JPH08203501A - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JPH08203501A
JPH08203501A JP7030083A JP3008395A JPH08203501A JP H08203501 A JPH08203501 A JP H08203501A JP 7030083 A JP7030083 A JP 7030083A JP 3008395 A JP3008395 A JP 3008395A JP H08203501 A JPH08203501 A JP H08203501A
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JP
Japan
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conductive substrate
lithium
coating film
battery
secondary battery
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7030083A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Akaha
尚登 赤羽
Akira Kawakami
章 川上
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Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08203501A publication Critical patent/JPH08203501A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充放電の繰り返しによる容量劣化が少ない、
充放電サイクル特性の優れたリチウム二次電池を提供す
る。 【構成】 導電性基体上に、リチウム含有複合酸化物ま
たはリチウムイオンをドープ・アンドープできる物質
と、バインダーを含有する塗膜を形成した電極を有する
リチウム二次電池において、上記塗膜が形成された後の
導電性基体の表面形状を、最大凹深さRvで0.5μm
以上、2μm以下、好ましくは0.7μm以上、1.5
μm以下にする。
(57) [Summary] [Purpose] There is little capacity deterioration due to repeated charging and discharging,
Provided is a lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics. A lithium secondary battery having an electrode formed with a coating film containing a binder and a lithium-containing composite oxide or a substance capable of being doped or undoped with lithium ions on a conductive substrate has the above-mentioned coating film formed thereon. The surface shape of the subsequent conductive substrate has a maximum recess depth Rv of 0.5 μm.
Or more, 2 μm or less, preferably 0.7 μm or more, 1.5
It is less than μm.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池に関
し、さらに詳しくは、充放電サイクル特性が優れたリチ
ウム二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、活物質やバインダーなどを有機
溶剤に分散した塗料を導電性基体としての金属箔に塗
布、乾燥することによって、活物質などを含有する塗膜
を形成した電極を、セパレータと共に渦巻状に巻回して
作製した渦巻状電極体を使用するリチウム二次電池は、
単位容積当たりのエネルギー密度や単位重量当りのエネ
ルギー密度が高いという特徴を有している。
2. Description of the Related Art Generally, an electrode on which a coating film containing an active material is formed by applying a coating material in which an active material, a binder and the like are dispersed in an organic solvent to a metal foil as a conductive substrate and drying the same. A lithium secondary battery using a spirally wound electrode body produced by spirally winding with
It is characterized by high energy density per unit volume and energy density per unit weight.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記塗
膜型電極を有するリチウム二次電池は、上記の活物質含
有塗膜が充電、放電によって膨張、収縮を繰り返すた
め、充放電を100回程度繰り返すと、活物質含有塗膜
と導電性基体としての金属箔との密着性が次第に低下
し、それによって電池の容量が劣化する。
However, in the lithium secondary battery having the coating film type electrode, the coating film containing the active material repeats expansion and contraction due to charging and discharging, so that charging and discharging are repeated about 100 times. Then, the adhesiveness between the active material-containing coating film and the metal foil as the conductive substrate gradually decreases, thereby deteriorating the capacity of the battery.

【0004】そこで、この活物質含有塗膜と金属箔との
密着性を高めるため、特開平5−6766号公報には、
金属箔の表面粗さを中心線平均粗さRaで0.15μm
以上に粗面化することが提案されている。これは、金属
箔の表面を粗面化して活物質含有塗膜との接触面積を増
加させることによって、活物質含有塗膜が金属箔から脱
落したり、剥離するのを防止しようとするものである。
Therefore, in order to improve the adhesion between the coating film containing the active material and the metal foil, JP-A-5-6766 discloses
The surface roughness of the metal foil is 0.15 μm in terms of center line average roughness Ra.
It has been proposed to roughen the surface. This is intended to prevent the active material-containing coating film from falling off or peeling from the metal foil by roughening the surface of the metal foil and increasing the contact area with the active material-containing coating film. is there.

【0005】しかしながら、この方法では、粗面化した
金属箔の表面の凹部の底まで塗料を充填することがむつ
かしく、そのため、粗面化して金属箔の表面積を増加さ
せた割には、成果があがっていない。
However, in this method, it is difficult to fill the paint to the bottoms of the recesses on the surface of the roughened metal foil, and therefore, the results are in spite of increasing the surface area of the metal foil by roughening. Not up.

