JP2017212116A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質電池、特にリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery, particularly a lithium ion secondary battery.
非水電解質電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車等を含む自動車用電池として実用化されている。このような車載電源用電池としてリチウムイオン二次電池が使用されている。リチウムイオン二次電池は、出力特性、エネルギー密度、容量、寿命、高温安定性等の種々の特性を併せ持つことが要求されている。 Nonaqueous electrolyte batteries have been put to practical use as automobile batteries including hybrid cars and electric cars. Lithium ion secondary batteries are used as such on-vehicle power supply batteries. Lithium ion secondary batteries are required to have various characteristics such as output characteristics, energy density, capacity, lifetime, and high temperature stability.
リチウムイオン二次電池には、正極、負極およびセパレータを積層して巻回したものを、電解液と共に缶などの容器に封入した巻回型電池と、正極、負極およびセパレータを積層したシート状物を、電解液と共に、比較的柔軟な外装体内部に封じ込めた積層型電池(以下、「ラミネート型電池」とも称する。)がある。積層型電池は、重量エネルギー密度が高く、形状の自由度も高いため、車載電源用電池としての使用に適している。 A lithium ion secondary battery includes a wound battery in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are laminated and wound together in a container such as a can together with an electrolytic solution, and a sheet-like material in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are laminated. Are laminated batteries (hereinafter also referred to as “laminate batteries”) encapsulated in a relatively flexible outer package together with the electrolyte. A laminated battery has a high weight energy density and a high degree of freedom in shape, and is suitable for use as a battery for in-vehicle power supply.
ラミネート型電池の外装体の耐水蒸気透過性と絞り成形性とを向上させることを目的として、樹脂層に特定の範囲の量の滑剤を含有させることが提案されている(特許文献1)。 In order to improve the water vapor permeation resistance and the drawability of an outer package of a laminate type battery, it has been proposed that the resin layer contains a specific amount of lubricant (Patent Document 1).
特許文献1には、外装樹脂フィルム、第1の接着剤層、化成処理アルミニウム箔、第2の接着剤層、シーラントフィルムを順次積層した積層材であって、シーラントフィルム中の滑剤(エルカ酸アミド又はオレイン酸アミド)の含有量が500〜2500ppmである、積層材が開示されている。このような積層材をラミネート型電池の外装体として使用するにあたっては、たとえば、2枚の積層材で電池の発電要素を上下から収納した状態でその外周において、積層材同士を熱融着して外装体を形成し、この外装体内部に非水電解液を封止する。こうして外装体内側の熱接着性樹脂層は非水電解液と接触することになる。有機ポリマーで形成されている熱接着性樹脂層は徐々に有機物質である非水電解液を含浸し、含浸された非水電解液は熱接着性樹脂層を通過して接着強化層および金属箔層に達しうる。このとき、特許文献1のように、電解液が接触することになる側の樹脂層にエルカ酸アミドなどの親油性の滑剤が多く含まれていると、非水電解液が滑材と親和して外装体融着部に浸透し、非水電解液が外装体外部に漏れ出すおそれがある。 Patent Document 1 discloses a laminated material in which an exterior resin film, a first adhesive layer, a chemical conversion treated aluminum foil, a second adhesive layer, and a sealant film are sequentially laminated, and a lubricant (erucamide) in the sealant film. Or the oleic acid amide) content is 500-2500 ppm, and the laminated material is disclosed. When using such a laminated material as an outer package of a laminated battery, for example, the laminated material is thermally fused on the outer periphery of the battery in a state where the power generation element of the battery is stored from above and below with two laminated materials. An exterior body is formed, and a nonaqueous electrolyte is sealed inside the exterior body. Thus, the heat-adhesive resin layer inside the exterior body comes into contact with the non-aqueous electrolyte. The heat-adhesive resin layer formed of the organic polymer gradually impregnates the non-aqueous electrolyte solution, which is an organic substance, and the impregnated non-aqueous electrolyte solution passes through the heat-adhesive resin layer and the adhesion reinforcing layer and the metal foil. Can reach the layer. At this time, as in Patent Document 1, if the resin layer on the side where the electrolytic solution comes into contact contains a large amount of an oleophilic lubricant such as erucamide, the nonaqueous electrolytic solution has an affinity for the lubricant. Then, it may penetrate into the outer package fusion part and the non-aqueous electrolyte may leak out of the outer package.
そこで本発明は、電池外部への非水電解液の漏れを防いで電池の液枯れを防止し、もって電池寿命を向上させたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery that prevents leakage of a non-aqueous electrolyte to the outside of the battery and prevents battery drainage, thereby improving battery life.
本発明の実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、を含む発電要素を、外装体内部に含むリチウムイオン二次電池である。ここで外装体は、金属基材と、酸変性ポリプロピレン層と、ポリプロピレン層とがこの順で積層された積層体から構成され、このうちポリプロピレン層は潤滑剤を含有する。リチウムイオン電池において外装体の内面はポリプロピレン層となるように配置されており、外装体は、熱融着部と非融着部とを有する。そしてポリプロピレン層中の潤滑剤の濃度は、熱融着部において100ppm以上230ppm以下であることを特徴とする。 The lithium ion secondary battery in the embodiment of the present invention is a lithium ion secondary battery including a power generation element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution inside the exterior body. Here, the exterior body is composed of a laminate in which a metal base, an acid-modified polypropylene layer, and a polypropylene layer are laminated in this order, and among these, the polypropylene layer contains a lubricant. In the lithium ion battery, the inner surface of the outer package is arranged to be a polypropylene layer, and the outer package has a heat-fused portion and a non-fused portion. And the density | concentration of the lubricant in a polypropylene layer is 100 ppm or more and 230 ppm or less in a heat-fusion part.
本発明のリチウムイオン二次電池は、電解液の漏れが抑制され電解液枯れが防止され、電池寿命が向上する。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, leakage of the electrolytic solution is suppressed, the electrolytic solution is prevented from withering, and the battery life is improved.
