JP7766639B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents
Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the sameInfo
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Description
本開示は、非水電解質二次電池および該非水電解質二次電池の製造方法に関する。 This disclosure relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery.
例えば、下記特許文献1には、正極に遷移金属のリチウム含有複合酸化物を、負極に炭素材をそれぞれ用い、正極板、負極板をセパレータとともに渦巻状に巻回した非水電解液二次電池であり、負極板の最外周に相当する部分で、なおかつ正極板と対向しない部分に金属リチウム箔を貼付し、電位差あるいは濃度差により上記リチウムを炭素材中に拡散させたことを特徴とする非水電解液二次電池が開示されている。 For example, Patent Document 1 below discloses a nonaqueous electrolyte secondary battery in which a lithium-containing composite oxide of a transition metal is used for the positive electrode and a carbon material is used for the negative electrode, with the positive and negative electrode plates wound in a spiral shape together with a separator. The nonaqueous electrolyte secondary battery is characterized in that a metallic lithium foil is attached to a portion of the negative electrode plate that corresponds to the outermost periphery but does not face the positive electrode plate, and the lithium is diffused into the carbon material due to a potential difference or concentration difference.
ところで、本発明者検討によると、上述したような非水電解質二次電池は、例えば、電池性能(例えば、リチウム析出耐性や電池の耐久性)の観点から、まだまだ改善の余地があることがわかった。 However, according to the inventors' research, it has been found that there is still room for improvement in the non-aqueous electrolyte secondary batteries described above, for example, in terms of battery performance (e.g., lithium precipitation resistance and battery durability).
本開示は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電池性能に優れた非水電解質二次電池を得るための技術を提供することである。 This disclosure was made in light of these circumstances, and its main purpose is to provide technology for obtaining non-aqueous electrolyte secondary batteries with excellent battery performance.
かかる目的を実現すべく、本開示は、正極および負極が、セパレータを介して重ね合わされ、捲回された捲回電極体と、非水電解質と、を備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、以下の工程:上記捲回電極体と、上記非水電解質とが、電池ケースに収容された組立体を用意する、組立体用意工程,ここで、上記捲回電極体において、上記正極の容量に対する上記負極の容量の比は、1.3以上2.0未満であり、上記負極の最外周であって、かつ、上記正極と対向しない領域の少なくとも一部には、金属リチウム箔が存在している;上記組立体に対して初期充電を行う、初期充電工程;および、上記初期充電後の組立体を、上記負極の電位が0.5V以上の充電状態において、60℃以上の温度でエージング処理を行う、高温エージング工程;を包含する、非水電解質二次電池の製造方法を提供する。詳細については後述するが、かかる構成の非水電解質二次電池の製造方法によると、電池性能に優れた非水電解質二次電池を得ることができる。 To achieve this objective, the present disclosure provides a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery including a wound electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound with a separator interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte, the method comprising the following steps: an assembly preparation step of preparing an assembly in which the wound electrode assembly and the non-aqueous electrolyte are housed in a battery case, wherein the ratio of the capacity of the negative electrode to the capacity of the positive electrode in the wound electrode assembly is 1.3 or more and less than 2.0, and metal lithium foil is present in at least a portion of the outermost periphery of the negative electrode that does not face the positive electrode; an initial charging step of initially charging the assembly; and a high-temperature aging step of aging the assembly after the initial charge at a temperature of 60°C or higher in a charged state in which the potential of the negative electrode is 0.5 V or higher. As will be described in detail below, this method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery with such a configuration enables the production of a non-aqueous electrolyte secondary battery with excellent battery performance.
また、他の側面から、本開示は、正極および負極が、セパレータを介して重ね合わされ、捲回された捲回電極体と、非水電解質と、を備えた非水電解質二次電池であって、上記負極の最外周で、かつ、上記正極と対向しない領域の少なくとも一部には、リチウム元素高集積領域が存在しており、上記正極の容量に対する上記負極の容量の比は、1.3以上2.0未満である、非水電解質二次電池を提供する。かかる構成の非水電解質二次電池は、例えば上述したような非水電解質二次電池の製造方法によって製造されるため、電池性能に優れた非水電解質二次電池ということができる。 From another aspect, the present disclosure provides a nonaqueous electrolyte secondary battery including a wound electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound with a separator interposed therebetween, and a nonaqueous electrolyte, wherein a high lithium element accumulation region is present in at least a portion of the outermost periphery of the negative electrode that does not face the positive electrode, and the ratio of the capacity of the negative electrode to the capacity of the positive electrode is 1.3 or more and less than 2.0. A nonaqueous electrolyte secondary battery having such a configuration is manufactured by, for example, the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery described above, and can therefore be said to be a nonaqueous electrolyte secondary battery with excellent battery performance.
以下、ここで開示される技術のいくつかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。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、ここで開示される技術の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない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。ここで開示される技術は、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。また、以下の説明は、本開示を以下の形態に限定することを意図したものではない。なお、本明細書において範囲を示す「A~B」の表記は、「A以上B以下」を意味する。また、「Aを超える」および「B未満」の意を包含するものとする。 Below, several embodiments of the technology disclosed herein are described with reference to the drawings. In the following drawings, components and parts that perform the same function are denoted by the same reference numerals. Furthermore, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relationships. Matters not specifically mentioned in this specification but necessary for implementing the technology disclosed herein (for example, the general structure and manufacturing process of a battery that does not characterize the present invention) can be understood as design matters of a person skilled in the art based on conventional technology in the relevant field. The technology disclosed herein can be implemented based on the content disclosed in this specification and common technical knowledge in the relevant field. Furthermore, the following description is not intended to limit the present disclosure to the following forms. In this specification, the notation "A to B" indicating a range means "greater than A and less than B." It also encompasses the meanings of "greater than A" and "less than B."
なお、本技術において「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、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー電池等のいわゆる蓄電池、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。また、「非水電解質二次電池」とは、電荷担体として非水系の電解質を用いて充放電を実現する二次電池であり、電解質は、ゲル状電解質、および非水電解質のいずれであってもよい。本技術の利益より享受できる構成として、例えば、常温(例えば25℃)において液状を呈し、非水溶媒中に電荷担体となる支持塩(電解質塩)を溶解させた非水電解液であってよい。また、「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。また、本技術において「SOC」とは、充電深度(State of Charge)を意味し、可逆的に充放電可能な稼動電圧の範囲において、その上限となる電圧が得られる充電状態を100%とし、下限となる電圧が得られる充電状態を0%としたときの充電状態を示すものとする。 In this technology, the term "secondary battery" refers to a general energy storage device that can be repeatedly charged and discharged, and includes so-called storage batteries such as lithium-ion secondary batteries and lithium polymer batteries, as well as energy storage elements such as electric double-layer capacitors. A "nonaqueous electrolyte secondary battery" refers to a secondary battery that uses a nonaqueous electrolyte as a charge carrier to achieve charging and discharging. The electrolyte may be either a gel electrolyte or a nonaqueous electrolyte. A configuration that can benefit from the benefits of this technology may be, for example, a nonaqueous electrolyte solution that is liquid at room temperature (e.g., 25°C) and contains a supporting salt (electrolyte salt) that acts as a charge carrier dissolved in a nonaqueous solvent. An "active material" refers to a substance that can reversibly absorb and release chemical species that act as charge carriers in a secondary battery. In this technology, the term "SOC" refers to the state of charge (SOC), which indicates the state of charge at which the upper limit of the operating voltage range for reversible charging and discharging is obtained, defined as 100%, and the state of charge at which the lower limit of the voltage range for reversible charging and discharging is obtained, defined as 0%.
以下、一例として、非水電解質二次電池が扁平角型のリチウムイオン二次電池がある場合の実施形態について説明する。ここで、図1は、一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法の各工程を示すフローチャートである。図2は、一実施形態に係る組立体用意工程において用意された捲回電極体の構成を示す模式図である。図3は、一実施形態に係る非水電解質二次電池が備える捲回電極体の構成を示す模式図である。図4は、一実施形態に係る非水電解液二次電池の構成を模式的に示す断面図である。図2は、組立体用意工程において用意された捲回電極体の図5対応図である。ここで、図2では、見易くするために、セパレータの記載を省略している。なお、ここで開示される非水電解質二次電池の製造方法は、任意の段階でさらに他の工程を含んでもよいし、その工程が必須なものとして説明されていなければ適宜削除することも可能である。また、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて、工程の順序を入れ替えることもできる。 As an example, an embodiment in which the nonaqueous electrolyte secondary battery is a flat prismatic lithium ion secondary battery will be described below. FIG. 1 is a flowchart showing the steps of a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a wound electrode assembly prepared in an assembly preparation step according to one embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a wound electrode assembly included in a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment. FIG. 2 is a corresponding view of the wound electrode assembly prepared in the assembly preparation step according to one embodiment. For clarity, the separator is omitted from FIG. 2. The method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein may include additional steps at any stage, and steps that are not described as essential may be omitted as appropriate. The order of the steps may be reversed as long as the effects of the technology disclosed herein are achieved.
