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JP5023541B2 - Manufacturing method of secondary battery - Google Patents

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JP5023541B2
JP5023541B2 JP2006112578A JP2006112578A JP5023541B2 JP 5023541 B2 JP5023541 B2 JP 5023541B2 JP 2006112578 A JP2006112578 A JP 2006112578A JP 2006112578 A JP2006112578 A JP 2006112578A JP 5023541 B2 JP5023541 B2 JP 5023541B2
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Description

本発明は、二次電池に関する。特に本発明は、二次電池の容量特性をより一層向上させるための改良に関する。   The present invention relates to a secondary battery. In particular, the present invention relates to an improvement for further improving the capacity characteristics of a secondary battery.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。   As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all the batteries is attracting attention, and is currently being developed rapidly. Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has the structure connected through an electrolyte layer and accommodated in a battery case.

リチウムイオン二次電池の容量特性および出力特性などの特性の向上には、各活物質層を構成する活物質の選定が極めて重要な意味を持つ。   In order to improve characteristics such as capacity characteristics and output characteristics of the lithium ion secondary battery, selection of the active material constituting each active material layer is extremely important.

ここで、従来、リチウムイオン二次電池の正極活物質の1つの候補として、擬三元系固溶体であるxLi[Mn1/2Ni1/2]O・yLiCoO・zLi[Li1/3Mn2/3]O(x+y+z=1、0<x<1、0≦y<0.5、0<z<1)が提案されている(例えば、非特許文献1を参照)。この活物質は200mAh/gという高い放電容量を有しており、かつサイクル耐久性および熱安定性にも優れるため、正極活物質の候補として有望である。
Journal of Electrochemical Society,152(9)A1879−A1889(2005)
Here, conventionally, as a candidate for a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, xLi [Mn 1/2 Ni 1/2 ] O 2 .yLiCoO 2 .zLi [Li 1/3 ] which is a pseudo ternary solid solution. Mn 2/3 ] O 2 (x + y + z = 1, 0 <x <1, 0 ≦ y <0.5, 0 <z <1) has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). Since this active material has a high discharge capacity of 200 mAh / g and is excellent in cycle durability and thermal stability, it is a promising candidate for a positive electrode active material.
Journal of Electrochemical Society, 152 (9) A1879-A1889 (2005)

しかしながら、本発明者らは、上述した擬三元系固溶体を正極活物質として用いると、不可逆容量が大きく、初期充放電ロスが発生するという問題があることを見出した。すなわち、上記擬三元系固溶体を正極活物質として用いると、本来発揮しうる理論容量に対して一定割合(例えば、20%程度)が充放電に利用できず、ロスとなってしまうのである。かような初期充放電ロスが発生する原因は完全に明らかとはなっていないが、上記一般式におけるz値が大きくなるほど初期充放電ロスも大きくなることから、当該擬三元系固溶体にMnが含まれることによるものと推定されている。   However, the present inventors have found that when the above-described quasi-ternary solid solution is used as a positive electrode active material, there is a problem that irreversible capacity is large and initial charge / discharge loss occurs. That is, when the pseudo ternary solid solution is used as a positive electrode active material, a certain ratio (for example, about 20%) cannot be used for charge / discharge with respect to the theoretical capacity that can be originally exhibited, resulting in a loss. The cause of the occurrence of such initial charge / discharge loss is not completely clear, but since the initial charge / discharge loss increases as the z value in the above general formula increases, Mn is present in the pseudo-ternary solid solution. Presumably due to inclusion.

ところで、リチウムイオン二次電池の各電極活物質層を構成する各活物質間で、満充電後の放電時に利用される電気容量は等しい。従って、各活物質を、理論容量が等しくなる量で用いた場合であっても、正極活物質において上述したような初期充放電ロスが発生すると、満充電後の放電時には、相手方である負極活物質の理論容量が完全に利用されず、正極活物質の初期充放電ロスに対応する分の容量が無駄になってしまう。そしてこの現象は、負極活物質として、初期充放電ロスがほとんどない活物質(例えば、黒鉛)を用いると顕著に発現し、電池のエネルギ密度が低減してしまう。   By the way, the electric capacity utilized at the time of the discharge after a full charge is equal between each active material which comprises each electrode active material layer of a lithium ion secondary battery. Therefore, even when each active material is used in an amount having the same theoretical capacity, if the initial charge / discharge loss as described above occurs in the positive electrode active material, the negative electrode active material that is the counterpart is at the time of discharge after full charge. The theoretical capacity of the material is not fully utilized, and the capacity corresponding to the initial charge / discharge loss of the positive electrode active material is wasted. This phenomenon is noticeably manifested when an active material (for example, graphite) having almost no initial charge / discharge loss is used as the negative electrode active material, and the energy density of the battery is reduced.

そこで本発明は、所定の正極活物質を採用した二次電池において、当該正極活物質の初期充放電ロスに起因する電池全体の容量特性の低下を防止しうる手段を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide means capable of preventing a decrease in capacity characteristics of the entire battery due to an initial charge / discharge loss of the positive electrode active material in a secondary battery employing a predetermined positive electrode active material. .

本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、正極活物質として上記擬三元系固溶体を用いる場合に、同様の初期充放電ロスが発生しうる化合物を負極活物質として採用することで、発生したロスどうしがキャンセルされ、正極活物質および負極活物質の双方の可逆容量が有効に利用されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, when the pseudo ternary solid solution is used as the positive electrode active material, by adopting a compound capable of generating the same initial charge / discharge loss as the negative electrode active material, the generated losses are canceled, and the positive electrode active material The present inventors have found that the reversible capacities of both the negative electrode active material and the negative electrode active material can be used effectively, thereby completing the present invention.

すなわち、本発明は、集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層と、
電解質層と、集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、がこの順に
積層されてなる少なくとも1つの単電池を含む電池要素を有する二次電池であって、前記
正極活物質がxLi[Mn1/2Ni1/2]O・yLiCoO・zLi[Li1/
Mn2/3]O(x+y+z=1、0<x<1、0≦y<0.5、0<z<1)を含
み、前記負極活物質の初期充放電ロス容量が可逆電気容量の10%以上であることを特徴
とする、二次電池の製造方法である。そして、当該製造方法は、電池要素を作製する電池要素作製工程と、
レドックスシャトルを含まない電解液を前記電池要素に注入する工程と、
電池電圧が4.5V以上となるまで初回充放電処理を施す工程と、
前記電解液にレドックスシャトルを添加する工程と
前記電池要素から前記初回充放電処理時に発生したガスを抜くガス抜き工程と、
前記電池要素を封止する封止工程と、
を有する。
That is, the present invention comprises a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on the surface of a current collector,
A secondary battery having a battery element including at least one unit cell in which an electrolyte layer and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on the surface of a current collector are laminated in this order, The positive electrode active material is xLi [Mn 1/2 Ni 1/2 ] O 2 .yLiCoO 2 .zLi [Li 1 /
3 Mn 2/3 ] O 2 (x + y + z = 1, 0 <x <1, 0 ≦ y <0.5, 0 <z <1), and the initial charge / discharge loss capacity of the negative electrode active material is reversible electric capacity It is a manufacturing method of a secondary battery characterized by being 10% or more. And the said manufacturing method is a battery element preparation process which produces a battery element,
Injecting an electrolyte containing no redox shuttle into the battery element;
Performing a first charge / discharge treatment until the battery voltage is 4.5 V or higher;
Adding a redox shuttle to the electrolyte ;
A degassing step of extracting the gas generated during the first charge / discharge treatment from the battery element;
A sealing step for sealing the battery element;
Have

本発明によれば、所定の正極活物質を採用した二次電池において、当該正極活物質の初期充放電ロスに起因する電池全体の容量特性の低下が効果的に防止されうる。   According to the present invention, in a secondary battery employing a predetermined positive electrode active material, it is possible to effectively prevent a decrease in capacity characteristics of the entire battery due to an initial charge / discharge loss of the positive electrode active material.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明は、集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層と、電解質層と、集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池を含む電池要素を有する二次電池であって、前記正極活物質がxLi[Mn1/2Ni1/2]O・yLiCoO・zLi[Li1/3Mn2/3]O(x+y+z=1、0<x<1、0≦y<0.5、0<z<1)を含み、前記負極活物質の初期充放電ロス容量が可逆電気容量の10%以上であることを特徴とする、二次電池である。 The present invention includes a positive electrode active material layer including a positive electrode active material formed on the surface of a current collector, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on the surface of the current collector, Is a secondary battery having a battery element including at least one single battery stacked in this order, wherein the positive electrode active material is xLi [Mn 1/2 Ni 1/2 ] O 2 .yLiCoO 2 .zLi [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 (x + y + z = 1, 0 <x <1, 0 ≦ y <0.5, 0 <z <1), the initial charge / discharge loss capacity of the negative electrode active material is reversible It is a secondary battery characterized by being 10% or more of electric capacity.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

(第1実施形態)
(構成)
図1は、双極型リチウムイオン二次電池(以下、「双極型電池」とも称する)である、本実施形態の二次電池の概要を示す断面図である。なお、本明細書においては、双極型電池を例に挙げて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of the secondary battery of the present embodiment, which is a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as “bipolar battery”). In the present specification, a bipolar battery will be described in detail as an example, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form.

図1に示す本実施形態の双極型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。   The bipolar battery 10 of this embodiment shown in FIG. 1 has a structure in which a substantially rectangular battery element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior.

図1に示すように、本実施形態の双極型電池10の電池要素21は、集電体11の一方の面に正極活物質層13が形成され他方の面に負極活物質層15が形成された複数の双極型電極を有する。各双極型電極は、電解質層17を介して積層されて電池要素21を形成する。この際、一の双極型電極の正極活物質層13と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層17が積層されている。   As shown in FIG. 1, the battery element 21 of the bipolar battery 10 of this embodiment has a positive electrode active material layer 13 formed on one surface of a current collector 11 and a negative electrode active material layer 15 formed on the other surface. A plurality of bipolar electrodes. Each bipolar electrode is laminated via an electrolyte layer 17 to form a battery element 21. At this time, each bipolar type is formed such that the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 17. An electrode and an electrolyte layer 17 are laminated.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。従って、双極型電池10は、単電池層19が積層されることで、電気的に直列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周には、隣接する集電体11間を絶縁するための絶縁層31が設けられている。なお、電池要素21の最外層に位置する集電体(最外層集電体)(11a、11b)には、片面のみに、正極活物質層13(正極側最外層集電体11a)または負極活物質層15(負極側最外層集電体11b)のいずれか一方が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the bipolar battery 10 has a configuration in which the single battery layers 19 are stacked and electrically connected in series. In addition, an insulating layer 31 for insulating adjacent current collectors 11 is provided on the outer periphery of the unit cell layer 19. The current collector (outermost layer current collector) (11a, 11b) located in the outermost layer of the battery element 21 has a positive electrode active material layer 13 (positive electrode side outermost layer current collector 11a) or a negative electrode only on one side. One of the active material layers 15 (negative electrode side outermost layer current collector 11b) is formed.