【0006】また、全体の厚みが20μm程度の金属箔
の表面を中心線平均粗さRaで0.15μm以上に粗面
化すると、表面における凹凸の深さが金属箔全厚のおお
よそ10%以上を占めてしまうため、電池を数百回以上
充放電させると、導電性基体としての金属箔に機械的疲
労が蓄積して、亀裂や破断が発生し、それによって、電
池の容量が劣化するという問題もあった。
When the surface of the metal foil having a total thickness of about 20 μm is roughened to have a center line average roughness Ra of 0.15 μm or more, the depth of the unevenness on the surface is about 10% or more of the total thickness of the metal foil. Therefore, when the battery is charged and discharged several hundreds of times or more, mechanical fatigue accumulates in the metal foil as the conductive substrate, cracks and fractures occur, and the capacity of the battery deteriorates. There was also a problem.

【0007】したがって、本発明は、上記のような従来
のリチウム二次電池における問題点を解決し、充放電に
伴う活物質含有塗膜の導電性基体からの剥離や導電性基
体の亀裂や破断の発生を抑制して、充放電サイクル特性
が優れたリチウム二次電池を提供することを目的とす
る。
Therefore, the present invention solves the problems in the conventional lithium secondary battery as described above, and peels the coating film containing the active material from the conductive substrate due to charge and discharge, or cracks or breaks in the conductive substrate. It is an object of the present invention to provide a lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics by suppressing the occurrence of

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、活物質などを
含有する塗膜が形成された後の導電性基体の表面形状
を、最大凹深さRvで0.5μm以上、2μm以下とす
ることによって、充放電を数百回以上繰り返した場合で
も、上記活物質含有塗膜の導電性基体からの剥離や導電
性基体の機械的疲労による亀裂や破断の発生を抑制する
ことができ、充放電サイクル特性が優れたリチウム二次
電池が得られることを見出し、完成されたものである。
According to the present invention, the surface shape of a conductive substrate after a coating film containing an active material or the like is formed has a maximum concave depth Rv of 0.5 μm or more and 2 μm or less. Thereby, even when the charge and discharge are repeated several hundred times or more, it is possible to suppress the peeling of the active material-containing coating film from the conductive substrate and the occurrence of cracks or fractures due to mechanical fatigue of the conductive substrate. The present invention has been completed by finding that a lithium secondary battery having excellent discharge cycle characteristics can be obtained.

【0009】すなわち、本発明では、塗膜形成後の導電
性基体の表面形状を、最大凹深さRvで0.5μm以上
とすることによって、導電性基体と活物質含有塗膜との
接触面積を広くして、充放電に伴う活物質含有塗膜の導
電性基体からの剥離を抑制し、また、最大凹深さRvを
2μm以下とすることによって、充放電に伴う導電性基
体の機械的疲労による亀裂、破断の発生を抑制して、充
放電に伴う容量劣化を減少させ、充放電サイクル特性が
優れたリチウム二次電池を提供したのである。
That is, in the present invention, the contact area between the conductive substrate and the active material-containing coating film is set by setting the surface shape of the conductive substrate after forming the coating film to 0.5 μm or more at the maximum concave depth Rv. To suppress peeling of the active material-containing coating film from the conductive substrate due to charging / discharging, and by setting the maximum recess depth Rv to 2 μm or less, the mechanical properties of the conductive substrate due to charging / discharging can be reduced. The present invention provides a lithium secondary battery that suppresses the occurrence of cracks and fractures due to fatigue, reduces capacity deterioration due to charge and discharge, and has excellent charge and discharge cycle characteristics.

【0010】上記のように、活物質含有塗膜が形成され
た後の導電性基体の表面形状を、最大凹深さRvで0.
5μm以上、2μm以下とするには、たとえば、まず、
導電性基体の表面に活物質を含む塗料を乾燥後の塗膜の
平均膜厚が0.5〜50μm、好ましくは1〜10μm
程度になるように塗布して、第1層(下層)の塗膜を形
成した後、ロールプレス機により加圧工程を行う。それ
によって、導電性基体の表面に塗膜中の活物質粒子など
が押し付けられてエンボス加工が行われ、塗膜と導電性
基体との接触面積が広くなる。そして、その後、塗膜を
必要な厚みにするために、その第1層(下層)上に活物
質を含む塗料を再び塗布、乾燥して、必要な厚みの活物
質含有塗膜を導電性基体上に形成する。
As described above, the surface shape of the conductive substrate after the active material-containing coating film is formed has a maximum recess depth Rv of 0.
To make it 5 μm or more and 2 μm or less, for example, first,
The average film thickness of the coating film after drying the coating material containing the active material on the surface of the conductive substrate is 0.5 to 50 μm, preferably 1 to 10 μm.
After coating so as to form a coating film of the first layer (lower layer), a pressure step is performed by a roll press machine. As a result, the active material particles in the coating film are pressed against the surface of the conductive substrate to perform embossing, and the contact area between the coating film and the conductive substrate is widened. Then, in order to make the coating film have a required thickness, a coating material containing an active material is applied again on the first layer (lower layer) and dried to form an active material-containing coating film having a required thickness on the conductive substrate. Form on top.