先ず、本実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法は、正極および負極が、セパレータを介して重ね合わされ、捲回された捲回電極体と、非水電解質と、を備えた非水電解質二次電池の製造方法である。図1に示すように、かかる非水電解質二次電池の製造方法は、捲回電極体と、非水電解質とが、電池ケースに収容された組立体を用意する、組立体用意工程;上記組立体に対して初期充電を行う、初期充電工程;および、上記初期充電後の組立体を、上記負極の電位が0.5V以上の充電状態において、60℃以上の温度でエージング処理を行う、高温エージング工程;を包含する。ここで、上記組立体用意工程では、上記捲回電極体として、上記正極の容量に対する上記負極の容量の比(以下、単に「正負極容量比」ともいう。)は、1.3以上2.0未満であり、上記負極の最外周であって、かつ、上記正極と対向しない領域(以下、単に「負極の正極未対向領域」ともいう。)の少なくとも一部には、金属リチウム箔が存在している捲回電極体を用いることを特徴とする。 First, the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment is a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery including a wound electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are stacked and wound with a separator interposed therebetween, and a nonaqueous electrolyte. As shown in FIG. 1, the method for manufacturing such a nonaqueous electrolyte secondary battery includes an assembly preparation step in which an assembly in which a wound electrode assembly and a nonaqueous electrolyte are housed in a battery case is prepared; an initial charging step in which the assembly is initially charged; and a high-temperature aging step in which the assembly after the initial charge is aged at a temperature of 60°C or higher in a charged state in which the potential of the negative electrode is 0.5V or higher. Here, the assembly preparation process is characterized in that the ratio of the capacity of the negative electrode to the capacity of the positive electrode (hereinafter also simply referred to as the "positive/negative electrode capacity ratio") is 1.3 or more and less than 2.0, and a metallic lithium foil is present in at least a portion of the outermost region of the negative electrode that does not face the positive electrode (hereinafter also simply referred to as the "negative electrode non-facing region")
例えば、Li(リチウム)析出耐性を向上させる方法の一例としては、正負極容量比の値を高くすることが挙げられる。しかしながら、かかる場合、SEI被膜の過剰形成等によって電池の耐久性(電池の容量維持率ということもできる)が低下する傾向にあることが知られている。したがって、Li析出耐性および電池の耐久性を両立することができる技術のさらなる開発が求められていた。そして、本発明者が鋭意検討した結果、捲回電極体において、正負極容量比を1.3以上2.0未満と高くすることで優れたLi析出耐性が実現されることがわかった。また、さらに、負極の最外周であって、かつ、正極と対向しない領域の少なくとも一部に、金属リチウム箔を付与することで、上述したような高温エージングにおいて負極内にLiイオンを拡散させLiイオンを補充させることができるため、優れた電池の耐久性が実現されることがわかった。即ち、上述したような組立体用意工程(ステップS1)、初期充電工程(ステップS2)、および高温エージング工程(ステップS3)を包含する非水電解質二次電池の製造方法によると、優れたLi析出耐性と優れた電池の耐久性とが両立された非水電解質二次電池を得ることができる。以下、各工程について説明する。なお、組立体の構成は、捲回電極体が金属リチウム箔を有していること以外は非水電解質二次電池100と同様な構成であるため、組立体の説明では図4を適宜参照することができる。 For example, one method for improving Li (lithium) deposition resistance is to increase the positive/negative electrode capacity ratio. However, it is known that such a method tends to reduce battery durability (which can also be referred to as the battery's capacity retention rate) due to excessive formation of an SEI film. Therefore, further development of technology that can achieve both Li deposition resistance and battery durability is needed. After extensive research, the inventors have found that excellent Li deposition resistance can be achieved by increasing the positive/negative electrode capacity ratio to 1.3 or more and less than 2.0 in a wound electrode assembly. Furthermore, by applying a metallic lithium foil to at least a portion of the outermost periphery of the negative electrode that does not face the positive electrode, Li ions can be diffused and replenished within the negative electrode during high-temperature aging as described above, thereby achieving excellent battery durability. That is, the manufacturing method for a nonaqueous electrolyte secondary battery, which includes the above-described assembly preparation step (step S1), initial charging step (step S2), and high-temperature aging step (step S3), can produce a nonaqueous electrolyte secondary battery that combines excellent Li deposition resistance with excellent battery durability. Each step is described below. Note that the structure of the assembly is similar to that of nonaqueous electrolyte secondary battery 100, except that the wound electrode body includes metallic lithium foil, and therefore, FIG. 4 can be referenced as appropriate when describing the assembly.
(組立体用意工程:ステップS1)
上述したように、本工程では、捲回電極体20と、非水電解質80とが、電池ケース30に収容された組立体(電池組立体)を用意する。ここで、捲回電極体20における、正極50の容量に対する負極60の容量の比は、1.3以上2.0未満である。また、捲回電極体20における、負極60の最外周であって、かつ、正極50と対向しない領域(負極60の最外周であって、かつ、負極60の片面が正極50と対向しない領域ということもできる。図2の負極60のP1-P2間の領域に対応。)の少なくとも一部には、金属リチウム箔10が存在している。
(Assembly preparation process: step S1)
As described above, in this step, an assembly (battery assembly) is prepared in which the wound electrode body 20 and the non-aqueous electrolyte 80 are housed in the battery case 30. Here, the ratio of the capacity of the negative electrode 60 to the capacity of the positive electrode 50 in the wound electrode body 20 is 1.3 or more and less than 2.0. Furthermore, a metallic lithium foil 10 is present in at least a part of a region of the wound electrode body 20 that is the outermost periphery of the negative electrode 60 and does not face the positive electrode 50 (this can also be referred to as a region of the outermost periphery of the negative electrode 60 where one side of the negative electrode 60 does not face the positive electrode 50; this corresponds to the region between P1 and P2 of the negative electrode 60 in FIG. 2 ).
組立体用意工程S1に用いられる正極50は、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の正極であってよい。正極50は、典型的には、例えば、図3に示すように、正極集電体52と、正極集電体52に支持された正極活物質層54と、を備える。正極活物質層54は、正極集電体52の片面上に設けられてもよく、両面上に設けられてもよいが、好ましくは両面上に設けられる。正極50には、典型的には、図3に示すように、正極活物質層非形成部分52a(即ち、正極活物質層54が形成されずに正極集電体52が露出した部分)が設けられる。 The positive electrode 50 used in the assembly preparation step S1 may be a known positive electrode used in lithium-ion secondary batteries. The positive electrode 50 typically includes a positive electrode current collector 52 and a positive electrode active material layer 54 supported on the positive electrode current collector 52, as shown in FIG. 3, for example. The positive electrode active material layer 54 may be provided on one side or both sides of the positive electrode current collector 52, but is preferably provided on both sides. The positive electrode 50 typically includes a positive electrode active material layer-free portion 52a (i.e., a portion where the positive electrode active material layer 54 is not formed and the positive electrode current collector 52 is exposed), as shown in FIG. 3.
本実施形態においては、捲回電極体20の最外周は負極60である。そのため、図3に示すように、捲回電極体20において、正極50が、内周側(言い換えると、捲回軸WL側)に位置する。 In this embodiment, the negative electrode 60 forms the outermost periphery of the wound electrode assembly 20. Therefore, as shown in FIG. 3, the positive electrode 50 is located on the inner periphery side (in other words, on the winding axis WL side) of the wound electrode assembly 20.
正極集電体52としては、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の正極集電体を用いてよく、その例としては、導電性の良好な金属(例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)製のシートまたは箔が挙げられる。正極集電体52としては、アルミニウム箔が好ましい。 The positive electrode current collector 52 may be a known positive electrode current collector used in lithium-ion secondary batteries, such as a sheet or foil made of a metal with good conductivity (e.g., aluminum, nickel, titanium, stainless steel, etc.). Aluminum foil is preferred as the positive electrode current collector 52.
正極集電体52の寸法は特に限定されず、電池設計に応じて適宜決定すればよい。正極集電体52としてアルミニウム箔を用いる場合には、その厚みは、特に限定されないが、例えば5μm以上35μm以下であり、好ましくは7μm以上20μm以下である。 The dimensions of the positive electrode current collector 52 are not particularly limited and may be determined appropriately depending on the battery design. When aluminum foil is used as the positive electrode current collector 52, its thickness is not particularly limited, but is, for example, 5 μm to 35 μm, and preferably 7 μm to 20 μm.
