JP5892200B2 - Electrode, battery, and electrode manufacturing method - Google Patents

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Description

本開示は、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物を含む活物質を備えた電極およびその製造方法、ならびに電池に関する。   The present disclosure relates to an electrode including an active material containing spherulitic graphitized mesophase spherules, a method for manufacturing the electrode, and a battery.

近年、ビデオカメラ、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル機器の普及に伴い、その電源として小型かつ軽量で高容量の二次電池に対する需要が高まりつつある。そのような需要に応えるものとして、負極活物質として炭素材料を用い、リチウムの吸蔵および放出反応を利用したリチウムイオン二次電池が挙げられる。   In recent years, with the widespread use of portable devices such as video cameras, mobile phones, and notebook computers, there is an increasing demand for secondary batteries that are small, lightweight, and high capacity as power sources. As a response to such demand, there is a lithium ion secondary battery using a carbon material as a negative electrode active material and utilizing a lithium occlusion and release reaction.

負極活物質として用いる炭素材料としては、結晶性の高い黒鉛(グラファイト)の粒子が主流である。その理由としては、黒鉛粒子は電子伝導性が高く大電流での放電性能に優れ、放電に伴う電位変化が少なく定電力放電等の用途に適しているうえ、真密度が大きく(よって、高い嵩密度を得やすく)高容量化に有利である、といった点が挙げられる。さらに、より高容量であるケイ素やスズなどを含む材料においては充放電に伴って激しい膨張および収縮を発現するが、炭素材料ではそのような体積変化が極めて小さいという利点もある。   As the carbon material used as the negative electrode active material, graphite particles having high crystallinity are the mainstream. The reason for this is that graphite particles have high electron conductivity and excellent discharge performance at a large current, and are suitable for applications such as constant power discharge with little potential change due to discharge, and have a high true density (thus high bulk). (It is easy to obtain density) and is advantageous for high capacity. Furthermore, a material containing silicon, tin or the like having a higher capacity develops severe expansion and contraction with charge / discharge, but a carbon material has an advantage that such a volume change is extremely small.

近年のリチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化に対応すべく、黒鉛の高性能化が試みられている。但し、天然黒鉛粒子については黒鉛の理論容量(372mAh/g)に極めて近い可逆容量が得られている。このため、粒子形状を調整するなどして電池内部の限られた容積に高密度で充填することで電池としての容量向上を実現することが検討されている。なお、一般的に人造黒鉛粒子は、その黒鉛化度が不十分であることから天然黒鉛粒子よりも可逆容量が劣っている。そのため、人造黒鉛粒子については可逆容量を改善すべく、原料の純度向上、黒鉛化条件の適正化、黒鉛化を促進する触媒種の添加など、各種検討がなされている。なお、炭素材料を用いたリチウムイオン二次電池については、例えば以下の特許文献1〜8に開示されている。   In order to cope with the recent increase in energy density of lithium ion secondary batteries, attempts have been made to improve the performance of graphite. However, the natural graphite particles have a reversible capacity very close to the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g). For this reason, it has been studied to improve the capacity of the battery by filling the limited volume inside the battery with high density by adjusting the particle shape. In general, artificial graphite particles are inferior in reversible capacity to natural graphite particles because of their insufficient graphitization degree. Therefore, various studies have been made on artificial graphite particles, such as improving the purity of raw materials, optimizing graphitization conditions, and adding catalyst species that promote graphitization, in order to improve the reversible capacity. In addition, about the lithium ion secondary battery using a carbon material, it discloses by the following patent documents 1-8, for example.

ところで、炭素材料を含む負極活物質層を備えた負極は、一般に、黒鉛粒子、結着剤および増粘剤などを水や有機溶媒に溶解させたペースト状のスラリーを銅箔などの集電体に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型や裁断などを行うことによって作製される。圧縮成型は負極活物質層における所定の厚みおよび密度を得るために必要な操作である。電池のさらなる高エネルギー密度化のためには負極活物質層の体積密度をより高めることが望まれる。しかし、負極活物質層の体積密度を高くすると、圧縮成型の際、負極活物質層を構成する負極活物質粒子の破砕や脱落が生ずるおそれがある。   By the way, a negative electrode provided with a negative electrode active material layer containing a carbon material generally has a current collector such as a copper foil obtained by dissolving a paste slurry in which graphite particles, a binder, a thickener and the like are dissolved in water or an organic solvent. After being applied to the substrate and dried, it is produced by compression molding or cutting. Compression molding is an operation necessary to obtain a predetermined thickness and density in the negative electrode active material layer. In order to further increase the energy density of the battery, it is desired to further increase the volume density of the negative electrode active material layer. However, when the volume density of the negative electrode active material layer is increased, the negative electrode active material particles constituting the negative electrode active material layer may be crushed or dropped during compression molding.

そこで、より高い圧縮破壊強度を有する(すなわち、硬度の高い)メソフェーズ黒鉛小球体を用いることで、プレス成形に伴う負極活物質粒子の破砕や脱落という問題を回避する方法が提案されている(例えば特許文献9参照。)。   Therefore, a method has been proposed that avoids the problem of crushing or dropping off of the negative electrode active material particles accompanying press molding by using mesophase graphite spherules having higher compressive fracture strength (that is, higher hardness) (for example, (See Patent Document 9).

特開昭57−208079号公報JP-A-57-208079 特開昭58−93176号公報JP 58-93176 A 特開昭58−192266号公報JP 58-192266 A 特開昭62−90863号公報JP 62-90863 A 特開昭62−122066号公報JP-A-62-212666 特開平2−66856号公報JP-A-2-66856 特開2004−95529号公報JP 2004-95529 A 特開2005−44775号公報JP-A-2005-44775 特開平7−272725号公報JP-A-7-272725

しかしながら、上記特許文献9のように硬度の高いメソフェーズ黒鉛小球体を用いた場合には、圧縮成型の際、負極活物質粒子の破砕や脱落を防ぐことができる一方で、負極活物質層が形成される基体としての負極集電体に与える負荷が増大してしまう。このため、特に負極活物質層の端部近傍において負極集電体の亀裂や破断などが発生するおそれがあるのでプレス圧を高めることができず、結果として負極活物質層の体積密度を向上させることができない状況であった。   However, when the mesophase graphite spherule having high hardness is used as in Patent Document 9, the negative electrode active material particles can be prevented from being crushed or dropped during compression molding, while the negative electrode active material layer is formed. This increases the load applied to the negative electrode current collector as the substrate. For this reason, the negative electrode current collector may crack or break, particularly in the vicinity of the end of the negative electrode active material layer, so the press pressure cannot be increased, and as a result, the volume density of the negative electrode active material layer is improved. The situation was impossible.

一方、粒子硬度の小さい黒鉛粒子、例えば天然黒鉛や、鱗片状黒鉛、または鱗片状黒鉛を粉砕・造粒した黒鉛などを負極活物質として用いた場合には高密度充填が可能であり、電池のさらなる高エネルギー密度化に有利である。しかしながら、そのような粒子硬度の小さなものを高密度充填すると、圧縮成型の際、負極活物質層の(特に表面近傍の)空隙が減少してしまい、電解液が十分に浸透もしくは含浸できず、高負荷での充放電特性や低温での充電特性が低下する、といった問題が懸念される。さらに、鱗片状黒鉛およびそれを粉砕・造粒した黒鉛は、メソフェーズ黒鉛小球体に比べて比表面積が大きく、負極集電体と負極活物質層との間における剥離強度の低下や、電解液の分解による充放電効率の低下を引き起こす可能性がある。   On the other hand, when graphite particles having a low particle hardness, such as natural graphite, flaky graphite, or graphite obtained by pulverizing and granulating flaky graphite, are used as the negative electrode active material, high density packing is possible. It is advantageous for further increasing the energy density. However, when such a small particle hardness is filled at a high density, voids in the negative electrode active material layer (particularly near the surface) are reduced during compression molding, and the electrolyte cannot be sufficiently infiltrated or impregnated. There is a concern that the charge / discharge characteristics under high load and the charge characteristics at low temperature may deteriorate. Furthermore, scaly graphite and graphite obtained by pulverizing and granulating it have a larger specific surface area than mesophase graphite spherules, and decrease in peel strength between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer, It may cause a decrease in charge / discharge efficiency due to decomposition.

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より大きな容量を有すると共に優れた充放電効率を有する電池を提供することにある。さらに、本開示の目的は、そのような電池に好適な活物質を有する電極およびその製造方法を提供することにある。   The present disclosure has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a battery having a larger capacity and an excellent charge / discharge efficiency. Furthermore, the objective of this indication is to provide the electrode which has an active material suitable for such a battery, and its manufacturing method.

本開示の電極は、集電体に設けられた活物質層を有する。この活物質層は、細孔が設けられたメソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物を活物質として含む。メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、全表面積に対する外表面積の割合が10%以上50%以下のものである。この電極の表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して集電体上に生成された凹み数は85個以下である。但し、全表面積および外表面積は、窒素吸着測定と共にαsプロット解析を行うことにより決定され、全表面積は、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物における内部の細孔表面と外表面積との総和を示し、外表面積は、全表面積からミクロ孔の表面積を除外した表面積を示す。また、ここでいう細孔とは、外表面と遮断されて球晶黒鉛化物の内部に存在する空洞、外表面と繋がる経路を1つ有する空洞(すなわち凹部)、および、ある領域の外表面から他の領域の外表面に繋がった貫通孔(外表面と繋がる経路を2つ以上有する空洞)を全て含む概念である。また、凹み数は、厚さ12μmの銅箔よりなる集電体に、メソフェーズ黒鉛小球体90質量部とポリフッ化ビニリデン10質量部とからなる活物質層をその体積密度が1.80g/cm 3 となるように圧縮成型した場合であって、全表面積に対する外表面積の割合が4%であるときの活物質層の表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して集電体上に生成された凹み数を100とした場合の相対値である。 The electrode of the present disclosure has an active material layer provided on a current collector. This active material layer contains, as an active material, spherulitic graphitized mesophase spherules provided with pores. The mesophase spherulite spherulite graphitized material has a ratio of the outer surface area to the total surface area of 10% to 50%. The number of dents generated on the current collector due to the spherulitic graphitized mesophase spherules in a 5 mm × 5 mm square region on the surface of the electrode is 85 or less. However, the total surface area and the external surface area are determined by performing an αs plot analysis together with the nitrogen adsorption measurement, and the total surface area indicates the sum of the internal pore surface and the external surface area in the spherulitic graphitized mesophase spherules, The external surface area indicates a surface area obtained by excluding the surface area of the micropore from the total surface area. Further, the term “pore” as used herein refers to a cavity that is blocked from the outer surface and exists inside the spherulitic graphitized material, a cavity having one path connected to the outer surface (that is, a recess), and an outer surface of a certain region. It is a concept including all through holes (cavities having two or more paths connected to the outer surface) connected to the outer surface of other regions. The number of dents is an active material layer composed of 90 parts by mass of mesophase graphite spherules and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride on a current collector made of copper foil having a thickness of 12 μm, and its volume density is 1.80 g / cm 3. In the area of 5 mm × 5 mm square on the surface of the active material layer when the ratio of the outer surface area to the total surface area is 4%. This is a relative value when the number of dents generated on the current collector is 100.

