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JP2015122252A - Lithium ion secondary battery and manufacturing method for the same - Google Patents

Lithium ion secondary battery and manufacturing method for the same Download PDF

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JP2015122252A
JP2015122252A JP2013266472A JP2013266472A JP2015122252A JP 2015122252 A JP2015122252 A JP 2015122252A JP 2013266472 A JP2013266472 A JP 2013266472A JP 2013266472 A JP2013266472 A JP 2013266472A JP 2015122252 A JP2015122252 A JP 2015122252A
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Japan
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positive electrode
lithium
secondary battery
ion secondary
lithium ion
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JP2013266472A
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Japanese (ja)
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奏 田丸
Kana Tamaru
奏 田丸
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve power saving in a manufacturing process while securing charge/discharge capacity of a battery.SOLUTION: A cathode electrode structure 12A having a cathode electrode material layer 20 including a cathode active material 24 and a conductive assistant 26 formed on a collector is prepared. The cathode structure 12A is installed as a cathode 44 of an air battery 40 with a lithium metal as an anode 42. The air battery 40 is discharged so as to deposit lithium oxide 6 (LiO) on the cathode electrode material layer 20. The cathode 44 having the lithium oxide 6 deposited thereon is taken out from the air battery 40 and then installed as a cathode 12 of a lithium ion secondary battery 10. The lithium ion 2 produced by oxidative degradation of the lithium oxide 6 by firstly charging the lithium ion secondary battery 10 using an external power source B is taken into an anode 14 of the lithium ion secondary battery 10 so that the lithium ion secondary battery 10 is completed.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same.

リチウムイオン二次電池の負極は、一般に集電体に例えば炭素系材料からなる負極活物質を固着させて形成されている。
リチウムイオン二次電池が組み立てられた後、初回充電により正極活物質から放出されたリチウムイオンが負極に取り込まれる。
このとき、負極活物質の表面にリチウムイオンと電解液等との反応生成物であるSEI(Solid Electrolyte Interphase)膜が形成されると、正極活物質から放出されたリチウムイオンがSEI膜に不可逆的に取り込まれ、電池の充放電容量が低下する。
そこで、特許文献1では、リチウム酸化物(LiO,Li)からなるリチウムドープ材と正極活物質とをペースト状に調製して正極集電体に塗布することで電極材層を構成し、初回充電時にリチウム酸化物が酸化分解反応することで生成されたリチウムイオンを負極に取り込ませるようにする技術が提案されている。
A negative electrode of a lithium ion secondary battery is generally formed by fixing a negative electrode active material made of, for example, a carbon-based material to a current collector.
After the lithium ion secondary battery is assembled, lithium ions released from the positive electrode active material by the initial charge are taken into the negative electrode.
At this time, when a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film, which is a reaction product of lithium ions and an electrolytic solution, is formed on the surface of the negative electrode active material, lithium ions released from the positive electrode active material are irreversible in the SEI film. The charge / discharge capacity of the battery is reduced.
Therefore, in Patent Document 1, an electrode material layer is prepared by preparing a lithium dope made of lithium oxide (Li 2 O, Li 2 O 2 ) and a positive electrode active material in a paste form and applying the paste to a positive electrode current collector. A technology has been proposed in which lithium ions generated by an oxidative decomposition reaction of lithium oxide at the first charge are taken into a negative electrode.

特開2010−225291号公報JP 2010-225291 A

しかしながら上記従来技術では、リチウム酸化物からなるリチウムドープ材と正極活物質とを単に混合しただけであることから、リチウム酸化物(Li2O,Li)の反応性が悪く、酸化分解反応させるために必要な初回充電時の電圧を高くする必要があり、製造工程における省電力化を図る上で不利がある。また、全てのリチウム酸化物が酸化分解されるわけでなく、リチウム酸化物が正極に残留する。正極重量あたりの充放電容量は小さくなる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電池の充放電容量を確保しつつ製造工程における省電力化を図る上で有利なリチウムイオン二次電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
However, in the above prior art, since the lithium doping material made of lithium oxide and the positive electrode active material are simply mixed, the reactivity of lithium oxide (Li 2 O, Li 2 O 2 ) is poor, and oxidative decomposition It is necessary to increase the voltage at the time of the first charge necessary for the reaction, which is disadvantageous in achieving power saving in the manufacturing process. Moreover, not all lithium oxides are oxidized and decomposed, and lithium oxide remains on the positive electrode. The charge / discharge capacity per positive electrode weight is reduced.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery that is advantageous in achieving power saving in the manufacturing process while securing the charge / discharge capacity of the battery, and a method for manufacturing the same. And

