解質を含み得る。また、電解液電池を製造する場合、正極活物質層11は、電解質として電解液を含み得る。
1.1.2 Electrolyte The electrolyte may be a solid electrolyte or a liquid electrolyte (electrolytic solution). When an all-solid-state battery is manufactured, the positive electrode
固体電解質は、電池の固体電解質として公知のものを用いればよい。固体電解質は無機固体電解質であっても、有機ポリマー電解質であってもよい。特に、無機固体電解質は、有機ポリマー電解質と比較して、イオン伝導度が高い。また、有機ポリマー電解質と比較して、耐熱性に優れる。無機固体電解質としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム、LiPON、Li1+XAlXGe2-X(PO4)3、Li-SiO系ガラス、Li-Al-S-O系ガラス等の酸化物固体電解質;Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Si2S-P2S5、Li2S-P2S5-LiI-LiBr、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5-GeS2等の硫化物固体電解質を例示することができる。特に、硫化物固体電解質、中でもLi2S-P2S5を含む硫化物固体電解質の性能が高い。固体電解質は、非晶質であってもよいし、結晶であってもよい。固体電解質は例えば粒子状であってもよい。固体電解質は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。 The solid electrolyte may be any known solid electrolyte for batteries. The solid electrolyte may be an inorganic solid electrolyte or an organic polymer electrolyte. In particular, the inorganic solid electrolyte has higher ion conductivity than the organic polymer electrolyte. Also, the inorganic solid electrolyte has better heat resistance than the organic polymer electrolyte. Examples of inorganic solid electrolytes include oxide solid electrolytes such as lithium lanthanum zirconate, LiPON, Li 1+X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 , Li-SiO-based glass, and Li-Al-S-O-based glass; Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Si 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, LiI-Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-Li 2 S-P 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , and Li 2 S-P 2 S 5 -GeS. Examples of the sulfide solid electrolyte include sulfide solid electrolytes such as Li 2 S-P 2 S 5 and Li 2 S 6 S 10 S 2. In particular, the sulfide solid electrolyte, especially the sulfide solid electrolyte containing Li 2 S-P 2 S 5 , has high performance. The solid electrolyte may be amorphous or crystalline. The solid electrolyte may be, for example, particulate. Only one type of solid electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in combination.
電解液は、例えば、キャリアイオンとしてのリチウムイオンを含み得る。電解液は水系電解液であっても非水系電解液であってもよい。電解液の組成はリチウムイオン電池の電解液の組成として公知のものと同様とすればよい。例えば、電解液として、カーボネート系溶媒にリチウム塩を所定濃度で溶解させたものを用いることができる。カーボネート系溶媒としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)などが挙げられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6等が挙げられる。 The electrolyte may contain, for example, lithium ions as carrier ions. The electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte. The composition of the electrolyte may be the same as that of the electrolyte of a lithium ion battery. For example, the electrolyte may be a carbonate-based solvent in which a lithium salt is dissolved at a predetermined concentration. Examples of the carbonate-based solvent include fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC). Examples of the lithium salt include LiPF6 .
1.1.3 導電助剤
導電助剤としては、気相法炭素繊維(VGCF)やアセチレンブラック(AB)やケッチェンブラック(KB)やカーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー(CNF)等の炭素材料;ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。導電助剤は、例えば、粒子状又は繊維状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。導電助剤は1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
1.1.3 Conductive assistant The conductive assistant may be a carbon material such as vapor grown carbon fiber (VGCF), acetylene black (AB), ketjen black (KB), carbon nanotube (CNT), or carbon nanofiber (CNF); or a metal material such as nickel, aluminum, or stainless steel. The conductive assistant may be, for example, particulate or fibrous, and the size is not particularly limited. Only one type of conductive assistant may be used alone, or two or more types may be used in combination.
1.1.4 バインダー
バインダーとしては、例えば、ブタジエンゴム(BR)系バインダー、ブチレンゴム(IIR)系バインダー、アクリレートブタジエンゴム(ABR)系バインダー、スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダー、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)系バインダー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系バインダー、ポリイミド(PI)系バインダー等が挙げられる。バインダーは1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
1.1.4 Binder Examples of the binder include butadiene rubber (BR)-based binders, butylene rubber (IIR)-based binders, acrylate butadiene rubber (ABR)-based binders, styrene butadiene rubber (SBR)-based binders, polyvinylidene fluoride (PVdF)-based binders, polytetrafluoroethylene (PTFE)-based binders, polyimide (PI)-based binders, etc. Only one type of binder may be used alone, or two or more types may be used in combination.