正極活物質層54は、正極活物質を含有する。正極活物質としては、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の正極活物質を用いてよい。具体的に例えば、正極活物質として、リチウム複合酸化物、リチウム遷移金属リン酸化合物等を用いることができる。正極活物質の結晶構造は、特に限定されず、層状構造、スピネル構造、オリビン構造等であってよい。 The positive electrode active material layer 54 contains a positive electrode active material. The positive electrode active material may be a known positive electrode active material used in lithium-ion secondary batteries. Specific examples of the positive electrode active material include lithium composite oxides and lithium transition metal phosphate compounds. The crystal structure of the positive electrode active material is not particularly limited, and may be a layered structure, spinel structure, olivine structure, or the like.
リチウム複合酸化物の例としては、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系複合酸化物、リチウム鉄ニッケルマンガン系複合酸化物等が挙げられる。 Examples of lithium composite oxides include lithium nickel composite oxides, lithium cobalt composite oxides, lithium manganese composite oxides, lithium nickel manganese composite oxides, lithium nickel cobalt manganese composite oxides, lithium nickel cobalt aluminum composite oxides, and lithium iron nickel manganese composite oxides.
なお、本明細書において「リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物」とは、Li、Ni、Co、Mn、Oを構成元素とする酸化物の他に、それら以外の1種または2種以上の添加的な元素を含んだ酸化物をも包含する用語である。かかる添加的な元素の例としては、Mg、Ca、Al、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Na、Fe、Zn、Sn等の遷移金属元素や典型金属元素等が挙げられる。また、添加的な元素は、B、C、Si、P等の半金属元素や、S、F、Cl、Br、I等の非金属元素であってもよい。このことは、上記したリチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系複合酸化物、リチウム鉄ニッケルマンガン系複合酸化物等についても同様である。 In this specification, the term "lithium nickel cobalt manganese composite oxide" encompasses oxides containing Li, Ni, Co, Mn, and O as constituent elements, as well as oxides containing one or more additional elements. Examples of such additional elements include transition metal elements and typical metal elements such as Mg, Ca, Al, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Na, Fe, Zn, and Sn. The additional element may also be a metalloid element such as B, C, Si, or P, or a non-metal element such as S, F, Cl, Br, or I. This also applies to the lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium nickel manganese composite oxide, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, and lithium iron nickel manganese composite oxide.
リチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リン酸マンガン鉄リチウム等が挙げられる。 Examples of lithium transition metal phosphate compounds include lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), and lithium manganese iron phosphate.
これらの正極活物質は、1種単独で用いてよく、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。正極活物質として好ましくは、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物である。 These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more. The preferred positive electrode active material is a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide.
正極活物質の平均粒子径(メジアン径:D50)は、特に限定されないが、例えば、0.05μm以上25μm以下であり、好ましくは1μm以上20μm以下であり、より好ましくは3μm以上15μm以下である。なお、正極活物質の平均粒子径(D50)は、例えば、レーザ回折散乱法により求めることができる。 The average particle diameter (median diameter: D50) of the positive electrode active material is not particularly limited, but is, for example, 0.05 μm or more and 25 μm or less, preferably 1 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 15 μm or less. The average particle diameter (D50) of the positive electrode active material can be determined, for example, by laser diffraction scattering.
正極活物質層54は、正極活物質以外の成分、例えば、リン酸三リチウム、導電材、バインダ等を含んでいてもよい。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、グラファイトなど)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 active material layer 54 may contain components other than the positive electrode active material, such as trilithium phosphate, a conductive material, a binder, etc. Suitable conductive materials include carbon black such as acetylene black (AB) and other carbon materials (e.g., graphite). Suitable binders include polyvinylidene fluoride (PVDF).
正極活物質層54中の正極活物質の含有量(すなわち、正極活物質層54の全質量に対する正極活物質の含有量)は、特に限定されないが、70質量%以上が好ましく、より好ましくは80質量%以上97質量%以下であり、さらに好ましくは85質量%以上96質量%以下である。正極活物質層54中のリン酸三リチウムの含有量は、特に制限はないが、1質量%以上15質量%以下が好ましく、2質量%以上12質量%以下がより好ましい。正極活物質層54中の導電材の含有量は、特に制限はないが、1質量%以上15質量%以下が好ましく、3質量%以上13質量%以下がより好ましい。正極活物質層54中のバインダの含有量は、特に制限はないが、1質量%以上15質量%以下が好ましく、1.5質量%以上10質量%以下がより好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer 54 (i.e., the content of the positive electrode active material relative to the total mass of the positive electrode active material layer 54) is not particularly limited, but is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more and 97% by mass or less, and even more preferably 85% by mass or more and 96% by mass or less. The content of trilithium phosphate in the positive electrode active material layer 54 is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 2% by mass or more and 12% by mass or less. The content of the conductive material in the positive electrode active material layer 54 is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 13% by mass or less. The content of the binder in the positive electrode active material layer 54 is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1.5% by mass or more and 10% by mass or less.
正極活物質層54の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm以上300μm以下であり、好ましくは20μm以上200μm以下である。 The thickness of the positive electrode active material layer 54 is not particularly limited, but is, for example, 10 μm or more and 300 μm or less, and preferably 20 μm or more and 200 μm or less.
正極50は、公知方法に従い作製して準備することができる、例えば、正極活物質および任意成分を含有する正極ペーストを作製し、当該正極ペーストを正極集電体52に塗工し、乾燥し、必要に応じてプレス処理することにより、正極50を準備することができる。なお、本明細書において「ペースト」とは、「スラリー」、「インク」と呼ばれる形態のものも包含する用語として用いられている。 The positive electrode 50 can be prepared by known methods. For example, a positive electrode paste containing a positive electrode active material and optional components is prepared, and the positive electrode paste is applied to the positive electrode current collector 52, dried, and optionally pressed to prepare the positive electrode 50. Note that in this specification, the term "paste" is used to encompass forms known as "slurry" and "ink."
組立体用意工程S1に用いられる負極60は、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の負極であってよい。負極60は、典型的には、例えば、図3に示すように、負極集電体62と、負極集電体62に支持された負極活物質層64と、を備える。負極活物質層64は、負極集電体62の片面上に設けられてもよく、両面上に設けられてもよいが、好ましくは両面上に設けられる。負極60には、典型的には、図3に示すように、負極活物質層非形成部分62a(即ち、負極活物質層64が形成されずに負極集電体62が露出した部分)が設けられる。 The negative electrode 60 used in the assembly preparation step S1 may be a known negative electrode used in lithium-ion secondary batteries. The negative electrode 60 typically includes a negative electrode current collector 62 and a negative electrode active material layer 64 supported on the negative electrode current collector 62, as shown in FIG. 3, for example. The negative electrode active material layer 64 may be provided on one side or both sides of the negative electrode current collector 62, but is preferably provided on both sides. The negative electrode 60 typically includes a negative electrode active material layer-free portion 62a (i.e., a portion where the negative electrode active material layer 64 is not formed and the negative electrode current collector 62 is exposed), as shown in FIG. 3.
負極集電体62としては、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の負極集電体を用いてよく、その例としては、導電性の良好な金属(例えば、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)製のシートまたは箔が挙げられる。負極集電体62としては、銅箔が好ましい。 The negative electrode current collector 62 may be a known negative electrode current collector used in lithium-ion secondary batteries, such as a sheet or foil made of a metal with good conductivity (e.g., copper, nickel, titanium, stainless steel, etc.). Copper foil is preferred as the negative electrode current collector 62.
負極集電体62の寸法は特に限定されず、電池設計に応じて適宜決定すればよい。負極集電体62として銅箔を用いる場合には、その厚みは、特に限定されないが、例えば5μm以上35μm以下であり、好ましくは7μm以上20μm以下である。 The dimensions of the negative electrode current collector 62 are not particularly limited and may be determined appropriately depending on the battery design. When copper foil is used as the negative electrode current collector 62, its thickness is not particularly limited, but is, for example, 5 μm to 35 μm, and preferably 7 μm to 20 μm.
負極活物質層64は負極活物質を含有する。当該負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。黒鉛は、天然黒鉛であっても人造黒鉛であってもよく、黒鉛が非晶質な炭素材料で被覆された形態の非晶質炭素被覆黒鉛であってもよい。 The negative electrode active material layer 64 contains a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material that can be used include carbon materials such as graphite, hard carbon, and soft carbon. Graphite may be natural graphite or artificial graphite, or it may be amorphous carbon-coated graphite, in which graphite is coated with an amorphous carbon material.
負極活物質の平均粒子径(メジアン径:D50)は、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上50μm以下であり、好ましくは1μm以上25μm以下であり、より好ましくは5μm以上20μm以下である。なお、負極活物質の平均粒子径(D50)は、例えば、レーザ回折散乱法により求めることができる。 The average particle diameter (median diameter: D50) of the negative electrode active material is not particularly limited, but is, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less, preferably 1 μm or more and 25 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 20 μm or less. The average particle diameter (D50) of the negative electrode active material can be determined, for example, by laser diffraction scattering.
負極活物質層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)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)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 active material layer 64 may contain components other than the active material, such as a binder or a thickener. Examples of binders that may be used include styrene butadiene rubber (SBR) and polyvinylidene fluoride (PVDF). Examples of thickeners that may be used include carboxymethyl cellulose (CMC).