本発明の実施形態を以下に説明する。実施形態においてリチウムイオン二次電池とは、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、を含む発電要素を、外装体内部に含むリチウムイオン二次電池である。実施形態において正極とは、正極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を金属箔等の正極集電体に塗布または圧延および乾燥して正極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。負極とは、負極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を負極集電体に塗布して負極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。セパレータとは、正極と負極とを隔離して負極・正極間のリチウムイオンの伝導性を確保するための膜状の電池部材である。電解液とは、イオン性物質を溶媒に溶解させた電気伝導性のある溶液のことであり、本実施形態においては特に非水電解液を用いることができる。正極と負極とセパレータと電解液とを含む発電要素とは、電池の主構成部材の一単位であり、通常、正極と負極とがセパレータを介して重ねられて(積層されて)、この積層物が電解液に浸漬されている。 Embodiments of the present invention will be described below. In the embodiment, the lithium ion secondary battery is a lithium ion secondary battery including a power generation element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution inside the exterior body. In the embodiment, the positive electrode is a thin plate shape in which a positive electrode active material layer, a binder, and, if necessary, a mixture of a conductive additive are applied to a positive electrode current collector such as a metal foil or rolled and dried to form a positive electrode active material layer. Or it is a sheet-like battery member. The negative electrode is a thin plate-like or sheet-like battery member in which a negative electrode active material layer is formed by applying a mixture of a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive additive to a negative electrode current collector. The separator is a film-like battery member for separating the positive electrode and the negative electrode and ensuring the conductivity of lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. The electrolytic solution is an electrically conductive solution in which an ionic substance is dissolved in a solvent. In this embodiment, a nonaqueous electrolytic solution can be used in particular. The power generation element including the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the electrolytic solution is a unit of the main constituent member of the battery. Usually, the positive electrode and the negative electrode are stacked (stacked) with the separator interposed therebetween. Is immersed in the electrolyte.
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、外装体の内部に該発電要素が含まれて成り、好ましくは、発電要素は該外装体内部に封止されている。封止されているとは、発電要素が外気に触れないように、後述する外装体材料により包まれていることを意味する。外装体は、発電要素をその内部に封止することが可能な袋形状をしているか、あるいは2枚の外装体積層材料の周囲を融着したものである。実施形態のリチウムイオン二次電池は、ラミネート型電池であることが好ましい。 The lithium ion secondary battery of the present embodiment is configured such that the power generation element is included in the exterior body, and preferably the power generation element is sealed inside the exterior body. The term “sealed” means that the power generation element is encased in an exterior body material, which will be described later, so as not to touch the outside air. The exterior body has a bag shape capable of sealing the power generation element therein, or is formed by fusing the periphery of two exterior body laminate materials. The lithium ion secondary battery of the embodiment is preferably a laminate type battery.
実施形態のリチウムイオン二次電池において正極とは、正極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を金属箔等の正極集電体に塗布または圧延および乾燥して正極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。好ましくは、正極は、正極活物質、バインダおよび場合により導電助剤の混合物をアルミニウム箔などの金属箔からなる正極集電体に塗布または圧延し、乾燥して得た正極活物質層を有している。正極活物質層は、好ましくはリチウム・ニッケル系複合酸化物を正極活物質として含む。リチウム・ニッケル系複合酸化物とは、一般式LixNiyMe(1−y)O2(ここでMeは、Al、Mn、Na、Fe、Co、Cr、Cu、Zn、Ca、K、Mg、およびPbからなる群より選択される、少なくとも1種以上の金属である。)で表される、リチウムとニッケルとを含有する遷移金属複合酸化物のことである。 In the lithium ion secondary battery of the embodiment, the positive electrode is a positive electrode active material obtained by applying or rolling and drying a mixture of a positive electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive additive to a positive electrode current collector such as a metal foil. It is a thin plate-like or sheet-like battery member in which a layer is formed. Preferably, the positive electrode has a positive electrode active material layer obtained by applying or rolling a mixture of a positive electrode active material, a binder, and optionally a conductive additive to a positive electrode current collector made of a metal foil such as an aluminum foil, and drying. ing. The positive electrode active material layer preferably contains a lithium / nickel composite oxide as the positive electrode active material. The lithium-nickel based composite oxide is a general formula Li x Ni y Me (1-y) O 2 (where Me is Al, Mn, Na, Fe, Co, Cr, Cu, Zn, Ca, K, It is a transition metal composite oxide containing lithium and nickel, represented by at least one metal selected from the group consisting of Mg and Pb.
正極活物質層は、さらにリチウム・マンガン系複合酸化物を正極活物質として含むことができる。リチウム・マンガン系複合酸化物は、たとえばジグザグ層状構造のマンガン酸リチウム(LiMnO2)、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)等を挙げることができる。リチウム・マンガン系複合酸化物を併用することで、より安価に正極を作製することができる。特に、過充電状態での結晶構造の安定度の点で優れるスピネル型のマンガン酸リチウム(LiMn2O4)を用いることが好ましい。 The positive electrode active material layer can further contain a lithium / manganese composite oxide as a positive electrode active material. Examples of the lithium / manganese composite oxide include a zigzag layered structure lithium manganate (LiMnO 2 ) and spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ). By using a lithium-manganese composite oxide in combination, the positive electrode can be produced at a lower cost. In particular, it is preferable to use spinel type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) which is excellent in terms of stability of the crystal structure in an overcharged state.
正極活物質層は、特に、一般式LixNiyCozMn(1−y−z)O2で表される層状結晶構造を有するリチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物を正極活物質として含むことが好ましい。ここで、一般式中のxは1≦x≦1.2であり、yおよびzはy+z<1を満たす正の数であり、yの値が0.5以下である。なお、マンガンの割合が大きくなると単一相の複合酸化物が合成されにくくなるため、1−y−z≦0.4とすることが望ましい。また、コバルトの割合が大きくなると高コストとなり容量も減少するため、z<y、z<1−y−zとすることが望ましい。高容量の電池を得るためには、y>1−y−z、y>zとすることが特に好ましい。 In particular, the positive electrode active material layer may include a lithium nickel manganese cobalt composite oxide having a layered crystal structure represented by the general formula Li x Ni y Co z Mn (1-yz) O 2 as a positive electrode active material. preferable. Here, x in the general formula is 1 ≦ x ≦ 1.2, y and z are positive numbers that satisfy y + z <1, and the value of y is 0.5 or less. Note that when the proportion of manganese increases, it becomes difficult to synthesize a single-phase composite oxide, so 1-yz ≦ 0.4 is desirable. Further, since the cost increases and the capacity decreases when the proportion of cobalt increases, it is desirable to satisfy z <y and z <1-yz. In order to obtain a high capacity battery, it is particularly preferable to satisfy y> 1-yz and y> z.
正極活物質層に場合により用いられる導電助剤として、カーボンナノファイバー等のカーボン繊維、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、活性炭、黒鉛、メゾポーラスカーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられる。その他、正極活物質層には増粘剤、分散剤、安定剤等の、電極形成のために一般的に用いられる電極添加剤を適宜使用することができる。 Carbon fibers such as carbon nanofibers, carbon blacks such as acetylene black and ketjen black, activated carbon, graphite, mesoporous carbon, fullerenes, carbon nanotubes and other carbon materials as conductive aids optionally used in the positive electrode active material layer Is mentioned. In addition, electrode additives generally used for electrode formation, such as thickeners, dispersants, and stabilizers, can be appropriately used for the positive electrode active material layer.