1.2 負極活物質層
負極活物質層12は、少なくとも負極活物質を含み、さらに任意に、電解質、導電助剤及びバインダー等を含んでいてもよい。負極活物質層12はその他に各種の添加剤を含んでいてもよい。負極活物質層12における負極活物質、電解質、導電助剤及びバインダー等の各々の含有量は、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。負極活物質層12の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、略平面を有するシート状の負極活物質層であってもよい。負極活物質層12の厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、2mm以下又は1mm以下であってもよい。
1.2 Negative Electrode Active Material Layer The negative electrode
1.2.1 負極活物質
負極活物質層12は、Liを含む負極活物質を含有する。負極活物質層12においては、Liを含まない負極活物質と、Liを含む負極活物質とが混在していてもよい。負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出する電位(充放電電位)が上記の正極活物質と比べて卑な電位である種々の物質が採用され得る。例えば、SiやSi合金や酸化ケイ素等のシリコン系活物質;グラファイトやハードカーボン等の炭素系活物質;チタン酸リチウム等の各種酸化物系活物質;金属リチウムやリチウム合金等が採用され得る。負極活物質は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
1.2.1 Negative Electrode Active Material The negative electrode
本発明者の知見によれば、負極活物質層12が、負極活物質として、Si単体及びLi-Si合金を含有する場合に、電池の放電容量が向上し易い。具体的には、負極活物質層12が、Si単体とLi-Si合金との双方を負極活物質として含む場合、Si単体のみを含む場合よりも、放電時に上記のO2型構造を有する正極活物質へと挿入されるLi量が多くなる。すなわち、正極活物質が初期(充放電前)に有していたLi量を超える量のLiが正極活物質へと挿入され得る。また、そもそも、負極活物質層12が負極活物質としてSi単体のみを含む場合、1回目の充電の前に放電を行うことができない。一方で、負極活物質層12が負極活物質としてLi-Si合金のみを含む場合、負極活物質層12において吸蔵可能なLiの量が低下する虞がある。
According to the findings of the present inventor, when the negative electrode
Li-Si合金の組成は特に限定されるものではない。例えば、Li-Si合金は、LiαSiβ(0<α/β≦4.4)で示される組成を有していてもよい。α/βは0.1以上であってもよく、0.5以上であってもよく、1.5以上であってもよい。Li-Si合金の具体例としては、Li0.54Si、Li0.87Si、Li1.2Si、Li2.2Si、Li3.75Si、Li4.4Si等が挙げられる。 The composition of the Li-Si alloy is not particularly limited. For example, the Li-Si alloy may have a composition represented by Li α Si β (0<α/β≦4.4). α/β may be 0.1 or more, 0.5 or more, or 1.5 or more. Specific examples of the Li-Si alloy include Li 0.54 Si, Li 0.87 Si, Li 1.2 Si, Li 2.2 Si, Li 3.75 Si , and Li 4.4 Si.
負極活物質層12に含まれるSi単体とLi-Si合金との合計に占めるLi-Si合金の質量割合は、特に限定されるものではない。例えば、当該質量割合は、10.0質量%以上90.0質量%以下であってもよい。本発明者の知見によると、Si単体とLi-Si合金との質量比を上記の範囲に調整することで、O2型構造を有する正極活物質を用いつつも、電池の放電容量が一層顕著に向上し易い。Si単体とLi-Si合金との合計に占めるLi-Si合金の質量割合は、20.0質量%以上、30.0質量%以上、40.0質量%以上又は50.0質量%以上であってもよく、85.0質量%以下、80.0質量%以下、75.0質量%以下又は70.0質量%以下であってもよい。特に、当該質量割合が50.0質量%以上75.0質量%以下の場合に、電池の放電容量がより一層顕著に向上し得る。
The mass ratio of the Li-Si alloy to the total of the Si element and the Li-Si alloy contained in the negative electrode
負極活物質の形状は、電池の負極活物質として一般的な形状であればよい。例えば、負極活物質は粒子状であってもよい。負極活物質粒子は、一次粒子であってもよいし、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。負極活物質粒子の平均粒子径(D50)は、例えば1nm以上、5nm以上、又は10nm以上であってもよく、また500μm以下、100μm以下、50μm以下、又は30μm以下であってもよい。 The shape of the negative electrode active material may be any shape that is common for negative electrode active materials in batteries. For example, the negative electrode active material may be in a particulate form. The negative electrode active material particles may be primary particles or secondary particles formed by agglomeration of multiple primary particles. The average particle diameter (D50) of the negative electrode active material particles may be, for example, 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more, and may be 500 μm or less, 100 μm or less, 50 μm or less, or 30 μm or less.
1.2.2 電解質、導電助剤及びバインダー
負極活物質層12に含まれ得る電解質としては、上述の固体電解質や電解液が挙げられる。全固体電池を製造する場合、負極活物質層12は、固体電解質、中でも硫化物固体電解質、さらにその中でもLi2S-P2S5を含む硫化物固体電解質を含む場合に、電池の性能が向上し易い。負極活物質層12に含まれ得る導電助剤としては上述の炭素材料や上述の金属材料が挙げられる。負極活物質層12に含まれ得るバインダーは、例えば、上述の正極活物質層11に含まれ得るバインダーとして例示したものの中から適宜選択されればよい。
1.2.2 Electrolyte, Conductive Auxiliary Agent, and Binder The electrolyte that can be contained in the negative electrode
1.3 電解質層
電解質層13は少なくとも電解質を含む。全固体電池を製造する場合、電解質層13は、固体電解質を含み、さらに任意にバインダー等を含んでいてもよい。この場合、電解質層13における固体電解質とバインダー等との含有量は特に限定されない。一方で、電解液電池を製造する場合、電解質層13は、電解液を含み、さらに、当該電解液を保持するとともに、正極活物質層11と負極活物質層12との接触を防止するためのセパレータ等を有していてもよい。電解質層13の厚みは特に限定されるものではなく、例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、2mm以下又は1mm以下であってもよい。
1.3 Electrolyte Layer The
固体電解質、電解液及びバインダー等については上述した通りである。セパレータは、リチウムイオン電池において通常用いられるセパレータであればよく、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル及びポリアミド等の樹脂からなるもの等が挙げられる。セパレータは、単層構造であってもよく、複層構造であってもよい。複層構造のセパレータとしては、例えばPE/PPの2層構造のセパレータ、又は、PP/PE/PP若しくはPE/PP/PEの3層構造のセパレータ等を挙げることができる。セパレータは、セルロース不織布、樹脂不織布、ガラス繊維不織布といった不織布からなるものであってもよい。 The solid electrolyte, electrolytic solution, binder, etc. are as described above. The separator may be any separator commonly used in lithium ion batteries, and may be made of resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, and polyamide. The separator may have a single layer structure or a multi-layer structure. Examples of the multi-layer structure separator include a separator with a two-layer structure of PE/PP, or a separator with a three-layer structure of PP/PE/PP or PE/PP/PE. The separator may be made of a nonwoven fabric such as a cellulose nonwoven fabric, a resin nonwoven fabric, or a glass fiber nonwoven fabric.