本開示の電池は、正極および上記本開示の負極と共に、電解質を備えるようにしたものである。   The battery according to the present disclosure includes an electrolyte together with the positive electrode and the negative electrode according to the present disclosure.

本開示の電極および電池では、その電極の表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ黒鉛小球体に起因して集電体上に生成された凹み数が85個以下である。このため、プレス成型された場合に、細孔が潰れることで負極集電体を損傷させない程度の硬度を発現すると共に電解液が十分に浸透可能な空間が確保されたものとなる。また、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、天然黒鉛、鱗片状黒鉛またはそれらを粉砕・造粒した黒鉛などよりも比表面積が小さいので、剥離強度の向上や充放電効率の向上を図るうえで有利である。   In the electrode and battery of the present disclosure, the number of dents generated on the current collector due to the mesophase graphite spherules in a 5 mm × 5 mm square region on the surface of the electrode is 85 or less. For this reason, when it is press-molded, the pores are crushed so as to exhibit a hardness that does not damage the negative electrode current collector, and a space in which the electrolytic solution can sufficiently permeate is secured. In addition, spherulitic graphitized mesophase spherulites have a smaller specific surface area than natural graphite, scaly graphite, or graphite obtained by pulverizing and granulating them, so that it is possible to improve peel strength and charge / discharge efficiency. It is advantageous.

本開示の電極の製造方法は、集電体に、細孔が設けられたメソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物を含む活物質層を形成することと、その活物質層をプレス成型することとを含むようにしたものである。ここで、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物として全表面積に対する外表面積の割合が10%以上50%以下のものを用い、プレス成型により、活物質層の体積密度を1.50g/cm3以上1.80g/cm3以下とすると共に自らの表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して前記集電体上に生成された凹み数を85個以下とする。但し、全表面積および外表面積は、窒素吸着測定と共にαsプロット解析を行うことにより決定され、全表面積は、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物における内部の細孔表面と外表面積との総和を示し、外表面積は、全表面積からミクロ孔の表面積を除外した表面積を示す。また、凹み数は、厚さ12μmの銅箔よりなる集電体に、メソフェーズ黒鉛小球体90質量部とポリフッ化ビニリデン10質量部とからなる活物質層をその体積密度が1.80g/cm 3 となるように圧縮成型した場合であって、全表面積に対する外表面積の割合が4%であるときの活物質層の表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して集電体上に生成された凹み数を100とした場合の相対値である。
An electrode manufacturing method according to the present disclosure includes: forming an active material layer containing spherulitic graphitized mesophase spherules provided with pores on a current collector; and pressing the active material layer. It is what was included. Here, as the spherulite graphitized material of mesophase spherules, the ratio of the outer surface area to the total surface area is 10% or more and 50% or less, and the volume density of the active material layer is 1.50 g / cm 3 or more by press molding. .80 g / cm 3 or less, and the number of dents generated on the current collector due to the spherulitic graphitized mesophase spherules in a 5 mm × 5 mm square region on its surface is 85 or less. To do. However, the total surface area and the external surface area are determined by performing an αs plot analysis together with the nitrogen adsorption measurement, and the total surface area indicates the sum of the internal pore surface and the external surface area in the spherulitic graphitized mesophase spherules, The external surface area indicates a surface area obtained by excluding the surface area of the micropore from the total surface area. The number of dents is an active material layer composed of 90 parts by mass of mesophase graphite spherules and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride on a current collector made of copper foil having a thickness of 12 μm, and its volume density is 1.80 g / cm 3. In the area of 5 mm × 5 mm square on the surface of the active material layer when the ratio of the outer surface area to the total surface area is 4%. This is a relative value when the number of dents generated on the current collector is 100.

本開示の電極によれば、硬度の増大を抑制しつつ、高いプレス圧で圧縮成型した場合であっても電解液が十分に浸透可能な程度の空間を活物質層中に確保することができる。   According to the electrode of the present disclosure, it is possible to ensure a space in the active material layer that allows the electrolyte to sufficiently penetrate even when compression molding is performed at a high press pressure while suppressing an increase in hardness. .

本開示の電池によれば、上記本開示の電極を備えるようにしたので、比較的容易に活物質層の体積密度を向上させることができ、放電容量を向上させることができる。その一方で、活物質層が適度な空隙を確保できるので、この電極が電解質と共に用いられることで、その電解質が十分に活物質層に浸透し、優れた充放電特性を発揮することとなる。   According to the battery of the present disclosure, since the electrode of the present disclosure is provided, the volume density of the active material layer can be improved relatively easily, and the discharge capacity can be improved. On the other hand, since the active material layer can secure an appropriate gap, when this electrode is used together with the electrolyte, the electrolyte sufficiently permeates the active material layer and exhibits excellent charge / discharge characteristics.

本開示の電極の製造方法によれば、集電体に損傷を与えることなく、高い体積密度と高い放電容量とを有する活物質層を容易に形成することができる。   According to the electrode manufacturing method of the present disclosure, an active material layer having a high volume density and a high discharge capacity can be easily formed without damaging the current collector.

本開示の実施の形態に係る第1の電池の構成を表す断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a first battery according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 図1に示した第1の電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the 1st battery shown in FIG. 本開示の実施の形態に係る第2の電池の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the 2nd battery which concerns on embodiment of this indication. 図3に示した巻回電極体のIV−IV線に沿った矢視方向の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the arrow direction along the IV-IV line of the wound electrode body shown in FIG. 図4に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body shown in FIG. 本開示の実施の形態に係る第3の電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 3rd battery which concerns on embodiment of this indication. 本開示の実施例で使用したテストセルの構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the test cell used in the Example of this indication.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の電池)
図1は本開示の実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この電池は、例えば、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づく容量により表されるリチウムイオン二次電池である。
(First battery)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure. This battery is, for example, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity based on insertion and extraction of lithium as an electrode reactant.

この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。   This secondary battery is a so-called cylindrical type, and a wound electrode body 20 in which a belt-like positive electrode 21 and a negative electrode 22 are wound through a separator 23 inside a substantially hollow cylindrical battery can 11. have. The battery can 11 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient; PTC element) 16 are interposed via a gasket 17. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the heat sensitive resistance element 16, and the disk plate 15A is reversed when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 14 and the wound electrode body 20 is cut off. When the temperature rises, the heat sensitive resistance element 16 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

巻回電極体20の中心には例えばセンターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。   For example, a center pin 24 is inserted in the center of the wound electrode body 20. A positive electrode lead 25 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bを設けるようにしてもよい。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されており、その形状としては、例えば、箔状,網状あるいはラス状が挙げられる。   FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A. Although not shown, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal material such as aluminum, nickel, or stainless steel, and examples of the shape thereof include a foil shape, a net shape, and a lath shape.

正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料の1種または2種以上を含んで構成されている。   The positive electrode active material layer 21B includes, for example, one or more positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as an electrode reactant as a positive electrode active material.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウム硫化物、リチウムを含む層間化合物あるいはリン酸化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。中でも、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が好ましく、特に遷移金属元素として、コバルト(Co),ニッケル,マンガン(Mn),鉄,アルミニウム,バナジウム(V),およびチタン(Ti)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。その化学式は、例えば、Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表される。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を含む。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, lithium-containing compounds such as lithium oxide, lithium sulfide, an intercalation compound containing lithium, or a phosphoric acid compound are suitable. You may mix and use. Among them, a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element is preferable, and cobalt (Co), nickel, manganese (Mn), iron, aluminum is particularly preferable as the transition metal element. , One containing at least one of vanadium (V) and titanium (Ti) is preferable. The chemical formula is represented by, for example, Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII contain one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz 2 (z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(Lix Ni(1-v-w) Cov Mnw 2 (v+w<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 4 )などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))が挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or a spinel structure Examples thereof include lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ). Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include, for example, a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Can be mentioned.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、また、他の金属化合物あるいは高分子材料も挙げられる。他の金属化合物としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物、または硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物が挙げられる。高分子材料としては、例えば、ポリアニリンあるいはポリチオフェンが挙げられる。   Examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium also include other metal compounds or polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide, or disulfides such as titanium sulfide and molybdenum sulfide. Examples of the polymer material include polyaniline and polythiophene.

正極活物質層21Bは、必要に応じて導電材あるいは結着材を含んでいてもよい。導電材としては、例えば、黒鉛,カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられ、1種または2種以上が混合して用いられる。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であれば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるようにしてもよい。結着材としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられ、1種または2種以上が混合して用いられる。   The positive electrode active material layer 21B may contain a conductive material or a binder as necessary. Examples of the conductive material include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black, and one kind or a mixture of two or more kinds is used. In addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as it is a conductive material. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene rubber, or polymer materials such as polyvinylidene fluoride, and one kind or a mixture of two or more kinds is used. It is done.

負極22は、例えば、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構成を有している。なお、図示はしないが、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bを設けるようにしてもよい。負極集電体22Aは、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する金属材料により構成されていることが望ましい。この金属材料としては、例えば、銅,ニッケルあるいはステンレス鋼などが挙げられ、特に電気伝導性に優れる銅がより好ましい。また、負極集電体22Aの形状としては、例えば、箔状,網状あるいはラス状が挙げられる。   The negative electrode 22 has, for example, a configuration in which a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A. Although not shown, the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 22A. The anode current collector 22A is preferably made of a metal material having good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength. Examples of the metal material include copper, nickel, and stainless steel, and copper having excellent electrical conductivity is more preferable. In addition, examples of the shape of the negative electrode current collector 22A include a foil shape, a net shape, and a lath shape.