さらに、図1に示す双極型電池10では、正極側最外層集電体11aが延長されて正極タブ25とされ、外装であるラミネートシート29から導出している。一方、負極側最外層集電体11bが延長されて負極タブ27とされ、同様にラミネートシート29から導出している。   Furthermore, in the bipolar battery 10 shown in FIG. 1, the positive electrode side outermost layer current collector 11a is extended to form a positive electrode tab 25, which is led out from a laminate sheet 29 which is an exterior. On the other hand, the negative electrode side outermost layer current collector 11 b is extended to form a negative electrode tab 27, which is similarly derived from the laminate sheet 29.

以下、本実施形態の特徴的な構成について、詳細に説明する。   Hereinafter, a characteristic configuration of the present embodiment will be described in detail.

本実施形態の双極型電池10は、第1に、正極活物質として、擬三元系固溶体であるxLi[Mn1/2Ni1/2]O・yLiCoO・zLi[Li1/3Mn2/3]Oを含む点に特徴を有する。 First, the bipolar battery 10 of the present embodiment includes, as a positive electrode active material, xLi [Mn 1/2 Ni 1/2 ] O 2 .yLiCoO 2 .zLi [Li 1/3 Mn, which is a pseudo ternary solid solution. 2/3 ] It is characterized in that it contains O 2 .

本実施形態の双極型電池の正極活物質層における必須成分である正極活物質を表す上記一般式においては、0<x<1、0≦y<0.5、0<z<1であり、かつ、x+y+z=1である。   In the above general formula representing the positive electrode active material that is an essential component in the positive electrode active material layer of the bipolar battery of the present embodiment, 0 <x <1, 0 ≦ y <0.5, and 0 <z <1. And x + y + z = 1.

上述した所定の正極活物質としては、商品が市販されている場合には当該商品を購入して用いてもよいし、自ら調製した活物質を用いてもよい。当該活物質を自ら調製する場合には、例えば上述した非特許文献1(Journal of Electrochemical Society,152(9)A1879−A1889(2005))の記載が参照されうる。   As the predetermined positive electrode active material described above, when a product is commercially available, the product may be purchased and used, or an active material prepared by itself may be used. When the active material is prepared by itself, for example, the description of Non-Patent Document 1 (Journal of Electrochemical Society, 152 (9) A1879-A1889 (2005)) can be referred to.

なお、本実施形態の二次電池の正極活物質層は、上述した所定の正極活物質に加えて、他の正極活物質を含んでもよい。他の正極活物質の具体的な形態は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。他の正極活物質としては、例えば、LiMnなどのLi−Mn系複合酸化物やLiNiOなどのLi−Ni系複合酸化物といったリチウム−遷移金属複合酸化物等が挙げられる。これらの正極活物質は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 In addition, the positive electrode active material layer of the secondary battery of this embodiment may include other positive electrode active materials in addition to the predetermined positive electrode active material described above. The specific form of the other positive electrode active material is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. Examples of other positive electrode active materials include lithium-transition metal composite oxides such as Li—Mn composite oxides such as LiMn 2 O 4 and Li—Ni composite oxides such as LiNiO 2 . As for these positive electrode active materials, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

ここで、本発明の作用効果を充分に発揮させるという観点からは、正極活物質層に含まれる正極活物質の全量に対して、上述した所定の正極活物質の含有量が30〜100質量%であることが好ましい。ただし、これらの範囲を外れる形態が採用されてもよいことは勿論である。   Here, from the viewpoint of sufficiently exerting the effects of the present invention, the content of the predetermined positive electrode active material described above is 30 to 100% by mass with respect to the total amount of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer. It is preferable that However, it goes without saying that forms outside these ranges may be employed.

本実施形態の双極型電池10は、第2に、負極活物質の初期充放電ロス容量が可逆電気容量の10%以上である点に特徴を有する。このように負極活物質の初期充放電ロス容量をある程度大きくなるように設定することで、当該初期充放電ロス容量を、初期充放電時に上述した所定の正極活物質において発生する初期充放電ロスに対応させうる。その結果、正極活物質および負極活物質の双方において発生する初期充放電ロスどうしがキャンセルし合い、正極活物質における初期充放電ロスに起因する電池全体の容量低下といった問題の発生が効果的に抑制されうる。   Second, the bipolar battery 10 of the present embodiment is characterized in that the initial charge / discharge loss capacity of the negative electrode active material is 10% or more of the reversible electric capacity. Thus, by setting the initial charge / discharge loss capacity of the negative electrode active material to be increased to some extent, the initial charge / discharge loss capacity is reduced to the initial charge / discharge loss generated in the predetermined positive electrode active material described above during the initial charge / discharge. Can correspond. As a result, the initial charge / discharge losses that occur in both the positive electrode active material and the negative electrode active material cancel each other, and the occurrence of problems such as a decrease in the overall battery capacity due to the initial charge / discharge loss in the positive electrode active material is effectively suppressed. Can be done.

本実施形態において、負極活物質の初期充放電ロス容量は、当該負極活物質の可逆電気容量の10%以上であればよいが、好ましくは10〜50%であり、より好ましくは10〜30%である。負極活物質の初期充放電ロス容量がかような範囲内の値であると、負極活物質の可逆電気容量の絶対値を高い値に維持しつつ、本発明の作用効果を充分に発揮させることが可能となる。なお、負極活物質の初期充放電ロス容量の可逆電気容量に対する割合の値は、リチウム金属を対極として0.1C程度の低レートで充放電することにより測定可能である。   In the present embodiment, the initial charge / discharge loss capacity of the negative electrode active material may be 10% or more of the reversible electric capacity of the negative electrode active material, preferably 10 to 50%, more preferably 10 to 30%. It is. When the initial charge / discharge loss capacity of the negative electrode active material is within such a range, the effect of the present invention can be sufficiently exhibited while maintaining the absolute value of the reversible electric capacity of the negative electrode active material at a high value. Is possible. The ratio of the initial charge / discharge loss capacity to the reversible electric capacity of the negative electrode active material can be measured by charging / discharging at a low rate of about 0.1 C using lithium metal as a counter electrode.

初期充放電ロス容量の割合が上述した範囲内の値となるような負極活物質の具体的な形態は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。また、新たに開発された負極活物質が用いられてもよい。本実施形態において用いられうる負極活物質の具体例としては、例えば、ハードカーボン(可逆電気容量に対する初期充放電ロス容量の割合=約15〜30%)やソフトカーボン(可逆電気容量に対する初期充放電ロス容量の割合=約15〜30%)などの非晶質カーボンが挙げられる。なかでも、可逆電気容量の絶対値が大きいという観点からは、ハードカーボンが好ましく用いられうる。   The specific form of the negative electrode active material in which the ratio of the initial charge / discharge loss capacity becomes a value within the above-described range is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to. Further, a newly developed negative electrode active material may be used. Specific examples of the negative electrode active material that can be used in the present embodiment include, for example, hard carbon (ratio of initial charge / discharge loss capacity to reversible electric capacity = about 15 to 30%) and soft carbon (initial charge / discharge to reversible electric capacity). Amorphous carbon such as a ratio of loss capacity = about 15 to 30%). Among these, hard carbon can be preferably used from the viewpoint that the absolute value of the reversible electric capacity is large.

なお、本実施形態の二次電池の負極活物質層は、上述した所定の負極活物質に加えて、他の負極活物質を含んでもよい。他の負極活物質の具体的な形態は特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。他の負極活物質としては、例えば、黒鉛、シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、鉛の他充放電でリチウムウムを吸蔵放出できる合金類や、これらの複合体などが挙げられる。これらの負極活物質は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。なお、負極活物質として2種以上が併用される場合には、「可逆電気容量に対する初期充放電ロス容量の割合」の値として、負極活物質層15に含まれる全負極活物質の質量平均値を採用するものとする。   Note that the negative electrode active material layer of the secondary battery of the present embodiment may include other negative electrode active materials in addition to the predetermined negative electrode active material described above. The specific form of the other negative electrode active material is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. Examples of other negative electrode active materials include alloys that can occlude and release lithium by charge / discharge of graphite, silicon, tin, germanium, aluminum, and lead, and composites thereof. As for these negative electrode active materials, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together. When two or more kinds of negative electrode active materials are used in combination, the mass average value of all negative electrode active materials included in the negative electrode active material layer 15 is used as the value of “ratio of initial charge / discharge loss capacity to reversible electric capacity”. Shall be adopted.

ここで、本発明の作用効果を充分に発揮させるという観点からは、負極活物質層に含まれる負極活物質の全量に対して、上述した所定の負極活物質の含有量が30〜100質量%であることが好ましい。ただし、これらの範囲を外れる形態が採用されてもよいことは勿論である。   Here, from the viewpoint of sufficiently exerting the effects of the present invention, the content of the predetermined negative electrode active material described above is 30 to 100% by mass with respect to the total amount of the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer. It is preferable that However, it goes without saying that forms outside these ranges may be employed.

上述した負極活物質についても、商品が市販されている場合には当該商品を購入して用いてもよいし、自ら調製した活物質を用いてもよい。   Also about the negative electrode active material mentioned above, when goods are marketed, the goods may be purchased and used, and the active material prepared by itself may be used.

以下、上述した本発明の効果が得られるメカニズムを図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, the mechanism by which the effect of the present invention described above can be obtained will be described with reference to the drawings.