1.4 正極集電体
図2に示されるように、積層体10は、上記の正極活物質層11と接触する正極集電体14を備えていてもよい。正極集電体14は、電池の正極集電体として一般的なものをいずれも採用可能である。また、正極集電体14は、箔状、板状、メッシュ状、パンチングメタル状、及び、発泡体等であってよい。正極集電体14は、金属箔又は金属メッシュによって構成されていてもよい。特に、金属箔が取扱い性等に優れる。正極集電体14は、複数枚の箔からなっていてもよい。正極集電体14を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。特に、酸化耐性を確保する観点等から、正極集電体14がAlを含むものであってもよい。正極集電体14は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、正極集電体14は、金属箔や基材に上記の金属がめっき又は蒸着されたものであってもよい。また、正極集電体14が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔間に何らかの層を有していてもよい。正極集電体14の厚みは特に限定されるものではない。例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、1mm以下又は100μm以下であってもよい。
1.4 Positive electrode collector As shown in FIG. 2, the laminate 10 may include a
1.5 負極集電体
図2に示されるように、積層体10は、上記の負極活物質層12と接触する負極集電体15を備えていてもよい。負極集電体15は、電池の負極集電体として一般的なものをいずれも採用可能である。また、負極集電体15は、箔状、板状、メッシュ状、パンチングメタル状、及び、発泡体等であってよい。負極集電体15は、金属箔又は金属メッシュであってもよく、或いは、カーボンシートであってもよい。特に、金属箔が取扱い性等に優れる。負極集電体15は、複数枚の箔やシートからなっていてもよい。負極集電体15を構成する金属としては、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Ag、Al、Fe、Ti、Zn、Co、ステンレス鋼等が挙げられる。特に、還元耐性を確保する観点及びリチウムと合金化し難い観点から、負極集電体15がCu、Ni及びステンレス鋼から選ばれる少なくとも1種の金属を含むものであってもよい。負極集電体15は、その表面に、抵抗を調整すること等を目的として、何らかのコート層を有していてもよい。また、負極集電体15は、金属箔や基材に上記の金属がめっき又は蒸着されたものであってもよい。また、負極集電体15が複数枚の金属箔からなる場合、当該複数枚の金属箔の間に何らかの層を有していてもよい。負極集電体15の厚みは特に限定されるものではない。例えば、0.1μm以上又は1μm以上であってもよく、1mm以下又は100μm以下であってもよい。
1.5 Negative electrode current collector As shown in FIG. 2, the laminate 10 may include a negative electrode
1.6 積層体を得る方法
製造方法S10においては、後述するように、1回目の充電前に放電を行うことに特徴があり、その前段階である積層体10の作製条件は特に限定されるものではなく、従来の電池の製造方法におけるものと同様であってよい。例えば、正極活物質層11、負極活物質層12及び電解質層13は、上記の各種成分を含む合剤を、各々、乾式又は湿式にて成形すること等によって容易に形成可能であり、各層を積層することで積層体10を容易に得ることができる。積層体10は、正極活物質層11、負極活物質層12及び電解質層13を各々少なくとも1つずつ備えていればよい。積層体10において、正極の容量及び負極の容量は、目的とする電池の性能に応じて適宜決定されればよい。例えば、正極の容量C1と負極の容量C2との比C1/C2は、0.1以上又は0.2以上であってもよく、1.0以下又は0.9以下であってもよい。
1.6 Method for Obtaining a Laminate As described later, the manufacturing method S10 is characterized in that discharge is performed before the first charge, and the manufacturing conditions of the laminate 10, which is the previous step, are not particularly limited and may be the same as those in the conventional battery manufacturing method. For example, the positive electrode
2.工程S2
工程S2においては、上記のようにして得られた積層体10を拘束する。積層体10の拘束は、例えば、積層体10が外装体(不図示)の内部に収容されることによって行われてもよいし、積層体10に対して拘束部材(不図示)によって拘束圧が付与されることによって行われてもよい。ただし、本開示の技術において、外装体や拘束部材の存在は任意である。
2. Step S2
In step S2, the laminate 10 obtained as described above is restrained. The laminate 10 may be restrained, for example, by housing the
2.1 外装体
外装体は、電池の外装体として公知のものをいずれも採用可能である。例えば、ラミネートフィルムによって構成されるものであってもよいし、それ以外のものであってもよい。積層体10は、公知の方法により、外装体の内部に収容され得る。例えば、積層体10のうち、タブや端子等を除いた部分をラミネートフィルム内に収容したうえで、当該ラミネートフィルムをシールすることで、積層体10をラミネートフィルム内に封入してもよい。このように、積層体10を外装体内に収容することで、外装体の内壁に積層体10が接触し、積層体10が拘束され得る。
2.1 Exterior The exterior can be any known exterior for a battery. For example, it may be made of a laminate film or may be something else. The laminate 10 can be housed inside the exterior by a known method. For example, the laminate 10 may be enclosed in the laminate film by housing a portion of the laminate 10 excluding tabs, terminals, etc., in the laminate film and then sealing the laminate film. In this way, by housing the
2.2 拘束部材
拘束部材は、電池の拘束部材として公知のものをいずれも採用可能である。拘束部材は、上述の外装体の外部から積層体10を拘束するものであってもよいし、外装体の内部において積層体10を拘束するものであってもよい。拘束部材は、例えば、積層体10に対して少なくとも積層方向に拘束圧力を付与するものであってもよい。すなわち、拘束部材による拘束圧の方向は、正極活物質層11、電解質層13及び負極活物質層12の積層方向と一致させてもよい。これにより、各層における界面抵抗を低減することができ、サイクル特性に一層優れる電池が得られる。拘束部材による拘束圧力は特に限定されるものではなく、例えば1MPa以上であってもよく、20MPa以下であってもよい。
2.2 Constraint member Any known constraining member for a battery can be used as the constraining member. The constraining member may be one that constrains the laminate 10 from the outside of the above-mentioned exterior body, or one that constrains the laminate 10 inside the exterior body. The constraining member may, for example, apply a constraining pressure to the laminate 10 at least in the stacking direction. That is, the direction of the constraining pressure by the constraining member may be aligned with the stacking direction of the positive electrode