正極活物質層に用いられるバインダとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピロール類等の導電性ポリマー、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ブタジエンラバー(BR)、クロロプレンラバー(CR)、イソプレンラバー(IR)、アクリロニトリルブタジエンラバー(NBR)等の合成ゴム、あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガム、グアーガム、ペクチン等の多糖類を用いることができる。 As a binder used for the positive electrode active material layer, fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinyl fluoride (PVF), and conductive materials such as polyanilines, polythiophenes, polyacetylenes, and polypyrroles. Polymer, synthetic rubber such as styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), or carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, guar gum, Polysaccharides such as pectin can be used.
実施形態において正極活物質層は、正極活物質であるリチウム複合酸化物、バインダ、および導電助剤を溶媒(N−メチルピロリドン(NMP)、水等)に適切な割合で混合してスラリーを形成し、これを金属箔(アルミニウム箔等)からなる正極集電体に塗布または圧延し、加熱して溶媒を蒸発させることにより形成することができる。 In the embodiment, the positive electrode active material layer is formed by mixing a lithium composite oxide, a binder, and a conductive additive, which are positive electrode active materials, with a solvent (N-methylpyrrolidone (NMP), water, etc.) in an appropriate ratio. And it can form by apply | coating or rolling this to the positive electrode electrical power collector which consists of metal foil (aluminum foil etc.), and evaporating a solvent by heating.
実施形態のリチウムイオン二次電池において負極とは、負極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を金属箔等の負極集電体に塗布または圧延および乾燥して負極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。好ましくは、負極は、負極活物質、バインダおよび場合により導電助剤の混合物を銅箔などの金属箔からなる負極集電体に塗布または圧延し、乾燥して得た負極活物質層を有している。負極活物質として、炭素材料を用いることが好ましい。 In the lithium ion secondary battery of the embodiment, the negative electrode is a negative electrode active material obtained by applying or rolling and drying a mixture of a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive additive to a negative electrode current collector such as a metal foil. It is a thin plate-like or sheet-like battery member in which a layer is formed. Preferably, the negative electrode has a negative electrode active material layer obtained by applying or rolling a mixture of a negative electrode active material, a binder, and optionally a conductive additive to a negative electrode current collector made of a metal foil such as copper foil, and drying. ing. A carbon material is preferably used as the negative electrode active material.
各実施形態において、炭素材料は、黒鉛を含む。特に負極活物質層に黒鉛が含まれると、電池の残容量(SOC)が低いときにも電池の出力を向上させることができるというメリットがある。黒鉛は、六方晶系六角板状結晶の炭素材料であり、石墨、グラファイト等と称されることがある。黒鉛は粒子の形態であることが好ましい。 In each embodiment, the carbon material includes graphite. In particular, when graphite is contained in the negative electrode active material layer, there is an advantage that the output of the battery can be improved even when the remaining capacity (SOC) of the battery is low. Graphite is a carbon material of hexagonal hexagonal plate crystal, and is sometimes referred to as graphite or graphite. The graphite is preferably in the form of particles.
黒鉛には、天然黒鉛と人造黒鉛がある。天然黒鉛は安価に大量に入手することができ、構造が安定し耐久性に優れている。人造黒鉛とは人工的に生産された黒鉛のことであり、純度が高い(同素体などの不純物がほとんど含まれていない)ため電気抵抗が小さい。実施形態における炭素材料として、天然黒鉛、人造黒鉛とも好適に用いることができる。非晶質炭素による被覆を有する天然黒鉛、あるいは非晶質炭素による被覆を有する人造黒鉛を用いることもできる。 Graphite includes natural graphite and artificial graphite. Natural graphite can be obtained in large quantities at low cost, has a stable structure and is excellent in durability. Artificial graphite is artificially produced graphite that has high purity (contains almost no impurities such as allotropes) and has low electrical resistance. As the carbon material in the embodiment, both natural graphite and artificial graphite can be suitably used. Natural graphite having a coating with amorphous carbon or artificial graphite having a coating with amorphous carbon can also be used.
なお非晶質炭素とは、部分的に黒鉛に類似するような構造を有していてもよい、微結晶がランダムにネットワークした構造をとった、全体として非晶質である炭素材料のことである。非晶質炭素として、カーボンブラック、コークス、活性炭、カーボンファイバー、ハードカーボン、ソフトカーボン、メソポーラスカーボン等が挙げられる。非晶質炭素による被覆を有する天然黒鉛粒子、または非晶質炭素による被覆を有する人造黒鉛を負極活物質の炭素材料として用いると、電解液の分解が抑制され、負極の耐久性が向上する。 Amorphous carbon is a carbon material that has a structure in which microcrystals are randomly networked, and may be partially similar to graphite. is there. Examples of the amorphous carbon include carbon black, coke, activated carbon, carbon fiber, hard carbon, soft carbon, and mesoporous carbon. When natural graphite particles having a coating with amorphous carbon or artificial graphite having a coating with amorphous carbon is used as the carbon material of the negative electrode active material, the decomposition of the electrolytic solution is suppressed and the durability of the negative electrode is improved.
人造黒鉛を用いる場合、層間距離d値(d002)が0.337nm以上のものであることが好ましい。人造黒鉛の結晶の構造は、一般的に天然黒鉛よりも薄い。人造黒鉛をリチウムイオン二次電池用負極活物質として用いる場合は、リチウムイオンが挿入可能な層間距離を有していることが条件となる。リチウムイオンの挿脱が可能な層間距離はd値(d002)で見積もることができ、d値が0.337nm以上であれば問題なくリチウムイオンの挿脱が行われる。 When artificial graphite is used, the interlayer distance d value (d 002 ) is preferably 0.337 nm or more. The crystal structure of artificial graphite is generally thinner than natural graphite. When artificial graphite is used as a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, it is necessary to have an interlayer distance into which lithium ions can be inserted. The interlayer distance at which lithium ions can be inserted / removed can be estimated by a d value (d 002 ). If the d value is 0.337 nm or more, lithium ions can be inserted / removed without any problem.