負極活物質層中の負極活物質の含有量は、90質量%以上が好ましく、95質量%以上99質量%以下がより好ましい。負極活物質層中のバインダの含有量は、0.1質量%以上8質量%以下が好ましく、0.5質量%以上3質量%以下がより好ましい。負極活物質層中の増粘剤の含有量は、0.3質量%以上3質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2質量%以下がより好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more and 99% by mass or less. The content of the binder in the negative electrode active material layer is preferably 0.1% by mass or more and 8% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 3% by mass or less. The content of the thickener in the negative electrode active material layer is preferably 0.3% by mass or more and 3% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 2% by mass or less.
負極活物質層64の厚みは、特に限定されないが、例えば、10μm以上300μm以下であり、好ましくは20μm以上200μm以下である。 The thickness of the negative electrode active material layer 64 is not particularly limited, but is, for example, 10 μm or more and 300 μm or less, and preferably 20 μm or more and 200 μm or less.
負極60は、公知方法に従い作製して準備することができる、例えば、負極活物質および任意成分を含有する負極ペーストを作製し、当該負極ペーストを負極集電体62に塗工し、乾燥し、必要に応じてプレス処理することにより、負極60を準備することができる。 The negative electrode 60 can be prepared by a known method. For example, a negative electrode paste containing a negative electrode active material and optional components is prepared, and the negative electrode paste is applied to the negative electrode current collector 62, dried, and pressed as necessary to prepare the negative electrode 60.
正極50と負極60は、典型的には、正極50と負極60とが、セパレータ70を介して積層された捲回電極体20として使用される。 The positive electrode 50 and negative electrode 60 are typically used as a wound electrode assembly 20 in which the positive electrode 50 and negative electrode 60 are stacked with a separator 70 interposed therebetween.
セパレータ70としては、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構成される多孔性シート(フィルム)が挙げられる。かかる多孔性シートは、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。セパレータ70の表面には、耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。 The separator 70 may be a porous sheet (film) made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide. Such a porous sheet may have a single-layer structure or a laminated structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). A heat-resistant layer (HRL) may be provided on the surface of the separator 70.
セパレータ70の厚みは特に限定されないが、例えば5μm以上50μm以下であり、好ましくは10μm以上30μm以下である。 The thickness of the separator 70 is not particularly limited, but is, for example, 5 μm or more and 50 μm or less, and preferably 10 μm or more and 30 μm or less.
捲回電極体20は、公知方法に従って作製することができる。なお、本実施形態では、捲回電極体20の最外面が負極60となるようにする。具体的には、先ず、正極50と、負極60とを、これらの間にセパレータ70が介在するように重ね合わせる。このとき、図3に示すように、正極50の正極活物質層非形成部分52aと負極60の負極活物質層非形成部分62aとが、2枚のセパレータ70の幅方向の端部から、それぞれ反対方向にはみ出すように重ね合わせる。また、本実施形態では、負極60として、予め、捲回電極体20とした際に負極60の最外周であって、かつ、正極50と対向しない領域となる部分の所定の位置に、金属リチウム箔10を付与したものを用いている。 The wound electrode assembly 20 can be fabricated using known methods. In this embodiment, the outermost surface of the wound electrode assembly 20 forms the negative electrode 60. Specifically, the positive electrode 50 and the negative electrode 60 are first stacked together with a separator 70 interposed therebetween. As shown in FIG. 3 , the positive electrode 50 and the negative electrode 60 are stacked together so that the positive electrode active material layer-free portion 52a and the negative electrode 60 are stacked together so that they extend in opposite directions from the widthwise ends of the two separators 70. In this embodiment, the negative electrode 60 is fabricated by attaching a metallic lithium foil 10 to a predetermined position on the outermost periphery of the negative electrode 60, which will not face the positive electrode 50 when the wound electrode assembly 20 is completed.
次に、得られた積層体を、捲回する。この積層体の捲回は、公知方法に従って実施することができる。例えば、公知の捲芯を備える捲回機を用いて、巻芯の外周面に当該積層体を巻き取ることによって行うことができる。巻き取り条件は、公知の条件と同様であってよい。 The resulting laminate is then wound. This winding of the laminate can be carried out according to a known method. For example, it can be carried out by using a winding machine equipped with a known winding core to wind the laminate around the outer surface of the core. The winding conditions may be the same as known conditions.
ここで、捲回電極体20の捲回数は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に限定されない。一方、捲回電極体20の捲回数が多い程、負極60の内部へのLiイオンの均一拡散が不十分となり易く、Li析出耐性が低下する傾向にある。即ち、かかる観点から、捲回数が多い捲回電極体は、ここで開示される技術を適用する対象として好適である。かかる観点から、捲回電極体20の捲回数は、好ましくは4回(言い換えると4ターン)以上であり、より好ましくは10回以上であり、さらに好ましくは20回以上であり、より一層好ましくは25回以上であり、特に好ましくは30回以上である。捲回電極体20の捲回数は、例えば100回以下、70回以下、または50回以下であってよい。 Here, the number of windings of the wound electrode body 20 is not particularly limited as long as the effects of the technology disclosed herein are achieved. On the other hand, the greater the number of windings of the wound electrode body 20, the more likely it is that uniform diffusion of Li ions into the interior of the negative electrode 60 will be insufficient, and Li deposition resistance will tend to decrease. In other words, from this perspective, wound electrode bodies with a large number of windings are suitable as targets for applying the technology disclosed herein. From this perspective, the number of windings of the wound electrode body 20 is preferably 4 times (in other words, 4 turns) or more, more preferably 10 times or more, even more preferably 20 times or more, even more preferably 25 times or more, and particularly preferably 30 times or more. The number of windings of the wound electrode body 20 may be, for example, 100 times or less, 70 times or less, or 50 times or less.
続いて、本実施形態では、捲回した積層体をプレス処理して、扁平形状の捲回電極体を作製する。図2に示すように、かかるプレス処理後の捲回電極体20は、一対の湾曲部(R部)20rと、該一対の湾曲部20rを連結する平坦部20fと、を備えている。かかるプレス処理は、一般的な扁平形状の捲回電極体の製造に用いられる公知のプレス装置を用いて、上記捲回工程で捲回した積層体をプレスすることによって行うことができる。プレス条件は、公知の条件と同様であってよい。ただし、他の実施形態では、かかるプレス処理を実施しなくてもよく、捲回電極体は円筒状等であってもよい。 Next, in this embodiment, the wound laminate is pressed to produce a flat wound electrode body. As shown in FIG. 2, the wound electrode body 20 after this pressing process has a pair of curved portions (R portions) 20r and a flat portion 20f connecting the pair of curved portions 20r. This pressing process can be performed by pressing the laminate wound in the above winding process using a known pressing device used in the manufacture of general flat wound electrode bodies. The pressing conditions may be the same as known conditions. However, in other embodiments, this pressing process may not be performed, and the wound electrode body may be cylindrical, etc.
次に、図2に示すように、捲回電極体20の最外周の負極60の正極未対向領域の少なくとも一部に、金属リチウム箔10を付与(貼付)する。金属リチウム箔10を付与には、例えば接着剤等を用いることができる。かかる接着剤の一例としては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、アクリル系樹脂等から構成される樹脂製の接着剤が挙げられる。 Next, as shown in FIG. 2, a metallic lithium foil 10 is applied (attached) to at least a portion of the region of the negative electrode 60 at the outermost periphery of the wound electrode assembly 20 that is not facing the positive electrode. An adhesive, for example, can be used to apply the metallic lithium foil 10. One example of such an adhesive is a resin adhesive made from polypropylene (PP), polyethylene (PE), acrylic resin, or the like.