3.工程S3
工程S3においては、拘束された積層体10に対して放電を行った後に1回目の充電を行う。工程S3は、公知の充放電装置等を利用して実施され得る。工程S3における放電終止電位や充電終止電位は特に限定されるものではなく、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。
3. Step S3
In step S3, the restrained
図3に従来技術として示されるように、仮に、積層体10に対して放電を行わずに1回目の充電を行った場合、負極の体積膨張等に伴って、充電後の拘束圧(内圧)が大きく増加してしまう。これに対し、製造方法S10においては、積層体10に対して放電を行った後に1回目の充電を行う。上述したように、積層体10においては、正極活物質層11にO2型構造を有する正極活物質が採用される一方で、負極活物質層12にLiを含む負極活物質が採用される。すなわち、1回目の充電前において、放電によって負極活物質からLiを放出させることができ、且つ、負極活物質から放出されたLiを正極活物質に吸蔵させることができる。このとき、負極の体積が収縮して、拘束圧(内圧)が低下する。このように、製造方法S10においては、放電によって拘束圧(内圧)を低下させた後に1回目の充電を行うことで、図3に示されるように、充電後の拘束圧(内圧)の増加が抑制される。
As shown in FIG. 3 as a conventional technique, if the first charge is performed without discharging the laminate 10, the restraining pressure (internal pressure) after charging increases significantly due to the volume expansion of the negative electrode. In contrast, in the manufacturing method S10, the laminate 10 is discharged and then the first charge is performed. As described above, in the laminate 10, a positive electrode active material having an O2 type structure is used for the positive electrode
尚、本願において「拘束圧(内圧)の増加が抑制される」とは、図3に示されるように、拘束圧(内圧)の最大値が低くなることをいう。このような効果は、製造物である電池の種類(全固体電池、電解液電池)によらず奏されるものと考えられるが、特に全固体電池である場合に、拘束圧の増加を抑制する効果が一層顕著となるものと考えられる。 In this application, "the increase in the confining pressure (internal pressure) is suppressed" means that the maximum value of the confining pressure (internal pressure) is lowered, as shown in Figure 3. It is believed that such an effect is achieved regardless of the type of battery (all-solid-state battery, electrolyte battery) that is the product, but it is believed that the effect of suppressing the increase in the confining pressure is particularly remarkable in the case of an all-solid-state battery.
4.その他の工程
製造方法S10は、上記の工程S1~S3に加えて、電池の製造方法として一般的な工程を含んでいてもよい。例えば、積層体10に対して端子等を接続する工程等である。また、製造方法S10においては、複数の電池を任意に電気的に接続し、また、任意に重ね合わせて、組電池としていてもよい。この場合、公知の電池ケースの内部に当該組電池を収容してもよい。製造方法S10により得られる電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、及び角型等を挙げることができる。
4. Other Steps In addition to the above steps S1 to S3, the manufacturing method S10 may include general steps as a manufacturing method for a battery. For example, a step of connecting terminals to the
5.補足
尚、正極活物質には、上記のO2型構造を有するもののほか、O3型構造を有するもの等も存在する。しかしながら、このような正極活物質は、Li欠損構造を実質的に有しておらず、積層体10の作製直後に放電によってLiを吸蔵することはできない。すなわち、図3の従来技術に示される充電スタートでしか電池を製造することができない。この場合、負極の体積膨張が大きく、拘束圧(内圧)が大きく増加してしまう。これに対し、上述の通り、製造方法S10においては、O2型構造を有する正極活物質と、Liを含む負極活物質とを組み合わせることで、図3に示される放電スタートにて電池を製造することができ、上述したメカニズムによって拘束圧(内圧)の増加を抑えることができる。
5. Supplementary Note that, in addition to the above-mentioned O2 type structure, there are also positive electrode active materials having an O3 type structure. However, such positive electrode active materials do not substantially have a Li deficiency structure, and cannot absorb Li by discharging immediately after the production of the laminate 10. That is, a battery can only be manufactured at the charge start shown in the conventional technology of FIG. 3. In this case, the volume expansion of the negative electrode is large, and the restraining pressure (internal pressure) increases significantly. In contrast, as described above, in the manufacturing method S10, a battery can be manufactured at the discharge start shown in FIG. 3 by combining a positive electrode active material having an O2 type structure with a negative electrode active material containing Li, and the increase in the restraining pressure (internal pressure) can be suppressed by the above-mentioned mechanism.
以下、実施例を示しつつ、本開示の技術についてさらに詳細に説明するが、本開示の技術は以下の実施例に限定されるものではない。 The technology disclosed herein will be explained in more detail below with reference to examples, but the technology disclosed herein is not limited to the following examples.