負極活物質層に含まれるバインダは、負極活物質である炭素材料の粒子同士や、負極活物質層と金属箔とを接着する役割を果たす。たとえばPVDFをバインダとして用いると、水ではなくN−メチルピロリドン(NMP)を溶剤として使用することができるので、残留水分に起因するガスの発生を防ぐことができる。特に負極活物質層全体の重量を基準としてバインダの含有量が4〜7重量%であることが好ましい。バインダの含有量を当該範囲とすると、負極材料の結着力を確保し、かつ負極の抵抗を低く保つことができる。バインダとして、PVDFのほか、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピロール類等の導電性ポリマーのほか、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ブタジエンラバー(BR)、クロロプレンラバー(CR)、イソプレンラバー(IR)、アクリロニトリルブタジエンラバー(NBR)等の合成ゴム、あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガム、グアーガム、ペクチン等の多糖類等の水溶性バインダを用いることもできる。 The binder contained in the negative electrode active material layer plays a role of bonding the particles of the carbon material, which is the negative electrode active material, or the negative electrode active material layer and the metal foil. For example, when PVDF is used as a binder, not water but N-methylpyrrolidone (NMP) can be used as a solvent, so that generation of gas due to residual moisture can be prevented. In particular, the binder content is preferably 4 to 7% by weight based on the weight of the whole negative electrode active material layer. When the binder content is within the above range, the binding force of the negative electrode material can be secured and the negative electrode resistance can be kept low. As a binder, in addition to PVDF, fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinyl fluoride (PVF), conductive polymers such as polyanilines, polythiophenes, polyacetylenes, polypyrroles, and styrene butadiene rubber (SBR). ), Butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), and other synthetic rubbers, or saccharides such as carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, guar gum, pectin, etc. A binder can also be used.
負極活物質層には場合により導電助剤を含んでいてもよい。導電助剤として、カーボンナノファイバー等のカーボン繊維、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、活性炭、メゾポーラスカーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられる。その他、負極活物質層には増粘剤、分散剤、安定剤等の、電極形成のために一般的に用いられる電極添加剤を適宜使用することができる。 The negative electrode active material layer may optionally contain a conductive additive. Examples of the conductive aid include carbon fibers such as carbon nanofibers, carbon blacks such as acetylene black and ketjen black, carbon materials such as activated carbon, mesoporous carbon, fullerenes, and carbon nanotubes. In addition, electrode additives generally used for electrode formation, such as a thickener, a dispersant, and a stabilizer, can be appropriately used for the negative electrode active material layer.
実施形態において負極活物質層は、負極活物質である炭素材料、バインダ、および導電助剤を溶媒(N−メチルピロリドン(NMP)、水等)に適切な割合で混合してスラリーを形成し、これを金属箔(銅箔等)からなる負極集電体に塗布または圧延し、加熱して溶媒を蒸発させることにより形成することができる。 In the embodiment, the negative electrode active material layer is formed by mixing a carbon material that is a negative electrode active material, a binder, and a conductive additive in a solvent (N-methylpyrrolidone (NMP), water, etc.) at an appropriate ratio to form a slurry. It can be formed by applying or rolling this onto a negative electrode current collector made of a metal foil (copper foil or the like) and heating to evaporate the solvent.
実施形態のリチウムイオン二次電池においてセパレータとは、正極と負極とを隔離して負極・正極間のリチウムイオンの伝導性を確保するための膜状の電池部材である。実施形態において用いられるセパレータは、オレフィン系樹脂層から構成される。オレフィン系樹脂層は、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、へキセンなどのα−オレフィンを重合または共重合させたポリオレフィンから構成される層である。実施形態において、電池温度上昇時に閉塞される空孔を有する構造、すなわち多孔質あるいは微多孔質のポリオレフィンから構成される層であることが好ましい。オレフィン系樹脂層がこのような構造を有していることにより、万一電池温度が上昇しても、セパレータが閉塞して(シャットダウンして)、イオン流を寸断することができる。シャットダウン効果を発揮するためには、多孔質のポリエチレン膜を用いることが非常に好ましい。セパレータは、場合により耐熱性微粒子層を有していてよい。この際、電池の異常発熱を防止するために設けられた耐熱性微粒子層は、耐熱温度が150℃以上の耐熱性を有し、電気化学反応に安定な無機微粒子から構成される。このような無機微粒子として、シリカ、アルミナ(α−アルミナ、β−アルミナ、θ−アルミナ)、酸化鉄、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化ジルコニウムなどの無機酸化物;ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、スピネル、マイカ、ムライトなどの鉱物を挙げることができる。このように、耐熱性樹脂層を有するセラミックセパレータを用いることもできる。 In the lithium ion secondary battery of the embodiment, the separator is a film-shaped battery member that separates the positive electrode and the negative electrode and ensures the conductivity of lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. The separator used in the embodiment is composed of an olefin resin layer. The olefin resin layer is a layer composed of polyolefin obtained by polymerizing or copolymerizing α-olefin such as ethylene, propylene, butene, pentene, hexene and the like. In the embodiment, a structure having pores that are closed when the battery temperature rises, that is, a layer composed of a porous or microporous polyolefin is preferable. Since the olefin resin layer has such a structure, even if the battery temperature rises, the separator is closed (shuts down), and the ion flow can be cut off. In order to exert a shutdown effect, it is very preferable to use a porous polyethylene film. The separator may optionally have a heat-resistant fine particle layer. At this time, the heat-resistant fine particle layer provided for preventing abnormal heat generation of the battery is composed of inorganic fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more and stable in electrochemical reaction. Examples of such inorganic fine particles include inorganic oxides such as silica, alumina (α-alumina, β-alumina, θ-alumina), iron oxide, titanium oxide, barium titanate, zirconium oxide; boehmite, zeolite, apatite, kaolin, Mention may be made of minerals such as spinel, mica and mullite. Thus, a ceramic separator having a heat resistant resin layer can also be used.
実施形態のリチウムイオン二次電池において電解液とは、イオン性物質を溶媒に溶解させた電気伝導性のある溶液のことである。実施形態においては特に非水電解液を用いることができる。正極と負極とセパレータと電解液とを含む発電要素とは、電池の主構成部材の一単位であり、通常、正極と負極とがセパレータを介して積層されて、この積層物が電解液に浸漬されている。 In the lithium ion secondary battery of the embodiment, the electrolytic solution is an electrically conductive solution in which an ionic substance is dissolved in a solvent. In the embodiment, a nonaqueous electrolytic solution can be used. The power generation element including the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the electrolytic solution is a unit of the main constituent member of the battery. Usually, the positive electrode and the negative electrode are laminated via the separator, and this laminate is immersed in the electrolytic solution. Has been.
本明細書の実施形態において用いる電解液は、非水電解液であって、ジメチルカーボネート(以下「DMC」と称する。)、ジエチルカーボネート(以下「DEC」と称する。)、エチルメチルカーボネート(以下「EMC」と称する。)、ジ−n−プロピルカーボネート、ジ−t−プロピルカーボネート、ジ−n−ブチルカーボネート、ジ−イソブチルカーボネート、またはジ−t−ブチルカーボネート等の鎖状カーボネートと、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(以下「EC」と称する。)等の環状カーボネートとを含む混合物であることが好ましい。電解液は、このようなカーボネート混合物に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)等のリチウム塩を溶解させたものである。 The electrolytic solution used in the embodiment of the present specification is a non-aqueous electrolytic solution, which is dimethyl carbonate (hereinafter referred to as “DMC”), diethyl carbonate (hereinafter referred to as “DEC”), ethyl methyl carbonate (hereinafter referred to as “ EMC ”), linear carbonates such as di-n-propyl carbonate, di-t-propyl carbonate, di-n-butyl carbonate, di-isobutyl carbonate, or di-t-butyl carbonate, and propylene carbonate ( PC) and a cyclic carbonate such as ethylene carbonate (hereinafter referred to as “EC”) are preferable. The electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), or lithium perchlorate (LiClO 4 ) in such a carbonate mixture.