図2は、本発明の効果が得られるメカニズムを説明するための模式図である。図2の各図は、本実施形態の電池の、充放電の各時点における状態を示す図である。また、縦軸は各活物質の容量密度(dQ/dE)を示し、横軸は電位を示す。さらに、直線Pは正極の電位を示し、直線Nは負極の電位を示す。よって、直線Pと直線Nとの距離は電池電圧を示す。また、斜線部は放電可能な充電容量(可逆容量)を示し、網掛け部は放電不可能な充電容量(不可逆容量)を示す。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a mechanism by which the effect of the present invention can be obtained. Each figure of FIG. 2 is a figure which shows the state in each time of charging / discharging of the battery of this embodiment. The vertical axis indicates the capacity density (dQ / dE) of each active material, and the horizontal axis indicates the potential. Further, the straight line P indicates the potential of the positive electrode, and the straight line N indicates the potential of the negative electrode. Therefore, the distance between the straight line P and the straight line N indicates the battery voltage. The shaded portion indicates the chargeable capacity (reversible capacity), and the shaded area indicates the non-dischargeable charge capacity (irreversible capacity).

図2(a)は、電池作製直後の状態を示す図である。電池作製直後、充電前においては、各電極の電位は±0.5V程度であり、電池電圧は約1V程度である。電池作製直後の充電前において電極に電位が生じ、一定の電池電圧が発生する理由は完全に明らかとはなっていないが、極微量の不純物などが関与しているものと考えられる。   Fig.2 (a) is a figure which shows the state immediately after battery preparation. Immediately after manufacturing the battery and before charging, the potential of each electrode is about ± 0.5 V, and the battery voltage is about 1 V. The reason why a potential is generated in the electrode immediately before charging immediately after the battery is produced and a constant battery voltage is generated is not completely clear, but it is considered that a very small amount of impurities are involved.

充電を開始すると活物質において充電反応が進行する。図2(b)は、初期充放電の途中の状態を示す図である。この際、本実施形態の双極型電池においては、図2(b)に示すように、充電された正極活物質および負極活物質の一定割合が不可逆容量となっている。   When charging is started, a charging reaction proceeds in the active material. FIG.2 (b) is a figure which shows the state in the middle of initial stage charge / discharge. At this time, in the bipolar battery of this embodiment, as shown in FIG. 2B, a certain ratio of the charged positive electrode active material and negative electrode active material is an irreversible capacity.

さらに充電を続けると、正極活物質および負極活物質の双方において充電反応が進行し、正極活物質および負極活物質の少なくとも一方が完全に充電されると、充電は完了する。図2(c)は、充電が完了した状態(満充電状態)を示す図である。   When the charging is further continued, the charging reaction proceeds in both the positive electrode active material and the negative electrode active material, and the charging is completed when at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material is completely charged. FIG.2 (c) is a figure which shows the state (full charge state) in which charge was completed.

一方、放電を開始すると、正極活物質および負極活物質の双方において、可逆容量に対応する分のみの放電が進行し、不可逆容量に対応する分の放電は行われない。   On the other hand, when the discharge is started, the discharge corresponding to the reversible capacity proceeds in both the positive electrode active material and the negative electrode active material, and the discharge corresponding to the irreversible capacity is not performed.

ここで、図3は、上述した所定の擬三元系固溶体を正極活物質として採用し、初期充放電ロスがほとんどない黒鉛(可逆電気容量に対する初期充放電ロス容量の割合=約4.6%)を負極活物質として採用した電池における放電が完了した状態を示す図である。このように、正極活物質として上述した所定の固溶体を用いた場合には、負極活物質として黒鉛などを用いると、正極活物質において発生する不可逆容量と同量の不可逆容量が、負極活物質にも発生してしまう。図示するような不可逆容量が負極活物質において発生すると、電池全体の容量特性の低下につながってしまう。   Here, FIG. 3 employs the above-described predetermined quasi-ternary solid solution as the positive electrode active material, and has almost no initial charge / discharge loss (ratio of initial charge / discharge loss capacity to reversible electric capacity = about 4.6%). It is a figure which shows the state which the discharge in the battery which employ | adopted as a negative electrode active material was completed. Thus, when the predetermined solid solution described above is used as the positive electrode active material, if graphite or the like is used as the negative electrode active material, the same amount of irreversible capacity as that generated in the positive electrode active material is generated in the negative electrode active material. Will also occur. When the irreversible capacity as shown in the figure is generated in the negative electrode active material, the capacity characteristics of the entire battery are deteriorated.

図2(d)は、本実施形態の電池における放電が完了した状態を示す図である。本実施形態においては、負極活物質として、初期充放電ロスが一定割合以上存在する活物質が用いられている。これにより、図2(d)に示すように、本実施形態において用いられる所定の正極活物質の初期充放電ロスに由来する不可逆容量が、同様に本実施形態において用いられる負極活物質において発生した初期充放電ロスによりキャンセルされることとなる。その結果、その後の充放電時には、図2(d)に示す可逆容量に対応する部分で充放電反応が進行し、活物質が効率的に用いられうる。ただし、正極活物質において発生した初期充放電ロスが、負極活物質における初期充放電ロスによって完全にキャンセルされる形態のみに、本発明の技術的範囲が限定されるわけではない。負極の容量を正極に対して過剰にして、過酷な使用条件でも負極での異常反応が起こらないようにしてもよい。   FIG. 2D is a diagram illustrating a state in which the discharge in the battery of the present embodiment has been completed. In the present embodiment, an active material having an initial charge / discharge loss of a certain ratio or more is used as the negative electrode active material. As a result, as shown in FIG. 2D, an irreversible capacity derived from the initial charge / discharge loss of the predetermined positive electrode active material used in the present embodiment was generated in the negative electrode active material used in the present embodiment as well. It will be canceled by the initial charge / discharge loss. As a result, during the subsequent charge / discharge, the charge / discharge reaction proceeds at a portion corresponding to the reversible capacity shown in FIG. 2 (d), and the active material can be used efficiently. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the form in which the initial charge / discharge loss generated in the positive electrode active material is completely canceled by the initial charge / discharge loss in the negative electrode active material. The capacity of the negative electrode may be excessive with respect to the positive electrode so that no abnormal reaction occurs at the negative electrode even under severe use conditions.

以上のように、本実施形態の電池によれば、負極活物質における放電容量の低下や、これに起因する電池全体の容量特性の低下といった問題が解決されうる。なお、上記のメカニズムはあくまでも推測に過ぎず、他のメカニズムにより電池の容量特性の向上が図られていたとしても、本発明の技術的範囲は何ら影響を受けることはない。   As described above, according to the battery of the present embodiment, problems such as a decrease in discharge capacity in the negative electrode active material and a decrease in capacity characteristics of the entire battery due to this can be solved. Note that the above mechanism is merely an estimate, and the technical scope of the present invention is not affected at all even if the capacity characteristics of the battery are improved by other mechanisms.

以下、本実施形態の双極型電池10を構成する部材について簡単に説明するが、下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態が同様に採用されうる。   Hereinafter, although the member which comprises the bipolar battery 10 of this embodiment is demonstrated easily, it is not restrict | limited only to the following form, A conventionally well-known form can be employ | adopted similarly.

[集電体(最外層集電体を含む)]
集電体11および最外層集電体(11a、11b)は、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
[Current collector (including outermost layer current collector)]
The current collector 11 and the outermost layer current collector (11a, 11b) are made of a conductive material such as an aluminum foil, a copper foil, or a stainless steel (SUS) foil. The general thickness of the current collector is 1 to 30 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used.

集電体11の大きさは、双極型電池10の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。   The size of the current collector 11 is determined according to the intended use of the bipolar battery 10. If a large electrode used for a large battery is manufactured, a current collector having a large area is used. If a small electrode is produced, a current collector with a small area is used.

[活物質層]
活物質層は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
[Active material layer]
The active material layer contains an active material, and further contains other additives as necessary.

正極活物質層13は、正極活物質として、所定の擬三元系固溶体を含む。なお、当該活物質の具体的な構成については上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。また、正極活物質層13が上記以外の活物質を含んでもよいこともまた、上述した通りである。   The positive electrode active material layer 13 includes a predetermined pseudo ternary solid solution as a positive electrode active material. Note that since the specific structure of the active material is as described above, the description thereof is omitted here. Further, as described above, the positive electrode active material layer 13 may contain an active material other than the above.

負極活物質層15は、可逆電気容量に対する初期充放電ロスの割合が10%以上である負極活物質を含む。なお、当該活物質の具体的な構成については上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。また、負極活物質層15が上記以外の活物質を含んでもよいこともまた、上述した通りである。   The negative electrode active material layer 15 includes a negative electrode active material having a ratio of initial charge / discharge loss to reversible electric capacity of 10% or more. Note that since the specific structure of the active material is as described above, the description thereof is omitted here. Further, as described above, the negative electrode active material layer 15 may contain an active material other than the above.

各活物質層(13、15)に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は、特に制限されず、従来公知の知見を参照して適宜調節されうる。好ましくは、活物質の平均粒子径は、1〜30μm程度である。ただし、この範囲を外れる粒子径を有する活物質を用いても、勿論よい。   The average particle diameter of each active material contained in each active material layer (13, 15) is not particularly limited, and can be appropriately adjusted with reference to conventionally known knowledge. Preferably, the average particle diameter of the active material is about 1 to 30 μm. However, it is of course possible to use an active material having a particle size outside this range.

各活物質層(13、15)には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、バインダ、導電助剤、リチウム塩(支持電解質)、イオン伝導性ポリマー等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   Each active material layer (13, 15) may contain other materials if necessary. For example, a binder, a conductive additive, a lithium salt (supporting electrolyte), an ion conductive polymer, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF) and a synthetic rubber binder.

導電助剤とは、活物質層(13、15)の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等が挙げられる。   A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer (13,15). Examples of the conductive auxiliary agent include acetylene black.

リチウム塩(支持電解質)としては、LiBETI(リチウムビス(パーフルオロエチレンスルホニルイミド);Li(CSON)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 As a lithium salt (supporting electrolyte), LiBETI (lithium bis (perfluoroethylenesulfonylimide); Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N), LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 Etc.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。ここで、前記イオン伝導性ポリマーは、双極型電池10の電解質層17において電解質として用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers. Here, the ion conductive polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used as the electrolyte in the electrolyte layer 17 of the bipolar battery 10, but is preferably the same.

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)や、光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール(BDK)等が挙げられる。   The polymerization initiator is added to act on the crosslinkable group of the ion conductive polymer to advance the crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as an initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN), which is a thermal polymerization initiator, and benzyl dimethyl ketal (BDK), which is a photopolymerization initiator.