1.全固体電池の製造及び評価
1.1 実施例1
1.1.1 O2型構造を有する正極活物質(Li0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2)の作製
Mn(NO3)2・6H2Oを43.06gと、Ni(NO3)2・6H2Oを17.97gと、Co(NO3)2・6H2Oを26.98gと、を純水250gに溶解させて溶液1を得た。Na2CO3を31.8gと、アンモニア水を10.1mLと、を純水250gに溶解させて溶液2を得た。溶液1と溶液2とを、純水100mLが入ったビーカーに同時に滴下して混合溶液を得た。得られた混合溶液を50℃で一晩撹拌した。撹拌後、混合溶液を純水で洗浄し、その後、120℃で48時間以上乾燥させることで、中間物質1((Mn0.5Ni0.2Co0.3)CO3)を得た。
1. Production and evaluation of all-solid-state batteries 1.1 Example 1
1.1.1 Preparation of a positive electrode active material ( Li0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2 ) having an O2 type structure 43.06g of Mn( NO3 ) 2.6H2O , 17.97g of Ni(NO3)2.6H2O , and 26.98g of Co( NO3 ) 2.6H2O were dissolved in 250g of pure water to obtain solution 1. 31.8g of Na2CO3 and 10.1mL of ammonia water were dissolved in 250g of pure water to obtain solution 2. Solution 1 and solution 2 were simultaneously dropped into a beaker containing 100mL of pure water to obtain a mixed solution. The obtained mixed solution was stirred at 50°C overnight. After stirring, the mixed solution was washed with pure water and then dried at 120° C. for 48 hours or more to obtain an intermediate substance 1 ((Mn 0.5 Ni 0.2 Co 0.3 )CO 3 ).
中間物質1を13.5gと、Na2CO3を4.28gと、を乳鉢で混合し、静水圧プレスで押し固めた後、600℃で6時間保持し、その後、900℃で24時間保持して焼成を行うことで、中間物質2(Na0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2)を得た。 13.5 g of intermediate substance 1 and 4.28 g of Na2CO3 were mixed in a mortar, compacted using an isostatic press, and then held at 600°C for 6 hours and then held at 900 ° C for 24 hours for sintering to obtain intermediate substance 2 ( Na0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2 ).
中間物質2を3.5gと、LiClを4.77gと、LiNO3を7.75gと、を混合し、280℃で1時間保持することで溶解させた。その後、純水で洗浄し、濾過及び乾燥させることで、正極活物質としてのLi0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2を得た。 3.5 g of intermediate material 2, 4.77 g of LiCl, and 7.75 g of LiNO3 were mixed and dissolved by holding at 280 ° C. for 1 hour. The mixture was then washed with pure water, filtered, and dried to obtain Li0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2 as a positive electrode active material.
1.1.2 正極活物質の被覆
正極活物質としてのLi0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2を0.2gと、Nb溶液(LiイオンとNb源とを含む)及び水を各々0.11747gと、を秤量し、メノウ乳鉢で混合して粉末と溶液との混合物を得た。混合物を均一に混合後、80℃に設定したホットプレート上で、メノウ乳鉢を加熱しながら混合物を混合して溶液を蒸発させて、粉末を得た。得られた粉末を200℃で5時間、真空熱乾燥させることで、正極活物質とその表面に形成された保護層とを有する複合体(NbコートLi0.7Mn0.5Ni0.2Co0.3O2)を得た。
1.1.2 Coating of the positive electrode active material 0.2 g of Li 0.7 Mn 0.5 Ni 0.2 Co 0.3 O 2 as the positive electrode active material, 0.11747 g each of Nb solution (containing Li ions and Nb source) and water were weighed and mixed in an agate mortar to obtain a mixture of powder and solution. After uniformly mixing the mixture, the mixture was mixed while heating the agate mortar on a hot plate set at 80 ° C., and the solution was evaporated to obtain a powder. The obtained powder was vacuum-heat dried at 200 ° C. for 5 hours to obtain a composite (Nb-coated Li 0.7 Mn 0.5 Ni 0.2 Co 0.3 O 2 ) having a positive electrode active material and a protective layer formed on its surface.
1.1.3 固体電解質の作製
Li2S(フルウチ化学社製)を0.550gと、P2S5(アルドリッチ社製)を0.887gと、LiI(日宝化学社製)を0.285gと、LiBr(高純度化学社製)を0.277gと、をメノウ乳鉢で混合して混合物を得た。得られた混合物にn-ヘプタンを4g加え、遊星型ボールミルを用い40時間メカニカルミリングすることにより、固体電解質(Li2S-LiBr-LiI-P2S5)を得た。
1.1.3 Preparation of solid electrolyte 0.550 g of Li 2 S (Furuuchi Chemical Co., Ltd.), 0.887 g of P 2 S 5 (Aldrich Co., Ltd.), 0.285 g of LiI (Nippo Chemical Co., Ltd.), and 0.277 g of LiBr (Kojundo Chemical Co., Ltd.) were mixed in an agate mortar to obtain a mixture. 4 g of n-heptane was added to the obtained mixture, and mechanical milling was performed for 40 hours using a planetary ball mill to obtain a solid electrolyte (Li 2 S-LiBr-LiI-P 2 S 5 ).
1.1.4 正極合剤の作製
正極活物質としての上記の複合体を1.5gと、導電助剤としてのVGCFを0.023gと、固体電解質を0.239gと、酪酸ブチルを0.8gと、を超音波ホモジナイザー(SMT社製、UH-50)により混合し、正極合剤を得た。
1.1.4 Preparation of Positive Electrode Mixture 1.5 g of the above composite as the positive electrode active material, 0.023 g of VGCF as the conductive assistant, 0.239 g of the solid electrolyte, and 0.8 g of butyl butyrate were mixed with an ultrasonic homogenizer (UH-50, manufactured by SMT Corporation) to obtain a positive electrode mixture.