電解液は、環状カーボネートであるPCおよび/またはECと、鎖状カーボネートであるDMCおよび/またはEMCとを適宜組み合わせて含むことが好ましい。PCは、凝固点が低い溶媒であり、電池の低温時の出力の向上のために用いられる。ただしPCは負極として用いられる黒鉛との相性がやや低いことが知られている。ECは極性が高く誘電率が高い溶媒であり、リチウムイオン二次電池用電解液の構成成分として用いられる。ただしECは融点(凝固点)が高く、室温で固体であるため、これを混合溶媒にしても、低温下では凝固および析出するおそれがある。DMCは拡散係数が大きく粘度が低い溶媒である。ただしDMCは融点(凝固点)が高いため、電解液が低温下で凝固するおそれがある。EMCもDMCと同様拡散係数が大きく粘度が低い溶媒である。このように、電解液の構成成分はそれぞれに異なる特性を有しており、たとえば電池の低温時の出力を向上させるためにはこれらのバランスを考慮することが重要である。環状カーボネートと鎖状カーボネートとの含有割合を調整することにより、常温での粘度が低く、低温下においても性能を失わない電解液を得ることができる。 The electrolytic solution preferably includes a combination of PC and / or EC, which is a cyclic carbonate, and DMC and / or EMC, which is a chain carbonate, as appropriate. PC is a solvent having a low freezing point, and is used for improving the output of the battery at a low temperature. However, it is known that PC has a slightly low compatibility with graphite used as a negative electrode. EC is a solvent having a high polarity and a high dielectric constant, and is used as a constituent component of an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. However, since EC has a high melting point (freezing point) and is a solid at room temperature, it may be solidified and precipitated at a low temperature even if it is used as a mixed solvent. DMC is a solvent having a large diffusion coefficient and low viscosity. However, since DMC has a high melting point (freezing point), the electrolyte may solidify at a low temperature. Similarly to DMC, EMC is a solvent having a large diffusion coefficient and low viscosity. Thus, the constituent components of the electrolytic solution have different characteristics. For example, in order to improve the output of the battery at a low temperature, it is important to consider these balances. By adjusting the content ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate, it is possible to obtain an electrolytic solution that has a low viscosity at normal temperature and does not lose its performance even at low temperatures.
電解液は、このほか、添加剤として環状カーボネート化合物を含んでいてもよい。添加剤として用いられる環状カーボネートとしてビニレンカーボネート(以下「VC」と称する。)が挙げられる。また、添加剤としてハロゲンを有する環状カーボネート化合物を用いてもよい。これらの環状カーボネートも、電池の充放電過程において正極ならびに負極の保護被膜を形成する化合物である。特に、上記のジスルホン酸化合物またはジスルホン酸エステル化合物のような硫黄を含む化合物による、リチウム・ニッケル系複合酸化物を含有する正極活物質への攻撃を防ぐことができる化合物である。ハロゲンを有する環状カーボネート化合物として、フルオロエチレンカーボネート(以下「FEC」と称する。)、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ジクロロエチレンカーボネート、トリクロロエチレンカーボネート等を挙げることができる。ハロゲンを有し不飽和結合を有する環状カーボネート化合物であるフルオロエチレンカーボネートは特に好ましく用いられる。 In addition to this, the electrolytic solution may contain a cyclic carbonate compound as an additive. Examples of the cyclic carbonate used as the additive include vinylene carbonate (hereinafter referred to as “VC”). Moreover, you may use the cyclic carbonate compound which has a halogen as an additive. These cyclic carbonates are also compounds that form a protective film for the positive electrode and the negative electrode during the charge / discharge process of the battery. In particular, it is a compound that can prevent attack on the positive electrode active material containing a lithium / nickel composite oxide by a sulfur-containing compound such as the above-described disulfonic acid compound or disulfonic acid ester compound. Examples of the cyclic carbonate compound having a halogen include fluoroethylene carbonate (hereinafter referred to as “FEC”), difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, trichloroethylene carbonate, and the like. Fluoroethylene carbonate, which is a cyclic carbonate compound having a halogen and an unsaturated bond, is particularly preferably used.
また、電解液は、添加剤としてジスルホン酸化合物をさらに含んでいてもよい。ジスルホン酸化合物とは、一分子内にスルホ基を2つ有する化合物であり、スルホ基が金属イオンと共に塩を形成したジスルホン酸塩化合物、あるいはスルホ基がエステルを形成したジスルホン酸エステル化合物を包含する。ジスルホン酸化合物のスルホ基の1つまたは2つは、金属イオンと共に塩を形成していてもよく、アニオンの状態であってもよい。ジスルホン酸化合物の例として、メタンジスルホン酸、1,2−エタンジスルホン酸、1,3−プロパンジスルホン酸、1,4−ブタンジスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、ビフェニルジスルホン酸、およびこれらの塩(メタンジスルホン酸リチウム、1,3−エタンジスルホン酸リチウム等)、およびこれらのアニオン(メタンジスルホン酸アニオン、1,3−エタンジスルホン酸アニオン等)が挙げられる。またジスルホン酸化合物としてはジスルホン酸エステル化合物が挙げられ、メタンジスルホン酸、1,2−エタンジスルホン酸、1,3−プロパンジスルホン酸、1,4−ブタンジスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、またはビフェニルジスルホン酸のアルキルジエステルまたはアリールジエステル等の鎖状ジスルホン酸エステル;ならびにメチレンメタンジスルホン酸エステル、エチレンメタンジスルホン酸エステル、プロピレンメタンジスルホン酸エステル等の環状ジスルホン酸エステルが好ましく用いられる。メチレンメタンジスルホン酸エステル(以下「MMDS」と称する。)は特に好ましく用いられる。 The electrolytic solution may further contain a disulfonic acid compound as an additive. The disulfonic acid compound is a compound having two sulfo groups in one molecule, and includes a disulfonate compound in which the sulfo group forms a salt with a metal ion, or a disulfonate compound in which the sulfo group forms an ester. . One or two of the sulfo groups of the disulfonic acid compound may form a salt with the metal ion or may be in an anionic state. Examples of disulfonic acid compounds include methanedisulfonic acid, 1,2-ethanedisulfonic acid, 1,3-propanedisulfonic acid, 1,4-butanedisulfonic acid, benzenedisulfonic acid, naphthalenedisulfonic acid, biphenyldisulfonic acid, and these And salts (lithium methanedisulfonate, lithium 1,3-ethanedisulfonate, etc.) and anions thereof (methanedisulfonate anion, 1,3-ethanedisulfonate anion, etc.). Examples of the disulfonic acid compound include disulfonic acid ester compounds, such as methanedisulfonic acid, 1,2-ethanedisulfonic acid, 1,3-propanedisulfonic acid, 1,4-butanedisulfonic acid, benzenedisulfonic acid, naphthalenedisulfonic acid, Alternatively, chain disulfonic acid esters such as alkyl diesters or aryl diesters of biphenyl disulfonic acid; and cyclic disulfonic acid esters such as methylenemethane disulfonic acid ester, ethylenemethane disulfonic acid ester, and propylene methane disulfonic acid ester are preferably used. Methylenemethane disulfonate (hereinafter referred to as “MMDS”) is particularly preferably used.