各活物質層(13、15)に含まれる各成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of each component contained in each active material layer (13, 15) is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

[電解質層]
電解質層17を構成する電解質としては、一般に、液体電解質またはポリマー電解質が挙げられる。本発明においては、好ましくはポリマー電解質が用いられる。ポリマー電解質を用いることにより、電解質などの液漏れが防止され、双極型電池10の安全性が向上しうる。
[Electrolyte layer]
In general, the electrolyte constituting the electrolyte layer 17 includes a liquid electrolyte or a polymer electrolyte. In the present invention, a polymer electrolyte is preferably used. By using the polymer electrolyte, leakage of electrolyte and the like can be prevented, and the safety of the bipolar battery 10 can be improved.

ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成され、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。優れた機械的強度を発現させることが可能である点で、重合性のイオン伝導性ポリマーが、熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などにより架橋されてなるものが好適に用いられる。かかる架橋ポリマーを用いることで電池の信頼性が向上し、かつ簡易な構成で出力特性に優れた双極型電池10が作製される。   The polymer electrolyte is composed of an ion conductive polymer, and the material is not limited as long as it exhibits ion conductivity. In view of the fact that excellent mechanical strength can be expressed, a polymerized ion conductive polymer that is crosslinked by thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, or the like is preferably used. By using such a crosslinked polymer, the reliability of the battery is improved, and the bipolar battery 10 having a simple configuration and excellent output characteristics is manufactured.

ポリマー電解質としては、真性ポリマー電解質、およびゲルポリマー電解質が挙げられる。   Examples of the polymer electrolyte include an intrinsic polymer electrolyte and a gel polymer electrolyte.

真性ポリマー電解質としては、特に限定されないが、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。また、これらの高分子は、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。   The intrinsic polymer electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved. In addition, these polymers can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure.

また、ゲルポリマー電解質とは、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。なお、本願では、リチウムイオン伝導性を有しない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも、ゲルポリマー電解質に含まれるものとする。用いられる電解液(電解質塩および可塑剤)の種類は特に制限されない。電解質塩としては、例えば、LiBETI、LiBF、LiPF、LiN(SOCF等のリチウム塩が例示される。また、可塑剤としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどのカーボネート類などが例示される。 The gel polymer electrolyte generally refers to an electrolyte solution held in an all-solid polymer electrolyte having ion conductivity. In the present application, a gel polymer electrolyte also includes a polymer skeleton having no lithium ion conductivity and a similar electrolyte solution held therein. The kind of electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) used is not particularly limited. Examples of the electrolyte salt include lithium salts such as LiBETI, LiBF 4 , LiPF 6 , and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 . Examples of the plasticizer include carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate.

電解質層がゲルポリマー電解質を含む場合、電解質層は、ゲルポリマー原料溶液を不織布などのセパレータに含浸させた後、上記の種々の方法を用いて重合することにより形成されたものであってもよい。セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めることができるとともに、電池内部の熱伝導性が確保されうる。   When the electrolyte layer includes a gel polymer electrolyte, the electrolyte layer may be formed by impregnating a gel polymer raw material solution into a separator such as a nonwoven fabric and then polymerizing using the various methods described above. . By using the separator, the filling amount of the electrolytic solution can be increased, and the thermal conductivity inside the battery can be ensured.

本実施形態のより好ましい形態において、電解質層17は、レドックスシャトルを含む。「レドックスシャトル」とは、酸化還元反応を介して正負極間の電位差(電池電圧)が所定の値以上となること(すなわち、過充電)を防止する機能を有する化合物である。具体的には、もともと還元型(非イオン型)であるレドックスシャトルは、充電時に電池電圧が所定の値以上となると、正極において酸化されて酸化型(カチオン型)となり、この酸化型は負極において還元されて再度還元型(非イオン型)に戻る。このサイクルが繰り返されることで、過充電が防止され、ひいてはこれに伴う電池の信頼性低下といった問題の発生が防止されるのである。   In a more preferred form of the present embodiment, the electrolyte layer 17 includes a redox shuttle. A “redox shuttle” is a compound having a function of preventing a potential difference (battery voltage) between positive and negative electrodes from exceeding a predetermined value (ie, overcharge) through an oxidation-reduction reaction. Specifically, the redox shuttle, which is originally a reduction type (non-ion type), is oxidized at the positive electrode to become an oxidation type (cationic type) when the battery voltage exceeds a predetermined value during charging. It is reduced and returns to the reduced type (non-ionic type) again. By repeating this cycle, overcharge is prevented, and as a result, the occurrence of problems such as a decrease in battery reliability associated therewith is prevented.

ここで、例えば図4に示すように、3つの単電池が直列に接続された場合を考えてみる。この場合において、図4に示す電池1および電池3は満充電状態となったにもかかわらず、電池2の充電状態が100%でないと、電池2を満充電状態とする目的で電池1〜電池3の全ての電池に対してさらに充電処理を施す必要がある。しかしながら、既に満充電状態である電池1および電池3に対してかような充電処理を施すと、これらの電池は過充電状態となり、上述したような問題が発生する虞がある。   Here, for example, as shown in FIG. 4, consider the case where three cells are connected in series. In this case, even though the battery 1 and the battery 3 shown in FIG. 4 are in a fully charged state, if the charged state of the battery 2 is not 100%, the batteries 1 to 1 are used for the purpose of putting the battery 2 in a fully charged state It is necessary to further charge the battery for all three batteries. However, if such a charging process is applied to the batteries 1 and 3 that are already fully charged, these batteries are overcharged, and the above-described problem may occur.

これに対し、上述した好ましい形態のように電解質層にレドックスシャトルが含まれると、電池2を満充電状態とすべくさらに充電処理を施した場合であっても、レドックスシャトルの作用によって電池電圧がある一定の値(レドックスシャトルの酸化開始電位)以上となることが防止される。その結果、電池1および電池3を過剰な過充電状態とすることなく、電池2を満充電状態とすることが可能となるのである。   On the other hand, when the electrolyte layer includes a redox shuttle as in the preferred embodiment described above, the battery voltage is increased by the action of the redox shuttle even when the battery 2 is further charged to make the battery 2 fully charged. It is prevented that the voltage exceeds a certain value (redox shuttle oxidation start potential). As a result, the battery 2 can be fully charged without making the battery 1 and the battery 3 excessively charged.

ここで、電解質層に含まれるレドックスシャトルの酸化開始電位は特に制限されないが、電池容量を充分に利用するという観点からは、レドックスシャトルの酸化開始電位は、リチウムに対して、4.2V以上であることが好ましく、4.2〜5.0Vであることがより好ましく、4.3〜4.7Vであることがさらに好ましい。ただし、これらの範囲を外れる形態のレドックスシャトルが用いられてもよいことは勿論である。   Here, the oxidation start potential of the redox shuttle contained in the electrolyte layer is not particularly limited, but from the viewpoint of fully utilizing the battery capacity, the oxidation start potential of the redox shuttle is 4.2 V or more with respect to lithium. Preferably, it is 4.2 to 5.0V, more preferably 4.3 to 4.7V. However, it goes without saying that a redox shuttle in a form outside these ranges may be used.

レドックスシャトルの具体的な形態についても特に制限はなく、上述した作用効果を発揮しうる化合物が適宜採用されうる。リチウムに対する酸化開始電位の値とともにレドックスシャトルの一例を挙げると、例えば、ヘキサエチルベンゼン(約4.5V)、Li1212(約4.5V)、Li12(約4.35V)などが挙げられる。これらのレドックスシャトルは1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 There is no restriction | limiting in particular also about the specific form of a redox shuttle, The compound which can exhibit the effect mentioned above can be employ | adopted suitably. An example of the redox shuttle together with the value of the oxidation initiation potential for lithium is, for example, hexaethylbenzene (about 4.5 V), Li 2 B 12 F 12 (about 4.5 V), Li 2 B 12 F 9 H 3 (about 4.35V). Only 1 type of these redox shuttles may be used independently, and 2 or more types may be used together.

電解質層にレドックスシャトルが含まれる場合、電解質層におけるレドックスシャトルの含有量についても特に制限はないが、電解質層におけるリチウムイオン濃度に対して、好ましくは1〜50モル%である。電解質層に含ませる量は、レドックスシャトルの種類や、電池の使用条件、電池の使用目的によって選択される。また、上記のリチウム塩のレドックスシャトルは、電解質層に必要なリチウム塩としても使用できることは言うまでもない。   When a redox shuttle is contained in the electrolyte layer, the content of the redox shuttle in the electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 mol% with respect to the lithium ion concentration in the electrolyte layer. The amount to be included in the electrolyte layer is selected depending on the type of redox shuttle, the use condition of the battery, and the purpose of use of the battery. Needless to say, the redox shuttle of the lithium salt can be used as a lithium salt necessary for the electrolyte layer.

[絶縁層]
双極型電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁層31が設けられる。この絶縁層31は、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、電池要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型電池10が提供されうる。
[Insulation layer]
In the bipolar battery 10, an insulating layer 31 is usually provided around each single battery layer 19. The insulating layer 31 prevents the adjacent current collectors 11 in the battery from coming into contact with each other or a short circuit caused by a slight irregularity at the end of the unit cell layer 19 in the battery element 21. Is provided. The installation of such an insulating layer 31 ensures long-term reliability and safety, and can provide a high-quality bipolar battery 10.

絶縁層31を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁層31の構成材料として好ましく用いられる。   The insulating layer 31 may be made of a material having insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance at the battery operating temperature, and the like. For example, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber or the like can be used. Among these, polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as the constituent material of the insulating layer 31 from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

[タブ]
双極型電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続されたタブ(正極タブ25および負極タブ27)が外装であるラミネートシート29の外部に取り出される。具体的には、正極側最外層集電体11aに電気的に接続された正極タブ25と、負極側最外層集電体11bに電気的に接続された負極タブ27とが、外装の外部に取り出される。
[tab]
In the bipolar battery 10, a laminate sheet 29 in which the tabs (the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27) electrically connected to the outermost layer current collector (11 a, 11 b) are the exterior for the purpose of taking out current outside the battery. It is taken out outside. Specifically, a positive electrode tab 25 electrically connected to the positive electrode side outermost layer current collector 11a and a negative electrode tab 27 electrically connected to the negative electrode side outermost layer current collector 11b are provided outside the exterior. It is taken out.