負極活物質層22Bは、1.50g/cm3 以上2.26g/cm3 以下の体積密度であるとよい。負極活物質層22Bの厚さとこれを構成する材料の組成比が一定の場合、負極活物質層22Bの体積密度を高くすることにより、負極活物質の充填量を多くすることができ、容量を高くすることができるからである。また、負極活物質層22Bの内部における空隙が適度に減少することにより、後述するメソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物(以下、メソフェーズ黒鉛小球体という。)同士の接触性が向上し、電子伝導性を向上させ、負荷特性を向上させることもできる。但し、負極活物質層22Bの体積密度を高くしすぎると空隙が減少して電解液の浸透性が低下してしまうので、リチウムの拡散経路を確保し充放電特性の低下を抑制するためには2.26g/cm3 以下とすることが望ましい。 The negative electrode active material layer 22B may have a volume density of 1.50 g / cm 3 or more and 2.26 g / cm 3 or less. When the thickness of the negative electrode active material layer 22B and the composition ratio of the materials constituting the same are constant, by increasing the volume density of the negative electrode active material layer 22B, the filling amount of the negative electrode active material can be increased, and the capacity can be increased. This is because it can be increased. Further, by appropriately reducing the voids in the negative electrode active material layer 22B, the contact property between the spherulitic graphitized mesophase spherules (hereinafter referred to as mesophase graphite spherules) is improved, and the electron conductivity is increased. And the load characteristics can be improved. However, if the volume density of the negative electrode active material layer 22B is increased too much, voids are reduced and the electrolyte permeability is lowered. Therefore, in order to secure a lithium diffusion path and suppress a decrease in charge / discharge characteristics. It is desirable to be 2.26 g / cm 3 or less.

負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料を含んで構成されており、必要に応じて、例えば正極活物質層21Bと同様の導電材および結着材を含んでいてもよい。   The negative electrode active material layer 22B includes, for example, a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium as an electrode reactant as a negative electrode active material. For example, the negative electrode active material layer 21B is formed as necessary. The same conductive material and binder may be included.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、内部に細孔が設けられたメソフェーズ黒鉛小球体からなるものである。このメソフェーズ黒鉛小球体は、内部に細孔を有することで全表面積に対する外表面積の割合が例えば10%以上50%以下となっている。このようなメソフェーズ黒鉛小球体は、細孔を持たない従来のメソフェーズ黒鉛小球体と比べて小さな圧縮破壊強度を有する。すなわち、このメソフェーズ黒鉛小球体は、細孔を持たない従来のメソフェーズ黒鉛小球体と比べて小さなプレス圧で好ましい体積密度(1.50g/cm3 以上2.26g/cm3 以下)となるように圧縮成型可能なものである。特に、全表面積に対する外表面積の割合が15%以上27%以下であるメソフェーズ黒鉛小球体は、よりいっそう小さなプレス圧で上記の好ましい体積密度となるように圧縮成型することが可能である。したがって、負極活物質層22Bは、負極活物質として上記のメソフェーズ黒鉛小球体を含むことから、リチウムの拡散経路となる適度な空隙を有すると共に高い容量を有するものとなっている。 A negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is a mesophase graphite spherule having pores therein. The mesophase graphite spherules have pores inside, so that the ratio of the outer surface area to the total surface area is, for example, 10% or more and 50% or less. Such mesophase graphite spherules have a smaller compressive fracture strength than conventional mesophase graphite spherules having no pores. That is, the mesophase graphite spheres have a preferable volume density (1.50 g / cm 3 or more and 2.26 g / cm 3 or less) with a smaller pressing pressure than conventional mesophase graphite spheres having no pores. It can be compression molded. In particular, mesophase graphite spherules having a ratio of the outer surface area to the total surface area of 15% or more and 27% or less can be compression-molded so as to have the above-mentioned preferable volume density with an even smaller press pressure. Therefore, since the negative electrode active material layer 22B includes the mesophase graphite spherules as the negative electrode active material, the negative electrode active material layer 22B has an appropriate gap serving as a lithium diffusion path and a high capacity.

メソフェーズ黒鉛小球体の全表面積および外表面積は、窒素吸着測定と共にαsプロット解析を行うことにより決定される。窒素吸着測定は、一般的に知られているように、温度77Kで測定対象試料に窒素を吸着および脱着する過程において、測定対象試料の細孔のサイズおよび構造を反映した吸着等温線と脱着等温線とを得るものである。なお、IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)により、測定対象試料
の細孔の種類は、そのサイズ(径の大きさ)の違いによってミクロ孔(径が2nm以下の
もの)、メソ孔(径が2nm以上50nm以下のもの)およびマクロ孔(50nm以上のも
の)に分類されている。
The total surface area and outer surface area of the mesophase graphite spherules are determined by performing an αs plot analysis with nitrogen adsorption measurements. As is generally known, the nitrogen adsorption measurement is performed in the process of adsorbing and desorbing nitrogen on the sample to be measured at a temperature of 77 K. The adsorption isotherm and desorption isotherm reflecting the size and structure of the pores of the sample to be measured. To get a line. According to IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), the types of pores of the sample to be measured are micropores (diameters of 2 nm or less) and mesopores (diameters) depending on the size (diameter). Are classified into 2 nm or more and 50 nm or less) and macropores (50 nm or more).

窒素吸着測定により得られた吸着等温線を下記の参考文献1および参考文献2に示すようなαsプロット解析を用いて、測定対象試料であるメソフェーズ黒鉛小球体の全表面積および外表面積を精度良く決定することができる。   Using the αs plot analysis shown in Reference Document 1 and Reference Document 2 below, the adsorption isotherm obtained by nitrogen adsorption measurement is used to accurately determine the total surface area and outer surface area of the mesophase graphite microspheres that are the measurement target samples. can do.

(参考文献1)炭素材料学会編,“最新の炭素材料実験技術(物性・材料評価編)”,サイペック社,pp.1-7(2003)。 (Reference 1) Carbon Society of Japan, “Latest Carbon Materials Experiment Technology (Physical Properties / Material Evaluation)”, Cypec, pp. 1-7 (2003).

(参考文献2)P.J.M.Carrott,R.A.Roberts,K.S.W.Sing,“Adsorption of nitrogen by porous and non-porous carbons”,Carbon,25,(1987) 59-68。 (Reference 2) P.J.M.Carrott, R.A.Roberts, K.S.W.Sing, “Adsorption of nitrogen by porous and non-porous carbons”, Carbon, 25, (1987) 59-68.

このαsプロット解析により決定される全表面積は、メソフェーズ黒鉛小球体における内部の細孔表面と外表面積との総和を表す。αsプロット解析により決定される外表面積は、上記全表面積からミクロ孔の表面積を除外した表面積を示す。すなわち、メソフェーズ黒鉛小球体におけるメソ孔の表面積とマクロ孔の表面積と平坦面の表面積との総和を示す。但し、メソフェーズ黒鉛小球体の場合、平坦面の表面積は、メソ孔やマクロ孔の表面積と比べて極めて小さく、無視できる程度である。   The total surface area determined by this αs plot analysis represents the sum of the internal pore surface and the external surface area in the mesophase graphite spherules. The external surface area determined by the αs plot analysis indicates a surface area obtained by excluding the surface area of the micropores from the total surface area. That is, the sum of the surface area of the mesopores, the surface area of the macropores, and the surface area of the flat surface in the mesophase graphite microspheres is shown. However, in the case of mesophase graphite microspheres, the surface area of the flat surface is extremely small compared to the surface area of mesopores and macropores and is negligible.

上記の全表面積に対する外表面積の割合を決定することで、メソフェーズ黒鉛小球体における、全表面積に対するミクロ孔以外の細孔(メソ孔およびマクロ孔)の表面積の割合を表すことができる。   By determining the ratio of the outer surface area to the total surface area, the ratio of the surface area of pores (mesopores and macropores) other than micropores to the total surface area in the mesophase graphite spherules can be expressed.

また、メソフェーズ黒鉛小球体は、窒素吸着測定に基づきBET法によって決定される比表面積が0.1m2 /g以上5m2 /g以下であることが望ましく、0.3m2 /g以上2.0m2 /g以下であることが特に望ましい。比表面積が5.0m2 /g以下であれば、充放電時においてもメソフェーズ黒鉛小球体が、その表面に付着した結着材を介して負極集電体22Aに安定して保持され、放電容量などの電池特性が良好に発揮される。また、比表面積が0.1m2 /g以上であれば、リチウムのメソフェーズ黒鉛小球体への層間挿入反応性が低下することなく、良好な電池特性が得られる。 The mesophase graphite microspheres preferably have a specific surface area determined by the BET method based on nitrogen adsorption measurement of 0.1 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less, and 0.3 m 2 / g or more and 2.0 m or less. 2 / g or less is particularly desirable. If the specific surface area is 5.0 m 2 / g or less, the mesophase graphite spherules are stably held on the negative electrode current collector 22A via the binder adhering to the surface even during charge and discharge, and the discharge capacity The battery characteristics such as Moreover, if the specific surface area is 0.1 m 2 / g or more, good battery characteristics can be obtained without reducing the intercalation reactivity of lithium into the mesophase graphite spherules.

また、メソフェーズ黒鉛小球体は、上記した所定範囲の比表面積を確保するため、レーザ回折式粒度分布計による中位径(D50)が5μm以上50μm以下であることが望ましい。特に10μm以上35μm以下の中位径(D50)であると、上記した所定範囲の比表面積をより得やすくなるので好ましい。 In addition, the mesophase graphite microspheres desirably have a median diameter (D 50 ) of 5 μm or more and 50 μm or less by a laser diffraction particle size distribution meter in order to secure the specific surface area in the predetermined range. In particular, a median diameter (D 50 ) of 10 μm or more and 35 μm or less is preferable because the specific surface area in the predetermined range described above can be obtained more easily.

また、メソフェーズ黒鉛小球体は、X線広角回折法により算出されるC軸方向の格子面間隔d002 が0.3354nm以上0.3370nm以下(特に0.3354nm以上0.3360nm以下)であり、かつ、C軸方向の結晶子の大きさLcが80nm以上(特に100nm以上)のものであることが望ましい。この格子面間隔d002 およびC軸方向の結晶子の大きさLcは、例えば、メソフェーズ黒鉛小球体に対して約20質量%の高純度シリコン粉末を加えて混合したものを試料セルに詰め、所定のX線回折装置(例えば株式会社リガク社製RIN2000X線回折装置)を用いて、グラファイトモノクロメーターで単色化したCuKα線を線源とした反射式ディフラクトメーター法によって回折線を求め、その回折線から学振法に基づき決定される。 Also, mesophase graphite globules are lattice spacing d 002 in the C-axis direction calculated 0.3354nm than 0.3370nm or less by X-ray wide angle diffraction method (especially 0.3354nm or 0.3360nm or less), and The crystallite size Lc in the C-axis direction is desirably 80 nm or more (particularly 100 nm or more). The lattice spacing d 002 and the crystallite size Lc in the C-axis direction are determined by filling a sample cell with, for example, a mixture of high-purity silicon powder of about 20% by mass with respect to mesophase graphite small spheres. Using an X-ray diffractometer (for example, RIN2000 X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation), a diffraction line is obtained by a reflection diffractometer method using a CuKα ray monochromatized with a graphite monochromator as a radiation source. Based on the Gakushin Law.

さらにメソフェーズ黒鉛小球体は、アルゴンイオンレーザ光を用いたラマンスペクトルが以下の条件式(1)を満たすものである。但し、Aは1570cm-1 以上1620c
-1 以下の範囲に現れるピークの強度であり、Bは1350cm-1 以上1370cm-1
以下の範囲に現れるピークの強度である。
0.05≦B/A≦0.2 ……(1)
Further, in the mesophase graphite sphere, the Raman spectrum using argon ion laser light satisfies the following conditional expression (1). However, A is 1570cm -1 or more and 1620c.
Intensity of a peak appearing in a range of m −1 or less, and B is 1350 cm −1 or more and 1370 cm −1
It is the intensity of the peak that appears in the following range.
0.05 ≦ B / A ≦ 0.2 (1)

このラマンスペクトルは、メソフェーズ黒鉛小球体をガラス製のセル上に乗せ、波長λ=514.5nmのアルゴンイオンレーザ光を用いてラマン分光装置(例えばRENISHAW Ramanscope)によって測定される。   This Raman spectrum is measured by a Raman spectroscope (for example, RENISHA Ramanscope) using an argon ion laser beam having a wavelength λ = 514.5 nm, on which a mesophase graphite sphere is placed on a glass cell.

メソフェーズ黒鉛小球体が上記のような構成であれば、高い体積密度および良好な充放電特性をより実現し易くなるからである。   This is because if the mesophase graphite spherules are configured as described above, high volume density and good charge / discharge characteristics can be more easily realized.

セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、100℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ23を構成する材料として好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも、化学的安定性を備えた樹脂であればそれらをポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたり、またはブレンド化したりすることで用いることができる。   The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 23 is composed of, for example, a porous film made of a synthetic resin made of polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, or the like, or a porous film made of an inorganic material such as a ceramic nonwoven fabric. The porous film may be laminated. Among these, a porous film made of polyolefin is preferable because it is excellent in the effect of preventing short circuit and can improve the safety of the battery due to the shutdown effect. In particular, polyethylene is preferable as a material constituting the separator 23 because a shutdown effect can be obtained within a range of 100 ° C. or higher and 160 ° C. or lower and the electrochemical stability is excellent. Polypropylene is also preferable, and other resins having chemical stability can be used by copolymerizing or blending with polyethylene or polypropylene.

セパレータ23の厚みは、10μm以上50μm以下の範囲内であることが好ましい。10μm未満となるとショートが発生することがあり、50μmを超えるとイオン透過性の低下および電池の体積効率の低下が生じるためである。   The thickness of the separator 23 is preferably in the range of 10 μm to 50 μm. If the thickness is less than 10 μm, a short circuit may occur. If the thickness exceeds 50 μm, the ion permeability decreases and the volume efficiency of the battery decreases.

また、セパレータ23の開口率は、30%以上70%以下の範囲内であることが好ましい。開口率が30%未満となるとイオン透過性が低下し、70%を超えると強度が低下して絶縁機能が損なわれ、ショートが発生することがあるからである。   The opening ratio of the separator 23 is preferably in the range of 30% to 70%. This is because when the aperture ratio is less than 30%, the ion permeability is lowered, and when it exceeds 70%, the strength is lowered, the insulating function is impaired, and a short circuit may occur.

セパレータ23には、電解液が含浸されている。電解液は、例えば、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。   The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution. The electrolytic solution includes, for example, a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent.

溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、エチレンスルフィト、あるいはビストリフルオロメチルスルホニルイミドトリメチルヘキシルアンモニウムなどの常温溶融塩が挙げられる。中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ビニレン、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいはエチレンスルフィトは、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性を得ることができるので好ましい。溶媒には、いずれか1種を単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。   Examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, γ-butyrolactone, and γ-valerolactone. 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, Methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, lithium Room temperature molten salts such as triethyl acidate, ethylene sulfite, or bistrifluoromethylsulfonylimide trimethylhexylammonium. Among them, ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or ethylene sulfite has excellent charge / discharge capacity characteristics and charge / discharge cycle characteristics. This is preferable. Any one of the solvents may be used alone, or a plurality of the solvents may be mixed and used.

電解質塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(Li(C2 5 SO2 2 N)、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiSO3 CF3 )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3 SO2 2 N)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム(LiC(SO2 CF3 3 )、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6 5 4 )、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3 SO3 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(SO2 CF3 2 )、四塩化アルミン酸リチウム(LiAlCl4 )、六フッ化ケイ酸リチウム(LiSiF6 )、リチウムジフルオロオキサレートボレート(LiBF2 (Ox))、あるいはリチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)が挙げられる。なかでも、LiPF6は、高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上できるので好ましい。電解質塩として、上記のうちの1種を単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。この電解質塩は、上記の溶媒に0.1mol/dm3 以上3.0mol/dm3 以下、好ましくは0.5mol/dm3 以上1.5mol/dm3 以下の濃度で溶解される。 Examples of the electrolyte salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N), lithium perchlorate (LiClO 4 ), Lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiSO 3 CF 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyllithium (LiC (SO 2 CF 3 ) 3 ), lithium chloride (LiCl), lithium bromide (LiBr), lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3), lithium trifluoromethanesulfonate LiCF 3 SO 3), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (SO 2 CF 3) 2), four lithium chloride aluminate (LiAlCl 4), lithium hexafluoro silicate (LiSiF 6), lithium difluoro oxalate Examples thereof include borate (LiBF 2 (O x )) and lithium bisoxalate borate (LiBOB). Among these, LiPF6 is preferable because it can obtain high ion conductivity and can improve cycle characteristics. As the electrolyte salt, one of the above may be used alone, or a plurality of types may be mixed and used. The electrolyte salt, the above-mentioned 0.1 mol / dm 3 or more 3.0 mol / dm 3 or less in a solvent, preferably dissolved at a concentration 0.5 mol / dm 3 or more 1.5 mol / dm 3.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、正極活物質と、導電材と、結着材とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。また、正極活物質層21Bは、正極合剤を正極集電体21Aに張り付けることにより形成してもよい。   First, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture. A slurry is obtained. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A and the solvent is dried. Then, the positive electrode active material layer 21B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the positive electrode 21 is manufactured. Further, the positive electrode active material layer 21B may be formed by attaching a positive electrode mixture to the positive electrode current collector 21A.

また、上述した黒鉛粒子と、結着材とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより1.50g/cm3 以上2.26g/cm3 以下の体積密度となるように圧縮成型して負極活物質層22Bを形成し、負極22を作製する。 Further, the above-mentioned graphite particles and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. To do. Subsequently, after applying this negative electrode mixture slurry to the negative electrode current collector 22A and drying the solvent, the volume density is 1.50 g / cm 3 or more and 2.26 g / cm 3 or less by a roll press machine or the like. The negative electrode active material layer 22B is formed by compression molding to produce the negative electrode 22.

次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1に示した二次電池が完成する。   Next, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and stored in the battery can 11. After the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are accommodated in the battery can 11, the electrolytic solution is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through a gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is completed.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 21B and inserted into the negative electrode active material layer 22B through the electrolytic solution. In addition, when discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode active material layer 22B and inserted into the positive electrode active material layer 21B through the electrolytic solution.

本実施の形態では、負極活物質層22Bにおける負極活物質が、細孔を有するメソフェーズ黒鉛小球体を含み、その圧縮破壊強度を低減するようにしたので、圧縮成型により体積密度を高め、電池に収容される活物質の総量を増加させることで容量の向上を図ることができる。その際、より低いプレス圧であっても負極活物質層22Bの体積密度を高めることができるので、負極22の作製段階において、負極集電体22Aに過度な応力を付与することがなく、メソフェーズ黒鉛小球体を応力発生の起点とした凹み、亀裂、開口あるいは破断を発生させるおそれがない。ここで、メソフェーズ黒鉛小球体における全表面積に対する外表面積の割合が10%未満であると、破壊圧縮強度が十分に低減されず、負極集電体22Aにおける凹み、亀裂、開口あるいは破断を発生させるおそれが生じるが、本実施の形態では上記の割合が10%以上であるので、そのようなおそれはない。   In the present embodiment, the negative electrode active material in the negative electrode active material layer 22B includes mesophase graphite spherules having pores, and the compression fracture strength thereof is reduced. The capacity can be improved by increasing the total amount of the active material accommodated. At this time, since the volume density of the negative electrode active material layer 22B can be increased even at a lower press pressure, the mesophase is not imparted to the negative electrode current collector 22A in the production stage of the negative electrode 22 without excessive stress. There is no possibility of generating dents, cracks, openings or breaks with the graphite spheres as the starting point of stress generation. Here, when the ratio of the outer surface area to the total surface area in the mesophase graphite spheres is less than 10%, the fracture compressive strength is not sufficiently reduced, and the negative electrode current collector 22A may be caused to have a dent, crack, opening, or fracture. However, in the present embodiment, since the above ratio is 10% or more, there is no such fear.

また、本実施の形態では、圧縮成型によって体積密度を高めた場合においても負極活物質層22Bには適度な空隙が形成されるので、その内部においてリチウムの拡散経路を十分に確保することができ、優れた充放電特性を得ることができる。また、充放電特性は、第1および第2の黒鉛粒子の接触性向上により電子伝導性が向上することによっても改善される。ここで、メソフェーズ黒鉛小球体における全表面積に対する外表面積の割合が50%を超えると、メソ孔やマクロ孔に由来する表面積が極めて大きくなり、メソフェーズ黒鉛小球体自体の破壊および変形の開始点が過剰に存在することとなるため、その圧縮破壊強度が極端に低くなってしまう。その結果、プレス成型の際、負極活物質層22Bにかかるプレス圧力が不均一になりやすく、その表層近傍が潰れてしまいリチウムの拡散経路を十分に確保することが困難となる。しかしながら、本実施の形態では上記の割合が50%以下であるので、そのようなおそれはない。   Further, in the present embodiment, even when the volume density is increased by compression molding, an appropriate gap is formed in the negative electrode active material layer 22B, so that a sufficient lithium diffusion path can be secured inside the negative electrode active material layer 22B. Excellent charge / discharge characteristics can be obtained. The charge / discharge characteristics are also improved by improving the electronic conductivity by improving the contact property between the first and second graphite particles. Here, when the ratio of the outer surface area to the total surface area in the mesophase graphite spheres exceeds 50%, the surface area derived from the mesopores and macropores becomes extremely large, and the mesophase graphite spheres themselves have excessive points of destruction and deformation. Therefore, the compressive fracture strength becomes extremely low. As a result, the press pressure applied to the negative electrode active material layer 22B tends to be non-uniform during press molding, and the vicinity of the surface layer is crushed, making it difficult to ensure a sufficient lithium diffusion path. However, in the present embodiment, since the above ratio is 50% or less, there is no such fear.

(第2の電池)
図3は、第2の電池の分解斜視構成を表している。この電池は、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。このフィルム状の外装部材40を用いた電池構造は、いわゆるラミネートフィルム型と呼ばれている。
(Second battery)
FIG. 3 illustrates an exploded perspective configuration of the second battery. In this battery, a wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached is accommodated in a film-shaped exterior member 40. The battery structure using the film-shaped exterior member 40 is called a so-called laminate film type.

正極リード31および負極リード32は、例えば、それぞれ外装部材40の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード31は、例えば、アルミニウムなどの金属材料により構成されている。また、負極リード32は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。正極リード31および負極リード32を構成するそれぞれの金属材料は、薄板状または網目状とされている。   For example, the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are each led out in the same direction from the inside of the exterior member 40 toward the outside. The positive electrode lead 31 is made of, for example, a metal material such as aluminum. The negative electrode lead 32 is made of a metal material such as copper, nickel, or stainless steel, for example. Each metal material constituting the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 has a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムがこの順に貼り合わされた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。この外装部材40では、例えば、ポリエチレンフィルムが巻回電極体30と対向していると共に、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。この密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。   The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. In the exterior member 40, for example, a polyethylene film is opposed to the spirally wound electrode body 30, and each outer edge portion is in close contact with each other by fusion or an adhesive. An adhesive film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to prevent intrusion of outside air. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上記した3層構造のアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルムにより構成されていてもよいし、またはポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成されていてもよい。   The exterior member 40 may be constituted by a laminate film having another structure instead of the above-described three-layer aluminum laminate film, or may be constituted by a polymer film such as polypropylene or a metal film. May be.

図4は、図3に示した巻回電極体30のIV−IV線に沿った断面構成を表している。この電極巻回体30は、正極33および負極34がセパレータ35および電解質36を介して積層されたのちに巻回されたものであり、その最外周部は保護テープ37により保護されている。なお、図4では、電極巻回体30を簡素化して示しているが、実際には、電極巻回体30は扁平型(楕円型)の断面を有している。   FIG. 4 shows a cross-sectional configuration along line IV-IV of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The electrode winding body 30 is obtained by winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 after being laminated via a separator 35 and an electrolyte 36, and an outermost peripheral portion thereof is protected by a protective tape 37. In FIG. 4, the electrode winding body 30 is shown in a simplified manner, but actually, the electrode winding body 30 has a flat (elliptical) cross section.

図5は、図4に示した巻回電極体30の一部を拡大して表している。正極33は、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられたものである。負極34は、例えば、図1に示した負極と同様の構成を有しており、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられたものである。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34A、負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ上記した第1の電池における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23の構成と同様である。   FIG. 5 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The positive electrode 33 is obtained by providing a positive electrode active material layer 33B on both surfaces of a positive electrode current collector 33A. The negative electrode 34 has, for example, the same configuration as that of the negative electrode shown in FIG. 1, and is provided with a negative electrode active material layer 34B on both surfaces of a negative electrode current collector 34A. The configurations of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 are respectively the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B in the first battery described above. The configurations of the negative electrode current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23 are the same.

電解質36は、電解液と、それを保持する高分子化合物とを含んでおり、いわゆるゲル状になっている。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)を得ることができると共に電池の漏液を防止することができるので好ましい。   The electrolyte 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound that holds the electrolytic solution, and is in a so-called gel form. The gel electrolyte is preferable because it can obtain high ionic conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) and can prevent battery leakage.

高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物や、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物や、ポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体などが挙げられる。これらは、単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。特に、酸化還元安定性の点から、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物などを用いるのが好ましい。電解液中における高分子化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、一例としては5質量%以上50質量%以下の範囲であるのが好ましい。また、このような高分子化合物は、例えば数平均分子量が5.0×105〜7.0×105の範囲であるか、または重量平均分子量が2.1×105〜3.1×105の範囲であり、固有粘度が0.17(dm3 /g)〜0.21(dm3 /g)の範囲であることが望ましい。 Examples of the polymer compound include an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate or an acrylate polymer compound, polyvinylidene fluoride, or vinylidene fluoride. And a vinylidene fluoride polymer such as a copolymer of styrene and hexafluoropropylene. These may be used alone, or a plurality of types may be mixed and used. In particular, from the viewpoint of redox stability, it is preferable to use a fluorine-based polymer compound such as a vinylidene fluoride polymer. The amount of the polymer compound added in the electrolytic solution varies depending on the compatibility between the two, but as an example, it is preferably in the range of 5% by mass to 50% by mass. In addition, such a polymer compound has, for example, a number average molecular weight in the range of 5.0 × 10 5 to 7.0 × 10 5 or a weight average molecular weight of 2.1 × 10 5 to 3.1 ×. 10 5 by weight, it is desirable that the intrinsic viscosity is in the range of 0.17 (dm 3 /g)~0.21(dm 3 / g ).

電解液の構成は、上記した第1の電池における電解液の構成と同様である。ただし、この場合の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。したがって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。   The configuration of the electrolytic solution is the same as the configuration of the electrolytic solution in the first battery described above. However, the solvent in this case is not only a liquid solvent but also a broad concept including those having ion conductivity capable of dissociating the electrolyte salt. Accordingly, when a polymer compound having ion conductivity is used, the polymer compound is also included in the solvent.

なお、電解液を高分子化合物に保持させた電解質36に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ35に含浸される。   Instead of the electrolyte 36 in which the electrolytic solution is held by the polymer compound, the electrolytic solution may be used as it is. In this case, the separator 35 is impregnated with the electrolytic solution.

この二次電池は、例えば、以下の3種類の製造方法によって製造することができる。   This secondary battery can be manufactured by, for example, the following three types of manufacturing methods.

第1の製造方法では、まず、第1の電池の製造方法と同様の手順によって正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成することにより、正極33を作製する。また、第1の電池の製造方法と同様の手順によって負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成することにより、負極34を作製する。   In the first manufacturing method, first, the positive electrode 33 is formed by forming the positive electrode active material layers 33B on both surfaces of the positive electrode current collector 33A by the same procedure as in the first battery manufacturing method. Moreover, the negative electrode 34 is produced by forming the negative electrode active material layer 34B on both surfaces of the negative electrode current collector 34A by the same procedure as in the first battery manufacturing method.

続いて、電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製し、正極33および負極34に塗布したのちに溶剤を揮発させることにより、ゲル状の電解質36を形成する。続いて、正極集電体33Aおよび負極集電体34Aにそれぞれ正極リード31および負極リード32を取り付ける。続いて、電解質36が設けられた正極33および負極34をセパレータ35を介して積層させたのちに長手方向に巻回し、その最外周部に保護テープ37を接着させることにより、巻回電極体30を形成する。続いて、例えば、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込んだのち、その外装部材40の外縁部同士を熱融着などで接着させることにより巻回電極体30を封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間に、密着フィルム41を挿入する。これにより、図3〜図5に示した二次電池が完成する。   Subsequently, a gel solution 36 is formed by preparing a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a solvent, applying the precursor solution to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, and volatilizing the solvent. Subsequently, the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode current collector 33A and the negative electrode current collector 34A, respectively. Subsequently, after the positive electrode 33 and the negative electrode 34 provided with the electrolyte 36 are laminated via the separator 35, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are wound in the longitudinal direction, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion thereof. Form. Subsequently, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between two film-shaped exterior members 40, and then the outer edge portions of the exterior member 40 are bonded to each other by thermal fusion or the like. Enclose. At that time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 3 to 5 is completed.

第2の製造方法では、まず、正極33および負極34にそれぞれ正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33および負極34をセパレータ35を介して積層して巻回させると共に最外周部に保護テープ37を接着させることにより、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。続いて、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させることにより袋状の外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製し、袋状の外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル状の電解質36を形成する。これにより、二次電池が完成する。   In the second manufacturing method, first, the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, respectively, and then the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked and wound via the separator 35, and at the outermost peripheral portion. By adhering the protective tape 37, a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30 is formed. Subsequently, after sandwiching the wound body between the two film-shaped exterior members 40, the remaining outer peripheral edge portion excluding the outer peripheral edge portion on one side is bonded by thermal fusion or the like, thereby forming a bag-like exterior. It is housed inside the member 40. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared, and a bag-shaped exterior member After injecting into the inside of 40, the opening part of the exterior member 40 is sealed by heat sealing or the like. Finally, the gel electrolyte 36 is formed by thermally polymerizing the monomer to obtain a polymer compound. Thereby, the secondary battery is completed.

第3の製造方法では、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ35を用いることを除き、上記した第1の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材40の内部に収納する。このセパレータ35に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種あるいは2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材40の内部に注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材40に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ35を正極33および負極34に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質36が形成されるため、二次電池が完成する。この第3の製造方法では、第1の製造方法と比較して、膨れ特性が改善される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法と比較して、高分子化合物の原料であるモノマーや溶媒などが電解質36中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御されるため、正極33、負極34およびセパレータ35と電解質36との間において十分な密着性が得られる。   In the third manufacturing method, the wound body is formed to form the inside of the bag-shaped exterior member 40 in the same manner as in the first manufacturing method described above, except that the separator 35 coated with the polymer compound on both sides is used. Store in. Examples of the polymer compound applied to the separator 35 include a polymer containing vinylidene fluoride as a component, that is, a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer. Specifically, polyvinylidene fluoride, binary copolymers containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, and ternary copolymers containing vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. Such as coalescence. In addition, the high molecular compound may contain the other 1 type, or 2 or more types of high molecular compound with the polymer which uses the above-mentioned vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the exterior member 40, the opening of the exterior member 40 is sealed by heat fusion or the like. Finally, the exterior member 40 is heated while applying a load, and the separator 35 is brought into close contact with the positive electrode 33 and the negative electrode 34 through the polymer compound. As a result, the electrolytic solution is impregnated into the polymer compound, and the polymer compound is gelled to form the electrolyte 36. Thus, the secondary battery is completed. In the third manufacturing method, the swollenness characteristics are improved as compared with the first manufacturing method. Further, in the third manufacturing method, compared with the second manufacturing method, there are hardly any monomers or solvents that are raw materials for the polymer compound remaining in the electrolyte 36, and the formation process of the polymer compound is well controlled. Therefore, sufficient adhesion is obtained between the positive electrode 33, the negative electrode 34, the separator 35, and the electrolyte 36.

この二次電池では、上記した第1の電池と同様に、正極33と負極34との間でリチウムイオンが吸蔵および放出される。すなわち、充電を行うと、例えば、正極33からリチウムイオンが放出され、電解質36を介して負極34に吸蔵される。一方、放電を行うと、負極34からリチウムイオンが放出され、電解質36を介して正極33に吸蔵される。   In this secondary battery, lithium ions are occluded and released between the positive electrode 33 and the negative electrode 34 as in the first battery. That is, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 33 and inserted in the negative electrode 34 through the electrolyte 36. On the other hand, when discharging is performed, lithium ions are released from the negative electrode 34 and inserted into the positive electrode 33 through the electrolyte 36.

この二次電池およびその製造方法による作用および効果は、上記した第1の電池と同様である。   The operations and effects of the secondary battery and the manufacturing method thereof are the same as those of the first battery described above.

(第3の電池)
図6は、第3の電池の分解斜視構成を表している。この電池は、正極51を外装缶54に貼り付けると共に負極52を外装カップ55に収容し、それらを電解液が含浸されたセパレータ53を介して積層したのちにガスケット56を介してかしめたものである。この外装缶54および外装カップ55を用いた電池構造は、いわゆるコイン型と呼ばれている。
(Third battery)
FIG. 6 illustrates an exploded perspective configuration of the third battery. In this battery, a positive electrode 51 is attached to an outer can 54, and a negative electrode 52 is accommodated in an outer cup 55, which are stacked via a separator 53 impregnated with an electrolyte and then caulked via a gasket 56. is there. The battery structure using the outer can 54 and the outer cup 55 is called a so-called coin type.

正極51は、正極集電体51Aの一面に正極活物質層51Bが設けられたものである。負極52は、正極集電体52Aの一面に負極活物質層52Bおよび被膜52Cが設けられたものである。正極集電体51A、正極活物質層51B、負極集電体52A、負極活物質層52Bおよびセパレータ53の構成は、それぞれ上記した第1の電池における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23の構成と同様である。   The positive electrode 51 is obtained by providing a positive electrode active material layer 51B on one surface of a positive electrode current collector 51A. The negative electrode 52 is obtained by providing a negative electrode active material layer 52B and a coating 52C on one surface of a positive electrode current collector 52A. The configurations of the positive electrode current collector 51A, the positive electrode active material layer 51B, the negative electrode current collector 52A, the negative electrode active material layer 52B, and the separator 53 are respectively the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B in the first battery described above. The configurations of the negative electrode current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23 are the same.

この二次電池では、上記した第1の電池の同様に、正極51と負極52との間でリチウムイオンが吸蔵および放出される。すなわち、充電を行うと、例えば、正極51からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極52に吸蔵される。一方、放電を行うと、負極52からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極51に吸蔵される。   In this secondary battery, lithium ions are occluded and released between the positive electrode 51 and the negative electrode 52 as in the first battery described above. That is, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 51 and inserted in the negative electrode 52 through the electrolytic solution. On the other hand, when discharging is performed, lithium ions are released from the negative electrode 52 and inserted into the positive electrode 51 through the electrolytic solution.

このコイン型の二次電池およびその製造方法による作用および効果は、上記した第1の電池と同様である。   The operations and effects of the coin-type secondary battery and the manufacturing method thereof are the same as those of the first battery described above.

本開示の具体的な実施例について詳細に説明する。   Specific examples of the present disclosure will be described in detail.

(実施例1)
はじめに、窒素吸着測定による吸着等温線のαsプロット解析によって求められる全表面積に対する外表面積の割合が16%であり、レーザ回折式粒度分布計による中位径(D50 )が30μmであり、窒素吸着測定に基づきBET法によって決定される比表面積
が1.6m2 /gであるメソフェーズ黒鉛小球体を用意した。なお、窒素吸着測定については全自動ガス吸着装置(Beckman Coulter社製のOMNISORP 100CX)により行い、77K
におけるメソフェーズ黒鉛小球体の吸着等温線を得た。
Example 1
First, the ratio of the outer surface area to the total surface area determined by αs plot analysis of the adsorption isotherm by nitrogen adsorption measurement is 16%, the median diameter (D 50 ) by a laser diffraction particle size distribution analyzer is 30 μm, and nitrogen adsorption Mesophase graphite small spheres having a specific surface area determined by the BET method based on the measurement of 1.6 m 2 / g were prepared. The nitrogen adsorption measurement was performed with a fully automatic gas adsorption device (OMNISORP 100CX manufactured by Beckman Coulter), and 77K
The adsorption isotherm of mesophase graphite spherules was obtained.

次に、活物質として上記のメソフェーズ黒鉛小球体を含む電極を作製した。具体的には、まず、上記のメソフェーズ黒鉛小球体を90質量部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合し、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて合剤スラリーとした。次いで、この合剤スラリーを厚さ12μmの銅箔よりなる集電体に均一に塗布して乾燥させ、体積密度が1.80g/cm3 となるように圧縮成型して活物質層を形成した。こののち、集電体に活物質層を設けたものを直径16mmのペレットとなるように打ち抜くことで電極を得た。なお、集電体の面積に対する活物質層の面積密度は、12mg/cm2 とした。 Next, an electrode containing the above mesophase graphite spheres as an active material was produced. Specifically, first, 90 parts by mass of the above mesophase graphite spherules and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. It was made into the mixture slurry. Next, the mixture slurry was uniformly applied to a current collector made of a copper foil having a thickness of 12 μm and dried, and compression molded so that the volume density was 1.80 g / cm 3 to form an active material layer. . After that, an electrode was obtained by punching a current collector provided with an active material layer into a pellet having a diameter of 16 mm. The area density of the active material layer relative to the area of the current collector was 12 mg / cm 2 .

次に、この電極を使用して、図7に示した構造を有するコイン型のテストセル(直径20mm、厚さ1.6mm)を作製した。このテストセルは、上記の電極を直径16mmのペレットとなるように打ち抜いたものを試験極61として用い、これを外装缶62に収容すると共に、対極63を外装カップ64に貼り付け、それらを電解液が含浸されたセパレータ65を挟むように積層したのちガスケット66を介してかしめたものである。すなわち試験極61は、銅箔よりなる集電体61Aに、上記のメソフェーズ黒鉛小球体を活物質として含む活物質層61Bが設けられたものであり、活物質層61Bがセパレータ65を挟んで対極63と対向するように配置されている。ここでは対極63としてリチウム金属を用い、セパレータ65としてポリエチレン製の多孔質膜を用い、電解液として、炭酸エチレン(EC)と炭酸ジエチル(DEC)とを1:1の体積比で混合した混合溶媒と、電解質塩としてのLiPF6 とを含むものを用いた。電解液中における六フッ化リン酸リチウムの濃度は1mol/dm3 とした。 Next, a coin-type test cell (diameter 20 mm, thickness 1.6 mm) having the structure shown in FIG. 7 was produced using this electrode. This test cell uses the above-mentioned electrode punched out into a pellet having a diameter of 16 mm as a test electrode 61, accommodates it in an outer can 62, attaches a counter electrode 63 to an outer cup 64, and electrolyzes them. The separator 65 impregnated with the liquid is laminated so as to sandwich it, and then caulked through a gasket 66. That is, the test electrode 61 is obtained by providing a current collector 61A made of copper foil with an active material layer 61B containing the mesophase graphite spheres as an active material, and the active material layer 61B sandwiches the separator 65 therebetween. 63 is arranged so as to face 63. Here, lithium metal is used as the counter electrode 63, a polyethylene porous film is used as the separator 65, and a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1: 1 as an electrolytic solution. And LiPF 6 as an electrolyte salt were used. The concentration of lithium hexafluorophosphate in the electrolyte was 1 mol / dm 3 .

(実施例2〜5)
メソフェーズ黒鉛小球体における全表面積に対する外表面積の割合、中位径D50、および比表面積を後出の表1に示したようにそれぞれ変化させたことを除き、他は実施例1と同様にしてテストセル(図7)を作製した。
(Examples 2 to 5)
Except that the ratio of the outer surface area to the total surface area in the mesophase graphite spherules, the median diameter D 50 , and the specific surface area were each changed as shown in Table 1 below, the others were the same as in Example 1. A test cell (FIG. 7) was produced.

さらに、実施例1〜5に対する比較例1〜5として、メソフェーズ黒鉛小球体における全表面積に対する外表面積の割合、中位径D50、および比表面積を後出の表1に示したようにそれぞれ変化させたことを除き、他は実施例1と同様にしてテストセル(図7)を作製した。 Furthermore, as Comparative Examples 1 to 5 with respect to Examples 1 to 5, the ratio of the outer surface area to the total surface area in the mesophase graphite spherules, the median diameter D 50 , and the specific surface area were changed as shown in Table 1 below. A test cell (FIG. 7) was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.

上記のように作製した実施例1〜5および比較例1〜5の各テストセルについて、相対プレス圧力、放電容量、放電容量維持率および電極の集電体へのダメージの評価をおこなった。その結果を表1にまとめて示す。   About each test cell of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-5 produced as mentioned above, relative press pressure, discharge capacity, discharge capacity maintenance factor, and the damage to the collector of an electrode were evaluated. The results are summarized in Table 1.

相対プレス圧力は、各実施例および比較例の電極について、体積密度が1.80g/cm3 となるように活物質層を圧縮成型した場合に要したプレス圧力を測定し、比較例1でのプレス圧力を基準として規格化したものである。 The relative press pressure was measured for the electrode of each Example and Comparative Example by measuring the press pressure required when the active material layer was compression molded so that the volume density was 1.80 g / cm 3 . Standardized based on press pressure.

放電容量については以下の要領で求めた。まず、各テストセルについて、0.1Cの定電流で平衡電位がリチウムに対し5mVに達するまで定電流充電したのち、さらに、定電流充電を開始してからの総時間が20時間に達するまで5mVの定電圧で定電圧充電を行った。そののち、平衡電位がリチウムに対し1.5Vに達するまで0.1Cの定電流で放電させ、その時の放電容量(mAh/g)を測定した。なお、0.1Cとは、理論容量を10時間で放出しきる電流値である。このようにして算出された放電容量は、平衡電位を基準としているので、試験極61の活物質層を構成する材料固有の特性を反映したものとなっている。さらに、充放電サイクルの進行に伴う放電容量維持率を以下の要領で求めた。上記した充電条件および放電条件にしたがって各テストセルの充放電を繰り返して行い、1サイクル目の放電容量と、50サイクル目の放電容量とをそれぞれ測定し、放電容量維持率(%)=(50サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100を算出した。   The discharge capacity was determined as follows. First, for each test cell, constant current charging was performed until the equilibrium potential reached 5 mV with respect to lithium at a constant current of 0.1 C, and then 5 mV until the total time after starting constant current charging reached 20 hours. A constant voltage charge was performed at a constant voltage. After that, the battery was discharged at a constant current of 0.1 C until the equilibrium potential reached 1.5 V with respect to lithium, and the discharge capacity (mAh / g) at that time was measured. Note that 0.1 C is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 10 hours. Since the discharge capacity calculated in this way is based on the equilibrium potential, it reflects characteristics specific to the material constituting the active material layer of the test electrode 61. Furthermore, the discharge capacity maintenance rate accompanying the progress of the charge / discharge cycle was determined in the following manner. Each test cell is repeatedly charged and discharged according to the above-described charging conditions and discharging conditions, and the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 50th cycle are measured, and the discharge capacity retention rate (%) = (50 The discharge capacity at the cycle / the discharge capacity at the first cycle) × 100 was calculated.

電極の集電体へのダメージの評価は、一旦、活物質層が形成された電極を有機溶剤に浸漬および洗浄することで活物質層を集電体から剥離させ、乾燥させたのち、集電体を光学顕微鏡で100倍にして目視で観察することにより実施した。目視観察は、電極表面上の5mm×5mm四方の領域を任意に3箇所選び、プレス成型の際の圧迫により集電体上に生成されたメソフェーズ黒鉛小球体に起因する凹み数を集計した。この凹みとは、球形状であるメソフェーズ黒鉛小球体によって集電体の表面が圧迫されることにより集電体表面に生成した円形あるいは楕円形の凹みのうち、最も小さい部分の寸法が3〜70μmの範囲にあるものを集計した。また、凹みが同一箇所に2つ以上重なって観察された場合は、目視で分離を行い、凹みの重なり数を決定し集計を行った。表1には、比較例1での凹みの数を基準値100として、他の実施例および比較例の凹みの数を規格化して表示した。   Evaluation of damage to the current collector of the electrode is performed by immersing and washing the electrode on which the active material layer is formed in an organic solvent to separate the active material layer from the current collector, and then drying the current collector. The body was observed 100 times with an optical microscope and visually observed. For visual observation, 5 mm × 5 mm square areas on the electrode surface were arbitrarily selected at three locations, and the number of dents caused by mesophase graphite spheres generated on the current collector by pressing during press molding was counted. This dent is a circular or elliptical dent generated on the surface of the current collector by pressing the surface of the current collector with a spherical mesophase graphite sphere, and the dimension of the smallest part is 3 to 70 μm. Those within the range of In addition, when two or more dents were observed at the same location, they were separated by visual observation, and the number of dents overlapping was determined and tabulated. In Table 1, the number of dents in Comparative Example 1 is set as a reference value 100, and the number of dents in other Examples and Comparative Examples is normalized and displayed.

Figure 0005892200
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表1に示したように、実施例1〜5では、全表面積に対する外表面積の割合が10%以上50%以下、比表面積が0.1m2 /g以上5m2 /g以下、かつ中位径(D50)が5μm以上50μm以下であるメソフェーズ黒鉛小球体を活物質として用いたので、全表面積に対する外表面積の割合が10%未満のメソフェーズ黒鉛小球体を活物質として用いた比較例1〜3の相対プレス圧力(0.91〜1)よりも低い値(0.49〜0.86)となり、プレス特性が改善されていることがわかった。このため、実施例1〜5では、集電体の凹みの数が比較例1〜3よりも大幅に低減された。また、実施例1〜5では、放電容量が349mAh/g以上356mAh/g以下、かつ、放電容量維持率が92.4%以上92.9%以下となり、比較例1〜3とほぼ同等の放電容量および放電容量維持率を維持していることがわかった。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 5, the ratio of the outer surface area to the total surface area was 10% to 50%, the specific surface area was 0.1 m 2 / g to 5 m 2 / g, and the median diameter Since mesophase graphite spherules having (D 50 ) of 5 μm or more and 50 μm or less were used as active materials, Comparative Examples 1 to 3 using mesophase graphite spherules having an outer surface area ratio of less than 10% as an active material. The relative press pressure (0.91 to 1) was lower (0.49 to 0.86), indicating that the press characteristics were improved. For this reason, in Examples 1-5, the number of dents of the current collector was significantly reduced as compared with Comparative Examples 1-3. Further, in Examples 1 to 5, the discharge capacity was 349 mAh / g or more and 356 mAh / g or less, and the discharge capacity maintenance rate was 92.4% or more and 92.9% or less. It was found that the capacity and discharge capacity maintenance rate were maintained.

さらに、実施例1〜5は、全表面積に対する外表面積の割合が50%を超えるメソフェーズ黒鉛小球体を活物質として用いた比較例4,5と比べると相対プレス圧力が高い値となったが、放電容量および放電容量維持率を大幅に増加することができた。   Furthermore, in Examples 1 to 5, the ratio of the outer surface area to the total surface area was higher than that of Comparative Examples 4 and 5 using mesophase graphite microspheres with an active material exceeding 50%, but the relative press pressure was higher. The discharge capacity and discharge capacity maintenance rate could be greatly increased.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本技術は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極活物質などは、その電極反応物質に応じて選択される。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present technology is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above embodiments and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkalis such as magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum. At that time, the positive electrode active material capable of inserting and extracting the electrode reactant is selected according to the electrode reactant.

また、上記実施の形態および実施例では、円筒型および扁平型(楕円型)の巻回構造を有する電池素子を備えた電池やコイン型の電池について具体的に挙げて説明したが、本技術は、多角形型の巻回構造を有する電池素子を備えた電池、または、正極および負極を折り畳んだ構造、あるいは複数積層した構造など他の構造を有する電池素子を備えた電池についても同様に適用することができる。加えて、本技術は、角型などの他の外装形状を有する電池についても同様に適用することができる。   In the above-described embodiments and examples, the battery and the coin-type battery including the battery element having the cylindrical and flat (elliptical) winding structure have been specifically described. The same applies to a battery including a battery element having a polygonal winding structure, or a battery element having a battery element having another structure such as a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded, or a structure in which a plurality of layers are stacked. be able to. In addition, the present technology can be similarly applied to batteries having other exterior shapes such as a square shape.

また、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液を用いる場合および電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を混合して用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を溶解または分散させた有機固体電解質、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物を含む無機固体電解質が挙げられる。   In the above embodiments and examples, the case where an electrolytic solution is used as the electrolyte and the case where a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound are used have been described. However, other electrolytes may be mixed and used. May be. Examples of other electrolytes include ion conductive inorganic compounds such as organic solid electrolytes, ion conductive ceramics, ion conductive glasses, or ionic crystals in which electrolyte salts are dissolved or dispersed in polymer compounds having ion conductivity. Inorganic solid electrolytes are included.

22A,34A,52A…負極集電体、22B,34B,52B…負極活物質層、11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17,56…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33,51…正極、21A,33A,51A…正極集電体、21B,33B,51B…正極活物質層、22,34,52…負極、23,35,53…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、54…外装缶、55…外装カップ。
22A, 34A, 52A ... negative electrode current collector, 22B, 34B, 52B ... negative electrode active material layer, 11 ... battery can, 12, 13 ... insulating plate, 14 ... battery lid, 15 ... safety valve mechanism, 15A ... disk plate, 16 ... Heat-sensitive resistance element, 17, 56 ... Gasket, 20, 30 ... Wound electrode body, 21,33,51 ... Positive electrode, 21A, 33A, 51A ... Positive electrode current collector, 21B, 33B, 51B ... Positive electrode active material layer 22, 34, 52 ... negative electrode, 23, 35, 53 ... separator, 24 ... center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte, 37 ... protective tape, 40 ... exterior member, 41 ... adhesion film, 54 ... exterior can, 55 ... exterior cup.