1.1.5 Liを含む負極活物質の作製
金属Liを0.44gと、Si単体を0.375gと、をメノウ乳鉢によって混合することで、Li-Si合金(Li15Si4)を得た。得られたLi-Si合金と、Si単体とを、62.5:37.5の質量比になるように混合して、負極活物質を得た。
1.1.5 Preparation of Li-containing negative electrode active material 0.44 g of metallic Li and 0.375 g of simple Si were mixed in an agate mortar to obtain a Li-Si alloy (Li 15 Si 4 ). The Li-Si alloy and simple Si were mixed in a mass ratio of 62.5:37.5 to obtain a negative electrode active material.
1.1.6 負極合剤の作製
上記の負極活物質を1.0gと、導電助剤としてのVGCFを0.04gと、上記の固体電解質を0.776gと、n-ヘプタンを1.7gと、を超音波ホモジナイザー(SMT社製、UH-50)により混合し、負極合剤を得た。
1.1.6 Preparation of Negative Electrode Mixture 1.0 g of the above negative electrode active material, 0.04 g of VGCF as a conductive assistant, 0.776 g of the above solid electrolyte, and 1.7 g of n-heptane were mixed using an ultrasonic homogenizer (UH-50, manufactured by SMT Corporation) to obtain a negative electrode mixture.
1.1.7 固体電解質層の作製
セラミックス製の型(断面積:1cm2)に上記の固体電解質を0.065g加え、1ton/cm2でプレスすることにより、固体電解質層を形成した。
1.1.7 Preparation of Solid Electrolyte Layer 0.065 g of the above solid electrolyte was added to a ceramic mold (cross-sectional area: 1 cm 2 ) and pressed at 1 ton/cm 2 to form a solid electrolyte layer.
1.1.8 積層体の作製及び拘束
固体電解質層の一方面に対し、上記の正極合剤0.018gを積層し、1ton/cm2でプレスすることにより正極活物質層を形成した。固体電解質層の他方面に上記の負極合剤0.0054gを積層し、4ton/cm2でプレスすることにより負極活物質層を形成した。正極活物質層側に正極集電体(アルミニウム箔)を、負極活物質層側に負極集電体(銅箔)を、それぞれ配置して積層体を得て、当該積層体を外装体内に収容して拘束した。
1.1.8 Preparation and Confinement of Laminate 0.018 g of the above-mentioned positive electrode mixture was laminated on one side of the solid electrolyte layer and pressed at 1 ton/ cm2 to form a positive electrode active material layer. 0.0054 g of the above-mentioned negative electrode mixture was laminated on the other side of the solid electrolyte layer and pressed at 4 ton/ cm2 to form a negative electrode active material layer. A positive electrode current collector (aluminum foil) was placed on the positive electrode active material layer side, and a negative electrode current collector (copper foil) was placed on the negative electrode active material layer side to obtain a laminate, which was then housed and constrained in an exterior body.
1.1.9 積層体の放電及び1回目の充電
上記のようにして得られた積層体に対して、定寸拘束を維持したまま、まず1.8Vまで放電を行い、その後、4.6Vまで1回目の充電を行い、評価用の全固体電池を得た。充電完了後に電池の拘束圧を測定した。
1.1.9 Discharge of the laminate and first charge The laminate obtained as described above was first discharged to 1.8 V while maintaining the fixed size constraint, and then charged for the first time to 4.6 V to obtain an all-solid-state battery for evaluation. After the charging was completed, the constraint pressure of the battery was measured.
1.1.10 サイクル試験
評価用の全固体電池について、0.1C(CC)-0.01C(CV)で4.6Vまで定電流定電圧充電を行うことと、0.1C(CC)-0.01C(CV)で1.8Vまで定電流定電圧放電を行うこととを、25℃の恒温槽内で繰り返し行い、各サイクルにおける放電容量を確認した。
1.1.10 Cycle Test The all-solid-state battery for evaluation was repeatedly charged at a constant current and constant voltage of 0.1 C (CC)-0.01 C (CV) up to 4.6 V and discharged at a constant current and constant voltage of 0.1 C (CC)-0.01 C (CV) up to 1.8 V in a thermostatic chamber at 25° C., and the discharge capacity in each cycle was confirmed.
1.2 比較例1
実施例1と同様にして積層体を得て、定寸拘束を維持したまま、放電を行うことなく、4.6Vまで1回目の充電を行い、評価用の全固体電池を得た。充電完了後に電池の拘束圧を測定した。また、評価用の全固体電池について、実施例1と同様の条件でサイクル試験を行い、各サイクルにおける放電容量を確認した。
1.2 Comparative Example 1
A laminate was obtained in the same manner as in Example 1, and the first charge was performed to 4.6 V without discharging while maintaining the fixed size constraint, to obtain an all-solid-state battery for evaluation. After charging was completed, the constraint pressure of the battery was measured. In addition, a cycle test was performed under the same conditions as in Example 1 for the all-solid-state battery for evaluation, and the discharge capacity in each cycle was confirmed.
1.3 評価結果
実施例1と比較例1とで1回目の充電後の電池の拘束圧を比較したところ、実施例1の拘束圧のほうが、比較例1の拘束圧よりも14%低下していた。図3に示されるように、比較例1においては、充電スタートとしたことで負極が大きく膨張して拘束圧が大きく増加したのに対し、実施例1においては、放電スタートとして負極の体積を収縮させて拘束圧を低下させた後に充電を行ったため、拘束圧の増加(拘束圧の最大値)が少なくなったものと考えられる。
1.3 Evaluation results When the confining pressure of the battery after the first charge was compared between Example 1 and Comparative Example 1, the confining pressure of Example 1 was 14% lower than that of Comparative Example 1. As shown in Fig. 3, in Comparative Example 1, the negative electrode expanded significantly due to the start of charge, and the confining pressure increased significantly, whereas in Example 1, the volume of the negative electrode was contracted as the start of discharge, and the confining pressure was reduced before charging, which is considered to be the reason for the smaller increase in the confining pressure (maximum confining pressure).