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法であって、正極活物質を含む正極電極材層が正極集電体上に形成された正極構造体を、リチウム金属を負極とする空気電池の正極として組み付ける工程と、前記空気電池を放電することにより前記正極電極材層にリチウム酸化物を析出させる工程と、前記正極を前記空気電池から取り出しリチウムイオン二次電池の正極として組み付ける工程と、前記リチウムイオン二次電池を初回充電することにより前記リチウム酸化物が酸化分解反応することで生成されたリチウムイオンをリチウムイオン二次電池の負極に取り込ませる工程とを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法である。
請求項2記載の発明は、前記リチウム酸化物は電気化学的に析出されたものであり、前記リチウム酸化物を析出させる工程では放電電荷量を調整する放電機を用いて放電することを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン二次電池の製造方法である。
請求項3記載の発明は、前記正極電極材層は正極活物質および導電助剤を含み、前記導電助剤は前記リチウム酸化物を酸化分解する触媒機能を有することを特徴とする請求項1または2記載のリチウムイオン二次電池の製造方法である。
請求項4記載の発明は、前記導電助剤はカーボンであり、前記リチウム酸化物はLi2O2であることを特徴とする請求項3記載のリチウムイオン二次電池の製造方法である。
請求項5記載の発明は、前記正極活物質はリチウム金属酸化物LixMOy (但し、成分Mは遷移金属元素であり、かつ0<x,0≦y)で表されることを特徴とする請求項3または4記載のリチウムイオン二次電池の製造方法である。
請求項6記載の発明は、前記正極活物質がLiMnOであることを特徴とする請求項5記載のリチウムイオン二次電池の製造方法である。
請求項7記載の発明は、請求項1から6の何れか1項記載のリチウムイオン二次電池の製造方法によって製造されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池である。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a method for manufacturing a lithium ion secondary battery, wherein a positive electrode structure including a positive electrode material layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode current collector. As a positive electrode of an air battery using a lithium metal as a negative electrode; a step of discharging lithium air to the positive electrode material layer by discharging the air battery; and taking out the positive electrode from the air battery and lithium ions A step of assembling as a positive electrode of a secondary battery, and a step of incorporating lithium ions generated by an oxidative decomposition reaction of the lithium oxide into the negative electrode of the lithium ion secondary battery by first charging the lithium ion secondary battery A method for manufacturing a lithium ion secondary battery.
The invention according to claim 2 is characterized in that the lithium oxide is electrochemically deposited, and in the step of depositing the lithium oxide, discharging is performed using a discharger that adjusts a discharge charge amount. The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 1.
The invention according to claim 3 is characterized in that the positive electrode material layer includes a positive electrode active material and a conductive auxiliary agent, and the conductive auxiliary agent has a catalytic function of oxidizing and decomposing the lithium oxide. 2. A method for producing a lithium ion secondary battery according to 2.
The invention according to claim 4 is the method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the conductive additive is carbon and the lithium oxide is Li 2 O 2 .
The invention according to claim 5 is characterized in that the positive electrode active material is represented by lithium metal oxide Li x MO y (wherein component M is a transition metal element and 0 <x, 0 ≦ y). The method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to claim 3 or 4.
The invention according to claim 6 is the method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the positive electrode active material is Li 2 MnO 3 .
The invention described in claim 7 is a lithium ion secondary battery manufactured by the method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6.