【0011】このようにして作製された電極は、導電性
基体の凹部に活物質などの塗膜構成材料が圧入され、か
つ導電性基体と活物質含有塗膜との接触面積が広くなっ
ているので、導電性基体と活物質含有塗膜との密着性が
優れていて、充放電の繰り返しに伴う活物質含有塗膜の
導電性基体からの剥離や脱落が抑制され、しかも導電性
基体自体の厚みの減少が実質上ないので、充放電に伴っ
て導電性基体に繰り返しかかる応力による機械的疲労に
対しても導電性基体が強靱であり、機械的疲労の蓄積に
よる導電性基体の亀裂や破断の発生が抑制されるので、
充放電サイクル特性の優れたリチウム二次電池が得られ
るようになる。
In the electrode thus manufactured, the coating material such as the active material is press-fitted into the recess of the conductive substrate, and the contact area between the conductive substrate and the active material-containing coating is wide. Therefore, the adhesiveness between the conductive substrate and the active material-containing coating film is excellent, and the peeling or dropping of the active material-containing coating film from the conductive substrate due to repeated charging / discharging is suppressed. Since there is virtually no reduction in thickness, the conductive substrate is tough against mechanical fatigue due to repeated stress on the conductive substrate during charge and discharge, and cracks and fractures in the conductive substrate due to accumulation of mechanical fatigue. Since the occurrence of
A lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

【0012】本発明において、塗膜形成後の導電性基体
の表面形状は、前記のように、最大凹深さRvで0.5
μm以上、2μm以下とする必要があり、特に、最大凹
深さRvで0.7μm以上、1.5μm以下とするのが
好ましい。すなわち、最大凹深さRvが0.5μm未満
であると、充放電の繰り返しによって活物質含有塗膜と
導電性基体との密着性が次第に低下し、それによって電
池の容量が劣化する。また、最大凹深さRvが2μmを
超えると、充放電を数百回繰り返すうちに、導電性基体
に機械的疲労が蓄積し、導電性基体に亀裂や破断が発生
して、電池の容量が劣化する。
In the present invention, the surface shape of the conductive substrate after forming the coating film is 0.5 at the maximum concave depth Rv as described above.
It is necessary that the thickness is not less than μm and not more than 2 μm, and it is particularly preferable that the maximum recess depth Rv is not less than 0.7 μm and not more than 1.5 μm. That is, when the maximum recess depth Rv is less than 0.5 μm, the adhesion between the active material-containing coating film and the conductive substrate gradually decreases due to repeated charging / discharging, which deteriorates the battery capacity. When the maximum recess depth Rv exceeds 2 μm, mechanical fatigue accumulates in the conductive substrate during repeated charging and discharging several hundreds of times, cracks and fractures occur in the conductive substrate, and the battery capacity increases. to degrade.

【0013】本発明において、導電性基体は、塗膜形成
工程中に表面形状加工が行われるので、塗膜形成前の表
面粗さが、たとえば、中心線平均粗さRaで0.15μ
m未満の平滑なものであってもよい。むしろ、平滑なも
のほど、機械的疲労に対して強靱であって、好ましい。
In the present invention, the surface shape of the conductive substrate is processed during the coating film forming step, so that the surface roughness before forming the coating film is, for example, 0.15 μ in terms of the center line average roughness Ra.
It may be smooth and less than m. Rather, smoother ones are more tough against mechanical fatigue and are preferable.

【0014】本発明において、正極用の導電性基体とし
ては、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼、チタンな
どを薄板状に加工した箔が用いられる。一方、負極用の
導電性基体としては、たとえば銅などを薄板状に加工し
た箔が用いられる。
In the present invention, a foil obtained by processing aluminum, stainless steel, titanium or the like into a thin plate is used as the conductive substrate for the positive electrode. On the other hand, as the conductive substrate for the negative electrode, for example, a foil obtained by processing copper or the like into a thin plate shape is used.

【0015】正極活物質としては、たとえばリチウムニ
ッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムマン
ガン酸化物など、リチウムイオンと特定の金属からなる
リチウム含有複合酸化物の単独または混合物あるいは固
溶体を用いることができる。
As the positive electrode active material, for example, a lithium nickel oxide, a lithium cobalt oxide, a lithium manganese oxide or the like can be used alone or as a mixture or a solid solution of a lithium-containing composite oxide composed of lithium ions and a specific metal. .

【0016】そして、正極は、上記正極活物質に、りん
片状黒鉛、アセチレンブラックなどの電子伝導助剤と、
たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテト
ラフルオロエチレンなどの結着剤、溶剤(たとえば、N
−メチルピロリドン)を加えて混合することによって塗
料を調製し、この塗料を導電性基体に塗布、乾燥するこ
とによって作製される。
The positive electrode comprises the above positive electrode active material, and an electron conduction aid such as flaky graphite or acetylene black.
For example, a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene, a solvent (for example, N
-Methylpyrrolidone) is added and mixed to prepare a paint, and the paint is applied to a conductive substrate and dried.

【0017】負極活物質はリチウムをドープ・アンドー
プできる物質であって、この負極活物質としては金属リ
チウムまたはリチウム含有化合物が用いられる。上記の
リチウム含有化合物としてはリチウム合金とそれ以外の
ものがある。上記リチウム合金としては、たとえばリチ
ウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−ビスマ
ス、リチウム−インジウム、リチウム−ガリウム、リチ
ウム−インジウム−ガリウムなどが挙げられる。リチウ
ム合金以外のリチウム含有化合物としては、たとえば乱
層構造を有する炭素材料、黒鉛などが挙げられる。これ
らは製造時にはリチウムを含んでいないものもあるが、
負極として作用するときには、化学的手段、電気化学的
手段などにより、リチウムを含有した状態になる。この
ように、負極活物質はリチウムをドープしたり(取り込
んだり)、アンドープ(放出)できる物質であればよ
い。
The negative electrode active material is a material that can be doped or undoped with lithium, and metallic lithium or a lithium-containing compound is used as the negative electrode active material. Examples of the lithium-containing compound include lithium alloys and others. Examples of the lithium alloy include lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-bismuth, lithium-indium, lithium-gallium, lithium-indium-gallium and the like. Examples of lithium-containing compounds other than lithium alloys include carbon materials having a turbostratic structure and graphite. Some of these do not contain lithium at the time of manufacture,
When it acts as a negative electrode, it becomes a state containing lithium by a chemical means, an electrochemical means, or the like. As described above, the negative electrode active material may be any material that can be doped with lithium (loaded) or undoped (released).

【0018】そして、負極は、上記の負極活物質(必要
に応じて、粉末にされる)に、たとえばポリフッ化ビニ
リデンやポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤を加
えて混合し、得られた負極合剤に溶剤(たとえば、N−
メチルピロリドン)を加えて混合することによって塗料
を調製し、その塗料を前記の導電性基体に塗布、乾燥す
ることによって作製される。
The negative electrode is obtained by mixing the above-mentioned negative electrode active material (which is made into powder, if necessary) with a binder such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoroethylene, and mixing them. A solvent (for example, N-
(Methylpyrrolidone) is added and mixed to prepare a paint, and the paint is applied to the conductive substrate and dried.

【0019】電解液としては、たとえば1,2−ジメト
キシエタン、1,2−ジエトキシエタン、プロピレンカ
ーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ジエ
チレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネートなどの単独または2種以上の混合溶媒
に、たとえばLiCF3 SO3 、LiC4 9 SO3
LiClO4 、LiPF6 、LiBF4 などの電解質を
1種または2種以上溶解させた有機電解液が用いられ
る。
Examples of the electrolytic solution include 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, diethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl. In a single solvent or a mixed solvent of two or more kinds such as carbonate, for example, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 ,
An organic electrolyte solution in which one or more electrolytes such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 and the like are dissolved is used.

【0020】セパレータとしては、たとえば厚さ10〜
50μmで、開口率30〜70%の微孔性ポリプロピレ
ンフィルムまたは微孔性ポリエチレンフィルムなどを用
いることができる。
As the separator, for example, a thickness of 10
A microporous polypropylene film or a microporous polyethylene film having an aperture ratio of 30 to 70% at 50 μm can be used.

【0021】電池は、たとえば、前記のシート状正極と
シート状負極との間にセパレータを介在させて渦巻状に
巻回して作製した渦巻状電極体を、ニッケルメッキを施
した鉄やステンレス鋼製の電池ケースに挿入し、封口す
ることによって作製される。また、上記電池には、通
常、電池内部に発生したガスをある一定圧力まで上昇し
た段階で電池外部に排出して、電池の高圧下での破裂を
防止するための防爆機構が取り入れられる。
The battery is made of, for example, nickel-plated iron or stainless steel, which is formed by spirally winding a spirally wound electrode body with a separator interposed between the sheet-shaped positive electrode and the sheet-shaped negative electrode. It is manufactured by inserting the battery into a battery case and sealing it. In addition, an explosion-proof mechanism for preventing the battery from bursting under high pressure is usually incorporated into the battery by discharging the gas generated inside the battery to the outside of the battery when it rises to a certain pressure.