外装体は、金属基材、酸変性ポリプロピレン層およびポリプロピレン層がこの順に積層された積層体から構成されている。積層体の金属基材の表面には、さらにナイロン層、ポリエチレンテレフタレート層等のコーティング層が形成されていても良い。外装体は、該積層体のポリプロピレン層が外装体の内面側になるように形成される。 The exterior body is comprised from the laminated body by which the metal base material, the acid-modified polypropylene layer, and the polypropylene layer were laminated | stacked in this order. A coating layer such as a nylon layer or a polyethylene terephthalate layer may be further formed on the surface of the metal substrate of the laminate. The exterior body is formed so that the polypropylene layer of the laminate is on the inner surface side of the exterior body.
積層体を構成する金属基材は、電池の外装フィルムとして好適に使われる基材、好ましくは金属箔であり、たとえばアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、スズの箔である。金属基材は外装体として外装体内部の非水電解液を封止する機能を有する。積層体を折り曲げて折り曲げ部以外の三辺を熱融着するか、2枚の積層体を重ねて四辺を熱融着するかして外装体を形成し、この内部に、正極、負極、セパレータおよび電解液から構成される発電要素を封止する。したがって外装体には熱融着部と、熱融着していない部分(以下「非融着部」と称する。)とが存在している。 The metal substrate constituting the laminate is a substrate suitably used as a battery outer film, preferably a metal foil, such as aluminum, nickel, iron, copper, stainless steel, and tin foil. A metal base material has a function which seals the nonaqueous electrolyte inside an exterior body as an exterior body. A laminated body is bent and three sides other than the bent portion are heat-sealed, or two laminated bodies are overlapped and four sides are heat-sealed to form an exterior body. Inside this, a positive electrode, a negative electrode, and a separator And a power generation element composed of the electrolytic solution. Therefore, the exterior body includes a heat-sealed portion and a portion that is not heat-fused (hereinafter referred to as “non-fused portion”).
酸変性ポリプロピレン層を形成する「酸変性ポリプロピレン」とは、グラフト反応により酸を導入したポリプロピレンを意味するが、本明細書ではプロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・エチレン・ブテン共重合体、ポリプロピレン・ブテン共重合体等の、共重合成分としてプロピレンが導入されている共重合体に酸を導入したものも「酸変性ポリプロピレン」と称することとする。グラフト反応により導入する酸として、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸等を挙げることができる。無水マレイン酸を導入した無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン共重合体、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン・ブテン共重合体、および無水マレイン酸変性ポリプロピレン・ブテン共重合体は、代表的な「酸変性ポリプロピレン」である。酸変性ポリプロピレン層は、金属基材と、後述するポリプロピレン層とを接着する機能を有する。 The “acid-modified polypropylene” forming the acid-modified polypropylene layer means a polypropylene into which an acid has been introduced by a graft reaction. In this specification, a propylene / ethylene copolymer, a propylene / ethylene / butene copolymer, a polypropylene / polypropylene layer is used. A product obtained by introducing an acid into a copolymer in which propylene is introduced as a copolymerization component, such as a butene copolymer, is also referred to as “acid-modified polypropylene”. Examples of the acid introduced by the graft reaction include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, itaconic anhydride and the like. Representative maleic anhydride-modified polypropylene, maleic anhydride-modified propylene / ethylene copolymer, maleic anhydride-modified propylene / ethylene / butene copolymer, and maleic anhydride-modified polypropylene / butene copolymer introduced with maleic anhydride “Acid-modified polypropylene”. The acid-modified polypropylene layer has a function of bonding a metal substrate and a polypropylene layer described later.
ポリプロピレン層を形成する「ポリプロピレン」とは、本明細書では、プロピレンの単独重合体のほか、プロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・エチレン・ブテン共重合体、ポリプロピレン・ブテン共重合体、プロピレン・4−メチルペンテン-1共重合体、プロピレン・ヘキセン共重合体等、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体をすべて包含し、これらの混合物であってもよいものとする。ポリプロピレン層は積層体に柔軟性を与える役割を果たす。ポリプロピレン層には潤滑剤が含まれていることが好ましい。潤滑剤は、ポリプロピレン層を形成する際の成形容易性をもたらす。潤滑剤として、18以上の炭素原子を含む高級脂肪酸アミドを用いることが好ましい。18以上の炭素原子を含む高級脂肪酸アミドの例は、オレイン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エルカ酸アミド等である。 In this specification, “polypropylene” that forms a polypropylene layer is a propylene homopolymer, propylene / ethylene copolymer, propylene / ethylene / butene copolymer, polypropylene / butene copolymer, propylene / 4 -It includes all copolymers of propylene and other olefins such as methylpentene-1 copolymer and propylene / hexene copolymer, and may be a mixture thereof. A polypropylene layer plays the role which gives a softness | flexibility to a laminated body. The polypropylene layer preferably contains a lubricant. The lubricant provides ease of molding when forming the polypropylene layer. As the lubricant, it is preferable to use a higher fatty acid amide containing 18 or more carbon atoms. Examples of higher fatty acid amides containing 18 or more carbon atoms are oleic acid amide, behenic acid amide, erucic acid amide and the like.