Claims (15)

集電体に設けられた活物質層を有し、
前記活物質層は、細孔が設けられたメソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物を活物質として含み、
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、全表面積に対する外表面積の割合が10%以上50%以下のものであり、
自らの表面上の5mm×5mm四方の領域における、前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して前記集電体上に生成された凹み数が85個以下である
電極。
(但し、全表面積および外表面積は、窒素吸着測定と共にαsプロット解析を行うことにより決定され、全表面積は、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物における内部の細孔表面と外表面積との総和を示し、外表面積は、全表面積からミクロ孔の表面積を除外した表面積を示す。また、凹み数は、厚さ12μmの銅箔よりなる集電体に、メソフェーズ黒鉛小球体90質量部とポリフッ化ビニリデン10質量部とからなる活物質層をその体積密度が1.80g/cm 3 となるように圧縮成型した場合であって、全表面積に対する外表面積の割合が4%であるときの活物質層の表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して集電体上に生成された凹み数を100とした場合の相対値である。)
Having an active material layer provided on the current collector,
The active material layer includes, as an active material, spherulitic graphitized mesophase spherules provided with pores,
The mesophase spherulitic spherulite graphitized material has a ratio of an outer surface area to a total surface area of 10% to 50%,
The number of dents generated on the current collector due to the spherulitic graphitized mesophase spherules in a 5 mm × 5 mm square region on its surface is 85 or less.
(However, the total surface area and the external surface area are determined by performing an αs plot analysis together with the nitrogen adsorption measurement, and the total surface area indicates the sum of the internal pore surface and the external surface area in the spherulitic graphitized material of mesophase microspheres. The outer surface area is a surface area excluding the surface area of the micropores from the total surface area, and the number of dents is a current collector made of copper foil having a thickness of 12 μm, 90 parts by mass of mesophase graphite spherules and 10 polyvinylidene fluoride. The surface of the active material layer when the active material layer consisting of parts by mass is compression molded so that its volume density is 1.80 g / cm 3, and the ratio of the outer surface area to the total surface area is 4% (This is a relative value when the number of dents generated on the current collector due to the spherulitic graphitized mesophase spherules in the upper 5 mm × 5 mm square region is defined as 100.)
前記全表面積に対する前記外表面積の割合が、15%以上27%以下である
請求項1に記載の電極。
The electrode according to claim 1, wherein a ratio of the outer surface area to the total surface area is 15% or more and 27% or less.
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、窒素吸着測定に基づきBET法によって決定される比表面積が0.1m2 /g以上5m2 /g以下のものである
請求項1または請求項2に記載の電極。
The spherulite graphitized material of the mesophase spherules has a specific surface area determined by a BET method based on a nitrogen adsorption measurement of 0.1 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less. Electrodes.
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、レーザ回折式粒度分布計による中位径(D50)が5μm以上50μm以下のものである
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電極。
The electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the mesophase spherulitic spherulite graphitized material has a median diameter (D 50 ) measured by a laser diffraction particle size distribution meter of 5 µm or more and 50 µm or less. .
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、X線広角回折法により算出されるC軸方向の格子面間隔d002が0.3354nm以上0.3370nm以下であり、かつ、C軸方向の結晶子の大きさが80nm以上のものである
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電極。
The mesophase microsphere spherulitic graphitized material has a lattice plane distance d 002 in the C-axis direction calculated by an X-ray wide-angle diffraction method of 0.3354 nm or more and 0.3370 nm or less, and a crystallite in the C-axis direction. The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode has a size of 80 nm or more.
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、アルゴンイオンレーザ光を用いたラマンスペクトルが以下の条件式(1)を満たすものである
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電極。
0.05≦B/A≦0.2 ……(1)
但し、
A:1570cm-1 以上1620cm-1 以下の範囲に現れるピークの強度
B:1350cm-1 以上1370cm-1 以下の範囲に現れるピークの強度
The electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the mesophase spherulitic spherulite graphitized material has a Raman spectrum satisfying the following conditional expression (1) using an argon ion laser beam.
0.05 ≦ B / A ≦ 0.2 (1)
However,
A: the intensity of the peak appearing in 1570 cm -1 or 1620 cm -1 or less in the range B: the intensity of the peak appearing at 1350 cm -1 or 1370 cm -1 or less in the range
前記活物質層の体積密度が1.50g/cm3以上1.80g/cm3以下である
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電極。
Electrode according to any one of the active material layer claims 1 to 6 volume density is less than 1.50 g / cm 3 or more 1.80 g / cm 3 of.
正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記正極または前記負極は、集電体に設けられた活物質層を有し、
前記活物質層は、細孔が設けられたメソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物を活物質として含み、
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、全表面積に対する外表面積の割合が10%以上50%以下のものであり、
前記正極または前記負極の表面上の5mm×5mm四方の領域における、前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して前記集電体上に生成された凹み数が85個以下である
電池。
(但し、全表面積および外表面積は、窒素吸着測定と共にαsプロット解析を行うことにより決定され、全表面積は、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物における内部の細孔表面と外表面積との総和を示し、外表面積は、全表面積からミクロ孔の表面積を除外した表面積を示す。また、凹み数は、厚さ12μmの銅箔よりなる集電体に、メソフェーズ黒鉛小球体90質量部とポリフッ化ビニリデン10質量部とからなる活物質層をその体積密度が1.80g/cm 3 となるように圧縮成型した場合であって、全表面積に対する外表面積の割合が4%であるときの活物質層の表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して集電体上に生成された凹み数を100とした場合の相対値である。)
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The positive electrode or the negative electrode has an active material layer provided on a current collector,
The active material layer includes, as an active material, spherulitic graphitized mesophase spherules provided with pores,
The mesophase spherulitic spherulite graphitized material has a ratio of an outer surface area to a total surface area of 10% to 50%,
A battery in which the number of dents generated on the current collector due to spherulitic graphitized mesophase spherules in a 5 mm × 5 mm square region on the surface of the positive electrode or the negative electrode is 85 or less.
(However, the total surface area and the external surface area are determined by performing an αs plot analysis together with the nitrogen adsorption measurement, and the total surface area indicates the sum of the internal pore surface and the external surface area in the spherulitic graphitized material of mesophase microspheres. The outer surface area is a surface area excluding the surface area of the micropores from the total surface area, and the number of dents is a current collector made of copper foil having a thickness of 12 μm, 90 parts by mass of mesophase graphite spherules and 10 polyvinylidene fluoride. The surface of the active material layer when the active material layer consisting of parts by mass is compression molded so that its volume density is 1.80 g / cm 3, and the ratio of the outer surface area to the total surface area is 4% (This is a relative value when the number of dents generated on the current collector due to the spherulitic graphitized mesophase spherules in the upper 5 mm × 5 mm square region is defined as 100.)
前記全表面積に対する前記外表面積の割合が、15%以上27%以下である
請求項8に記載の電池。
The battery according to claim 8, wherein a ratio of the outer surface area to the total surface area is 15% or more and 27% or less.
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、窒素吸着測定に基づきBET法によって決定される比表面積が0.1m2 /g以上5m2 /g以下のものである
請求項8または請求項9に記載の電池。
The spherulitic graphitized material of the mesophase microsphere has a specific surface area determined by a BET method based on a nitrogen adsorption measurement of 0.1 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less. Battery.
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、レーザ回折式粒度分布計による中位径(D50)が5μm以上50μm以下のものである
請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の電池。
11. The battery according to claim 8, wherein the mesophase small spherulitic graphitized material has a median diameter (D 50 ) of 5 μm or more and 50 μm or less by a laser diffraction particle size distribution meter. .
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、X線広角回折法により算出されるC軸方向の格子面間隔d002が0.3354nm以上0.3370nm以下であり、かつ、C軸方向の結晶子の大きさが80nm以上のものである
請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の電池。
The mesophase microsphere spherulitic graphitized material has a lattice plane distance d 002 in the C-axis direction calculated by an X-ray wide-angle diffraction method of 0.3354 nm or more and 0.3370 nm or less, and a crystallite in the C-axis direction. The battery according to any one of claims 8 to 11, which has a size of 80 nm or more.
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物は、アルゴンイオンレーザ光を用いたラマンスペクトルが以下の条件式(1)を満たすものである
請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の電池。
0.05≦B/A≦0.2 ……(1)
但し、
A:1570cm-1 以上1620cm-1 以下の範囲に現れるピークの強度
B:1350cm-1 以上1370cm-1 以下の範囲に現れるピークの強度
The battery according to any one of claims 8 to 12, wherein the mesophase spherulitic spherulitic graphitized material has a Raman spectrum using an argon ion laser beam that satisfies the following conditional expression (1).
0.05 ≦ B / A ≦ 0.2 (1)
However,
A: the intensity of the peak appearing in 1570 cm -1 or 1620 cm -1 or less in the range B: the intensity of the peak appearing at 1350 cm -1 or 1370 cm -1 or less in the range
前記活物質層の体積密度が1.50g/cm3以上1.80g/cm3以下である
請求項8から請求項13のいずれか1項に記載の電池。
Cell according to any one of claims 13 claims 8 volume density of the active material layer is 1.50 g / cm 3 or more 1.80 g / cm 3 or less.
集電体に、細孔が設けられたメソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物を含む活物質層を形成することと、
前記活物質層をプレス成型することと
を含み、
前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物として、全表面積に対する外表面積の割合が10%以上50%以下のものを用い、
前記プレス成型により、前記活物質層の体積密度を1.50g/cm3以上1.80g/cm3以下とすると共に自らの表面上の5mm×5mm四方の領域における、前記メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して前記集電体上に生成された凹み数を85個以下とする
電極の製造方法。
(但し、全表面積および外表面積は、窒素吸着測定と共にαsプロット解析を行うことにより決定され、全表面積は、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物における内部の細孔表面と外表面積との総和を示し、外表面積は、全表面積からミクロ孔の表面積を除外した表面積を示す。また、凹み数は、厚さ12μmの銅箔よりなる集電体に、メソフェーズ黒鉛小球体90質量部とポリフッ化ビニリデン10質量部とからなる活物質層をその体積密度が1.80g/cm 3 となるように圧縮成型した場合であって、全表面積に対する外表面積の割合が4%であるときの活物質層の表面上の5mm×5mm四方の領域における、メソフェーズ小球体の球晶黒鉛化物に起因して集電体上に生成された凹み数を100とした場合の相対値である。)
Forming an active material layer containing spherulitic graphitized mesophase globules provided with pores on the current collector;
Pressing the active material layer,
As the spherulite graphitized product of the mesophase spherules, the ratio of the outer surface area to the total surface area is 10% to 50%,
Wherein the press molding, in 5mm × 5mm square regions on its surface with the volume density of the active material layer and 1.50 g / cm 3 or more 1.80 g / cm 3 or less, of the mesophase microspheres spherulite An electrode manufacturing method, wherein the number of dents generated on the current collector due to graphitized material is 85 or less.
(However, the total surface area and the external surface area are determined by performing an αs plot analysis together with the nitrogen adsorption measurement, and the total surface area indicates the sum of the internal pore surface and the external surface area in the spherulitic graphitized material of mesophase microspheres. The outer surface area is a surface area excluding the surface area of the micropores from the total surface area, and the number of dents is a current collector made of copper foil having a thickness of 12 μm, 90 parts by mass of mesophase graphite spherules and 10 polyvinylidene fluoride. The surface of the active material layer when the active material layer consisting of parts by mass is compression molded so that its volume density is 1.80 g / cm 3, and the ratio of the outer surface area to the total surface area is 4% (This is a relative value when the number of dents generated on the current collector due to the spherulitic graphitized mesophase spherules in the upper 5 mm × 5 mm square region is defined as 100.)
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