金属リチウム箔10としては、ここで開示される技術の効果が得られる限りにおいて、例えば市販のものを特に制限なく用いることができる。金属リチウム箔10において、金属リチウム箔の全体を100質量%としたとき、金属リチウムの含有量は、例えば97質量%以上であり、好ましくは98質量%以上、99質量%以上、99.5質量%以上(例えば、100質量%)であってもよい。ここで、金属リチウム以外の成分としては、例えば、原料や製造工程等に由来して微量に含まれ得る不可避的であり得る。なお、本実施形態では、金属リチウム箔10の形状を矩形状としているが、他の実施形態では、円形状、楕円形状、多角形状、その他種々の形状としてもよい。そして、金属リチウム箔10の大きさは、捲回電極体20の寸法等によって適宜決定されることが好ましい。例えば、金属リチウム箔10を付与する領域(金属リチウム箔を複数箇所付与する場合は、該複数個所の合計した領域)は、負極60の正極未対向領域の面積を100%としたとき、1%~20%に相当する領域であってもよいし、5%~15%に相当する領域であってもよい。金属リチウム箔10の厚みは、例えば0.01mm~5mm(あるいは、0.05mm~1mm)の範囲内とすることができる。金属リチウム箔10の寸法の一例としては、縦:10mm~30mm、横:10mm~30mm、厚み:0.01mm~5mmが例示される。 As the metal lithium foil 10, for example, commercially available products can be used without particular restrictions as long as the effects of the technology disclosed herein can be obtained. In the metal lithium foil 10, when the entire metal lithium foil is taken as 100% by mass, the content of metal lithium is, for example, 97% by mass or more, preferably 98% by mass or more, 99% by mass or more, or 99.5% by mass or more (e.g., 100% by mass). Components other than metal lithium may be unavoidably present in trace amounts due to, for example, raw materials or manufacturing processes. While the shape of the metal lithium foil 10 is rectangular in this embodiment, in other embodiments, it may be circular, elliptical, polygonal, or various other shapes. The size of the metal lithium foil 10 is preferably determined appropriately based on the dimensions of the wound electrode assembly 20, etc. For example, the area where the metal lithium foil 10 is applied (if the metal lithium foil is applied in multiple locations, the total area of those multiple locations) may be an area equivalent to 1% to 20% or 5% to 15% of the area of the negative electrode 60 not facing the positive electrode, where 100% is the area. The thickness of the metal lithium foil 10 can be, for example, within the range of 0.01 mm to 5 mm (or 0.05 mm to 1 mm). Examples of dimensions of the metal lithium foil 10 include a length of 10 mm to 30 mm, a width of 10 mm to 30 mm, and a thickness of 0.01 mm to 5 mm.
金属リチウム箔10を付与する部分は、負極60の正極未対向領域であれば特に限定されない。金属リチウム箔10は、捲回電極体20の湾曲部20rに配置されてもよいし、平坦部20fに配置されていてもよいし、湾曲部20rおよび平坦部20fに配置されていてもよい。なお、本実施形態のように、金属リチウム箔10が捲回電極体20の平坦部20fに配置されている場合、捲回電極体20に対して金属リチウム箔10がより強固に固定されるため、好ましい。また、本実施形態では、金属リチウム箔10を、負極60の正極未対向領域における一か所のみに配置されているが、これに限定されない。他の実施形態では、金属リチウム箔10は、負極60の正極未対向領域における複数個所に分けて配置されていてもよい。 The portion where the metal lithium foil 10 is applied is not particularly limited, as long as it is the region of the negative electrode 60 not facing the positive electrode. The metal lithium foil 10 may be disposed on the curved portion 20r of the wound electrode assembly 20, on the flat portion 20f, or on both the curved portion 20r and the flat portion 20f. Note that, as in this embodiment, the metal lithium foil 10 is preferably disposed on the flat portion 20f of the wound electrode assembly 20, because the metal lithium foil 10 is more firmly fixed to the wound electrode assembly 20. Furthermore, in this embodiment, the metal lithium foil 10 is disposed in only one location in the region of the negative electrode 60 not facing the positive electrode, but this is not a limitation. In other embodiments, the metal lithium foil 10 may be disposed in multiple locations in the region of the negative electrode 60 not facing the positive electrode.
また、本実施形態では、捲回電極体20において、正極50の容量に対する負極60の容量の比は、1.3以上2.0未満である。ここで、正負極容量比を上げるために負極の目付量を増やすと、エネルギー密度が低下し得る。そのため、正負極容量比は、2.0未満としている。また、正負極容量比が1.3未満になると、Li析出が起こりやすくなり、電池の容量維持率が低下し得る。そのため、正負極容量比は、1.3以上としている。なお、Li析出耐性をより優れたものとするという観点から、正負極容量比は、1.5以上であることが好ましく、1.8以上であることがより好ましい。 In addition, in this embodiment, the ratio of the capacity of the negative electrode 60 to the capacity of the positive electrode 50 in the wound electrode body 20 is 1.3 or more and less than 2.0. Here, increasing the basis weight of the negative electrode to increase the positive/negative electrode capacity ratio can reduce the energy density. For this reason, the positive/negative electrode capacity ratio is set to less than 2.0. Furthermore, if the positive/negative electrode capacity ratio is less than 1.3, Li deposition becomes more likely to occur, and the capacity retention rate of the battery can decrease. For this reason, the positive/negative electrode capacity ratio is set to 1.3 or more. From the perspective of achieving better Li deposition resistance, the positive/negative electrode capacity ratio is preferably 1.5 or more, and more preferably 1.8 or more.
なお、「正負極容量比」とは、正極の容量と負極の容量とを別々に求め、次式:負極の容量÷正極容量;で求めることができる。ここで、正負極容量比は、例えば正負極の目付量を変化させたり、正負極活物質の種類を変更したりすることによって、容易に調整することができる。なお、「目付量」とは、電極活物質層の質量を形成領域の面積で割った値(電極活物質層の質量/形成領域の面積)をいう。また、正極の容量は、例えばLi金属を対極としたハーフセルを作製し、フルセルと対応する電圧範囲(例えば、2~4.2V程度)の電圧範囲で初期充電を行ったときの容量(即ち、初期正極充電容量)として求めることができる。そして、負極の容量は、例えば初期負極放電容量と、負極の使用電圧範囲とを合計することで、求めることができる。 The "positive and negative electrode capacity ratio" can be calculated by separately calculating the capacity of the positive electrode and the capacity of the negative electrode, using the following formula: negative electrode capacity ÷ positive electrode capacity. The positive and negative electrode capacity ratio can be easily adjusted, for example, by changing the basis weight of the positive and negative electrodes or by changing the type of positive and negative electrode active material. The "basis weight" refers to the value obtained by dividing the mass of the electrode active material layer by the area of the formation region (mass of the electrode active material layer / area of the formation region). The positive electrode capacity can be calculated by, for example, preparing a half cell using Li metal as the counter electrode and initially charging it within a voltage range corresponding to the full cell (e.g., approximately 2 to 4.2 V) (i.e., the initial positive electrode charge capacity). The negative electrode capacity can be calculated by, for example, adding the initial negative electrode discharge capacity and the operating voltage range of the negative electrode.
続いて、電池ケース30を準備する。具体的には、図3に示すように、開口部を有する電池ケース30の本体と、電池ケース30の蓋体とを用意する。当該開口部は、捲回電極体20を挿入可能な寸法を有する。蓋体は、電池ケース30の本体の開口部を塞ぐ寸法を有する。また、蓋体には、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、非水電解液を注入するための注入口(図示せず)が設けられている。電池ケース30には、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。 Next, the battery case 30 is prepared. Specifically, as shown in FIG. 3, a battery case 30 body having an opening and a lid for the battery case 30 are prepared. The opening is sized to allow the wound electrode assembly 20 to be inserted. The lid is sized to close the opening in the battery case 30 body. The lid is also provided with a thin-walled safety valve 36 that is designed to release the internal pressure of the battery case 30 if the internal pressure rises above a predetermined level, and an injection port (not shown) for injecting the non-aqueous electrolyte. The battery case 30 is made of a lightweight metal material with good thermal conductivity, such as aluminum.
また、非水電解質80(ここでは、非水電解液)を準備する。非水電解質は従来と同様でよく、特に制限はない。非水電解質は、典型的には、非水溶媒と支持塩(電解質塩)とを含有する。非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を、特に限定なく用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、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)、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(F-DMC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)等が例示される。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。 A nonaqueous electrolyte 80 (here, a nonaqueous electrolyte solution) is also prepared. The nonaqueous electrolyte may be the same as conventional electrolytes and is not particularly limited. The nonaqueous electrolyte typically contains a nonaqueous solvent and a supporting salt (electrolyte salt). The nonaqueous solvent may be any organic solvent commonly used in electrolytes for lithium-ion secondary batteries, including carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, and lactones. Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), monofluoromethyl difluoromethyl carbonate (F-DMC), and trifluorodimethyl carbonate (TFDMC). These nonaqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.
支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)等のリチウム塩(好ましくはLiPF6)を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、0.7mol/L以上1.3mol/L以下が好ましい。 As the supporting salt, for example, a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , or lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) (preferably LiPF 6 ) can be suitably used. The concentration of the supporting salt is preferably 0.7 mol/L or more and 1.3 mol/L or less.
なお、非水電解質80は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した成分以外の成分、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、オキサラト錯体等の被膜形成剤;ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;増粘剤;等の各種添加剤を含んでいてもよい。 In addition, the non-aqueous electrolyte 80 may contain various additives other than those mentioned above, such as film-forming agents such as vinylene carbonate (VC) and oxalate complexes; gas generating agents such as biphenyl (BP) and cyclohexylbenzene (CHB); and thickeners, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
次に、電池ケース30の蓋体に正極端子42および正極集電板42aと負極端子44および負極集電板44aとを取り付ける。正極集電板42aおよび負極集電板44aを、捲回電極体20の端部に露出した正極活物質層非形成部分52aおよび負極活物質層非形成部分62aに、それぞれ超音波溶接、抵抗溶接等により溶接する。そして、捲回電極体20を、電池ケース30本体の開口部からその内部に収容する。 Next, the positive electrode terminal 42 and positive electrode current collector 42a, and the negative electrode terminal 44 and negative electrode current collector 44a are attached to the lid of the battery case 30. The positive electrode current collector 42a and negative electrode current collector 44a are welded by ultrasonic welding, resistance welding, or the like to the exposed positive electrode active material layer-free portion 52a and negative electrode active material layer-free portion 62a at the ends of the wound electrode body 20, respectively. The wound electrode body 20 is then inserted into the battery case 30 through the opening in the body.