図4に、実施例1及び比較例1に係る各々の電池のサイクル試験結果を示す。図4に示されるように、実施例1は、比較例1と同等以上のサイクル特性及び容量を有するものであった。実施例1においては、比較例1よりも拘束圧を低く抑えることができた結果、電池材料の割れ等を抑制でき、これがサイクル特性の向上に繋がったものと考えられる。 Figure 4 shows the cycle test results for each battery according to Example 1 and Comparative Example 1. As shown in Figure 4, Example 1 had cycle characteristics and capacity equal to or greater than those of Comparative Example 1. In Example 1, the confining pressure could be kept lower than in Comparative Example 1, which resulted in suppressing cracks in the battery material, and this is thought to have led to improved cycle characteristics.
2.電解液電池の製造及び評価
2.1 実施例2
2.1.1 正極の作製
上記の正極活物質85質量%と、導電剤としてのアセチレンブラック(LI400)10質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン5質量%と、を混合して、N-メチル-2-ピロリドンを用いてスラリー化した後、アルミニウム箔からなる正極集電体上に塗布した。この後、120℃で真空乾燥、成形し正極を得た。
2. Manufacture and evaluation of electrolyte battery 2.1 Example 2
2.1.1 Preparation of Positive Electrode 85% by mass of the positive electrode active material, 10% by mass of acetylene black (LI400) as a conductive agent, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and slurried using N-methyl-2-pyrrolidone, and then coated on a positive electrode current collector made of aluminum foil. The mixture was then vacuum dried at 120°C and molded to obtain a positive electrode.
2.1.2 負極の準備
負極には、所定の大きさにカットしたリチウム金属を用いた。
2.1.2 Preparation of the negative electrode For the negative electrode, lithium metal cut to a specified size was used.
2.1.3 電解液の準備
非水電解液として、ダイキン製の電解液(1.0M LiPF6/TW5(TFPC)+F3(TFEMC) 30:70vol%+ TL16(LiDFOB 0.98wt%))を用いた。
2.1.3 Preparation of Electrolyte As a non-aqueous electrolyte, an electrolyte manufactured by Daikin (1.0 M LiPF 6 /TW5(TFPC)+F3(TFEMC) 30:70 vol %+TL16(LiDFOB 0.98 wt %)) was used.
2.1.4 コインセルの作製
不活性雰囲気下において、上記の正極及び負極を用いたコイン型セルに上記の電解液を注液させることによりコインセルを作製した。
2.1.4 Preparation of Coin Cell The above-mentioned electrolyte solution was poured into a coin-shaped cell using the above-mentioned positive and negative electrodes in an inert atmosphere to prepare a coin cell.
2.1.5 コインセルの放電及び1回目の充電
上記のようにして得られたコインセルに対して、定寸拘束を維持したまま、まず2.0Vまで放電を行い、その後、4.8Vまで1回目の充電を行い、評価用の電解液電池を得た。充電完了後に電池の拘束圧を測定した。
2.1.5 Discharge and first charge of coin cell The coin cell obtained as described above was first discharged to 2.0 V while maintaining the fixed size constraint, and then charged for the first time to 4.8 V to obtain an electrolyte battery for evaluation. After charging was completed, the constraint pressure of the battery was measured.
2.1.6 サイクル試験
実施例1及び比較例1と同様の試験条件にてサイクル試験を行い、各サイクルにおける放電容量を確認した。
2.1.6 Cycle Test A cycle test was carried out under the same test conditions as in Example 1 and Comparative Example 1, and the discharge capacity in each cycle was confirmed.
2.2 比較例2
実施例1と同様にしてコインセルを得て、定寸拘束を維持したまま、放電を行うことなく、4.8Vまで1回目の充電を行い、評価用の電解液電池を得た。また、評価用の電解液電池について、実施例2と同様の条件でサイクル試験を行い、各サイクルにおける放電容量を確認した。
2.2 Comparative Example 2
A coin cell was obtained in the same manner as in Example 1, and while maintaining the fixed size constraint, the first charge was performed up to 4.8 V without discharging to obtain an electrolyte battery for evaluation. In addition, a cycle test was performed on the electrolyte battery for evaluation under the same conditions as in Example 2 to confirm the discharge capacity in each cycle.
2.3 評価結果
実施例2と比較例2とで、1回目の充電後の電池の拘束圧を比較したところ、実施例2のほうが、比較例2よりも電池の内圧が12%低下していた。図3に示されるように、比較例2においては、充電スタートとしたことで負極が大きく膨張して拘束圧が大きく増加したのに対し、実施例2においては、放電スタートとして負極の体積を収縮させて拘束圧を低下させた後に充電を行ったため、拘束圧の増加(拘束圧の最大値)が少なくなったものと考えられる。
2.3 Evaluation results When the confining pressure of the battery after the first charge was compared between Example 2 and Comparative Example 2, the internal pressure of the battery in Example 2 was 12% lower than that in Comparative Example 2. As shown in Fig. 3, in Comparative Example 2, the negative electrode expanded significantly due to the start of charge, resulting in a large increase in the confining pressure, whereas in Example 2, the volume of the negative electrode was contracted as the start of discharge, reducing the confining pressure, and then charging was performed, which is thought to be why the increase in the confining pressure (maximum confining pressure) was smaller.