ポリプロピレン層中の潤滑剤の濃度は、少なくとも外装体の熱融着部において100ppm以上230ppm以下である。潤滑剤の濃度が外装体の熱融着部において100ppm以上230ppm以下である、とは、潤滑剤が熱融着部のみに含有されていることを意味するものではない。潤滑剤は、外装体を構成する積層体中のポリプロピレン層全体に含有されていることが望ましい。積層体を熱融着加工して外装体を形成する際に、当該熱融着部のポリプロピレン層中の潤滑剤濃度は変わりうる。そこで、少なくとも熱融着部における潤滑剤の濃度が特定の範囲にあることが好ましい。熱融着部における潤滑剤濃度が230ppm以下であると、親油性である潤滑剤が非水電解液を引き寄せる効果が小さくなるため、非水電解液の、熱融着部を通じての外部への漏出を防ぐことができる。またポリプロピレン層形成の際の成形容易性を考慮すると、潤滑剤は、100ppm以上は含まれていることが好ましい。なお、熱融着部におけるポリプロピレン層中の潤滑剤濃度は、非融着部におけるポリプロピレン層中の潤滑剤濃度よりも小さくなっていることが好ましい。電解液は、親油性である潤滑剤に引き寄せられるが、特に熱融着部に引き寄せられた電解液は漏出しやすい。このような不都合は非融着部においては生じにくい。 The concentration of the lubricant in the polypropylene layer is at least 100 ppm and not more than 230 ppm at least in the heat-sealed portion of the outer package. That the concentration of the lubricant is 100 ppm or more and 230 ppm or less in the heat-sealed portion of the exterior body does not mean that the lubricant is contained only in the heat-fused portion. The lubricant is desirably contained in the entire polypropylene layer in the laminate constituting the exterior body. When the laminate is heat-sealed to form an exterior body, the lubricant concentration in the polypropylene layer of the heat-sealed portion can change. Therefore, it is preferable that the concentration of the lubricant in at least the heat-sealed portion is in a specific range. If the lubricant concentration in the heat-sealed portion is 230 ppm or less, the lipophilic lubricant is less effective to attract the non-aqueous electrolyte, so that the non-aqueous electrolyte leaks to the outside through the heat-sealed portion. Can be prevented. Further, considering the ease of molding at the time of forming the polypropylene layer, the lubricant is preferably contained in an amount of 100 ppm or more. In addition, it is preferable that the lubricant concentration in the polypropylene layer in the heat-sealed portion is smaller than the lubricant concentration in the polypropylene layer in the non-fused portion. The electrolytic solution is attracted to the oleophilic lubricant, but the electrolytic solution attracted particularly to the heat-sealed portion is likely to leak. Such an inconvenience hardly occurs in the non-fused portion.
なお、潤滑剤は、酸変性ポリプロピレン層に含まれていてもよい。酸変性ポリプロピレン層に潤滑剤が含まれていると、層形成等の成形加工性が向上して好ましい。 Note that the lubricant may be contained in the acid-modified polypropylene layer. It is preferable that the acid-modified polypropylene layer contains a lubricant because the moldability such as layer formation is improved.
ここで、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の構成例を、図面を用いて説明する。図1はリチウムイオン二次電池の断面図の一例を表す。リチウムイオン二次電池10は、主な構成要素として、負極集電体11、負極活物質層13、セパレータ17、正極集電体12、正極活物質層15を含む。図1では、負極集電体11の両面に負極活物質層13が設けられ、正極集電体12の両面に正極活物質層15が設けられているが、各々の集電体の片面上のみに活物質層を形成することもできる。負極集電体11、正極集電体12、負極活物質層13、正極活物質層15、及びセパレータ17が一つの電池の構成単位、すなわち発電要素である(図中、単電池19)。セパレータ17は、耐熱性微粒子層と、オレフィン系樹脂膜とから構成されていてよい(いずれも図示せず)。このような単電池19を、セパレータ17を介して複数積層する。各負極集電体11から延びる延出部を負極リード25上に一括して接合し、各正極集電体12から延びる延出部を正極リード27上に一括して接合してある。なお正極リードとしてアルミニウム板、負極リードとして銅板が好ましく用いられ、場合により他の金属(たとえばニッケル、スズ、はんだ)または高分子材料による部分コーティングを有していてもよい。正極リードおよび負極リードはそれぞれ正極および負極に溶接される。このように複数の単電池を積層してできた電池は、溶接された負極リード25および正極リード27を外側に引き出す形で、外装体29により包装される。外装体29の内部には電解液31が注入されている。外装体29は、2枚の積層体を重ね合わせ、周縁部を熱融着した形状をしている。なお図1では、負極リード25と正極リード27は、外装体29の対向する辺にそれぞれ設けられている(「両タブ型」という。)が、負極リード25と正極リード27とを外装体29の一の辺に設ける(すなわち負極リード25と正極リード27とを外装体29の一の辺から外側に引き出す。「片タブ型」という。)こともまた可能である。
Here, the structural example of the lithium ion secondary battery concerning this embodiment is demonstrated using drawing. FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery. The lithium ion
次に図2を参照する。図2は、本実施形態のリチウムイオン二次電池の熱融着部周辺の拡大図である。本実施形態における外装体29は、適切な大きさを有する積層体291と292とを重ねて、その周囲を熱融着することにより形成することができる。積層体291は、コーティング層41、金属基材51、酸変性ポリプロピレン層61およびポリプロピレン層71が積層されてなる。同じく積層体292は、コーティング層42、金属基材52、酸変性ポリプロピレン層62およびポリプロピレン層72が積層されてなる。外装体29は、積層体291のポリプロピレン層71と積層体292のポリプロピレン層72とを合わせて熱融着することにより形成されている。すなわち外装体29には積層体同士を熱融着した部分である熱融着部100と、融着されていない部分である非融着部200とが存在する。熱融着部100において、一方の積層体(291)のポリプロピレン層71と、もう一方の積層体(292)のポリプロピレン層72とは、互いに融合して一体化している。ここで熱融着部100において、ポリプロピレン層(71と72とが互いに融合した部分)中の潤滑剤の濃度は、100ppm以上230ppm以下である。
Reference is now made to FIG. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the heat fusion part of the lithium ion secondary battery of the present embodiment. The
熱融着部100は、積層体291および292を重ね合わせ、熱を加えながら押圧する(ヒートシールする)ことにより形成するので、当該部分の積層体は非融着部200部分の積層体よりも若干つぶれ、変形している。熱融着部100におけるポリプロピレン層中の潤滑剤濃度は、非融着部200におけるポリプロピレン層中の潤滑剤濃度よりも小さくなっていることが好ましい。
Since the
なお、実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の出力と容量との比(W/Wh)は、25以上であることが好ましい。このような範囲の出力容量比を有するリチウムイオン電池は、特に車両積載用電池、あるいは定置型電池として都合よく用いられる。これらの電池は高い容量維持率が要求されるため、本実施形態の電池を適用することは特に有用である。 In addition, it is preferable that the ratio (W / Wh) of the output and capacity | capacitance of the lithium ion secondary battery concerning embodiment is 25 or more. A lithium ion battery having an output capacity ratio in such a range is conveniently used particularly as a vehicle-mounted battery or a stationary battery. Since these batteries are required to have a high capacity retention rate, it is particularly useful to apply the battery of this embodiment.