請求項1記載の発明によれば、空気電池を利用して正極の正極電極材層にリチウム酸化物を析出させたのち、正極をリチウムイオン二次電池の正極として組み付けて初回充電することにより生成されたリチウムイオンをリチウムイオン二次電池の負極に取り込ませるようにした。
したがって、リチウム酸化物が電気化学的に生成されることからリチウム酸化物の反応性を高くできるため、リチウム酸化物を酸化分解反応させるために必要な初回充電時の電圧を低くできる。そのため、リチウムイオン二次電池の充放電容量を確保しつつ製造工程における省電力化を図る上で有利となる。
請求項2記載の発明によれば、析出量を放電電荷量で調整するため、酸化リチウム化合物の析出量を電荷の調整をするだけで簡易に増減させることが出来るので、所望の正極を簡易に製造することが出来る。
請求項3の記載によれば、導電助剤が触媒機能を有するので、リチウムイオン二次電池として使用する際に発電反応を補助し、性能の向上を期待できる。
請求項4の記載によれば、カーボンが触媒としても機能することで、リチウム酸化物Liの反応性がより一層高められ、充電時にリチウムイオン二次電池に印加すべき電圧をより一層低減でき、省電力化を図る上でより一層有利となる。
請求項5の記載によれば、正極活物質をリチウム金属酸化物とする事により電位を高めることが出来、高出力の二次電池を提供することが出来る。
請求項6の記載によれば、正極活物質がLiMnOである場合、初回充電時に発生するリチウム・酸素元素共脱離によるLiOが生成されることによってリチウムイオンの一部が消失しても、新たなリチウムイオンを初回充電時に確実に補填でき、リチウムイオン二次電池の充放電容量を確保する上で有利となる。
請求項7記載の発明によれば、充放電容量が確保され、かつ、省電力化によりコストダウンが図られたリチウムイオン二次電池を提供する上で有利となる。
According to the first aspect of the present invention, the lithium oxide is deposited on the positive electrode material layer of the positive electrode using an air battery, and then the positive electrode is assembled as the positive electrode of the lithium ion secondary battery and charged for the first time. The lithium ions were taken into the negative electrode of the lithium ion secondary battery.
Therefore, since the lithium oxide is generated electrochemically, the reactivity of the lithium oxide can be increased, so that the voltage at the first charge required for the oxidative decomposition reaction of the lithium oxide can be lowered. Therefore, it is advantageous in achieving power saving in the manufacturing process while securing the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery.
According to the second aspect of the present invention, since the amount of precipitation is adjusted by the amount of discharge charge, the amount of precipitation of the lithium oxide compound can be easily increased or decreased simply by adjusting the charge. Can be manufactured.
According to the description of claim 3, since the conductive assistant has a catalytic function, it assists the power generation reaction when used as a lithium ion secondary battery, and an improvement in performance can be expected.
According to the description of claim 4, since carbon also functions as a catalyst, the reactivity of the lithium oxide Li 2 O 2 is further increased, and the voltage to be applied to the lithium ion secondary battery during charging is further increased. This can be reduced, and is further advantageous in terms of power saving.
According to the description of claim 5, the potential can be increased by using a lithium metal oxide as the positive electrode active material, and a high output secondary battery can be provided.
According to the description of claim 6, when the positive electrode active material is Li 2 MnO 3 , a part of lithium ions disappears by generating Li 2 O by lithium / oxygen element co-desorption that occurs at the time of initial charge. Even so, new lithium ions can be reliably compensated at the first charge, which is advantageous in securing the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery.
According to the seventh aspect of the present invention, it is advantageous to provide a lithium ion secondary battery in which charge / discharge capacity is ensured and cost is reduced by power saving.

本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法によって製造されるリチウムイオン二次電池を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the lithium ion secondary battery manufactured by the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法において正極構造体を空気電池の正極として組み付けた状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which assembled | attached the positive electrode structure as the positive electrode of an air battery in the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法において空気電池を放電させた状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which discharged the air battery in the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法において空気電池から取り出した正極をリチウムイオン二次電池の正極として組み付け初回充電を行なった状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which assembled | attached the positive electrode taken out from the air battery as a positive electrode of a lithium ion secondary battery, and performed the first charge in the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which concerns on this Embodiment.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本実施の形態の製造方法により製造されるリチウムイオン二次電池10の構成について説明する。
図1に示すように、リチウムイオン二次電池10は、正極12と、負極14と、電解液16と、ケース18とを含んで構成されている。
正極12は、正極電極材層20と、正極集電体22とを備え、シート状に構成されている。
正極電極材層20は、正極活物質24と、導電助剤26とを含んで構成されている。
本実施の形態では、正極活物質24は、リチウム過剰系の正極材料であるLiMnOである。なお、正極活物質24としては、層状酸化物材料(LiCoO、LiNiO、Li(Ni,Mn,Co)O)、スピネル構造材料(LiMn)、オリビン構造材料(LiFePO)など、従来公知の様々な正極活物質用の材料が使用可能である。
本実施の形態では、導電助剤26は、カーボンで構成されている。このようなカーボンとして、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック)、カーボンナノチューブ、グラフェンなど従来公知の様々な導電材料が使用可能である。
正極集電体22は、格子状の金属箔で構成されている。このような金属箔として、例えばアルミ箔など従来公知の様々な金属箔が使用可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the lithium ion secondary battery 10 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 10 includes a positive electrode 12, a negative electrode 14, an electrolytic solution 16, and a case 18.
The positive electrode 12 includes a positive electrode material layer 20 and a positive electrode current collector 22 and is configured in a sheet shape.
The positive electrode material layer 20 includes a positive electrode active material 24 and a conductive additive 26.
In the present embodiment, the positive electrode active material 24 is Li 2 MnO 3 which is a lithium-rich positive electrode material. As the positive electrode active material 24, a layered oxide material (LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni, Mn, Co) O 2 ), a spinel structure material (LiMn 2 O 4 ), an olivine structure material (LiFePO 4 ), etc. Various known materials for positive electrode active materials can be used.
In the present embodiment, the conductive auxiliary agent 26 is made of carbon. As such carbon, various conventionally known conductive materials such as carbon black (acetylene black, ketjen black), carbon nanotube, and graphene can be used.
The positive electrode current collector 22 is composed of a grid-like metal foil. As such a metal foil, various conventionally known metal foils such as an aluminum foil can be used.

負極14は、負極電極材層28と、負極集電体30とを備え、シート状に構成されている。
負極電極材層28は、負極活物質32を含んで構成されている。
本実施の形態では、負極活物質32は、グラファイトを含んで構成されている。なお、負極活物質32として、従来公知の様々な負極活物質用の材料が使用可能である。
負極集電体30は、金属箔で構成されている。このような金属箔として、例えば銅箔など従来公知の様々な金属箔が使用可能である。
The negative electrode 14 includes a negative electrode material layer 28 and a negative electrode current collector 30 and is configured in a sheet shape.
The negative electrode material layer 28 includes a negative electrode active material 32.
In the present embodiment, the negative electrode active material 32 includes graphite. As the negative electrode active material 32, various conventionally known materials for negative electrode active materials can be used.
The negative electrode current collector 30 is composed of a metal foil. As such a metal foil, various conventionally known metal foils such as a copper foil can be used.

電解液16は、リチウムイオン2が移動するものであり、正極12と負極14との間に設けられた不図示のセパレータに含浸されている。   The electrolytic solution 16 moves lithium ions 2 and is impregnated in a separator (not shown) provided between the positive electrode 12 and the negative electrode 14.

ケース18は、正極12と、負極14と、前記セパレータとを収容し、ケース18の表面に正極12に接続された正極端子34と、負極14に接続された負極端子36とが設けられている。   The case 18 accommodates the positive electrode 12, the negative electrode 14, and the separator, and a positive electrode terminal 34 connected to the positive electrode 12 and a negative electrode terminal 36 connected to the negative electrode 14 are provided on the surface of the case 18. .

次に、リチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。
なお、負極14、セパレータ、ケース18については、従来公知の方法により製造されるものであるためその説明を省略し、以下では正極12の製造方法について重点的に説明する。また、図2から図4においては、ケース18、正極端子34、負極端子36の図示を省略する。
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 10 will be described.
The negative electrode 14, the separator, and the case 18 are manufactured by a conventionally known method, and thus the description thereof is omitted. Hereinafter, the manufacturing method of the positive electrode 12 will be described mainly. 2 to 4, the case 18, the positive terminal 34, and the negative terminal 36 are not shown.

図2に示すように、正極活物質24としてのLiMnOおよび導電助剤26としてのカーボンを含む正極電極材層20が集電体上に形成された正極構造体12Aを用意する。
そして、この正極構造体12Aを、リチウム金属を負極(負極活物質)42とする空気電池40の正極44として組み付ける。
この場合、空気電池40は、負極42と、正極構造体12Aからなる正極44と、負極42と正極44との間に配置された電解液46とを含み、正極44の一部を大気開放することで構成される。
As shown in FIG. 2, a positive electrode structure 12A in which a positive electrode material layer 20 containing Li 2 MnO 3 as a positive electrode active material 24 and carbon as a conductive additive 26 is formed on a current collector is prepared.
And this positive electrode structure 12A is assembled | attached as the positive electrode 44 of the air battery 40 which uses lithium metal as the negative electrode (negative electrode active material) 42. FIG.
In this case, the air battery 40 includes a negative electrode 42, a positive electrode 44 made of the positive electrode structure 12 </ b> A, and an electrolytic solution 46 disposed between the negative electrode 42 and the positive electrode 44, and part of the positive electrode 44 is opened to the atmosphere. Consists of.

次に、図3に示すように、正極44と負極42との間に負荷Rを接続することで空気電池40を放電することにより正極電極材層20にリチウム酸化物6を析出させる。
すなわち、負極42から電解液16中に溶解したリチウムイオン2は、正極12に移動して正極12に取り込まれることで、大気中の酸素4と反応してリチウム酸化物6としてのLi(過酸化リチウム)が析出する。すなわち、正極44にリチウム酸化物6が電気化学的にプレドープされる。なお、リチウム酸化物6としてLiが析出するのは、導電助剤26がカーボンで構成されていることに起因する。
この場合、リチウム酸化物6は、導電助剤26としてのカーボンの近傍に付着した状態で析出される。
なお、析出させるリチウム酸化物6の量は、放電時の電流量によって制御されるものであり、析出させるリチウム酸化物6の量は、求められるリチウムイオン二次電池10の特性、仕様に応じて実験的に決定される。
すなわち、リチウム酸化物の析出は、放電電荷量を調整する放電機を用いて放電することによってなされる。
Next, as shown in FIG. 3, the load R is connected between the positive electrode 44 and the negative electrode 42 to discharge the air battery 40, thereby depositing lithium oxide 6 on the positive electrode material layer 20.
That is, the lithium ions 2 dissolved in the electrolytic solution 16 from the negative electrode 42 move to the positive electrode 12 and are taken into the positive electrode 12, thereby reacting with oxygen 4 in the atmosphere and being Li 2 O 2 as the lithium oxide 6. (Lithium peroxide) precipitates. That is, the positive electrode 44 is electrochemically pre-doped with the lithium oxide 6. Note that Li 2 O 2 is precipitated as the lithium oxide 6 because the conductive additive 26 is made of carbon.
In this case, the lithium oxide 6 is deposited in a state of being attached in the vicinity of carbon as the conductive auxiliary agent 26.
The amount of lithium oxide 6 to be deposited is controlled by the amount of current during discharge, and the amount of lithium oxide 6 to be deposited depends on the required characteristics and specifications of the lithium ion secondary battery 10. Determined experimentally.
That is, lithium oxide is deposited by discharging using a discharger that adjusts the amount of discharge charge.

次に、リチウム酸化物6が析出された正極44を空気電池40から取り出し、図4に示すように、リチウムイオン二次電池10の正極12として組み付ける。
そして、外部電源Bによりリチウムイオン二次電池10を初回充電することによりリチウム酸化物6が酸化分解反応することで生成されたリチウムイオン2をリチウムイオン二次電池10の負極14に取り込ませる。
リチウム酸化物6としてのLiの酸化分解反応は以下の反応式によって示される。
Li→2Li+2e+O…(1)
この場合、リチウム酸化物6は電気化学的に生成されることから、導電助剤26としてのカーボンの粒子のそれぞれの近傍に付着した状態で析出されるため、導電助剤26とリチウム酸化物6との距離が短く、リチウム酸化物6の反応性が高められ、リチウムイオン2が効率よく生成される。
また、導電助剤26としてのカーボンは触媒としても機能するため、リチウム酸化物6の反応性がより一層高められ、リチウムイオン2がより一層効率よく生成される。
また、リチウム酸化物6の反応性が高められることで、正極12において酸化分解反応しきれずに残存する無駄なリチウム酸化物6の低減が図られている。
以上のようにして初回充電を行なうことによりリチウムイオン二次電池10が完成する。
Next, the positive electrode 44 on which the lithium oxide 6 is deposited is taken out from the air battery 40 and assembled as the positive electrode 12 of the lithium ion secondary battery 10 as shown in FIG.
Then, when the lithium ion secondary battery 10 is charged for the first time by the external power source B, the lithium ions 2 generated by the oxidative decomposition reaction of the lithium oxide 6 are taken into the negative electrode 14 of the lithium ion secondary battery 10.
The oxidative decomposition reaction of Li 2 O 2 as the lithium oxide 6 is represented by the following reaction formula.
Li 2 O 2 → 2Li + + 2e + O 2 (1)
In this case, since the lithium oxide 6 is generated electrochemically, the lithium oxide 6 is deposited in the vicinity of the carbon particles serving as the conductive auxiliary agent 26, so that the conductive auxiliary agent 26 and the lithium oxide 6 are deposited. , The reactivity of the lithium oxide 6 is increased, and lithium ions 2 are efficiently generated.
Moreover, since the carbon as the conductive auxiliary agent 26 also functions as a catalyst, the reactivity of the lithium oxide 6 is further enhanced, and the lithium ions 2 are generated more efficiently.
In addition, by increasing the reactivity of the lithium oxide 6, it is possible to reduce the wasteful lithium oxide 6 that remains in the positive electrode 12 without undergoing an oxidative decomposition reaction.
The lithium ion secondary battery 10 is completed by performing the first charge as described above.

一方、初回充電時には、正極活物質24としてのLiMnOに以下の反応が発生することでリチウムイオン2の一部が消失する。
LiMnO→x(MnO+LiO)+(1−x)LiMnO…(2)
すなわち、LiMnOは、充放電機能を有するMnOへ形態変化する。それと同時にリチウム・酸素元素共脱離によるLiOが生成されることによりリチウムイオン2(可動リチウムイオン(Li))の一部が消失する。
また、正極活物質24から放出されたリチウムイオン2が負極活物質32の表面に形成されたSEI膜に不可逆的に取り込まれることでもリチウムイオン2が消失する。
On the other hand, at the time of initial charge, a part of the lithium ions 2 disappears due to the following reaction occurring in Li 2 MnO 3 as the positive electrode active material 24.
Li 2 MnO 3 → x (MnO 2 + Li 2 O) + (1-x) Li 2 MnO 3 (2)
That is, Li 2 MnO 3 changes its form to MnO 2 having a charge / discharge function. At the same time, Li 2 O is generated by lithium / oxygen element co-desorption, whereby a part of lithium ions 2 (movable lithium ions (Li + )) disappears.
Further, the lithium ions 2 are also lost by irreversibly taking in the lithium ions 2 released from the positive electrode active material 24 into the SEI film formed on the surface of the negative electrode active material 32.

初回充電処理以降における正極12の理想的な充放電反応式は以下の通りである。   An ideal charging / discharging reaction formula of the positive electrode 12 after the initial charging process is as follows.

Figure 2015122252
Figure 2015122252

なお、(2)式において左から右へ向かう反応が放電に対応し、右から左へ向かう反応が充電に対応している。
すなわち、リチウムイオン2の一部が消失すると、(2)式のような充放電の反応が十分に発生せず、電池の充放電容量が低下する。
しかしながら、上述したようなLiOの生成およびSEI膜の作用によって消失したリチウムイオン2は、リチウム酸化物6の酸化分解反応で新たに生成されたリチウムイオン2により補填されるため、電池の充放電容量が確保される。
In equation (2), the reaction from left to right corresponds to discharging, and the reaction from right to left corresponds to charging.
That is, when a part of the lithium ions 2 disappears, the charge / discharge reaction as represented by the formula (2) does not sufficiently occur, and the charge / discharge capacity of the battery decreases.
However, since the lithium ions 2 lost due to the generation of Li 2 O and the action of the SEI film as described above are compensated by the lithium ions 2 newly generated by the oxidative decomposition reaction of the lithium oxide 6, Discharge capacity is secured.

以上説明したように本実施の形態によれば、正極活物質24を含む正極電極材層20が正極集電体22上に形成された正極構造体12Aを空気電池40の正極44として組み付けて正極電極材層20にリチウム酸化物6を析出させたのち、正極44をリチウムイオン二次電池10の正極12として組み付けて初回充電することにより生成されたリチウムイオン2をリチウムイオン二次電池10の負極14に取り込ませるようにした。
すなわち、従来はリチウム酸化物からなるリチウムドープ材と正極活物質とを単に混合したのみであるため、リチウム酸化物と正極活物質に含まれる導電助剤との距離が本実施の形態に比較して長くならざるを得ず、リチウム酸化物の反応性が低いものに留まっている。そのため、リチウム酸化物を酸化分解反応させるために必要な初回充電時の電圧を低くすることが困難である。
これに対して、本実施の形態では、リチウム酸化物6が電気化学的に生成されることからリチウム酸化物6と正極活物質24に含まれる導電助剤26との距離を短くできるため、リチウム酸化物6の反応性が高いため、リチウム酸化物6を酸化分解反応させるために必要な初回充電時の電圧を低くできる。
したがって、リチウムイオン二次電池10の充放電容量を確保しつつ製造工程における省電力化を図る上で有利となる。
また、充放電容量が確保され、かつ、製造工程における省電力化によりコストダウンが図られたリチウムイオン二次電池10を提供する上で有利となる。
As described above, according to the present embodiment, the positive electrode structure 12 </ b> A in which the positive electrode material layer 20 including the positive electrode active material 24 is formed on the positive electrode current collector 22 is assembled as the positive electrode 44 of the air battery 40. After the lithium oxide 6 is deposited on the electrode material layer 20, the positive electrode 44 is assembled as the positive electrode 12 of the lithium ion secondary battery 10, and the lithium ion 2 generated by first charging is used as the negative electrode of the lithium ion secondary battery 10. 14 to be incorporated.
In other words, conventionally, the lithium doping material made of lithium oxide and the positive electrode active material are simply mixed, so the distance between the lithium oxide and the conductive additive contained in the positive electrode active material is compared with that of the present embodiment. Therefore, the reactivity of the lithium oxide remains low. For this reason, it is difficult to reduce the voltage at the time of the first charge necessary for the oxidative decomposition reaction of the lithium oxide.
On the other hand, in this embodiment, since the lithium oxide 6 is generated electrochemically, the distance between the lithium oxide 6 and the conductive auxiliary agent 26 contained in the positive electrode active material 24 can be shortened. Since the oxide 6 is highly reactive, the voltage at the first charge required for the oxidative decomposition reaction of the lithium oxide 6 can be lowered.
Therefore, it is advantageous in achieving power saving in the manufacturing process while securing the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery 10.
Moreover, it is advantageous in providing the lithium ion secondary battery 10 in which the charge / discharge capacity is ensured and the cost is reduced by power saving in the manufacturing process.

また、本実施の形態では、正極活物質24がLiMnOである場合、初回充電時に発生するリチウム・酸素元素共脱離によるLiOが生成されることによって可動リチウムイオン(Li)の消失が発生しても、リチウムイオンを初回充電時に確実に補填でき、リチウムイオン二次電池10の充放電容量を確保する上で有利となる。 In the present embodiment, when the positive electrode active material 24 is Li 2 MnO 3 , movable lithium ions (Li + ) are generated by generating Li 2 O by lithium / oxygen element co-desorption that occurs during the initial charge. Even if the disappearance of the lithium ion occurs, lithium ions can be reliably compensated at the first charge, which is advantageous in securing the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery 10.

また、本実施の形態では、電極材層が導電助剤26および触媒として機能するカーボンを含み、リチウム酸化物6がLiであるため、カーボンが触媒としても機能することで、リチウム酸化物6としてのLiの反応性がより一層高められ、充電時にリチウムイオン二次電池10に印加すべき電圧をより一層低減でき、省電力化を図る上でより一層有利となる。 In the present embodiment, since the electrode material layer includes the conductive auxiliary agent 26 and carbon that functions as a catalyst, and the lithium oxide 6 is Li 2 O 2 , the carbon also functions as a catalyst. The reactivity of Li 2 O 2 as the product 6 is further enhanced, the voltage to be applied to the lithium ion secondary battery 10 at the time of charging can be further reduced, and this is further advantageous in achieving power saving.

なお、本実施の形態では、空気電池40の正極44に電気化学的にプレドープされるリチウム酸化物6がLiである場合について説明したが、リチウム酸化物6がLiOであってもよく、その場合は、正極電極材層20が、触媒として機能する白金を含むものであればよい。
しかしながら、リチウム酸化物6がLiOである場合は、リチウム酸化物6がLiである場合に比較して、リチウム酸化物6の酸化分解反応に要するエネルギー(酸素を解離させるために必要なエネルギー)が高いことから、初回充電時の電圧を低くする効果が低減する。このような観点から、リチウム酸化物6としては、Li2Oに比較してLiがより好ましい。
なお、本実施の形態では、正極活物質24にLiMnOを用いたが、これに限定するものではなく、他の遷移金属元素をもちいたLixMOy (0<x,0≦y;M=遷移金属元素)としてもよい。例えば、LiCoO2やLiNiO2などが上げられる。
In the present embodiment, the case where the lithium oxide 6 electrochemically pre-doped on the positive electrode 44 of the air battery 40 is Li 2 O 2 has been described. However, even if the lithium oxide 6 is LiO 2. In that case, the positive electrode material layer 20 only needs to contain platinum that functions as a catalyst.
However, when the lithium oxide 6 is LiO 2 , the energy required for the oxidative decomposition reaction of the lithium oxide 6 (necessary for dissociating oxygen) compared to the case where the lithium oxide 6 is Li 2 O 2. Energy) is high, the effect of lowering the voltage during the initial charge is reduced. From this point of view, as the lithium oxide 6, compared to the Li 2 O Li 2 O 2 is more preferable.
In this embodiment, Li 2 MnO is used for the positive electrode active material 24, but the present invention is not limited to this, and Li x MO y (0 <x, 0 ≦ y; using other transition metal elements). M = transition metal element). For example, LiCoO2 and LiNiO2 can be raised.

2 リチウムイオン
4 酸素
6 リチウム酸化物
10 リチウムイオン二次電池
12 正極
12A 正極構造体
14 負極
16 電解液
20 正極電極材層
22 正極集電体
24 正極活物質
26 導電助剤
40 空気電池
42 負極
44 正極
2 Lithium ion 4 Oxygen 6 Lithium oxide 10 Lithium ion secondary battery 12 Positive electrode 12A Positive electrode structure 14 Negative electrode 16 Electrolytic solution 20 Positive electrode material layer 22 Positive electrode current collector 24 Positive electrode active material 26 Conductive aid 40 Air battery 42 Negative electrode 44 Positive electrode

Claims (7)

リチウムイオン二次電池の製造方法であって、
正極活物質を含む正極電極材層が正極集電体上に形成された正極構造体を、リチウム金属を負極とする空気電池の正極として組み付ける工程と、
前記空気電池を放電することにより前記正極電極材層にリチウム酸化物を析出させる工程と、
前記正極を前記空気電池から取り出しリチウムイオン二次電池の正極として組み付ける工程と、
前記リチウムイオン二次電池を初回充電することにより前記リチウム酸化物が酸化分解反応することで生成されたリチウムイオンをリチウムイオン二次電池の負極に取り込ませる工程と、
を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
A method for producing a lithium ion secondary battery, comprising:
Assembling a positive electrode structure in which a positive electrode material layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode current collector as a positive electrode of an air battery using lithium metal as a negative electrode;
Depositing lithium oxide on the positive electrode material layer by discharging the air battery;
Removing the positive electrode from the air battery and assembling it as a positive electrode of a lithium ion secondary battery;
A step of incorporating lithium ions generated by the oxidative decomposition reaction of the lithium oxide by first charging the lithium ion secondary battery into the negative electrode of the lithium ion secondary battery;
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery characterized by including.
前記リチウム酸化物は電気化学的に析出されたものであり、前記リチウム酸化物を析出させる工程では放電電荷量を調整する放電機を用いて放電する、
ことを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The lithium oxide is electrochemically deposited, and in the step of depositing the lithium oxide, discharge is performed using a discharge machine that adjusts the amount of discharge charge.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 1.
前記正極電極材層は正極活物質および導電助剤を含み、前記導電助剤は前記リチウム酸化物を酸化分解する触媒機能を有する、
ことを特徴とする請求項1または2記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The positive electrode material layer includes a positive electrode active material and a conductive additive, and the conductive additive has a catalytic function of oxidizing and decomposing the lithium oxide.
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2.
前記導電助剤はカーボンであり、前記リチウム酸化物はLi2O2である、
ことを特徴とする請求項3記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The conductive assistant is carbon, and the lithium oxide is Li 2 O 2 ;
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 3.
前記正極活物質はリチウム金属酸化物LixMOy (但し、成分Mは遷移金属元素であり、かつ0<x,0≦y)で表される、
ことを特徴とする請求項3または4記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The positive electrode active material is a lithium metal oxide Li x MO y (where component M is a transition metal element and is represented by 0 <x, 0 ≦ y),
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 3 or 4, wherein:
前記正極活物質がLiMnOである、
ことを特徴とする請求項5記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
The positive electrode active material is Li 2 MnO 3 ;
The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 5.
請求項1から6の何れか1項記載のリチウムイオン二次電池の製造方法によって製造された、
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
It was manufactured by the manufacturing method of the lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6.
The lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
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