タブ(正極タブ25および負極タブ27)を構成する材料は特に制限されず、双極型電池用のタブとして従来用いられている公知の材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。なお、正極端子25と負極端子27とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、本実施形態のように、最外層集電体(11a、11b)を延長することによりタブ(25、27)としてもよいし、別途準備したタブを最外層集電体に接続してもよい。   The material constituting the tabs (the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27) is not particularly limited, and a known material conventionally used as a tab for a bipolar battery can be used. Examples of the constituent material of the tab include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof. The positive electrode terminal 25 and the negative electrode terminal 27 may be made of the same material or different materials. Further, as in the present embodiment, the outermost layer current collectors (11a, 11b) may be extended to form tabs (25, 27), or a separately prepared tab may be connected to the outermost layer current collector. Good.

[外装]
双極型電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素21は、ラミネートシート29などの外装内に収容されることが好ましい。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
[Exterior]
In the bipolar battery 10, the battery element 21 is preferably housed in an exterior such as a laminate sheet 29 in order to prevent external impact and environmental degradation during use. The exterior is not particularly limited, and a conventionally known exterior can be used. A polymer-metal composite laminate sheet or the like excellent in thermal conductivity can be preferably used in that heat can be efficiently transferred from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be rapidly heated to the battery operating temperature.

(製造方法)
本実施形態の双極型電池10の製造方法については特に制限はなく、電池の製造分野において従来公知の知見を参照して、製造されうる。以下、電解質層が電解液を含む場合における、本発明の双極型電池の製造方法の好ましい一形態を説明するが、本発明の双極型電池の技術的範囲が下記の製造方法により製造されたもののみに限定されることはない。
(Production method)
There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of the bipolar battery 10 of this embodiment, It can manufacture with reference to conventionally well-known knowledge in the manufacturing field of a battery. Hereinafter, a preferred embodiment of the bipolar battery manufacturing method of the present invention in the case where the electrolyte layer contains an electrolytic solution will be described. The technical scope of the bipolar battery of the present invention is manufactured by the following manufacturing method. It is not limited to only.

まず、活物質を含むスラリーを集電体に塗布し、乾燥させて、双極型電極を作製する。ここで、正極活物質を含むスラリーを調製する際には、上述した所定の擬三元系固溶体を、当該スラリー中に添加する。一方、負極活物質を含むスラリーを調製する際には、上述した所定の負極活物質を、当該スラリー中に添加する。また、必要に応じてその他の活物質をそれぞれのスラリー中に添加してもよい。   First, a slurry containing an active material is applied to a current collector and dried to produce a bipolar electrode. Here, when preparing the slurry containing a positive electrode active material, the predetermined pseudo ternary solid solution described above is added to the slurry. On the other hand, when preparing a slurry containing a negative electrode active material, the predetermined negative electrode active material described above is added to the slurry. Moreover, you may add another active material in each slurry as needed.

次いで、上記で作製した双極型電極と電解質層とを積層して、電池要素を作製する(電池要素作製工程)。電池要素を構成する具体的な部材の形態については上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。電解質層の作製方法も特に制限されず、従来公知の手法により作製が可能である。なお、電池要素における双極型電極および電解質層の積層数については特に制限はなく、得られる双極型電池についての所望の電池電圧を考慮して積層数を決定すればよい。   Next, the bipolar electrode prepared above and the electrolyte layer are laminated to produce a battery element (battery element production process). Since the form of the specific member which comprises a battery element is as having mentioned above, description is abbreviate | omitted here. The method for producing the electrolyte layer is not particularly limited, and can be produced by a conventionally known method. In addition, there is no restriction | limiting in particular about the number of lamination | stacking of the bipolar electrode and electrolyte layer in a battery element, What is necessary is just to determine the number of lamination | stacking in consideration of the desired battery voltage about the obtained bipolar battery.

続いて、得られた電池要素の最外層に、リードが接続されたタブを接合し、当該リードが外部に露出するように、電池要素をラミネートシート中に入れる。   Subsequently, a tab to which a lead is connected is bonded to the outermost layer of the obtained battery element, and the battery element is placed in a laminate sheet so that the lead is exposed to the outside.

続いて、電解液を調製し、調製された電解液を上記で作製した電池要素に注入する(電解液注入工程)。電解液の具体的な形態についても上述した通りであるため、ここでは説明を省略する。   Subsequently, an electrolytic solution is prepared, and the prepared electrolytic solution is injected into the battery element prepared above (electrolytic solution injection step). Since the specific form of the electrolytic solution is also as described above, the description is omitted here.

電解液注入後、ラミネートシートを減圧条件下にて封止する。次いで、得られた電池に対して初回充放電処理を施す(初回充放電工程)。この際、初回充放電処理における充放電条件について特に制限はないが、本発明の作用効果を充分に発揮させるためには、すなわち、正極活物質で発生する初期充放電ロスと負極活物質で発生する初期充放電ロスとを効率的にキャンセルさせるためには、初回充放電処理を電池電圧が4.5V以上となるまで行うことが好ましい。一方、初回充放電処理における最大電池電圧の上限値も特に制限されることはないが、電解液の劣化を防止するという観点からは、5.0V以下とすることが好ましく、4.8V以下とすることがより好ましい。   After injection of the electrolytic solution, the laminate sheet is sealed under reduced pressure. Next, an initial charge / discharge treatment is performed on the obtained battery (initial charge / discharge step). At this time, there is no particular limitation on the charge / discharge conditions in the initial charge / discharge treatment, but in order to fully exert the effects of the present invention, that is, the initial charge / discharge loss generated in the positive electrode active material and the negative electrode active material are generated. In order to efficiently cancel the initial charging / discharging loss, it is preferable to perform the initial charging / discharging process until the battery voltage becomes 4.5V or higher. On the other hand, the upper limit value of the maximum battery voltage in the initial charge / discharge treatment is not particularly limited, but is preferably 5.0 V or less from the viewpoint of preventing deterioration of the electrolyte, and is 4.8 V or less. More preferably.

初回充放電処理終了後、一旦ラミネートシートの封を切り、初回充放電工程において電池要素から発生したガスを抜く(ガス抜き工程)。これにより、発生したガスが電池要素を構成する各層間に留まることが抑制され、ガスの滞留に伴う層間剥離などの問題の発生が防止されうる。   After the completion of the first charge / discharge treatment, the laminate sheet is once sealed, and the gas generated from the battery element in the first charge / discharge process is removed (gas release process). Thereby, it is possible to suppress the generated gas from staying between the layers constituting the battery element, and it is possible to prevent the occurrence of problems such as delamination due to gas retention.

ガス抜き工程後、ラミネートシートを再度減圧条件下にて封止する(封止工程)。これにより、本発明の双極型電池が完成する。   After the degassing step, the laminate sheet is again sealed under reduced pressure conditions (sealing step). Thereby, the bipolar battery of the present invention is completed.

続いて、電解質層にレドックスシャトルが含まれる場合における本発明の双極型電池の製造方法の好ましい形態を説明する。   Then, the preferable form of the manufacturing method of the bipolar battery of this invention in case a redox shuttle is contained in an electrolyte layer is demonstrated.

上述した製造方法においては、双極型電極の作製/電池要素の作製/ラミネートシート中への挿入/電解液の注入/ラミネートシートの封止/初回充放電/ガス抜き/再封止といった一連の工程により双極型電池が製造される。   In the above-described manufacturing method, a series of steps including bipolar electrode production / battery element production / insertion into a laminate sheet / injection of electrolyte solution / laminate sheet sealing / initial charge / discharge / gas venting / resealing Thus, a bipolar battery is manufactured.

ここで例えば、リチウムに対して4.5V以下の酸化開始電位を有するレドックスシャトルが電解質層に含まれる双極型電池を製造しようとする場合を考えてみる。この場合、上述した製造方法における電解液に最初からレドックスシャトルを添加して双極型電池を製造すると、初回充放電工程において電池電圧がレドックスシャトルの酸化開始電位に達した時点からレドックスシャトルが作用し始めてしまう。すると、電池電圧がレドックスシャトルの酸化開始電位以上となることはできなくなる。一方、本発明の双極型電池における本来の作用効果である正負極活物質間での初期充放電ロスのキャンセルを効率的に行うには、初回充放電工程において電池電圧の値をある一定の値以上とする必要がある。以上のことから、初回充放電工程において電解液中にレドックスシャトルが既に含まれていると、レドックスシャトルの作用によって、正負極活物質間での初期充放電ロスのキャンセルが効率的に行われなくなってしまう虞がある。   Here, for example, consider a case where a bipolar battery in which a redox shuttle having an oxidation start potential of 4.5 V or less with respect to lithium is included in the electrolyte layer is to be manufactured. In this case, if a bipolar battery is manufactured by adding a redox shuttle from the beginning to the electrolytic solution in the above-described manufacturing method, the redox shuttle acts from the time when the battery voltage reaches the oxidation start potential of the redox shuttle in the initial charge / discharge process. I will start. Then, the battery voltage cannot be higher than the oxidation start potential of the redox shuttle. On the other hand, in order to efficiently cancel the initial charge / discharge loss between the positive and negative electrode active materials, which is the original effect of the bipolar battery of the present invention, the battery voltage value is set to a certain value in the initial charge / discharge process. It is necessary to do it above. From the above, if the redox shuttle is already included in the electrolyte in the initial charge / discharge step, the initial charge / discharge loss between the positive and negative electrode active materials is not efficiently canceled by the action of the redox shuttle. There is a risk that.

従って、電解質層にレドックスシャトルを含めようとする場合には、まず、レドックスシャトルを含まない電解液を調製する。そして、上述した工程に従って、電解液を注入し、ラミネートシートを封止し、初回充放電を行い、ガス抜きを行った後、ラミネートシートを再封止する前に、電解液にレドックスシャトルを添加すればよい。かような手法により双極型電池を製造することで、初回充放電工程における正負極活物質間での初期充放電ロスのキャンセルが効率的に行われ、かつ、その後の充放電においては、レドックスシャトルの作用を発揮させて過剰な過充電を防止することが可能となる。   Therefore, when a redox shuttle is to be included in the electrolyte layer, first, an electrolyte solution that does not include a redox shuttle is prepared. Then, in accordance with the above-described steps, the electrolyte solution is injected, the laminate sheet is sealed, the initial charge / discharge is performed, the degassing is performed, and then the redox shuttle is added to the electrolyte solution before the laminate sheet is resealed do it. By manufacturing a bipolar battery by such a method, the initial charge / discharge loss between the positive and negative electrode active materials in the initial charge / discharge process is efficiently canceled, and in the subsequent charge / discharge, a redox shuttle is used. It is possible to prevent excessive overcharge by exerting the above action.