<モデル外装体の作製>
リチウムイオン二次電池外装体のモデルを作製した。サイズ86mm×56mm、コーティング層、アルミニウム箔、酸変性ポリプロピレン層、ポリプロピレン層がこの順に積層された、厚さ約150μmのアルミニウムラミネート2枚を用意した。これらを、ポリプロピレン層が内側になるように重ね合わせ、まず3辺を170℃で、封止幅3mmになるように熱融着し、袋形状を作製した。次いで、モデル非水電解液としてジエチルカーボネート(DEC)3mLを、熱融着していない1辺から袋の内部に入れた。そして1辺を170℃で、封止幅3mmになるように熱融着して、モデル外装体を作製した。
<Production of model exterior body>
A model of a lithium ion secondary battery outer package was produced. Two aluminum laminates having a thickness of about 150 μm in which a size 86 mm × 56 mm, a coating layer, an aluminum foil, an acid-modified polypropylene layer, and a polypropylene layer were laminated in this order were prepared. These were overlapped so that the polypropylene layer was on the inside, and first, the three sides were heat-sealed at 170 ° C. so as to have a sealing width of 3 mm to produce a bag shape. Next, 3 mL of diethyl carbonate (DEC) as a model non-aqueous electrolyte was put into the bag from one side not thermally fused. And one side was heat-sealed so that it might become 3 mm of sealing widths at 170 degreeC, and the model exterior body was produced.
<潤滑剤濃度の測定>
同様の方法で3つのモデル外装体を作製し、各々の1つの熱融着部をはがして、各々の熱融着部のポリプロピレン層中のエルカ酸アミドの濃度を測定した。エルカ酸アミドの濃度は下記の手順により測定した。
(1)熱融着部のポリプロピレンを適量採取、秤量し、クロロホルム液に浸漬、加熱する。
(2)ソックスレー抽出法によりポリプロピレンを分離し、潤滑剤が溶解したクロロホルム溶液を作製する。
(3)このクロロホルム溶液をガスクロマトグラフィにより分析してエルカ酸アミドであることを確認する。
(4)このクロロホルム溶液の溶媒を蒸発させ、エルカ酸アミドを取り出して秤量し、最初に採取したポリプロピレン量に基づいて濃度を算定する。
<Measurement of lubricant concentration>
Three model exterior bodies were produced by the same method, and each one heat-sealed part was peeled off, and the concentration of erucamide in the polypropylene layer of each heat-fused part was measured. The concentration of erucic acid amide was measured by the following procedure.
(1) Collect and weigh an appropriate amount of polypropylene in the heat-sealed part, and immerse and heat in a chloroform solution.
(2) Polypropylene is separated by a Soxhlet extraction method to prepare a chloroform solution in which a lubricant is dissolved.
(3) The chloroform solution is analyzed by gas chromatography to confirm that it is erucic acid amide.
(4) The solvent of this chloroform solution is evaporated, erucic acid amide is taken out and weighed, and the concentration is calculated based on the amount of polypropylene collected first.
<電解液透過性試験>
上記のように作製したモデル外装体の重量を測定した後、恒温槽に入れた。恒温層の温度を55℃に設定し、モデル外装体を保存した。モデル外装体を恒温槽から取り出して重量を測定した。初期重量と比較して減少した分を電解液透過量として算出した。重量を測定したモデル外装体を恒温槽に戻し、保存し、定期的に重量測定を繰り返した。重量測定開始から20日間経過後の電解液透過量は表1のとおりであった。表1中の電解液透過度は、比較例1の電解液透過量を100としたときの相対値である。なお、この電解液透過性試験は加速試験である。
<Electrolytic solution permeability test>
After measuring the weight of the model exterior body produced as described above, it was placed in a thermostatic bath. The temperature of the thermostatic layer was set to 55 ° C., and the model exterior body was stored. The model exterior body was taken out of the thermostat and the weight was measured. The amount of decrease compared to the initial weight was calculated as the electrolyte permeation amount. The model outer body whose weight was measured was returned to the thermostat and stored, and weight measurement was repeated periodically. The amount of electrolyte permeation after 20 days from the start of weight measurement was as shown in Table 1. The electrolytic solution permeability in Table 1 is a relative value when the electrolytic solution permeation amount of Comparative Example 1 is 100. This electrolyte permeability test is an accelerated test.
外装体のポリプロピレン層中の潤滑剤の濃度を230ppm以下にすることで、電解液の透過を抑制することができた。外装体の熱融着部におけるポリプロピレン層中の潤滑剤濃度を小さくすることにより、非水電解液が熱融着部に引き寄せられて熱融着部から浸出することを防ぐことができたと考えられる。 By setting the concentration of the lubricant in the polypropylene layer of the exterior body to 230 ppm or less, the permeation of the electrolytic solution could be suppressed. It is thought that by reducing the lubricant concentration in the polypropylene layer in the heat fusion part of the exterior body, the non-aqueous electrolyte was prevented from being attracted to the heat fusion part and leaching from the heat fusion part. .
以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例は本発明の実施形態の一例を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を特定の実施形態あるいは具体的構成に限定する趣旨ではない。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, the said Example was only an example of Embodiment of this invention, and in the meaning which limits the technical scope of this invention to specific embodiment or a specific structure. Absent.
1 リチウムイオン二次電池用負極
101 負極集電体
102 負極活物質
103 導電助剤
104バインダ
10 リチウムイオン二次電池
11 負極集電体
12 正極集電体
13 負極活物質層
15 正極活物質層
17 セパレータ
25 負極リード
27 正極リード
29 外装体
31 電解液
100 熱融着部
200 非融着部
300 境界部
291、292 積層体
41、42 コーティング層
51、52 金属基材
61、62 酸変性ポリプロピレン層
71、72 ポリプロピレン層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode 101 for lithium ion secondary batteries Negative electrode current collector 102 Negative electrode active material 103 Conductive support agent 104
Claims (5)
負極と
セパレータと、
電解液と、
を含む発電要素を、外装体内部に含むリチウムイオン二次電池であって、
該外装体が、金属基材と、酸変性ポリプロピレン層と、ポリプロピレン層とがこの順で積層された積層体から構成され、該ポリプロピレン層は潤滑剤を含有し、
該外装体内面は該ポリプロピレン層であり、
該外装体が、熱融着部と非融着部とを有し、
該ポリプロピレン層中の該潤滑剤の濃度が、該熱融着部において100ppm以上230ppm以下である、前記リチウムイオン二次電池。 A positive electrode;
A negative electrode, a separator,
An electrolyte,
A lithium ion secondary battery including a power generation element including
The exterior body is composed of a laminate in which a metal substrate, an acid-modified polypropylene layer, and a polypropylene layer are laminated in this order, and the polypropylene layer contains a lubricant,
The outer surface of the exterior body is the polypropylene layer,
The exterior body has a heat fusion part and a non-fusion part,
The said lithium ion secondary battery whose density | concentration of this lubricant in this polypropylene layer is 100 ppm or more and 230 ppm or less in this heat-fusion part.
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