図5に、実施例2及び比較例2に係る各々の電池のサイクル試験結果を示す。図5に示されるように、実施例2は、比較例2と同等以上のサイクル特性及び容量を有するものであった。実施例2においては、比較例2よりも拘束圧を低く抑えることができた結果、電池材料の割れ等を抑制でき、これがサイクル特性の向上に繋がったものと考えられる。 Figure 5 shows the cycle test results for each battery according to Example 2 and Comparative Example 2. As shown in Figure 5, Example 2 had cycle characteristics and capacity equal to or greater than those of Comparative Example 2. In Example 2, the confining pressure could be kept lower than in Comparative Example 2, which resulted in suppression of cracks in the battery material, and this is thought to have led to improved cycle characteristics.
3.まとめ
以上の通り、以下の工程(1)~(3)を備える電池の製造方法によれば、電池の拘束圧(内圧)の増加を抑制することができるものといえる。
(1)O2型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層と、Liを含む負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の間に設けられた電解質層と、を備える積層体を得ること。
(2)前記積層体を拘束すること。
(3)拘束された前記積層体に対して放電を行った後に1回目の充電を行うこと。
3. Summary As described above, it can be said that the battery manufacturing method including the following steps (1) to (3) can suppress an increase in the confining pressure (internal pressure) of the battery.
(1) Obtaining a laminate including: a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having an O2 type structure; a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material containing Li; and an electrolyte layer provided between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
(2) Restraining the laminate.
(3) The restrained stack is discharged and then charged a first time.
10 積層体
11 正極活物質層
12 負極活物質層
13 電解質層
14 正極集電体
15 負極集電体
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記積層体を拘束すること、並びに、
拘束された前記積層体に対して放電を行った後に1回目の充電を行うこと、
を含む電池の製造方法。 obtaining a laminate including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a Li-deficient O2 type structure, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material containing Li, and an electrolyte layer provided between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer;
constraining the stack; and
performing a first charge after discharging the restrained laminate;
A method for manufacturing a battery comprising the steps of:
請求項1に記載の製造方法。 Before the discharge, the negative electrode active material layer contains, as a negative electrode active material, a Si element and a Li—Si alloy.
The method of claim 1 .
請求項1又は2に記載の製造方法。 A method for producing an all-solid-state battery,
The method according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021136638A JP7655148B2 (en) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Battery manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021136638A JP7655148B2 (en) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Battery manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023031127A JP2023031127A (en) | 2023-03-08 |
| JP7655148B2 true JP7655148B2 (en) | 2025-04-02 |
Family
ID=85414174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021136638A Active JP7655148B2 (en) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Battery manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7655148B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7790407B2 (en) * | 2023-07-11 | 2025-12-23 | トヨタ自動車株式会社 | Method for producing positive electrode active material, positive electrode active material and battery |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151074A (en) | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2010073571A (en) | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Panasonic Corp | Lithium ion secondary battery and method of manufacturing the same |
| JP2011228273A (en) | 2010-03-31 | 2011-11-10 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP2017112029A (en) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
| JP2017152189A (en) | 2016-02-24 | 2017-08-31 | 古河電池株式会社 | Method for charging/discharging lithium secondary battery |
| JP2020068104A (en) | 2018-10-24 | 2020-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | Negative electrode active material |
-
2021
- 2021-08-24 JP JP2021136638A patent/JP7655148B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151074A (en) | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2010073571A (en) | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Panasonic Corp | Lithium ion secondary battery and method of manufacturing the same |
| JP2011228273A (en) | 2010-03-31 | 2011-11-10 | Sanyo Electric Co Ltd | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP2017112029A (en) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
| JP2017152189A (en) | 2016-02-24 | 2017-08-31 | 古河電池株式会社 | Method for charging/discharging lithium secondary battery |
| JP2020068104A (en) | 2018-10-24 | 2020-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | Negative electrode active material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023031127A (en) | 2023-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2020077611A (en) | Positive electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same | |
| JP7586021B2 (en) | All-solid-state battery | |
| JP7673094B2 (en) | Electrode, non-aqueous electrolyte battery and battery pack | |
| JP7697424B2 (en) | Anode for secondary battery, method for producing anode for secondary battery, and secondary battery | |
| JP5761098B2 (en) | Active material and lithium ion secondary battery using the same | |
| JP2024144468A (en) | Secondary battery and secondary battery system | |
| JP2004006285A (en) | Lithium secondary battery | |
| JP5527597B2 (en) | Method for manufacturing lithium secondary battery | |
| WO2011058979A1 (en) | Lithium secondary battery | |
| JP7556370B2 (en) | Alkali metal ion conductor and secondary battery | |
| JP2024114264A (en) | Active material composite particles, secondary battery, and method for producing active material composite particles | |
| JP7655148B2 (en) | Battery manufacturing method | |
| JP7593301B2 (en) | Positive electrodes and lithium-ion batteries | |
| JP7740295B2 (en) | Electrode active material composite particles, solid battery, method for producing electrode active material composite particles, and method for producing solid battery | |
| JP7622717B2 (en) | Positive electrode active material particles, method for producing positive electrode active material particles, and lithium ion secondary battery | |
| US12537194B2 (en) | Positive electrode active material for lithium-ion battery, production method therefor, and lithium-ion battery | |
| JP7619254B2 (en) | Positive electrode active material and lithium ion secondary battery | |
| CN118380533A (en) | Negative electrode for lithium ion secondary battery, method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery | |
| CN116632167A (en) | Cathode and secondary battery including said cathode | |
| JP7544103B2 (en) | Active material composite particles, electrode, secondary battery, and method for producing active material composite particles | |
| JP7792598B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP7615966B2 (en) | Secondary battery | |
| JP7616039B2 (en) | Positive electrode active material, lithium ion secondary battery, and method for producing positive electrode active material | |
| US12308382B2 (en) | All-solid-state battery | |
| JP7636378B2 (en) | Secondary battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231018 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240820 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240903 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241101 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250218 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250303 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7655148 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |