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JP5699890B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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JP5699890B2
JP5699890B2 JP2011220148A JP2011220148A JP5699890B2 JP 5699890 B2 JP5699890 B2 JP 5699890B2 JP 2011220148 A JP2011220148 A JP 2011220148A JP 2011220148 A JP2011220148 A JP 2011220148A JP 5699890 B2 JP5699890 B2 JP 5699890B2
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浩二 高畑
三橋 利彦
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達也 橋本
敬介 大原
敬介 大原
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義幸 尾崎
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Description

本発明は、非水電解液二次電池に関し、特に、過充電を防止する電流遮断機構とガス発生添加剤を含む電解液とを備えた非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly, to a non-aqueous electrolyte secondary battery including a current interruption mechanism that prevents overcharge and an electrolyte containing a gas generating additive.

近年、二次電池は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両等、多岐にわたる分野で利用されている。この二次電池には、例えばリチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池では、エネルギー密度が高く、メモリ効果がない。従って、各種の機器に搭載する上で好適である。   In recent years, secondary batteries have been used in various fields such as electronic devices such as mobile phones and personal computers, vehicles such as hybrid cars and electric cars. An example of this secondary battery is a lithium ion secondary battery. Lithium ion secondary batteries have high energy density and no memory effect. Therefore, it is suitable for mounting on various devices.

このリチウムイオン二次電池を充電する際、不良電池の存在や充電装置の故障による誤動作があると、通常以上の電流が供給されて過充電状態に陥る場合がある。この場合、電池反応が急速に進行し、密閉された電池ケースの内部でガスが発生して、電池の内圧が上昇する。この結果、電池ケースの変形、異常発熱等が生じるおそれがある。このような異常時に対処すべく、電池内部の圧力が所定値以上になると、充電を遮断する電流遮断機構を備えた電池が提案されている。   When charging the lithium ion secondary battery, if there is a malfunction due to the presence of a defective battery or a failure of the charging device, a current higher than normal may be supplied, resulting in an overcharged state. In this case, the battery reaction proceeds rapidly, gas is generated inside the sealed battery case, and the internal pressure of the battery increases. As a result, deformation of the battery case, abnormal heat generation, etc. may occur. In order to cope with such an abnormality, a battery having a current interruption mechanism that interrupts charging when a pressure inside the battery becomes a predetermined value or more has been proposed.

この電流遮断機構を備えた非水電解液二次電池として、電解液にビフェニルやアルキルベンゼン等のガス発生添加剤が含まれたものが、例えば下記特許文献1に記載されている。下記特許文献1に記載された非水電解液二次電池では、過充電時に、ガス発生添加剤が正極板側にて酸化分解し、ガス(主に水素ガス)を多く発生させる。これにより、電池内部の圧力上昇を促進させて、電流遮断機構を早期に作動できるようになっている。   As a non-aqueous electrolyte secondary battery equipped with this current interruption mechanism, for example, the following Patent Document 1 describes an electrolyte containing a gas generating additive such as biphenyl or alkylbenzene. In the non-aqueous electrolyte secondary battery described in Patent Document 1 below, during overcharge, the gas generating additive undergoes oxidative decomposition on the positive electrode plate side, generating a large amount of gas (mainly hydrogen gas). Thereby, the pressure rise inside a battery is accelerated | stimulated and it can operate | move an electric current interruption mechanism at an early stage.

特開2004−087168号公報JP 2004-087168 A

しかしながら、上記特許文献1に記載された非水電解液二次電池では、以下の問題点がある。ガスの発生量を多くして、電流遮断機構を早期に作動させるためには、電解液に含まれるガス発生添加剤の量を多くする必要がある。しかし、ガス発生添加剤の量を多くすると、高温保存状態においてガス発生添加剤が分解され易くなり、分解による自己放電や生成物の堆積等(ガス発生添加剤の副反応)によって、電池容量等の電池特性が悪化する。即ち、ガス発生添加剤の量が少なければ電流遮断機構を早期に作動させることができず、ガス発生添加剤の量が多ければ電池特性が悪化するという問題点があった。   However, the nonaqueous electrolyte secondary battery described in Patent Document 1 has the following problems. In order to increase the amount of gas generated and activate the current interruption mechanism at an early stage, it is necessary to increase the amount of gas generating additive contained in the electrolyte. However, when the amount of the gas generating additive is increased, the gas generating additive is easily decomposed in a high-temperature storage state, and the battery capacity and the like are reduced by self-discharge or product deposition due to decomposition (side reaction of the gas generating additive). The battery characteristics deteriorate. That is, there is a problem that if the amount of the gas generating additive is small, the current interruption mechanism cannot be operated early, and if the amount of the gas generating additive is large, the battery characteristics are deteriorated.

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、電池特性の悪化を防止しつつ電流遮断機構を早期に作動させることができる非水電解液二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of operating a current interruption mechanism early while preventing deterioration of battery characteristics. And

本発明の非水電解液二次電池は、正極活物質を含む正極合材層が正極芯材の上に形成された正極板と、この正極板と負極板とがその間にセパレータを介在した状態で積層又は捲回された電極体と、過充電時に酸化分解してガスを発生させるガス発生添加剤が含まれた電解液と、電池内部の圧力が所定値以上になると充電を遮断する電流遮断機構と、を備えたものであって、前記正極芯材と前記正極合材層との間に、予め層間を膨張させた膨張化黒鉛から成るカーボン粒子を有し、かつ、導電性を有するカーボンコート層が形成されていることを特徴とする。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode core material, and a state in which a separator is interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate An electrode body laminated or wound with an electrolyte, an electrolytic solution containing a gas generating additive that oxidizes and decomposes to generate gas during overcharging, and current interruption that interrupts charging when the internal pressure of the battery exceeds a predetermined value be those having a mechanism, wherein the between the positive electrode core member the positive-electrode mixture layer, have a carbon particles consisting of expanded graphite obtained by expanding the pre interlayer, and to have a conductivity A carbon coat layer is formed.

この場合には、カーボンコート層のカーボン粒子が膨張化黒鉛であるため、過充電時にガス発生添加剤が分解反応する面積が多い。このため、過充電時にガス発生添加剤が効率的に酸化分解して、ガスを多く発生させることができる。言い換えると、膨張化黒鉛のカーボンコート層が形成されていることで、ガス発生添加剤の量を多くすることなく、電池内部の圧力上昇を大きくすることができる。従って、電池特性の悪化を防止しつつ電流遮断機構を早期に作動させることができる。   In this case, since the carbon particles of the carbon coat layer are expanded graphite, the area where the gas generating additive decomposes during overcharge is large. For this reason, the gas generating additive is efficiently oxidized and decomposed during overcharge, and a large amount of gas can be generated. In other words, since the carbon coat layer of expanded graphite is formed, the pressure increase inside the battery can be increased without increasing the amount of the gas generating additive. Therefore, the current interruption mechanism can be activated early while preventing deterioration of battery characteristics.

また、本発明における非水電解液二次電池において、前記カーボンコート層の厚さは、1μm以上であり且つ20μm以下であると良い。過充電時にSOC(電池の充電状態)が低い状態で、電流遮断機構を確実に作動させることができるためである。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the thickness of the carbon coat layer is preferably 1 μm or more and 20 μm or less. This is because the current interruption mechanism can be reliably operated in a state where the SOC (battery charge state) is low during overcharge.

特に、本発明における非水電解液二次電池において、前記カーボンコート層の厚さは、3μm以上であり且つ10μm以下であることが好ましい。電池容量の低下を抑えつつ、過充電時に電池内部の圧力上昇を大きくすることができるためである。   In particular, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the thickness of the carbon coat layer is preferably 3 μm or more and 10 μm or less. This is because the increase in pressure inside the battery can be increased during overcharging while suppressing a decrease in battery capacity.

本発明によれば、電池特性の悪化を防止しつつ電流遮断機構を早期に作動させることができる非水電解液二次電池が提供されている。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-aqueous-electrolyte secondary battery which can operate an electric current interruption mechanism at an early stage, preventing the deterioration of a battery characteristic is provided.

本実施形態に係る電池の概略的な構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the schematic structure of the battery which concerns on this embodiment. 図1に示した電流遮断機構の拡大図である。It is an enlarged view of the electric current interruption mechanism shown in FIG. 図2に示した電流遮断機構が作動した状態を示した図である。It is the figure which showed the state which the electric current interruption mechanism shown in FIG. 2 act | operated. 図1に示した捲回電極体の概略的な斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of a wound electrode body shown in FIG. 1. 図4に示した捲回電極体のうち負極板を展開した斜視図である。It is the perspective view which expand | deployed the negative electrode plate among the winding electrode bodies shown in FIG. 図4に示した捲回電極体のうち正極板を展開した斜視図である。It is the perspective view which expand | deployed the positive electrode plate among the winding electrode bodies shown in FIG. 図6に示したカーボンコート層及び正極合材層の含有物を模式的に示した正極板の図である。It is the figure of the positive electrode plate which showed typically the content of the carbon coat layer and positive electrode compound material layer which were shown in FIG. (A)図7に示したカーボンコート層が形成されておらず、且つ正極合材層に膨張化黒鉛が含まれている正極板の図である。(B)図7に示したカーボンコート層に含まれる膨張化黒鉛をカーボンブラックに替えた正極板の図である。(A) It is a figure of the positive electrode plate in which the carbon coat layer shown in FIG. 7 is not formed and the positive electrode mixture layer contains expanded graphite. (B) It is the figure of the positive electrode plate which replaced the expanded graphite contained in the carbon coat layer shown in FIG. 7 with carbon black. 実施例1〜5及び比較例1〜3の電池において、連続過充電試験の実験結果を示した図である。In the battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3, it is the figure which showed the experimental result of the continuous overcharge test. 実施例1〜5及び比較例1〜3の電池において、容量確認試験の実験結果を示した図である。It is the figure which showed the experimental result of the capacity | capacitance confirmation test in the battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3.

本発明に係る非水電解液二次電池について、図面を参照しながら以下に説明する。図1は、本実施形態に係る電池1の概略的な構成を示した断面図である。電池1は、リチウムイオン二次電池であり、図1に示したように、電池容器2の中に電流遮断機構10と捲回電極体20を備えるものである。電池容器2は、電池容器本体3と、封口板4とを有する。封口板4は、電池容器本体3の開口部を塞ぐものであり、電池容器本体3の上側縁部に接合されている。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a battery 1 according to the present embodiment. The battery 1 is a lithium ion secondary battery, and includes a current interruption mechanism 10 and a wound electrode body 20 in the battery container 2 as shown in FIG. The battery container 2 includes a battery container body 3 and a sealing plate 4. The sealing plate 4 closes the opening of the battery container body 3 and is joined to the upper edge of the battery container body 3.

電池容器2の内部には、電解液が注入されている。この電解液は、有機溶媒に電解質を溶解させたものである。有機溶媒として例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン、1,1−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等の非水系溶媒又はこれらを組み合わせた溶媒を用いることができる。   An electrolytic solution is injected into the battery container 2. This electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte in an organic solvent. Examples of the organic solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,1-diethoxyethane. , Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, etc. A solvent or a combination of these can be used.

また、電解質である塩として、過塩素酸リチウム(LiClO4)やホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、六フッ化砒酸リチウム(LiAsF6)、LiCF3SO3、LiC49SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiIなどのリチウム塩を用いることができる。 Further, as a salt that is an electrolyte, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), LiCF 3 SO 3 LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiI and other lithium salts can be used.

また、この電解液には、過充電時に酸化分解してガス(主に水素ガス)を発生させるガス発生添加剤が含まれている。ガス発生添加剤として、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、ジフェニルエーテル、シクロペンチルベンゼン、ピロール、N−メチルピロール、チオフェン、フラン、インドール、3−クロロチオフェン、3−ブロモチオフェン、3−フルオロチオフェン、1,2−ジメトキシべンゼン、1−メチル−3−ピリジニウムテトラフルオロボーレート、クメン、1,3−ジイソプロピルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、1−メチルプロピルベンゼン、1,3−ビス(1−メチルプロピル)ベンゼン、1,4−ビス(1−メチルプロピル)ベンゼンなどを用いることができる。また、ガス発生添加剤は、上記したものを2種類以上併用して用いてもよい。   In addition, the electrolytic solution contains a gas generating additive that oxidizes and decomposes to generate gas (mainly hydrogen gas) during overcharge. As gas generating additives, biphenyl (BP), cyclohexylbenzene (CHB), diphenyl ether, cyclopentylbenzene, pyrrole, N-methylpyrrole, thiophene, furan, indole, 3-chlorothiophene, 3-bromothiophene, 3-fluorothiophene, 1,2-dimethoxybenzene, 1-methyl-3-pyridinium tetrafluoroborate, cumene, 1,3-diisopropylbenzene, 1,4-diisopropylbenzene, 1-methylpropylbenzene, 1,3-bis (1-methyl) Propyl) benzene, 1,4-bis (1-methylpropyl) benzene, and the like can be used. Further, two or more kinds of the above-mentioned gas generating additives may be used in combination.

また、電池1は、図1に示したように、正極端子5と、負極端子6と、正極絶縁部材7と、負極絶縁部材8とを有している。正極絶縁部材7は、正極端子5と封口板4とを絶縁するための部材である。負極絶縁部材8は、負極端子6と封口板4とを絶縁するための部材である。封口板4には、電解液を内部に注入するための注液孔4aが設けられていて、注液孔4aには、蓋体9が取付けられている。蓋体9は、封口板4の外側から封口板4にシーム溶接されている。   Further, as shown in FIG. 1, the battery 1 includes a positive electrode terminal 5, a negative electrode terminal 6, a positive electrode insulating member 7, and a negative electrode insulating member 8. The positive electrode insulating member 7 is a member for insulating the positive electrode terminal 5 and the sealing plate 4. The negative electrode insulating member 8 is a member for insulating the negative electrode terminal 6 and the sealing plate 4. The sealing plate 4 is provided with a liquid injection hole 4a for injecting an electrolytic solution therein, and a lid 9 is attached to the liquid injection hole 4a. The lid body 9 is seam welded to the sealing plate 4 from the outside of the sealing plate 4.

正極端子5は、電流遮断機構10と接続金属11と正極タブ12とを介して、捲回電極体20の正極端部21に接続されている。また、負極端子6は、接続金属13と負極タブ14を介して、捲回電極体20の負極端部22に接続されている。ここで、図2は、図1に示した電流遮断機構10の拡大図である。   The positive electrode terminal 5 is connected to the positive electrode end portion 21 of the wound electrode body 20 through the current interruption mechanism 10, the connection metal 11, and the positive electrode tab 12. The negative electrode terminal 6 is connected to the negative electrode end portion 22 of the wound electrode body 20 via the connection metal 13 and the negative electrode tab 14. Here, FIG. 2 is an enlarged view of the current interrupt mechanism 10 shown in FIG.

電流遮断機構10は、過充電時に電池容器2内の圧力が所定値以上になると充電を遮断するものであり、図2に示したように、変形金属板15と支持部材16とを有している。変形金属板15は、正極タブ12に接続された接続金属11と正極端子5とを接触又は非接触にするためのものである。この変形金属板15は、下方に膨らんでいるドーム状の湾曲部15aと、正極端子5に接続された縁部15bとを有している。支持部材16は、変形金属板15の縁部15bを支持するとともに、絶縁するための部材である。   The current interrupting mechanism 10 interrupts charging when the pressure in the battery container 2 exceeds a predetermined value during overcharging, and includes a deformed metal plate 15 and a support member 16 as shown in FIG. Yes. The deformed metal plate 15 is for making the connection metal 11 connected to the positive electrode tab 12 and the positive electrode terminal 5 contact or non-contact. The deformed metal plate 15 includes a dome-shaped curved portion 15 a that swells downward, and an edge portion 15 b that is connected to the positive electrode terminal 5. The support member 16 is a member for supporting and insulating the edge portion 15b of the deformed metal plate 15.

この電流遮断機構10では、図2に示したように、電池容器2内の圧力が所定値未満であるとき、変形金属板15の湾曲部15aが接続金属11に接触している。そして、電池容器2内の圧力が所定値以上になると、図3に示したように、変形金属板15の湾曲部15aが、上向きの力を受けて反転するように変形する。これにより、変形金属板15の湾曲部15aと接続金属13とが非接触になり、充電が遮断されるようになっている。この電流遮断機構10が作動する圧力(作動圧)は、例えば0.7MPaに設定されている。ここで、図4は、図1に示した捲回電極体20の概略的な斜視図である。   In the current interruption mechanism 10, as shown in FIG. 2, the curved portion 15 a of the deformed metal plate 15 is in contact with the connection metal 11 when the pressure in the battery container 2 is less than a predetermined value. When the pressure in the battery container 2 reaches a predetermined value or more, as shown in FIG. 3, the curved portion 15a of the deformed metal plate 15 is deformed so as to be reversed by receiving an upward force. Thereby, the curved part 15a of the deformation | transformation metal plate 15 and the connection metal 13 become non-contact, and charge is interrupted | blocked. The pressure (operating pressure) at which this current interrupting mechanism 10 operates is set to 0.7 MPa, for example. Here, FIG. 4 is a schematic perspective view of the wound electrode body 20 shown in FIG.

捲回電極体20は、図4に示したように、扁平形状をしている。捲回電極体20の一方の端部には、正極端部21が突出している。正極端部21は、後述するように、正極板40(図6参照)の正極芯材41が突出している箇所である。また、捲回電極体20の他方の端部には、負極端部22が突出している。負極端部22は、後述するように、負極板30(図5参照)の負極芯材31が突出している箇所である。また、この捲回電極体20は、正極板40とセパレータ(図示省略)と負極板30とを順に積み重ねた状態で捲回したものである。   The wound electrode body 20 has a flat shape as shown in FIG. A positive electrode end portion 21 projects from one end portion of the wound electrode body 20. As will be described later, the positive electrode end portion 21 is a portion where the positive electrode core material 41 of the positive electrode plate 40 (see FIG. 6) protrudes. A negative electrode end 22 protrudes from the other end of the wound electrode body 20. The negative electrode end 22 is a portion where the negative electrode core 31 of the negative electrode plate 30 (see FIG. 5) protrudes, as will be described later. The wound electrode body 20 is obtained by winding a positive electrode plate 40, a separator (not shown), and a negative electrode plate 30 in order.

ここで、図5は、図4に示した捲回電極体20のうち負極板30を展開した斜視図である。負極板30は、銅箔である負極芯材31にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含む負極用ペーストを塗布したものである。この負極板30は、図5に示したように、帯状の負極芯材31と、この負極芯材31の両面の一部に形成された負極合材層32とを有する。負極芯材31のうち図5の右側には、負極合材層32が形成されておらず、負極芯材31が突出した状態になっている。   Here, FIG. 5 is a perspective view in which the negative electrode plate 30 is developed in the wound electrode body 20 shown in FIG. The negative electrode plate 30 is obtained by applying a negative electrode paste containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions to a negative electrode core material 31 that is a copper foil. As shown in FIG. 5, the negative electrode plate 30 includes a strip-shaped negative electrode core material 31 and a negative electrode mixture layer 32 formed on part of both surfaces of the negative electrode core material 31. The negative electrode composite material layer 32 is not formed on the right side of FIG. 5 in the negative electrode core material 31, and the negative electrode core material 31 protrudes.

負極合材層32は、負極芯材31に塗布された負極用ペーストが乾燥して形成された層である。負極用ペーストは、負極活物質の他に、結着材、増粘材を含むものである。負極活物質として、少なくとも一部にグラファイト構造を含む炭素系物質が用いられる。例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)、天然黒鉛、人造黒鉛、又はこれらを組み合わせた構造を有する炭素系物質を用いることができる。   The negative electrode mixture layer 32 is a layer formed by drying the negative electrode paste applied to the negative electrode core material 31. The negative electrode paste includes a binder and a thickener in addition to the negative electrode active material. As the negative electrode active material, a carbon-based material containing a graphite structure at least partially is used. For example, amorphous carbon, non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), natural graphite, artificial graphite, or a carbon-based material having a combination thereof can be used.

負極用の結着材は、電解液に不溶性(又は難溶性)であって、負極用ペーストに用いる溶媒に分散するポリマーであると良い。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂、酢酸ビニル共重合体、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)、アラビアゴム等のゴムを用いることができる。又は、これらの組み合わせを用いても良い。但し、結着材は、必ずしも上記のポリマーに限定されるものではない。   The binder for the negative electrode is preferably a polymer that is insoluble (or hardly soluble) in the electrolyte and is dispersed in the solvent used for the negative electrode paste. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoro Fluorine resin such as ethylene copolymer (ETFE), vinyl acetate copolymer, styrene butadiene rubber (SBR), acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex), rubber such as gum arabic can be used. Alternatively, a combination of these may be used. However, the binder is not necessarily limited to the above polymer.

負極用の増粘材として、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(HPMCP)等のセルロースを用いることができる。但し、増粘材は、必ずしも上記したセルロースに限定されるものではない。負極用の溶媒として、水が挙げられる。その他に、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いても良い。また、その他の低級アルコールや低級ケトンを用いても良い。   As the thickener for the negative electrode, cellulose such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), and hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) can be used. However, the thickener is not necessarily limited to the cellulose described above. Water is mentioned as a solvent for negative electrodes. In addition, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) may be used. Further, other lower alcohols and lower ketones may be used.

ここで、図6は、図4に示した捲回電極体20のうち正極板40を展開した斜視図である。正極板40は、アルミ箔である正極芯材に、膨張化黒鉛を含む導電性ペーストを塗布するとともに、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含む正極用ペーストを塗布したものである。この正極板40は、図4に示したように、帯状の正極芯材41と、この正極芯材41の両面の一部に形成されたカーボンコート層42と、このカーボンコート層42の各表面に形成された正極合材層43と有する。正極芯材41のうち図6の左側には、カーボンコート層42及び正極合材層43が形成されておらず、正極芯材41が突出した状態になっている。   Here, FIG. 6 is a perspective view of the positive electrode plate 40 in the wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode plate 40 is obtained by applying a conductive paste containing expanded graphite to a positive electrode core material that is an aluminum foil and a positive electrode paste containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. As shown in FIG. 4, the positive electrode plate 40 includes a strip-shaped positive electrode core material 41, a carbon coat layer 42 formed on a part of both surfaces of the positive electrode core material 41, and each surface of the carbon coat layer 42. And a positive electrode mixture layer 43 formed on the substrate. The carbon coat layer 42 and the positive electrode mixture layer 43 are not formed on the left side of FIG. 6 in the positive electrode core material 41, and the positive electrode core material 41 is in a protruding state.

カーボンコート層42は、正極芯材41に塗布された導電材ペーストが乾燥して形成された層である。導電材ペーストは、カーボン粒子である膨張化黒鉛と、結着材として例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、溶媒として例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混練したものである。この導電材ペーストを正極芯材41の両面に対して均一の厚さに塗布して乾燥させることで、カーボンコート層42が約5μ程度の均一の厚さで形成されている。   The carbon coat layer 42 is a layer formed by drying a conductive material paste applied to the positive electrode core material 41. The conductive material paste is obtained by kneading expanded graphite as carbon particles, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. The conductive paste is applied to both surfaces of the positive electrode core 41 to a uniform thickness and dried, so that the carbon coat layer 42 is formed with a uniform thickness of about 5 μm.

カーボンコート層42は、図6に示したように、正極芯材41と正極合材層43との間に形成され、正極合材層43に含まれる正極活物質と正極芯材41との密着性を良くして集電を補助するものである。また、カーボンコート層42は、正極用ペーストが水を溶媒としてポリテトラフルオロチレン(PTFE)等の水系結着材を含む場合に、アルミ箔である正極芯材41の腐食を防止するものである。   As shown in FIG. 6, the carbon coat layer 42 is formed between the positive electrode core material 41 and the positive electrode mixture layer 43, and adheres to the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer 43 and the positive electrode core material 41. It improves the performance and assists current collection. The carbon coat layer 42 prevents corrosion of the positive electrode core material 41 that is an aluminum foil when the positive electrode paste contains an aqueous binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) using water as a solvent. .

ここで、カーボンコート層42に含まれる膨張化黒鉛について説明する。膨張化黒鉛は、鱗状黒鉛などの層間に硫酸などを挿入(インターカーレーション)し、それを800〜1000度の温度で加熱して層間を大きく膨張させたものである。このため、膨張化黒鉛は層間が広くなっていて、通常の黒鉛やカーボンブラック等に比べて、上述したガス発生添加材との反応面積が広く、反応性に富んでいる。また、膨張化黒鉛は、通常の黒鉛より導電性や成形性に優れている。   Here, the expanded graphite contained in the carbon coat layer 42 will be described. Expanded graphite is obtained by inserting sulfuric acid or the like (intercalation) between layers such as scaly graphite and heating it at a temperature of 800 to 1000 degrees to greatly expand the layers. For this reason, the expanded graphite has a wide interlayer, has a wider reaction area with the gas generating additive described above, and is more reactive than ordinary graphite and carbon black. In addition, expanded graphite is more excellent in conductivity and formability than ordinary graphite.

正極合材層43は、カーボンコート層42の表面に塗布された正極用ペーストが乾燥して形成された層である。正極用ペーストは、正極活物質の他に、導電材、結着材、増粘材を含むものである。正極活物質として、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、LiNi1/3Co1/3Mn1/32等のリチウム複合酸化物等が用いられる。正極合材層43の厚さは、約150μm程度の厚さで形成されている。なお、正極合材層43には、上述した膨張化黒鉛は含まれていない。 The positive electrode mixture layer 43 is a layer formed by drying the positive electrode paste applied to the surface of the carbon coat layer 42. The positive electrode paste includes a conductive material, a binder, and a thickener in addition to the positive electrode active material. Lithium composite oxidation such as lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as the positive electrode active material Things are used. The thickness of the positive electrode mixture layer 43 is about 150 μm. The positive electrode mixture layer 43 does not include the above-described expanded graphite.

正極用の導電材として、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、グラファイト粉末等のカーボン粉末である。正極用の結着材、増粘材、溶媒は、上述したように負極用の結着材、増粘材、溶媒として挙げたものを用いることができる。   Carbon materials such as carbon powder and carbon fiber can be used as the conductive material for the positive electrode. Examples thereof include carbon black such as acetylene black, furnace black, and ketjen black, and carbon powder such as graphite powder. As the binder, the thickener, and the solvent for the positive electrode, those mentioned above as the binder, the thickener, and the solvent for the negative electrode can be used.

上記のように構成された電池1の作用効果について、図7を用いて説明する。図7は、図6に示したカーボンコート層42及び正極合材層43の含有物を模式的に示した正極板40の図である。図7では、カーボンコート層42に含まれるカーボン粒子として膨張化黒鉛42aが示され、正極合材層43に含まれる正極活物質としてNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/32)43aと、導電材としてカーボンブラック43bとが示されている。 The effect of the battery 1 configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a view of the positive electrode plate 40 schematically showing the contents of the carbon coat layer 42 and the positive electrode mixture layer 43 shown in FIG. In FIG. 7, expanded graphite 42 a is shown as the carbon particles contained in the carbon coat layer 42, and NCM (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2) is used as the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer 43. 43a and carbon black 43b as a conductive material.

本実施形態では、図7に示したように、カーボンコート層42のカーボン粒子が膨張化黒鉛42aであるため、過充電時にガス発生添加剤が分解反応する面積が大きい。このため、過充電時にガス発生添加剤が効率的に酸化分解して、ガスを多く発生させることができる。これにより、電池容器2内部の圧力上昇を大きくすることができ、電流遮断機構10を早期に作動させることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7, since the carbon particles of the carbon coat layer 42 are expanded graphite 42a, the area where the gas generating additive decomposes during overcharge is large. For this reason, the gas generating additive is efficiently oxidized and decomposed during overcharge, and a large amount of gas can be generated. Thereby, the pressure rise inside the battery case 2 can be increased, and the current interrupting mechanism 10 can be activated early.

また、膨張化黒鉛42aは、カーボンコート層42に含まれているが、正極合材層43には含まれていない。即ち、膨張化黒鉛42aは、カーボンコート層42にのみ存在し、正極活物質であるNCM43aの近傍に存在しない。このため、高温保存状態においてガス発生添加剤が分解され難く、ガス発生添加剤の分解による自己放電や生成物の堆積等(ガス発生添加剤の副反応)による電池特性の悪化がほとんどない。従って、本実施形態の電池1によれば、電池特性の悪化を防止しつつ電流遮断機構10を早期に作動させることができる。   The expanded graphite 42 a is included in the carbon coat layer 42, but is not included in the positive electrode mixture layer 43. That is, the expanded graphite 42a exists only in the carbon coat layer 42 and does not exist in the vicinity of the NCM 43a that is the positive electrode active material. For this reason, the gas generating additive is hardly decomposed in a high-temperature storage state, and there is almost no deterioration in battery characteristics due to self-discharge due to decomposition of the gas generating additive, product deposition, etc. (side reaction of the gas generating additive). Therefore, according to the battery 1 of the present embodiment, the current interrupt mechanism 10 can be activated early while preventing deterioration of battery characteristics.

ここで、本実施形態を比較するために、図8を用いて従来例について説明する。図8(A)は、図7に示したカーボンコート層42が形成されておらず、且つ正極合材層43に膨張化黒鉛43cが含まれている正極板40Aの図である。この正極板40Aを従来例1とする。また、図8(B)は、図7に示したカーボンコート層42に含まれる膨張化黒鉛42aをカーボンブラック42bに替えた正極板40Bの図である。この正極板40Bを従来例2とする。   Here, in order to compare this embodiment, a prior art example is demonstrated using FIG. FIG. 8A is a view of a positive electrode plate 40A in which the carbon coat layer 42 shown in FIG. 7 is not formed and the positive electrode mixture layer 43 includes expanded graphite 43c. This positive electrode plate 40A is referred to as Conventional Example 1. FIG. 8B is a view of a positive electrode plate 40B in which the expanded graphite 42a included in the carbon coat layer 42 shown in FIG. 7 is replaced with carbon black 42b. This positive electrode plate 40B is referred to as Conventional Example 2.

従来例1の場合、図8(A)に示したように、正極合材層43に膨張化黒鉛43cが含まれているため、高温保存状態においてガス発生添加剤が分解され易く、ガス発生添加剤の副反応によって電池特性が悪化する。このため、仮に正極合材層43に膨張化黒鉛43cを含有させる場合であっても、電池特性の悪化の観点から膨張化黒鉛43cの含有量を多くすることができない。この結果、過充電時にガス発生添加剤が効率的に酸化分解しなくて、電流遮断機構10を早期に作動させることができない。   In the case of Conventional Example 1, as shown in FIG. 8A, since the positive electrode mixture layer 43 contains the expanded graphite 43c, the gas generating additive is easily decomposed in a high temperature storage state, and the gas generating additive is added. Battery characteristics deteriorate due to side reactions of the agent. For this reason, even if the positive electrode mixture layer 43 contains the expanded graphite 43c, the content of the expanded graphite 43c cannot be increased from the viewpoint of deterioration of battery characteristics. As a result, the gas generating additive does not efficiently undergo oxidative decomposition during overcharge, and the current interrupt mechanism 10 cannot be activated early.

従来例2の場合、図8(B)に示したように、カーボンコート層42に含まれるカーボン粒子がカーボンブラック42bであるため、過充電時にガス発生添加剤がカーボンブラック42bと効率的に反応しない。これは、カーボンブラック42bには、膨張化黒鉛42a(図7参照)のようにガス発生添加剤と反応する反応面積(エッジ面)が十分存在しないためである。従って、過充電時に、電流遮断機構10を早期に作動させることができない。   In the case of Conventional Example 2, as shown in FIG. 8B, since the carbon particles contained in the carbon coat layer 42 are carbon black 42b, the gas generating additive efficiently reacts with the carbon black 42b during overcharge. do not do. This is because the carbon black 42b does not have a sufficient reaction area (edge surface) that reacts with the gas generating additive unlike the expanded graphite 42a (see FIG. 7). Therefore, the current interrupting mechanism 10 cannot be operated early during overcharging.

こうして、本実施形態では、カーボンコート層42に含まれるカーボン粒子が膨張化黒鉛42aであり、且つ膨張化黒鉛42aがカーボンコート層42にのみ含まれていることで、高温保存状態においてはガス発生添加材の副反応を抑えて電池特性の悪化を防止でき、過充電時にはガス発生添加材を効率的に酸化分解して電流遮断機構10を早期に作動させることができる。そして、このようにガス発生添加材を効率的に酸化分解できるため、ガス発生添加剤の量を少なくして、電池特性の悪化を抑制できる。   Thus, in this embodiment, the carbon particles contained in the carbon coat layer 42 are expanded graphite 42a, and the expanded graphite 42a is included only in the carbon coat layer 42, so that gas is generated in a high temperature storage state. The side reaction of the additive can be suppressed to prevent deterioration of battery characteristics, and the gas generation additive can be efficiently oxidized and decomposed at the time of overcharging to activate the current interrupting mechanism 10 at an early stage. Since the gas generating additive can be efficiently oxidatively decomposed in this way, the amount of the gas generating additive can be reduced to suppress deterioration of battery characteristics.

以上、本発明に係る非水電解液二次電池について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、電池内部の圧力が所定値以上になると充電を遮断する電流遮断機構として、電池内部の圧力をセンサーで検知して充電を停止する外部回路や、電池内部の圧力が上昇するときの電池の変形をセンサーで検知して充電を停止する外部回路を用いても良い。
また、本実施形態において、電極体は、扁平形状の捲回電極体20であるが、捲回電極体20に限定されるものではなく、例えば円筒形状の捲回電極体であっても良い。また、正極板40とセパレータと負極板30とを順に積層して捲回しない積層電極体であっても良い。
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, as a current interruption mechanism that cuts off charging when the pressure inside the battery exceeds a predetermined value, an external circuit that stops charging by detecting the pressure inside the battery with a sensor, An external circuit that detects deformation with a sensor and stops charging may be used.
In the present embodiment, the electrode body is a flat wound electrode body 20, but is not limited to the wound electrode body 20, and may be, for example, a cylindrical wound electrode body. Moreover, the laminated electrode body which does not wind by laminating | stacking the positive electrode plate 40, a separator, and the negative electrode plate 30 in order may be sufficient.

過充電試験を行った場合に、各電池(リチウムイオン二次電池)の電池容器内の圧力とSOC(電池の充電状態)との関係について説明する。この試験では、SOCが30%である実施例1〜5の電池及び比較例1〜3の電池それぞれについて、連続過充電を行った。このとき、注液孔(図1参照)に内圧センサーを取付け、電流遮断機構10が作動しないように設定して、過充電時の内圧変化を観察した。以下に、試験対象である実施例1の電池について説明する。   The relationship between the pressure in the battery container of each battery (lithium ion secondary battery) and the SOC (battery charge state) when the overcharge test is performed will be described. In this test, continuous overcharge was performed for each of the batteries of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 to 3 whose SOC was 30%. At this time, an internal pressure sensor was attached to the liquid injection hole (see FIG. 1), and the current interruption mechanism 10 was set not to operate, and changes in internal pressure during overcharge were observed. Below, the battery of Example 1 which is a test object will be described.

正極芯材=1085−H材のアルミ箔、
正極芯材の厚さ=15μm、
導電性ペーストのカーボン粒子=膨張化黒鉛(中越黒鉛工業製BPS−5AS)、
導電性ペーストの結着材=PVDF、
導電性ペーストの溶媒=NMP、
膨張化黒鉛:PVDF=100:8(wt%)
上記した正極芯材の両面に、上記した導電性ペーストを塗布して120度で乾燥させる。これにより、正極芯材の両面にカーボンコート層が形成されたコート層付正極芯材を作成する。この実施例1の電池では、カーボンコート層の厚さは5μmである。
Positive electrode core material = 1085-H aluminum foil,
Thickness of positive electrode core material = 15 μm,
Carbon particles of conductive paste = expanded graphite (BPS-5AS manufactured by Chuetsu Graphite Industry),
Binder for conductive paste = PVDF,
Solvent of conductive paste = NMP,
Expanded graphite: PVDF = 100: 8 (wt%)
The conductive paste described above is applied to both surfaces of the positive electrode core material described above and dried at 120 degrees. Thereby, the positive electrode core material with a coat layer in which the carbon coat layer is formed on both surfaces of the positive electrode core material is created. In the battery of Example 1, the thickness of the carbon coat layer is 5 μm.

正極活物質=NCM111、
導電材=デンカブラック(AB)、
正極用ペーストの結着材=PVDF、
正極用ペーストの溶媒=NMP、
NCM111:デンカブラック:PVDF=100:5:3(wt%)、
上記したコート層付正極芯材の両面に、上記した正極用ペーストを塗布して120度で乾燥させる。そして、所定の厚さにプレスした後に、裁断する。これにより、カーボンコート層の表面に正極合材層が形成された正極板を作成する。
正極合材層の厚さ=150μm、
正極合材層の幅=94mm、
正極板の長さ=4500mm、
Positive electrode active material = NCM111
Conductive material = Denka Black (AB),
Binder for positive electrode paste = PVDF,
Solvent of paste for positive electrode = NMP,
NCM111: Denka Black: PVDF = 100: 5: 3 (wt%)
The positive electrode paste described above is applied to both surfaces of the positive electrode core material with a coat layer described above and dried at 120 degrees. And after pressing to predetermined thickness, it cuts. Thereby, the positive electrode plate in which the positive electrode mixture layer is formed on the surface of the carbon coat layer is created.
The thickness of the positive electrode mixture layer = 150 μm,
Width of positive electrode mixture layer = 94 mm,
Length of positive electrode plate = 4500 mm,

負極芯材=銅箔、
負極芯材の厚さ=14μm、
負極活物質=黒鉛、
負極用ペーストの増粘材=CMC、
負極用ペーストの結着材=SBR、
黒鉛:CMC:SBR=100:1:1(wt%)、
上記した負極芯材の両面に、上記した負極ペーストを塗布して120度で乾燥させる。これにより、負極芯材の両面に負極合材層が形成された負極板を作成する。
Negative electrode core material = copper foil,
Negative electrode core thickness = 14 μm,
Negative electrode active material = graphite,
Thickener for negative electrode paste = CMC,
Negative electrode paste binder = SBR,
Graphite: CMC: SBR = 100: 1: 1 (wt%)
The negative electrode paste described above is applied to both sides of the negative electrode core material and dried at 120 degrees. Thereby, the negative electrode plate in which the negative electrode mixture layers are formed on both surfaces of the negative electrode core material is created.

セパレータは、ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)とポリプロピレン(PP)の三層セパレータ構造である。このセパレータの厚さは20μmである。
電解液において、電解質である塩は六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)である。また、有機溶媒は、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを含むものであり、EC:DMC:EMC=3:4:3(wt%)である。また、電解液に含まれるガス発生添加剤は、ビフェニル(BP)とシクロヘキシルベンゼン(CHB)であり、BP:CHB=1:1(wt%)である。
The separator has a three-layer separator structure of polypropylene (PP), polyethylene (PE), and polypropylene (PP). The thickness of this separator is 20 μm.
In the electrolytic solution, the salt that is an electrolyte is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). The organic solvent contains ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC), and EC: DMC: EMC = 3: 4: 3 (wt%). The gas generating additives contained in the electrolytic solution are biphenyl (BP) and cyclohexylbenzene (CHB), and BP: CHB = 1: 1 (wt%).

上記した正極板とセパレータと負極板とを順に重ねて捲回し、扁平形状の捲回電極体を作成する。その後、この捲回電極体を電池容器に収容する。最後に、注液孔から電池容器本体の内部に上記した電解液を注入する。こうして、実施例1の電池が作成されている。この電池の定格容量は24.0Ahであり、上限電圧は20Vである。   The above-described positive electrode plate, separator, and negative electrode plate are sequentially stacked and wound to form a flat wound electrode body. Thereafter, the wound electrode body is accommodated in a battery container. Finally, the above-described electrolytic solution is injected into the battery container body from the injection hole. In this way, the battery of Example 1 was produced. The rated capacity of this battery is 24.0 Ah, and the upper limit voltage is 20V.

続いて、実施例2〜5の電池及び比較例1〜3の電池について説明する。
<実施例2の電池>
膨張化黒鉛を含むカーボンコート層の厚さは、3μmである。その他の構成は実施例1の電池と同様である。
<実施例3の電池>
膨張化黒鉛を含むカーボンコート層の厚さは、10μmである。その他の構成は実施例1の電池と同様である。
<実施例4の電池>
膨張化黒鉛を含むカーボンコート層の厚さは、1μmである。その他の構成は実施例1の電池と同様である。
<実施例5の電池>
膨張化黒鉛を含むカーボンコート層の厚さは、20μmである。その他の構成は実施例1の電池と同様である。
Then, the battery of Examples 2-5 and the battery of Comparative Examples 1-3 are demonstrated.
<Battery of Example 2>
The thickness of the carbon coat layer containing expanded graphite is 3 μm. Other configurations are the same as those of the battery of Example 1.
<Battery of Example 3>
The thickness of the carbon coat layer containing expanded graphite is 10 μm. Other configurations are the same as those of the battery of Example 1.
<Battery of Example 4>
The thickness of the carbon coat layer containing expanded graphite is 1 μm. Other configurations are the same as those of the battery of Example 1.
<Battery of Example 5>
The thickness of the carbon coat layer containing expanded graphite is 20 μm. Other configurations are the same as those of the battery of Example 1.

<比較例1の電池>
正極板が、カーボンコート層を有しておらず、正極芯材と正極合材層とで構成されている。その他の構成は実施例1の電池と同様である。
<比較例2の電池>
カーボンコート層のカーボン粒子が、膨張化黒鉛ではなく、カーボンブラック(デンカブラック)である。その他の構成は実施例1の電池と同様である。なお、導電性ペーストにおいて、カーボンブラック:PVDF=100:8(wt%)である。
<比較例3の電池>
正極板が、カーボンコート層を有しておらず、正極芯材と正極合材層とで構成されている。そして、正極合材層の導電材が、デンカブラック(AB)ではなく、膨張化黒鉛である。その他の構成は実施例1の電池と同様である。なお、正極用ペーストにおいて、NCM111:膨張化黒鉛:PVDF=100:5:3(wt%)である。
<Battery of Comparative Example 1>
The positive electrode plate does not have a carbon coat layer, and is composed of a positive electrode core material and a positive electrode mixture layer. Other configurations are the same as those of the battery of Example 1.
<Battery of Comparative Example 2>
The carbon particles in the carbon coat layer are not blackened graphite but carbon black (Denka black). Other configurations are the same as those of the battery of Example 1. In the conductive paste, carbon black: PVDF = 100: 8 (wt%).
<Battery of Comparative Example 3>
The positive electrode plate does not have a carbon coat layer, and is composed of a positive electrode core material and a positive electrode mixture layer. And the electrically conductive material of a positive electrode compound-material layer is not a Denka black (AB) but expanded graphite. Other configurations are the same as those of the battery of Example 1. In the positive electrode paste, NCM111: expanded graphite: PVDF = 100: 5: 3 (wt%).

図9に実施例1〜5及び比較例1〜3の電池において、連続過充電試験の実験結果を示す。連続過充電試験では、24A(1C)で充電を行い、温度は室温である。図9において、電流遮断機構の作動圧は0.7MPa±0.1MPaとして、SOCが170%以下の安全領域で電池容器内の圧力(以下「内圧P」と呼ぶ)が0.6MPa以上であるか否かを見る。これは、SOCが170%以下で電流遮断機構が作動すれば、電池は異常発熱や熱暴走等を引き起こすことがなく、安全性を十分に確保できることが知見として得られているためである。   FIG. 9 shows experimental results of continuous overcharge tests in the batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. In the continuous overcharge test, charging is performed at 24A (1C), and the temperature is room temperature. In FIG. 9, the operating pressure of the current interrupting mechanism is 0.7 MPa ± 0.1 MPa, and the pressure in the battery container (hereinafter referred to as “internal pressure P”) is 0.6 MPa or more in a safety region where the SOC is 170% or less. See if or not. This is because it has been found as a knowledge that if the current interruption mechanism operates when the SOC is 170% or less, the battery does not cause abnormal heat generation or thermal runaway, and the safety can be sufficiently secured.

図9に示したように、実施例1、実施例2、実施例3、及び実施例5の電池では、SOCが130%以上の領域で内圧Pの上昇が著しく、SOCが140〜160%の領域で内圧Pが6MPa以上に達している。これは、カーボンコート層の膨張化黒鉛のエッジ面(ガス発生添加剤と反応する反応面積)において、ガス発生添加剤が効率的に酸化分解して、ガスを多く発生させたためである。   As shown in FIG. 9, in the batteries of Example 1, Example 2, Example 3, and Example 5, the increase of the internal pressure P is remarkable in the region where the SOC is 130% or more, and the SOC is 140 to 160%. The internal pressure P has reached 6 MPa or more in the region. This is because the gas generating additive efficiently oxidatively decomposes and generates a large amount of gas on the edge surface of the expanded graphite (reaction area that reacts with the gas generating additive) of the carbon coat layer.

一方、膨張化黒鉛を含むカーボンコート層の厚さが薄い実施例4の電池(1μm)では、SOCが170%であるときの内圧Pが約0.6MPaである。このように実施例1、実施例2、実施例3、実施例5の電池に比べて内圧Pの上昇度合いが小さい。これは、カーボンコート層に含まれる膨張化黒鉛のエッジ面が少ないためである。なお、実施例1〜5の電池において、カーボンコート層の厚さが大きい程、即ち実施例5、実施例3、実施例1、実施例2、実施例4の電池の順番に内圧の上昇度合いが大きくなっている。   On the other hand, in the battery (1 μm) of Example 4 in which the carbon coat layer containing expanded graphite is thin, the internal pressure P when the SOC is 170% is about 0.6 MPa. As described above, the degree of increase in the internal pressure P is small as compared with the batteries of Example 1, Example 2, Example 3, and Example 5. This is because the edge surface of the expanded graphite contained in the carbon coat layer is small. In the batteries of Examples 1 to 5, the greater the carbon coat layer thickness, that is, the degree of increase in internal pressure in the order of the batteries of Example 5, Example 3, Example 1, Example 2, and Example 4. Is getting bigger.

また、図9に示したように、カーボンコート層を有していない比較例1の電池では、SOCが170%であるときの内圧Pが約0.5MPaである。このようにカーボンコート層が存在しない場合には、SOCが170%以下で電流遮断機構を的確に作動させることができないことになる。   Further, as shown in FIG. 9, in the battery of Comparative Example 1 having no carbon coat layer, the internal pressure P when the SOC is 170% is about 0.5 MPa. Thus, when the carbon coat layer is not present, the current interruption mechanism cannot be accurately operated when the SOC is 170% or less.

そして、カーボンコート層に含まれるカーボン粒子がカーボンブラックである比較例2の電池では、SOCが170%であるときの内圧Pが約0.55MPaである。これは、カーボンコート層のカーボンブラックにおいてガス発生添加剤と反応する反応面積が少なくて、ガス発生添加剤が効率的に酸化分解できず、ガスを十分に発生させることができなかったことを意味している。   In the battery of Comparative Example 2 in which the carbon particles contained in the carbon coat layer are carbon black, the internal pressure P when the SOC is 170% is about 0.55 MPa. This means that the carbon black of the carbon coat layer has a small reaction area that reacts with the gas generating additive, and the gas generating additive cannot be efficiently oxidized and decomposed, resulting in insufficient gas generation. doing.

また、正極合材層に含まれる導電材として膨張化黒鉛を用いた比較例3の電池では、SOCが170%であるときの内圧Pが約0.45MPaである。これは、正極合材層に含まれる膨張化黒鉛の量が少なくて、ガス発生添加材と反応する反応面積が少ないためである。更に、カーボンコート層が存在しないためである。   Moreover, in the battery of Comparative Example 3 using expanded graphite as the conductive material contained in the positive electrode mixture layer, the internal pressure P when the SOC is 170% is about 0.45 MPa. This is because the amount of expanded graphite contained in the positive electrode mixture layer is small and the reaction area that reacts with the gas generating additive is small. Furthermore, it is because there is no carbon coat layer.

以上のことから、カーボンコート層を有し且つカーボンコート層のカーボン粒子が膨張化黒鉛である電池では、膨張化黒鉛のエッジ面を利用して、ガス発生添加材を効率的に酸化分解させることができる。そして、カーボンコート層の厚さが1〜20μmである実施例1〜5の電池では、SOCが170%以下で電流遮断機構を確実に作動させることができる。   From the above, in a battery having a carbon coat layer and the carbon particles of the carbon coat layer are expanded graphite, the gas generating additive can be efficiently oxidized and decomposed using the edge surface of the expanded graphite. Can do. And in the battery of Examples 1-5 whose thickness of a carbon coat layer is 1-20 micrometers, SOC can be operated reliably with SOC of 170% or less.

次に、容量確認試験を行った場合に、各電池の容量維持率について説明する。この試験では、実施例1〜5の電池及び比較例1〜3の電池それぞれについて、先ずCレート(1C)で4.1Vまで充電した後に5分休止して、3.0Vまで放電した後に5分休止した。そして、CCCV充電(4.1V、レート1C、0.1Cカット)と、CCCV放電(3.0V、レート1C、0.1Cカット)とを行った。このときの各電池の電池容量を初期容量とする。その後、50度の恒温層で2CのCCサイクル充放電を1000サイクル行った。このときの各電池の電池容量をサイクル後容量とする。こうして、初期容量に対するサイクル後容量の割合(サイクル後容量/初期容量)を計算して、容量維持率(%)を求めた。   Next, when the capacity check test is performed, the capacity maintenance rate of each battery will be described. In this test, each of the batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was first charged to 4.1 V at C rate (1C), paused for 5 minutes, discharged to 3.0 V, and then 5 Paused for a minute. And CCCV charge (4.1V, rate 1C, 0.1C cut) and CCCV discharge (3.0V, rate 1C, 0.1C cut) were performed. The battery capacity of each battery at this time is defined as the initial capacity. Then, 1000 cycles of 2C CC cycle charge / discharge were performed in a 50 degree constant temperature layer. The battery capacity of each battery at this time is defined as a post-cycle capacity. Thus, the ratio of the capacity after the cycle to the initial capacity (capacity after the cycle / initial capacity) was calculated to obtain the capacity maintenance ratio (%).

図10に実施例1〜5及び比較例1〜3の電池において、容量維持率の値を示す。図10に示したように、実施例1〜4の電池では、容量維持率が86%以上であり、電池容量の低下が小さい。これは、膨張化黒鉛を含むカーボンコート層の厚さが1〜10μmであって、比較的薄いため、サイクル試験中でガス発生添加材の副反応が殆ど生じなかったことを意味している。なお、比較例1及び比較例3の電池においても、カーボンコート層を有していないため、サイクル試験中でガス発生添加材の副反応が殆ど生じず、電池容量の低下が小さくなっている。   FIG. 10 shows the capacity retention ratio values of the batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3. As shown in FIG. 10, in the batteries of Examples 1 to 4, the capacity retention rate is 86% or more, and the decrease in battery capacity is small. This means that the side reaction of the gas generating additive hardly occurred during the cycle test because the thickness of the carbon coat layer containing expanded graphite was 1 to 10 μm and was relatively thin. In addition, since the batteries of Comparative Examples 1 and 3 do not have the carbon coat layer, the side reaction of the gas generating additive hardly occurs during the cycle test, and the decrease in battery capacity is small.

一方、膨張化黒鉛を含むカーボンコート層の厚さが厚い実施例5の電池(20μm)では、容量維持率が60%であり、電池容量の低下が大きい。これは以下の理由に基づく。カーボンコート層に含まれる膨張化黒鉛の量が多いため、膨張化黒鉛のエッジ面の総面積が大きくなる。これにより、サイクル試験中でガス発生添加材の副反応が生じ易く、ガスが多く発生する。この結果、ガスかみによって電極反応が阻害され、容量維持率が低下したと考えられる。   On the other hand, in the battery of Example 5 (20 μm) in which the carbon coat layer containing expanded graphite is thick, the capacity retention rate is 60%, and the battery capacity is greatly reduced. This is based on the following reason. Since the amount of expanded graphite contained in the carbon coat layer is large, the total area of the edge surface of the expanded graphite is increased. Thereby, a side reaction of the gas generating additive is likely to occur during the cycle test, and a large amount of gas is generated. As a result, it is considered that the electrode reaction was inhibited by the gas cage, and the capacity retention rate was lowered.

また、カーボンコート層のカーボン粒子がカーボンブラックである比較例2の電池では、容量維持率が75%であり、電池容量の低下が大きい。これは、カーボンブラックがサイクル試験中でガス発生添加剤と反応し易くて、ガスかみによって容量維持率が低下したためである。こうして、カーボンコート層に含まれるカーボン粒子のうち、カーボンブラックは膨張化黒鉛に比べて高温保存性が低いものであり、膨張化黒鉛は過充電時のみにガス発生添加材と反応し易いものであると言える。   Further, in the battery of Comparative Example 2 in which the carbon particles of the carbon coat layer are carbon black, the capacity retention rate is 75%, and the battery capacity is greatly reduced. This is because carbon black easily reacts with the gas generating additive during the cycle test, and the capacity retention rate is reduced by the gas cage. Thus, among the carbon particles contained in the carbon coat layer, carbon black has low storage stability at a high temperature compared to expanded graphite, and expanded graphite easily reacts with the gas generating additive only during overcharge. It can be said that there is.

以上、図9に示した過充電試験の実験結果、及び図10に示した容量確認試験の実験結果から、膨張化黒鉛から成るカーボンコート層の厚さは、3μm以上であり且つ10μm以下である場合に、電池容量の低下を抑えつつ、過充電時に電池内部の圧力上昇を大きくすることができることになる。なお、電解液に含まれるガス発生添加剤は、ビフェニル(BP)とシクロヘキシルベンゼン(CHB)の混合物を用いたが、BP単独、CHB単独、或いは両方を任意の割合で混合した混合物を用いても、過充電試験及び容量確認試験で同様の結果が得られた。   As described above, from the experimental result of the overcharge test shown in FIG. 9 and the experimental result of the capacity confirmation test shown in FIG. 10, the thickness of the carbon coat layer made of expanded graphite is 3 μm or more and 10 μm or less. In this case, it is possible to increase the pressure increase inside the battery during overcharge while suppressing the decrease in battery capacity. In addition, although the mixture of biphenyl (BP) and cyclohexylbenzene (CHB) was used as the gas generating additive contained in the electrolyte, BP alone, CHB alone, or a mixture in which both are mixed at an arbitrary ratio may be used. Similar results were obtained in the overcharge test and the capacity confirmation test.

1 電池
10 電流遮断機構
20 捲回電極体
30 負極板
40 正極板
41 正極芯材
42 カーボンコート層
42a 膨張化黒鉛
43 正極合材層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery 10 Current interruption | blocking mechanism 20 Winding electrode body 30 Negative electrode plate 40 Positive electrode plate 41 Positive electrode core material 42 Carbon coat layer 42a Expanded graphite 43 Positive electrode compound material layer

Claims (3)

正極活物質を含む正極合材層が正極芯材の上に形成された正極板と、
この正極板と負極板とがその間にセパレータを介在した状態で積層又は捲回された電極体と、
過充電時に酸化分解してガスを発生させるガス発生添加剤が含まれた電解液と、
電池内部の圧力が所定値以上になると充電を遮断する電流遮断機構と、を備えた非水電解液二次電池において、
前記正極芯材と前記正極合材層との間に、予め層間を膨張させた膨張化黒鉛から成るカーボン粒子を有し、かつ、導電性を有するカーボンコート層が形成されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
A positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode core material;
The positive electrode plate and the negative electrode plate are laminated or wound with a separator interposed therebetween, and
An electrolyte containing a gas generating additive that generates gas by oxidative decomposition during overcharge; and
In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a current interruption mechanism that interrupts charging when the internal pressure of the battery exceeds a predetermined value,
Between the positive-electrode mixture layer and the positive electrode core member, it has a carbon particles consisting of expanded graphite obtained by expanding the pre interlayer, and wherein the carbon coating layer to have a conductive property is formed Non-aqueous electrolyte secondary battery.
請求項1に記載された非水電解液二次電池において、
前記カーボンコート層の厚さは、1μm以上であり且つ20μm以下であることを特徴とする非水電解液二次電池。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1,
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a thickness of the carbon coat layer is 1 μm or more and 20 μm or less.
請求項2に記載された非水電解液二次電池において、
前記カーボンコート層の厚さは、3μm以上であり且つ10μm以下であることを特徴とする非水電解液二次電池。
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2,
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the carbon coat layer has a thickness of 3 μm or more and 10 μm or less.
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