続いて、電池ケース30の蓋体の注入口から、非水電解液を注入する。非水電解液を注入後、注入口を封止することによって、組立体を得ることができる。注入口の封止は、公知方法に従い行うことができる。以上のようにして、組立体を得ることができる。 Next, non-aqueous electrolyte is poured into the filling port in the lid of the battery case 30. After pouring the non-aqueous electrolyte, the filling port is sealed to obtain an assembly. The filling port can be sealed using known methods. In this manner, the assembly can be obtained.
(初期充電工程:ステップS2)
上述したように、本工程では、上記組立体に対して初期充電を行う。かかる初期充電では、上記構築した組立体に対して、常温域で所定の電圧値まで充電処理を行うことが好ましい。例えば、組立体の正極(正極端子)と負極(負極端子)の間に外部電源を接続し、所定の電圧まで充電(例えば、定電流定電圧充電)を行うとよい。ここで初期充電工程における常温域とは、例えば常温とされる温度領域をいい、20℃±15℃とすることができる。かかる初期充電処理において組立体が曝される温度としては、例えば5℃~35℃の温度域から選択することができ、好ましくは20℃~30℃である。また、初期充電処理における正負極端子間の電圧(例えば、最高到達電圧)は、使用する活物質や非水溶媒の種類等によっても異なり得るが、組立体のSOCが満充電時(例えば、電池の定格容量)の概ね80%以上(例えば、90~105%)の範囲にあるときに示し得る電圧範囲とすればよい。初期充電処理における充電レートは、従来の組立体を初期充電するときに一般的に採用され得る従来公知の充電レートと同様でよく、例えば0.1~10C程度とするとよい。かかる充電処理は1回でもよいが、例えば放電処理を挟んで2回以上繰り返し行ってもよい。
(Initial charging process: step S2)
As described above, in this step, the assembly is initially charged. In this initial charging, it is preferable to charge the constructed assembly to a predetermined voltage at room temperature. For example, an external power source may be connected between the positive electrode (positive electrode terminal) and the negative electrode (negative electrode terminal) of the assembly, and charging (e.g., constant current/constant voltage charging) may be performed to a predetermined voltage. Here, the room temperature range in the initial charging step refers to a temperature range considered to be room temperature, and may be 20°C ± 15°C. The temperature to which the assembly is exposed in this initial charging process may be selected from a temperature range of, for example, 5°C to 35°C, preferably 20°C to 30°C. Furthermore, the voltage between the positive and negative electrode terminals in the initial charging process (e.g., maximum voltage) may vary depending on the type of active material and nonaqueous solvent used, but may be within a voltage range that can be exhibited when the SOC of the assembly is approximately 80% or more (e.g., 90 to 105%) of the fully charged state of charge (e.g., the rated capacity of the battery). The charge rate in the initial charging process may be the same as a conventionally known charge rate that can generally be adopted when initially charging a conventional assembly, for example, about 0.1 to 10 C. This charging process may be performed once, or may be repeated two or more times, for example, with a discharge process in between.
(高温エージング工程:ステップS3)
上述したように、本工程では、上記初期充電後の組立体を、負極60の電位が0.5V以上の充電状態において、60℃以上の温度で所定時間エージング処理を行う。このように、組立体、負極60の電位が0.5V以上の充電状態において、60℃以上の高温域でエージング処理する(保持,安置する)ことによって、金属リチウム箔10から溶出したLiイオンを負極60の内部まで好適に拡散させることができる。これによって、電池100の容量維持率を好適に維持させることができる。かかる高温エージング工程において、上述したような効果をより好適に得るという観点から、負極60の電位は1V以上であることがより好ましく、2V以上や3V以上であってもよい。そして、かかる負極60の電位は、例えば5V以下、4V以下を目安とすることができる。また、かかる高温エージング工程において、上述したような効果をより好適に得るという観点から、エージング処理を行う温度は70℃以上であることがより好ましい。そして、エージング処理を行う温度は、例えば90℃以下、80℃以下を目安とすることができる。そして、かかる高温エージング処理を行う時間は、例えば、昇温開始からの合計時間を5~100時間、好ましくは10~50時間とすることができる。上記組立体を加熱する手段としては、例えば、恒温槽や赤外線ヒーター等を適宜用いることができる。
(High-temperature aging process: step S3)
As described above, in this step, the assembly after the initial charge is subjected to an aging treatment for a predetermined time at a temperature of 60°C or higher in a charged state where the potential of the negative electrode 60 is 0.5V or higher. In this way, by performing an aging treatment (holding or resting) at a high temperature of 60°C or higher in a charged state where the potential of the assembly and the negative electrode 60 is 0.5V or higher, Li ions eluted from the metallic lithium foil 10 can be favorably diffused into the interior of the negative electrode 60. This allows the capacity retention rate of the battery 100 to be favorably maintained. In this high-temperature aging step, from the viewpoint of more favorably achieving the effects described above, the potential of the negative electrode 60 is preferably 1V or higher, and may be 2V or higher or 3V or higher. The potential of the negative electrode 60 can be, for example, 5V or lower, or 4V or lower. In this high-temperature aging step, from the viewpoint of more favorably achieving the effects described above, the temperature at which the aging treatment is performed is preferably 70°C or higher. The temperature at which the aging treatment is performed can be, for example, 90°C or lower, or 80°C or lower. The time for such high-temperature aging treatment can be, for example, a total time from the start of temperature rise of 5 to 100 hours, preferably 10 to 50 hours. As a means for heating the assembly, for example, a thermostatic bath, an infrared heater, or the like can be appropriately used.
以上のように、組立体用意工程(ステップS1)、初期充電工程(ステップS2)、および高温エージング工程(ステップS3)を包含する非水電解質二次電池の製造方法によると、リチウム析出耐性および電池の耐久性の両立が好適に実現された非水電解質二次電池を得ることができる。また、本実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法によって得られた非水電解質二次電池は、例えば以下のような特徴を有する。ここで、図5は、図4のV-V線に沿った断面図であり、一実施形態に係る非水電解質二次電池におけるリチウム元素高集積領域について説明するための模式的な説明図である。なお、図5では、見易くするために、セパレータの記載を省略している。 As described above, the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery, which includes the assembly preparation step (step S1), initial charging step (step S2), and high-temperature aging step (step S3), can produce a nonaqueous electrolyte secondary battery that favorably achieves both lithium precipitation resistance and battery durability. Furthermore, the nonaqueous electrolyte secondary battery obtained by the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment has the following characteristics, for example. Here, Figure 5 is a cross-sectional view taken along line V-V in Figure 4, and is a schematic diagram for explaining the high lithium element accumulation region in a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment. Note that the separator is omitted from Figure 5 for clarity.
即ち、本実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法によって得られた非水電解質二次電池100は、正極50および負極60が、セパレータ70を介して重ね合わされ、捲回された捲回電極体20と、非水電解質80と、を備えた非水電解質二次電池である。また、負極60の最外周で、かつ、正極50と対向しない領域の少なくとも一部には、リチウム元素高集積領域110が存在している。そして、正極50の容量に対する負極60の容量の比は、1.3以上2.0未満である。 That is, the nonaqueous electrolyte secondary battery 100 obtained by the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment is a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a wound electrode assembly 20 in which a positive electrode 50 and a negative electrode 60 are stacked and wound with a separator 70 interposed therebetween, and a nonaqueous electrolyte 80. Furthermore, a high lithium element concentration region 110 is present in at least a portion of the outermost periphery of the negative electrode 60 that does not face the positive electrode 50. The ratio of the capacity of the negative electrode 60 to the capacity of the positive electrode 50 is 1.3 or more and less than 2.0.