なお、上述した製造方法においては、レドックスシャトルを含まない電解液にレドックスシャトルが添加されるが、この際のレドックスシャトルの添加形態は特に制限されない。例えば、粉末などの固体状のレドックスシャトルがそのまま電解液に添加されてもよいし、レドックスシャトルを含む電解液を予め調製しておき、当該電解液を添加することでレドックスシャトルを添加することとしてもよい。ただし、レドックスシャトルを電池要素全体に均一に分散させるという観点からは、後者の手法が好ましく採用されうる。   In addition, in the manufacturing method mentioned above, a redox shuttle is added to the electrolyte solution which does not contain a redox shuttle, However The addition form of the redox shuttle in this case is not restrict | limited in particular. For example, a solid redox shuttle such as powder may be added to the electrolyte as it is, or an electrolyte containing a redox shuttle is prepared in advance, and the redox shuttle is added by adding the electrolyte. Also good. However, the latter method can be preferably employed from the viewpoint of uniformly dispersing the redox shuttle throughout the battery element.

(第2実施形態)
第2実施形態では、上記の第1実施形態の双極型電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an assembled battery is configured by connecting a plurality of the bipolar batteries of the first embodiment in parallel and / or in series.

図5は、本実施形態の組電池を示す斜視図である。   FIG. 5 is a perspective view showing the assembled battery of the present embodiment.

図5に示すように、組電池40は、上記の第1実施形態に記載の双極型電池が複数個接続されることにより構成される。各双極型電池10の正極タブ25および負極タブ27がバスバーを用いて接続されることにより、各双極型電池10が接続されている。組電池40の一の側面には、組電池40全体の電極として、電極ターミナル(42、43)が設けられている。   As shown in FIG. 5, the assembled battery 40 is configured by connecting a plurality of bipolar batteries described in the first embodiment. Each bipolar battery 10 is connected by connecting the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 of each bipolar battery 10 using a bus bar. On one side surface of the assembled battery 40, electrode terminals (42, 43) are provided as electrodes of the entire assembled battery 40.

組電池40を構成する複数個の双極型電池10を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池40の長期信頼性が向上しうる。   A connection method in particular when connecting the some bipolar battery 10 which comprises the assembled battery 40 is not restrict | limited, A conventionally well-known method can be employ | adopted suitably. For example, a technique using welding such as ultrasonic welding or spot welding, or a technique of fixing using rivets, caulking, or the like can be employed. According to such a connection method, the long-term reliability of the assembled battery 40 can be improved.

本実施形態の組電池40によれば、上記の第1実施形態の双極型電池10を用いて組電池化することで、容量特性に優れる組電池が提供されうる。   According to the assembled battery 40 of the present embodiment, an assembled battery having excellent capacity characteristics can be provided by using the bipolar battery 10 of the first embodiment as an assembled battery.

なお、組電池40を構成する双極型電池10の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。   The bipolar batteries 10 constituting the assembled battery 40 may be connected in parallel to each other, or may be connected in series, or a combination of series connection and parallel connection. May be.

(第3実施形態)
第3実施形態では、上記の第1実施形態の双極型電池10、および/または第2実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。双極型電池10または組電池40をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the bipolar battery 10 of the first embodiment and / or the assembled battery 40 of the second embodiment is mounted as a motor driving power source to constitute a vehicle. As a vehicle using the bipolar battery 10 or the assembled battery 40 as a motor power source, for example, a complete electric vehicle not using gasoline, a hybrid vehicle such as a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, a wheel motor is used. A car driven by

参考までに、図6に、組電池40を搭載する自動車50の概略図を示す。自動車50に搭載される組電池40は、上記で説明したような特性を有する。このため、自動車50に組電池40を搭載することで、自動車50の出力特性が向上し、さらには、自動車50のより一層の軽量化および小型化が可能となる。   For reference, FIG. 6 shows a schematic diagram of an automobile 50 on which the assembled battery 40 is mounted. The assembled battery 40 mounted on the automobile 50 has the characteristics as described above. For this reason, by mounting the assembled battery 40 on the automobile 50, the output characteristics of the automobile 50 are improved, and further, the automobile 50 can be further reduced in weight and size.

以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。例えば、以上の説明では双極型のリチウムイオン二次電池(双極型電池)を例に挙げて説明したが、本発明の電池の技術的範囲が双極型電池のみに制限されることはなく、例えば、双極型でないリチウムイオン二次電池であってもよい。   As described above, some preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art. . For example, in the above description, a bipolar lithium ion secondary battery (bipolar battery) has been described as an example. However, the technical scope of the battery of the present invention is not limited to a bipolar battery. A lithium ion secondary battery that is not a bipolar type may also be used.

(第4実施形態)
(構成)
図7は、双極型でないリチウムイオン二次電池である、本実施形態の二次電池の概要を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
(Constitution)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an outline of the secondary battery of the present embodiment, which is a lithium ion secondary battery that is not a bipolar type.

図7に示すように、本実施形態の双極型でないリチウムイオン二次電池60では、電池の外装であるラミネートシート29に高分子−金属複合ラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、電池要素(発電要素)21を収納し密封した構成を有している。ここで、電池要素21は、負極集電体35の両面(電池要素21の最下層および最上層用は片面)に、負極活物質層15が形成された負極板、電解質層17、および正極集電体33の両面に正極活物質層13が形成された正極板を複数積層した構成を有している。この際、一の正極板片面の正極活物質層13と前記一の正極板に隣接する一の負極板片面の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うようにして、正極板、電解質層、負極板の順に複数積層されている。   As shown in FIG. 7, in the lithium ion secondary battery 60 that is not a bipolar type according to the present embodiment, a polymer-metal composite laminate film is used for the laminate sheet 29 that is the exterior of the battery, and the entire peripheral part is thermally fused. The battery element (power generation element) 21 is housed and sealed by bonding by wearing. Here, the battery element 21 includes a negative electrode plate in which the negative electrode active material layer 15 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 35 (one surface for the lowermost layer and the uppermost layer of the battery element 21), the electrolyte layer 17, and the positive electrode current collector. The electric body 33 has a configuration in which a plurality of positive electrode plates each having the positive electrode active material layer 13 formed thereon are stacked. At this time, the positive electrode active material layer 13 on one side of one positive electrode plate and the negative electrode active material layer 15 on one side of one negative electrode plate adjacent to the one positive electrode plate face each other with the electrolyte layer 17 therebetween, A plurality of layers are laminated in the order of the electrolyte layer and the negative electrode plate.

これにより、隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。従って、双極型でないリチウムイオン二次電池60は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周には、隣接する集電体33、35間を絶縁するための絶縁層(図示せず;図1参照のこと)が設けられていてもよい。なお、電池要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体33aには、いずれも片面のみに正極活物質層13が形成されている。なお、図7と正極板と負極板の配置を変えることで、電池要素21の両最外層に最外層負極集電体(図示せず)が位置するようにし、該最外層負極集電体の場合にも片面のみに負極活物質層が形成されているようにしてもよい。   As a result, the adjacent positive electrode active material layer 13, electrolyte layer 17, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the lithium ion secondary battery 60 which is not a bipolar type has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. In addition, an insulating layer (not shown; refer to FIG. 1) for insulating the adjacent current collectors 33 and 35 may be provided on the outer periphery of the unit cell layer 19. Note that the positive electrode active material layer 13 is formed on only one side of the outermost negative electrode current collector 33 a located in both outermost layers of the battery element 21. In addition, by changing the arrangement of the positive electrode plate and the negative electrode plate in FIG. 7, the outermost layer negative electrode current collector (not shown) is positioned in both outermost layers of the battery element 21, and the outermost layer negative electrode current collector In some cases, the negative electrode active material layer may be formed only on one side.

さらに、各電極板の正極集電体33および負極集電体35が延長されて、上記の各電極板(正極板及び負極板)と導通されるように正極タブ25および負極タブ27に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられ、ラミネートシート29の熱融着部に挟まれている。また正極タブ25および負極タブ27の一部はラミネートシート29から外部に導出される構造を有している。   Furthermore, the positive electrode current collector 33 and the negative electrode current collector 35 of each electrode plate are extended, and ultrasonic waves are applied to the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 so as to be electrically connected to each of the above electrode plates (positive electrode plate and negative electrode plate). It is attached by welding, resistance welding, or the like, and is sandwiched between heat-sealed portions of the laminate sheet 29. Further, a part of the positive electrode tab 25 and the negative electrode tab 27 has a structure led out from the laminate sheet 29.

なお、本発明の対象となるリチウムイオン二次電池は、正極が正極活物質として所定の擬三元系固溶体を含み、負極が所定割合以上の初期充放電ロスを有する負極活物質を含むものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるべきものではない。例えば、上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、上述した双極型ではない(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。リチウムイオン二次電池内の電解質(層)の種類で区別した場合には、電解質(層)に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質(層)に高分子電解質を用いたポリマー電池(該ポリマー電池は、更に高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる)など、従来公知のいずれの電解質(層)にも適用し得るものである。このうち、ポリマー電池、なかでも固体高分子(全固体)型電池は液漏れが生じないので、液絡の問題が無く信頼性が高く、かつ簡易な構成で出力特性に優れた電池を形成することができる点では有利である。また、積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。   The lithium ion secondary battery that is the subject of the present invention includes a positive electrode containing a predetermined pseudo ternary solid solution as a positive electrode active material, and a negative electrode containing a negative electrode active material having an initial charge / discharge loss of a predetermined ratio or more. There are no particular restrictions on other configuration requirements. For example, when the lithium ion secondary battery is distinguished by form / structure, it can be applied to any conventionally known form / structure such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. Is. In addition, when viewed in terms of electrical connection (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it is not a bipolar type (internal parallel connection type) battery or a bipolar type (internal series connection type) battery. It can be applied. When distinguished by the type of electrolyte (layer) in the lithium ion secondary battery, a solution electrolyte type battery using a solution electrolyte such as a non-aqueous electrolyte as the electrolyte (layer), or a polymer electrolyte as the electrolyte (layer) A polymer battery using a polymer battery (the polymer battery is a gel electrolyte battery using a polymer gel electrolyte (also simply referred to as gel electrolyte), a solid polymer using a polymer solid electrolyte (also simply referred to as polymer electrolyte) (all It can be applied to any conventionally known electrolyte (layer). Among them, polymer batteries, especially solid polymer (all solid) batteries, do not leak, so that there is no problem of liquid junction, high reliability, and a simple configuration with excellent output characteristics. It is advantageous in that it can. In addition, by adopting a laminated (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.