ここで、「リチウム元素高集積領域」とは、上記高温エージング工程においてLiイオンが溶出した後の金属リチウム箔10の痕跡を示す領域ということができる。金属リチウム箔10の痕跡としては、金属リチウム箔10の切れ端が存在していてもよいし、金属リチウム箔10が点在していてもよい。あるいは、金属リチウム箔10自体は消失し、Li元素が高濃度で存在する領域であってもよい。なお、本明細書において、「Li元素高集積領域」とは、最外周の負極60に存在するLi元素を高濃度で含む領域のことを指す。かかる領域において、全原子に対するLi原子の割合は、5原子%以上、または10原子%以上であり得る。このLi原子の割合は、公知方法(例えば、ICP発光分光分析等)によって測定することができる。 Here, the "high lithium element accumulation region" can be defined as a region showing traces of the metallic lithium foil 10 after the Li ions have been eluted during the high-temperature aging process. The traces of the metallic lithium foil 10 may be scraps of the metallic lithium foil 10, or may be scattered pieces of the metallic lithium foil 10. Alternatively, the metallic lithium foil 10 itself may have disappeared, leaving a region where the Li element is present at a high concentration. In this specification, the "high lithium element accumulation region" refers to a region of the outermost negative electrode 60 that contains a high concentration of Li element. In such a region, the ratio of Li atoms to all atoms may be 5 atomic % or more, or 10 atomic % or more. This Li atom ratio can be measured by a known method (e.g., ICP atomic emission spectroscopy, etc.).
また、一態様では、正極50の容量に対する負極60の容量の比は、1.5以上であり、1.8以上であってもよい。 In one embodiment, the ratio of the capacity of the negative electrode 60 to the capacity of the positive electrode 50 is 1.5 or greater, and may be 1.8 or greater.
また、一態様では、捲回電極体20の捲回数は、例えば4回(言い換えると4ターン)以上であり、10回以上、20回以上、25回以上、30回以上であってもよい。捲回電極体20の捲回数は、100回以下、70回以下、または50回以下であってよい。 In one embodiment, the number of windings of the wound electrode body 20 is, for example, 4 or more (in other words, 4 turns), and may be 10 or more, 20 or more, 25 or more, or 30 or more. The number of windings of the wound electrode body 20 may be 100 or less, 70 or less, or 50 or less.
<電池の用途>
電池100は各種用途に利用可能であるが、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるモータ用の動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、ハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(BEV;Battery Electric Vehicle)等が挙げられる。電池100は、電池反応のバラつきが低減されているため、組電池の構築に好適に用いることができる。
<Battery uses>
Battery 100 can be used for a variety of purposes, but can be suitably used, for example, as a power source (driving power source) for a motor mounted on a vehicle such as a passenger car or truck. The type of vehicle is not particularly limited, but examples include plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and battery electric vehicles (BEVs). Battery 100 has reduced variation in battery reaction, and can therefore be suitably used to construct a battery pack.
以上、本開示の一実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本開示は、他にも種々の形態にて実施することができる。本開示は、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。請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形態様に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。 The above describes one embodiment of the present disclosure, but the above embodiment is merely one example. The present disclosure can be implemented in various other forms. The present disclosure can be implemented based on the content disclosed in this specification and the common general technical knowledge in the relevant field. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the above-exemplified embodiment. For example, it is possible to replace part of the above-described embodiment with other modified embodiments, and it is also possible to add other modified embodiments to the above-described embodiment. Furthermore, if a technical feature is not described as essential, it may be deleted as appropriate.
例えば、上記実施形態では、扁平角型のリチウムイオン二次電池がある場合について説明したが、これに限定されない。他の実施形態では、リチウムイオン二次電池は、円筒形リチウムイオン二次電池等として構成することもできる。 For example, in the above embodiment, a flat prismatic lithium ion secondary battery is described, but this is not limiting. In other embodiments, the lithium ion secondary battery may be configured as a cylindrical lithium ion secondary battery, etc.
ここで開示される非水電解質二次電池は、公知方法に従ってリチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池として構成することができる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein can be constructed as a nonaqueous electrolyte secondary battery other than a lithium ion secondary battery using known methods.
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明をかかる試験例に示すものに限定することを意図したものではない。 Test examples related to the present invention are described below, but it is not intended that the present invention be limited to those shown in these test examples.
<サンプル1の作製>
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)と、導電材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、LNCM:AB:PVDF=90:5:5の質量比でN-メチルピロリドン(NMP)と混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、長尺状のアルミニウム箔の両面に目付が10mg/cm2となるように塗布して乾燥した後、正極活物質層の密度が2.5g/cm3になるまで圧延プレスすることにより、正極を作製した。
<Preparation of Sample 1>
A positive electrode active material layer was prepared by mixing LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) as the positive electrode active material, acetylene black (AB) as the conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder with N-methylpyrrolidone (NMP) in a mass ratio of LNCM:AB:PVDF = 90:5:5. This slurry was applied to both sides of a long piece of aluminum foil so that the basis weight was 10 mg/cm 2 and dried, and then rolled and pressed until the density of the positive electrode active material layer reached 2.5 g/cm 3 , thereby producing a positive electrode.
負極活物質として、天然黒鉛系炭素材料を準備した。この天然黒鉛系炭素材料(C)と、スチレンブタジエンゴム(SBR)と、カルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=97:2:1の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、長尺状の銅箔の両面に目付が9mg/cm2となるように塗布して乾燥した後、負極活物質層の密度が1.2g/cm3になるまで圧延プレスすることにより、負極を作製した。 A natural graphite-based carbon material was prepared as the negative electrode active material. This natural graphite-based carbon material (C), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) were mixed with ion-exchanged water in a mass ratio of C:SBR:CMC = 97:2:1 to prepare a slurry for forming a negative electrode active material layer. This slurry was applied to both sides of a long copper foil so that the basis weight was 9 mg/ cm2 and dried. After that, the negative electrode was fabricated by rolling and pressing until the density of the negative electrode active material layer reached 1.2 g/ cm3 .
2枚のセパレータ(PP/PE/PPの三層構造の多孔質ポリオレフィンシート)を用意した。作製した正極と負極とを、セパレータを介して対向させて積層し、捲回して、捲回電極体を作製した。ここで、かかる捲回電極体の捲回数は30ターンとした。また、捲回電極体の最外周は負極となるようにし、該最外周の負極の正極と未対向の領域の一部に矩形状の金属リチウム箔が付与されている状態とした。なお、金属リチウム箔の付与位置は図2に示す位置とした。また、金属リチウム箔の寸法は、最外周の負極の正極と未対向の領域(縦:40mm,横:48mm)に対して、縦:15mm,横:15mm,厚み:5mmとした。そして、かかる捲回電極体に電極集電板を溶接した後、角型のアルミニウム製の電池ケースに収容し、非水電解液を注液した。非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とをEC:EMC:DMC=3:4:3の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてLiPF6を1.1mol/Lの濃度で溶解させた。その後、電池ケースを封止して組立体を作製した。 Two separators (porous polyolefin sheets with a three-layer structure of PP/PE/PP) were prepared. The prepared positive and negative electrodes were stacked facing each other with the separator interposed therebetween and wound to produce a wound electrode assembly. The wound electrode assembly was wound 30 times. The outermost periphery of the wound electrode assembly was the negative electrode, and a rectangular metallic lithium foil was attached to a portion of the outermost negative electrode that did not face the positive electrode. The metallic lithium foil was attached in the position shown in Figure 2. The dimensions of the metallic lithium foil were 15 mm long, 15 mm wide, and 5 mm thick, relative to the outermost negative electrode that did not face the positive electrode (length: 40 mm, width: 48 mm). An electrode current collector plate was welded to the wound electrode assembly, which was then housed in a rectangular aluminum battery case and filled with a nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF6 as a supporting electrolyte at a concentration of 1.1 mol/L in a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of EC :EMC:DMC = 3:4:3. The battery case was then sealed to prepare an assembly.
次に、25℃の温度環境下で、市販の充電器を用いて、正極端子を陽極、負極端子を陰極として、組立体に、0.1Cの電流値にて、4.15Vまで定電流充電を施し、その後、3Vまで定電流放電させた。初期充電としてこの充放電を2回行った。2回目の放電時の容量を測定し、これを初期容量とした。 Next, in a temperature environment of 25°C, the assembly was charged at a constant current of 0.1 C to 4.15 V using a commercially available charger, with the positive terminal as the anode and the negative terminal as the cathode, and then discharged at a constant current of 3 V. This charge/discharge cycle was repeated twice as an initial charge. The capacity after the second discharge was measured and used as the initial capacity.
得られたリチウムイオン二次電池を、2Vまで放電した後、60℃の恒温層内で12時間エージング処理を行った。このようにして、サンプル1に係る評価用リチウムイオン二次電池を作製した。 The resulting lithium-ion secondary battery was discharged to 2 V and then aged for 12 hours in a constant temperature chamber at 60°C. In this way, a lithium-ion secondary battery for evaluation relating to Sample 1 was produced.
<サンプル2~4の作製>
正負極容量比を表1のとおりとしたこと以外はサンプル1と同様にして、サンプル2~4に係る評価用リチウムイオン二次電池を作製した。ここで、正負極容量比の調整は、負極の目付量を変更することで行った。
<Preparation of Samples 2 to 4>
Lithium ion secondary batteries for evaluation according to Samples 2 to 4 were fabricated in the same manner as Sample 1, except that the positive and negative electrode capacity ratios were set as shown in Table 1. Here, the positive and negative electrode capacity ratios were adjusted by changing the basis weight of the negative electrode.