上記した通り、本実施形態の双極型でないリチウムイオン二次電池60の各構成要件および製造方法に関しては、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)が異なる以外は第1実施形態の双極型リチウムイオン二次電池10と同様であり、既に説明した第1実施形態での各構成要件での説明と同様のものを用いて、既に説明した第1実施形態と同様の製造方法を適用して構成することができる。   As described above, with respect to each constituent requirement and manufacturing method of the lithium ion secondary battery 60 that is not a bipolar type according to the present embodiment, the first embodiment is different except that the electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery is different. The same manufacturing method as that of the first embodiment already described, using the same configuration as the bipolar lithium ion secondary battery 10 of the embodiment and the same components as those described in the first embodiment. Can be applied.

また、本実施形態の双極型でないリチウムイオン二次電池60を用いて、上記第2の実施形態のような正極活物質層の構成とすることもできるし、第3実施形態のような組電池や第4実施形態の車両を構成することもできる。さらに、双極型でないリチウムイオン二次電池60と双極型リチウムイオン二次電池10とを組み合わせて第3実施形態のような組電池やこれを用いた車両を構成してもよい。   Further, the non-bipolar lithium ion secondary battery 60 of the present embodiment can be used to form the positive electrode active material layer as in the second embodiment, or the assembled battery as in the third embodiment. Or the vehicle of 4th Embodiment can also be comprised. Furthermore, the assembled battery as in the third embodiment or a vehicle using the same may be configured by combining the lithium ion secondary battery 60 that is not bipolar and the bipolar lithium ion secondary battery 10.

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

実施例1
以下の手法により電極を作製し、作製した電極を用いてさらに試験用セルを作製した。
Example 1
An electrode was produced by the following method, and a test cell was further produced using the produced electrode.

<正極の作製>
まず、正極活物質を合成した。具体的には、Journal of Electrochemical Society,152(9)A1879−A1889(2005)に記載された混合水酸化物法に従って、原料であるLiOH・2HO、Ni(NO・6HOおよびMn(NO・6HOを所定のモル比で混合し、焼成して(最終焼成温度=900℃)、正極活物質であるxLi[Mn1/2Ni1/2]O・yLiCoO・zLi[Li1/3Mn2/3]Oを合成し、ボールミルで粉砕した。粉砕後の正極活物質の平均粒子径は約11μmであった。なお、得られた正極活物質におけるx、yおよびzの値を、下記の表1に示す。
<Preparation of positive electrode>
First, a positive electrode active material was synthesized. Specifically, Journal of Electrochemical Society, 152 ( 9) A1879-A1889 according mixed hydroxide method described in (2005), LiOH · 2H 2 O as the raw material, Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O And Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O are mixed at a predetermined molar ratio, fired (final firing temperature = 900 ° C.), and xLi [Mn 1/2 Ni 1/2 ] O 2 as the positive electrode active material. YLiCoO 2 · zLi [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 was synthesized and pulverized with a ball mill. The average particle diameter of the positive electrode active material after pulverization was about 11 μm. In addition, the value of x, y, and z in the obtained positive electrode active material is shown in Table 1 below.

次いで、上記で合成した正極活物質(86質量部)、導電助剤であるアセチレンブラック(7質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(7質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加し、ホモジナイザーにて撹拌および混合して、正極活物質スラリーを調製した。   Next, the positive electrode active material (86 parts by mass) synthesized above, acetylene black (7 parts by mass) as a conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) (7 parts by mass) as a binder are mixed, and then the slurry viscosity An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a adjusting solvent was added, and the mixture was stirred and mixed with a homogenizer to prepare a positive electrode active material slurry.

一方、正極用の集電体として、アルミニウム箔(厚さ:20μm)を準備した。上記で調製した正極活物質スラリーを、準備した集電体の片面にコーターにより塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレス機を用いてプレス処理を施し、正極活物質層部分が30mm×50mmのサイズとなるように、かつリードとなるスラリー未塗布部分がある程度残るように切り出し、真空乾燥機を用いて90℃にて1日間乾燥させて、試験用正極とした。なお、得られた試験用正極における正極活物質層の厚さは、スラリーの塗布量を調節することにより、150μmとした。   On the other hand, an aluminum foil (thickness: 20 μm) was prepared as a positive electrode current collector. The positive electrode active material slurry prepared above was applied to one side of the prepared current collector by a coater and dried. Thereafter, a press treatment is performed using a roll press machine, and the positive electrode active material layer portion is cut out so that the size is 30 mm × 50 mm, and the slurry uncoated portion to be a lead remains to some extent, and a vacuum dryer is used. It dried at 90 degreeC for 1 day, and was set as the positive electrode for a test. In addition, the thickness of the positive electrode active material layer in the obtained test positive electrode was set to 150 μm by adjusting the amount of slurry applied.

<負極の作製>
負極活物質であるハードカーボン(平均粒子径:20μm、充放電可逆容量:550mAh/g、初期充放電時不可逆容量:100mAh/g)(90質量部)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加し、ホモジナイザーにて撹拌および混合して、正極活物質スラリーを調製した。
<Production of negative electrode>
Hard carbon as the negative electrode active material (average particle size: 20 μm, reversible charge / discharge capacity: 550 mAh / g, irreversible capacity during initial charge / discharge: 100 mAh / g) (90 parts by mass), and polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder (10 parts by mass) was mixed, and then an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent was added, followed by stirring and mixing with a homogenizer to prepare a positive electrode active material slurry.

一方、負極用の集電体として、ステンレス(SUS)箔(厚さ:15μm)を準備した。上記で調製した負極活物質スラリーを、準備した集電体の片面にコーターにより塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレス機を用いてプレス処理を施し、負極活物質層部分が35mm×55mmのサイズとなるように、かつリードとなるスラリー未塗布部分がある程度残るように切り出し、真空乾燥機を用いて90℃にて1日間乾燥させて、試験用負極とした。なお、スラリーの塗布量を調節することにより、負極活物質層に含まれる負極活物質の可逆容量が、正極活物質層に含まれる正極活物質の可逆容量の1.2倍となるようにした。   On the other hand, stainless steel (SUS) foil (thickness: 15 μm) was prepared as a current collector for the negative electrode. The negative electrode active material slurry prepared above was applied to one side of the prepared current collector by a coater and dried. Thereafter, a press process is performed using a roll press machine, and the negative electrode active material layer part is cut out so that the size of the negative electrode active material layer part is 35 mm × 55 mm, and the slurry uncoated part to be a lead remains to some extent, and a vacuum dryer is used. It was made to dry at 90 degreeC for 1 day, and it was set as the negative electrode for a test. The reversible capacity of the negative electrode active material included in the negative electrode active material layer was adjusted to 1.2 times the reversible capacity of the positive electrode active material included in the positive electrode active material layer by adjusting the amount of slurry applied. .

<試験用セルの作製>
電解液として、エチレンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(DMC)との等体積混合液にリチウム塩であるLiPFを1Mの濃度に溶解させたものを調製した。また、上記で調製した電解液に、レドックスシャトルであるヘキサエチルベンゼンを0.1Mの濃度で溶解させて、レドックスシャトル含有電解液を調製した。
<Production of test cell>
As an electrolytic solution, a solution prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in an equal volume mixed solution of ethylene carbonate (PC) and dimethyl carbonate (DMC) to a concentration of 1M was prepared. Moreover, the redox shuttle containing electrolyte solution was prepared by dissolving hexaethylbenzene as a redox shuttle at a concentration of 0.1 M in the electrolyte solution prepared above.

一方、セパレータとして、ポリプロピレン製微多孔膜(厚さ:25μm)を準備した。   On the other hand, a polypropylene microporous membrane (thickness: 25 μm) was prepared as a separator.

上記で準備した正極、セパレータおよび負極をこの順に積層した。この際、正極活物質層と負極活物質層とは向き合うように電極の向きを調節した。   The positive electrode, separator, and negative electrode prepared above were stacked in this order. At this time, the direction of the electrode was adjusted so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other.

次いで、正負極双方の集電体にリードを溶接により接続し、このリードが露出するように、積層体をアルミラミネートパック中に入れた。その後、注液機を用いてレドックスシャトルを含まない電解液を注入し、減圧条件下にてアルミラミネートパックを封止した。   Next, leads were connected to the current collectors of both the positive and negative electrodes by welding, and the laminate was placed in an aluminum laminate pack so that the leads were exposed. Then, the electrolyte solution which does not contain a redox shuttle was inject | poured using the pouring machine, and the aluminum laminate pack was sealed under pressure reduction conditions.

封止後、初回充放電処理を施した。この際、充放電は、1/24Cの電流にてCC−CVで4.8Vの電圧まで合計36時間充電後、1/24Cの定電流にて2.5Vの電圧まで放電した。その後、アルミラミネートパックの一部を開封してガス抜きを行い、再度減圧条件下にて封止して、試験用セルを完成させた。   After sealing, the first charge / discharge treatment was performed. At this time, charging / discharging was performed at a current of 1/24 C to a voltage of 4.8 V at CC-CV for a total of 36 hours, and then discharged to a voltage of 2.5 V at a constant current of 1/24 C. Thereafter, a part of the aluminum laminate pack was opened, degassed, and sealed again under reduced pressure conditions to complete a test cell.

<実施例2>
ガス抜き後、アルミラミネートパックを再封止する前に、レドックスシャトル含有電解液をさらに添加したこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。なお、レドックスシャトル含有電解液の添加量は、添加前にパック中に含まれていた電解液(レドックスシャトルを含有しない電解液)の体積の1/2量とした。
<Example 2>
After degassing, before resealing the aluminum laminate pack, a test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the redox shuttle-containing electrolyte was further added. In addition, the addition amount of the redox shuttle containing electrolyte solution was set to ½ amount of the volume of the electrolyte solution (electrolyte solution not containing the redox shuttle) contained in the pack before the addition.