<サンプル5~8の作製>
最外周の負極の正極と未対向の領域の一部に金属リチウム箔を付与しなかったこと以外はサンプル1~4とそれぞれ同様にして、サンプル5~8に係る評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
<Preparation of Samples 5 to 8>
Lithium ion secondary batteries for evaluation according to Samples 5 to 8 were fabricated in the same manner as Samples 1 to 4, respectively, except that no metallic lithium foil was provided on a part of the region of the outermost negative electrode that did not face the positive electrode.
<Li析出サイクル試験後の容量維持率評価>
上記のとおり作製した各評価用リチウムイオン二次電池を、25℃の温度環境下でSOC50%に調整した。その後、-10℃の温度環境下に置き、各評価用リチウムイオン二次電池に対して、20Cで10秒間充電、2Cで100秒間放電を1サイクルとする充放電を200サイクル繰り返した。その後、25℃の温度環境下に置き、初期容量と同じ方法で放電容量を測定した。式:(充放電サイクル後の放電容量/初期容量)×100より、容量維持率(%)を求めた。結果を表1の該当欄に示した。なお、ここでは、かかる容量維持率が65%以上である場合に、Li析出サイクル試験後の容量維持率に優れていると評価している。
<Evaluation of capacity retention rate after Li deposition cycle test>
Each lithium-ion secondary battery for evaluation prepared as described above was adjusted to an SOC of 50% in a temperature environment of 25°C. Thereafter, the battery was placed in a temperature environment of -10°C, and each lithium-ion secondary battery for evaluation was subjected to 200 cycles of charge and discharge, each cycle consisting of charging at 20C for 10 seconds and discharging at 2C for 100 seconds. Thereafter, the battery was placed in a temperature environment of 25°C, and the discharge capacity was measured in the same manner as for the initial capacity. The capacity retention rate (%) was calculated using the formula: (discharge capacity after charge and discharge cycles/initial capacity) x 100. The results are shown in the corresponding column in Table 1. Here, a capacity retention rate of 65% or higher was evaluated as being excellent in capacity retention rate after the Li deposition cycle test.
<60℃保存試験後の容量維持率評価>
上記のとおり作製した各評価用リチウムイオン二次電池を、25℃の温度環境下でSOC80%に調整した。この各評価用リチウムイオン二次電池を60℃の恒温層内に置き、60日間保存した。その後、初期容量と同じ方法により、保存後の放電容量を測定した。式:(高温保存後の放電容量/初期容量)×100より、容量維持率(%)を求めた。結果を表1に示す。なお、ここでは、かかる容量維持率が95%以上である場合に、60℃保存試験後の容量維持率に優れていると評価している。
<Evaluation of capacity retention rate after 60°C storage test>
Each lithium-ion secondary battery for evaluation prepared as described above was adjusted to an SOC of 80% in a temperature environment of 25°C. Each lithium-ion secondary battery for evaluation was placed in a thermostatic chamber at 60°C and stored for 60 days. Thereafter, the discharge capacity after storage was measured using the same method as for the initial capacity. The capacity retention rate (%) was calculated using the formula: (discharge capacity after high-temperature storage/initial capacity) x 100. The results are shown in Table 1. Here, a capacity retention rate of 95% or higher was evaluated as excellent in capacity retention rate after a 60°C storage test.
表1に示すように、ここで開示される非水電解質二次電池の製造方法によって得られるサンプル1~3に係る評価用リチウムイオン二次電池では、正負極容量比が1.3以上2.0未満の範囲外であるサンプル4や、正負極容量比が1.3以上2.0未満の範囲内であるが最外周の負極の正極と未対向の領域の一部に金属リチウム箔を付与しなかったサンプル5~7、正負極容量比が1.3以上2.0未満の範囲外であり、かつ、最外周の負極の正極と未対向の領域に金属リチウム箔を付与しなかったサンプル8と比較して、Li析出サイクル後の容量維持率および60℃保存試験後の容量維持率に優れることが確認された。即ち、ここで開示される非水電解質二次電池の製造方法によって得られる電池では、リチウム析出耐性および電池の耐久性が好適に両立されることがわかる。 As shown in Table 1, the lithium-ion secondary batteries for evaluation, Samples 1 to 3, obtained by the manufacturing method for a nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, were confirmed to have superior capacity retention rates after Li deposition cycles and after a 60°C storage test compared to Sample 4, which had a positive/negative electrode capacity ratio outside the range of 1.3 or more and less than 2.0; Samples 5 to 7, which had a positive/negative electrode capacity ratio within the range of 1.3 or more and less than 2.0 but did not have metallic lithium foil applied to a portion of the outermost negative electrode region not facing the positive electrode; and Sample 8, which had a positive/negative electrode capacity ratio outside the range of 1.3 or more and less than 2.0 and did not have metallic lithium foil applied to a portion of the outermost negative electrode region not facing the positive electrode. This demonstrates that the batteries obtained by the manufacturing method for a nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein favorably achieve both lithium deposition resistance and battery durability.
また、サンプル1~3に係る評価用リチウムイオン二次電池を比較すると、正負極容量比が1.5以上(より好ましくは、1.8以上)である場合、Li析出サイクル後の容量維持率に特に優れることが確認された。 Furthermore, when comparing the evaluation lithium-ion secondary batteries of Samples 1 to 3, it was confirmed that when the positive/negative electrode capacity ratio was 1.5 or higher (more preferably 1.8 or higher), the capacity retention rate after the Li deposition cycle was particularly excellent.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本発明は、他にも種々の形態にて実施することができる。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。請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention, but the above embodiment is merely an example. The present invention can be embodied in various other forms. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the relevant field. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the above-described embodiment.
10 金属リチウム箔
20 捲回電極体
30 電池ケース
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(正極シート)
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極(負極シート)
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータ
100 非水電解質二次電池
110 リチウム元素高集積領域
10 Metallic lithium foil 20 Wound electrode body 30 Battery case 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 (positive electrode sheet)
52 Positive electrode current collector 52a Positive electrode active material layer non-forming portion 54 Positive electrode active material layer 60 Negative electrode (negative electrode sheet)
62 Negative electrode current collector 62a Negative electrode active material layer non-forming portion 64 Negative electrode active material layer 70 Separator 100 Non-aqueous electrolyte secondary battery 110 Highly accumulated lithium element region
Claims (4)
非水電解質と、
を備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、以下の工程:
前記捲回電極体と、前記非水電解質とが、電池ケースに収容された組立体を用意する、組立体用意工程,ここで、前記捲回電極体は、一対の湾曲部と、該一対の湾曲部を連結する平坦部とを有するとともに、捲回数は少なくとも30回であり、かつ、前記捲回電極体において、前記正極の容量に対する前記負極の容量の比は、1.3以上2.0未満であり、前記平坦部において、前記負極の最外周であって、かつ、前記正極と対向しない領域の少なくとも一部には、金属リチウム箔が存在している;
前記組立体に対して初期充電を行う、初期充電工程;および
前記初期充電後の組立体を、前記正極の電位と前記負極の電位との差が少なくとも2Vの充電状態において、60℃以上の温度でエージング処理を行う、高温エージング工程;
を包含する、非水電解質二次電池の製造方法。 a flat wound electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween and wound;
a non-aqueous electrolyte;
A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the following steps:
an assembly preparation step of preparing an assembly in which the wound electrode body and the non-aqueous electrolyte are housed in a battery case, wherein the wound electrode body has a pair of curved portions and a flat portion connecting the pair of curved portions, and is wound at least 30 times, and in the wound electrode body, the ratio of the capacity of the negative electrode to the capacity of the positive electrode is 1.3 or more and less than 2.0, and a metallic lithium foil is present in at least a part of a region of the flat portion that is the outermost periphery of the negative electrode and does not face the positive electrode;
an initial charging step of initially charging the assembly; and a high-temperature aging step of aging the assembly after the initial charging at a temperature of 60° C. or higher in a charged state where the difference between the potential of the positive electrode and the potential of the negative electrode is at least 2 V ;
The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery includes the steps of:
非水電解質と、
を備えた非水電解質二次電池であって、
前記捲回電極体は、一対の湾曲部と、該一対の湾曲部を連結する平坦部とを有するとともに、捲回数は少なくとも30回であり、
前記平坦部において、前記負極の最外周で、かつ、前記正極と対向しない領域の少なくとも一部には、リチウム元素高集積領域が存在しており、
前記正極の容量に対する前記負極の容量の比は、1.3以上2.0未満である、非水電解質二次電池。 a flat wound electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween and wound;
a non-aqueous electrolyte;
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
the wound electrode body has a pair of curved portions and a flat portion connecting the pair of curved portions, and is wound at least 30 times;
a high lithium element accumulation region is present in at least a part of the flat portion , which is the outermost periphery of the negative electrode and does not face the positive electrode;
a ratio of the capacity of the negative electrode to the capacity of the positive electrode being 1.3 or more and less than 2.0;
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