<実施例3>
正極活物質の組成(具体的には、x、yおよびzの値)を下記の表1に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
<Example 3>
A test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material (specifically, the values of x, y, and z) was changed to the form shown in Table 1 below. .

<実施例4>
ガス抜き後、アルミラミネートパックを再封止する前に、レドックスシャトル含有電解液をさらに添加したこと以外は、上記の実施例3と同様の手法により、試験用セルを作製した。なお、レドックスシャトル含有電解液の添加量は、添加前にパック中に含まれていた電解液(レドックスシャトルを含有しない電解液)の体積の1/2量とした。
<Example 4>
After degassing, before resealing the aluminum laminate pack, a test cell was produced in the same manner as in Example 3 except that the redox shuttle-containing electrolyte was further added. In addition, the addition amount of the redox shuttle containing electrolyte solution was set to ½ amount of the volume of the electrolyte solution (electrolyte solution not containing the redox shuttle) contained in the pack before the addition.

<実施例5>
正極活物質の組成(具体的には、x、yおよびzの値)を下記の表1に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
<Example 5>
A test cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material (specifically, the values of x, y, and z) was changed to the form shown in Table 1 below. .

<比較例>
負極活物質として、ハードカーボンに代えて黒鉛(平均粒子径:26μm、充放電可逆容量:325mAh/g、初期充放電時不可逆容量:15mAh/g)を用いたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
<Comparative example>
Example 1 except that graphite (average particle size: 26 μm, reversible charge / discharge capacity: 325 mAh / g, irreversible capacity during initial charge / discharge: 15 mAh / g) was used as the negative electrode active material instead of hard carbon. A test cell was produced in the same manner as described above.

Figure 0005023541
Figure 0005023541

<質量エネルギ密度の評価>
上記の各実施例および比較例で得られた試験用セルについて、下記の手法により質量エネルギ密度を算出した。
<Evaluation of mass energy density>
About the test cell obtained by said each Example and comparative example, mass energy density was computed with the following method.

まず、4.3V〜3.0Vの電圧範囲で5回充放電を行った後、1/6Cの電流でCC−CVで4.3Vの電圧まで放電曲線を積分し、電池エネルギ(mAh)を算出した。得られた電池エネルギの値を、使用した電極、セパレータおよび電解液の合計質量(g)で除することにより、質量エネルギ密度(mAh/g)を算出した。算出された質量エネルギ密度について、比較例の値を100とした場合の相対値を下記の表2に示す。   First, after charging and discharging 5 times in the voltage range of 4.3 V to 3.0 V, the discharge curve is integrated to a voltage of 4.3 V with CC-CV at a current of 1/6 C, and the battery energy (mAh) is calculated. Calculated. The mass energy density (mAh / g) was calculated by dividing the obtained battery energy value by the total mass (g) of the used electrode, separator and electrolyte. Table 2 below shows relative values of the calculated mass energy density when the value of the comparative example is set to 100.

Figure 0005023541
Figure 0005023541

各実施例と比較例との比較から、リチウムイオン二次電池の正極活物質として所定の擬三元系固溶体を用いた場合に、初期充放電ロスがある程度大きい負極活物質を組み合わせて電池を構成することで、電池のエネルギ密度を向上させうることが示される。このエネルギ密度の向上は、初回充放電時に上記所定の擬三元系固溶体で発生する初期充放電ロスが、負極活物質で発生する初期充放電ロスと打ち消しあい、正負極双方の可逆容量が無駄なく効率的に用いられることによるものと推測される。   From comparison between each example and comparative example, when a predetermined pseudo ternary solid solution is used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, a battery is configured by combining negative electrode active materials having a large initial charge / discharge loss to some extent This indicates that the energy density of the battery can be improved. This improvement in energy density cancels the initial charge / discharge loss that occurs in the specified pseudo-ternary solid solution during the initial charge / discharge, cancels the initial charge / discharge loss that occurs in the negative electrode active material, and the reversible capacity of both the positive and negative electrodes is wasted. It is presumed that it is due to efficient use.

<レドックスシャトル添加の効果>
次に、レドックスシャトル添加の効果を示す目的で、電解液にレドックスシャトルを添加した実施例2の試験用セルについて、高電圧までの充電を実施した。
<Effect of redox shuttle addition>
Next, for the purpose of showing the effect of redox shuttle addition, the test cell of Example 2 in which the redox shuttle was added to the electrolyte was charged to a high voltage.

具体的には、上述した質量エネルギ密度の評価後、放電状態から1/6Cの電流(CC)で4.3Vの電圧を超えて合計12時間充電を進めた後、充放電にて容量を測定したが、初期と比べて容量の劣化がほとんどなく、充電時にレドックスシャトルの作用が発揮されており、過充電が防止されることがわかる。   Specifically, after the evaluation of the mass energy density described above, the battery was charged for 12 hours in total with a current (CC) of 1/6 C exceeding a voltage of 4.3 V, and then the capacity was measured by charging and discharging. However, there is almost no deterioration of the capacity compared to the initial stage, and the redox shuttle function is exhibited during charging, and it can be seen that overcharging is prevented.

以上のことから、本発明によれば、電池全体の容量特性の低下が効果的に防止され、容量特性に優れる電池が提供されうる。   From the above, according to the present invention, it is possible to effectively prevent a decrease in capacity characteristics of the entire battery and to provide a battery having excellent capacity characteristics.

双極型電池である、第1実施形態の電池の概要を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline | summary of the battery of 1st Embodiment which is a bipolar battery. 本発明の効果が得られるメカニズムを説明するための模式図である。図2(a)は、電池作製直後の状態を示す図である。図2(b)は、初期充放電の途中の状態を示す図である。図2(c)は、充電が完了した状態(満充電状態)を示す図である。図2(d)は、放電が完了した状態を示す図である。It is a schematic diagram for demonstrating the mechanism in which the effect of this invention is acquired. Fig.2 (a) is a figure which shows the state immediately after battery preparation. FIG.2 (b) is a figure which shows the state in the middle of initial stage charge / discharge. FIG.2 (c) is a figure which shows the state (full charge state) in which charge was completed. FIG. 2D is a diagram showing a state where the discharge is completed. 黒鉛を負極活物質として採用した電池における放電が完了した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the discharge in the battery which employ | adopted graphite as a negative electrode active material was completed. 3つの単電池が直列に接続されてなる組電池において充電状態がばらついた場合の第1実施形態の電池の効果を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the effect of the battery of 1st Embodiment when a charge condition varies in the assembled battery formed by connecting three unit cells in series. 第2実施形態の組電池を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembled battery of 2nd Embodiment. 第2実施形態の組電池を搭載する第3実施形態の自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle of 3rd Embodiment carrying the assembled battery of 2nd Embodiment. 双極型でないリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline | summary of the lithium ion secondary battery which is not a bipolar type.

符号の説明Explanation of symbols

10 双極型電池、
11 集電体、
11a 正極側最外層集電体、
11b 負極側最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
33 正極集電体、
35 負極集電体、
35a 最外層負極集電体、
40 組電池、
50 自動車、
60 双極型でないリチウムイオン二次電池。
10 Bipolar battery,
11 Current collector,
11a Positive electrode side outermost layer current collector,
11b The negative electrode side outermost layer current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 battery elements,
25 positive electrode tab,
27 negative electrode tab,
29 Laminate sheet,
31 insulating layer,
33 positive electrode current collector,
35 negative electrode current collector,
35a outermost layer negative electrode current collector,
40 battery packs,
50 cars,
60 Lithium ion secondary battery that is not bipolar.

Claims (5)

集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層と、電解質層と、集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層と、がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池を含む電池要素を有し、
前記正極活物質がxLi[Mn 1/2 Ni 1/2 ]O ・yLiCoO ・zLi[Li 1/3 Mn 2/3 ]O (x+y+z=1、0<x<1、0≦y<0.5、0<z<1)を含み、前記負極活物質の初期充放電ロス容量が可逆電気容量の10%以上である、二次電池の製造方法であって、
電池要素を作製する電池要素作製工程と、
レドックスシャトルを含まない電解液を前記電池要素に注入する工程と、
電池電圧が4.5V以上となるまで初回充放電処理を施す工程と、
前記電解液にレドックスシャトルを添加する工程と、
前記電池要素から前記初回充放電処理時に発生したガスを抜くガス抜き工程と、
前記電池要素を封止する封止工程と、
を有する、二次電池の製造方法。
A positive electrode active material layer including a positive electrode active material formed on the surface of the current collector, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material formed on the surface of the current collector are stacked in this order. A battery element comprising at least one unit cell
The positive electrode active material is xLi [Mn 1/2 Ni 1/2 ] O 2 .yLiCoO 2 .zLi [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 (x + y + z = 1, 0 <x <1, 0 ≦ y < 0.5, 0 <z <1), the initial charge / discharge loss capacity of the negative electrode active material is 10% or more of the reversible electric capacity ,
A battery element production process for producing a battery element;
Injecting an electrolyte containing no redox shuttle into the battery element;
Performing a first charge / discharge treatment until the battery voltage is 4.5 V or higher;
Adding a redox shuttle to the electrolyte;
A degassing step of extracting the gas generated during the first charge / discharge treatment from the battery element;
A sealing step for sealing the battery element;
A method for producing a secondary battery, comprising:
前記電解質層が、リチウムに対して4.2V以上高い酸化開始電位を有するレドックスシャトルを含む、請求項1に記載の二次電池の製造方法The method for manufacturing a secondary battery according to claim 1, wherein the electrolyte layer includes a redox shuttle having an oxidation start potential that is 4.2 V or more higher than lithium. 前記負極活物質が非晶質カーボンである、請求項1または2に記載の二次電池の製造方法The method for manufacturing a secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material is amorphous carbon. 前記非晶質カーボンがハードカーボンである、請求項3に記載の二次電池の製造方法The method for manufacturing a secondary battery according to claim 3, wherein the amorphous carbon is hard carbon. 双極型リチウムイオン二次電池である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法 The manufacturing method of the secondary battery of any one of Claims 1-4 which is a bipolar type lithium ion secondary battery.
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