【0022】電池の充電に使用する充電器には、定電圧
で最大電流を制御して、充電できるものを用いることが
好ましい。また、電池パックには、通常、信頼性確保の
ために、過大電流が流れたときのためにヒューズなどの
保護回路が設けられたものを用いることが好ましい。
The charger used for charging the battery is preferably one that can be charged by controlling the maximum current with a constant voltage. Further, in order to ensure reliability, it is usually preferable to use a battery pack provided with a protection circuit such as a fuse when an excessive current flows.

【0023】本発明において、導電性基体の表面の最大
凹深さRvは、光干渉式三次元表面形状測定装置RST
(米国WYKO社製)に20倍対物ヘッド(米国WYK
O社製)を取り付け、被測定面上250μm角の範囲を
空間サンプリング間隔0.96μmで測定された三次元
形状データから、以下に示す方法で算出される。
In the present invention, the maximum concave depth Rv of the surface of the conductive substrate is determined by the optical interference type three-dimensional surface shape measuring device RST.
(Made by WYKO, USA) 20x objective head (WYK, USA)
(Manufactured by O Co., Ltd.), and the three-dimensional shape data measured at a spatial sampling interval of 0.96 μm in a 250 μm square area on the surface to be measured is calculated by the following method.

【0024】(a)最大凹深さRv 三次元形状データに傾斜補正、球面補正および円筒面補
正を行った後、図3に示す平均面20からの穴状凹部2
1の最大深さRvを求める。傾斜補正、球面補正、円筒
面補正は、それぞれ次に示す、、の手順で行う。
(A) Maximum recess depth Rv After performing inclination correction, spherical surface correction and cylindrical surface correction on the three-dimensional shape data, the hole-shaped recess 2 from the average surface 20 shown in FIG.
The maximum depth Rv of 1 is obtained. The inclination correction, the spherical surface correction, and the cylindrical surface correction are performed by the following procedures.

【0025】傾斜補正 各座標における三次元データとの高さ方向の偏差の2乗
平方根が最小となるような平面(平均面と呼ぶ)を算出
した後、三次元データの高さから平均面の高さを除算す
る。
Inclination correction After calculating a plane (called an average plane) that minimizes the square root of the deviation in the height direction from the three-dimensional data at each coordinate, the average plane is calculated from the height of the three-dimensional data. Divide the height.

【0026】球面補正 傾斜補正後の各座標における三次元形状データとの高さ
方向の偏差の2乗平方根が最小となるような球面を算出
した後、三次元データの高さから球面の高さを除算す
る。
Spherical Surface Correction After calculating a spherical surface that minimizes the square root of the deviation in the height direction from the three-dimensional shape data at each coordinate after tilt correction, the height of the spherical surface is calculated from the height of the three-dimensional data. Divide by.

【0027】円筒面補正 球面補正後の各座標における三次元形状データとの高さ
方向の偏差の2乗平方根が最小となるような平均面に並
行な中心軸を持つ円筒面を算出した後、三次元データの
高さから円筒面の高さを除算する。
Cylindrical Surface Correction After calculating a cylindrical surface having a central axis parallel to the average surface such that the square root of the deviation in the height direction from the three-dimensional shape data at each coordinate after spherical surface correction is minimized, The height of the cylindrical surface is divided from the height of the three-dimensional data.

【0028】[0028]

【実施例】つぎに、実施例をあげて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to only those examples.

【0029】実施例1 リチウムニッケル酸化物の合成 水酸化リチウム(LiOH・H2 O)と酸化ニッケル
(III)(NiO3 )とを熱処理して、正極活物質として
用いるリチウムニッケル酸化物(LiNiO2 として通
常表わすが、LiとNiの比は化学量論組成から若干ず
れている)を合成した。上記の合成は以下のように行っ
た。
Example 1 Synthesis of Lithium Nickel Oxide Lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) and nickel (III) oxide (NiO 3 ) were heat-treated to use lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) as a positive electrode active material. , But the ratio of Li to Ni is slightly deviated from the stoichiometric composition) was synthesized. The above synthesis was performed as follows.

【0030】水酸化リチウムと酸化ニッケルとをLi/
Ni=1.05(モル比)の割合になるように秤量した
後、メノウ製の乳鉢で粉砕しつつ混合した。これを酸素
(O2 )気流中において500℃で2時間予備加熱した
後、昇温速度50℃/h以下で700℃まで昇温し、つ
いで700℃で20時間加熱して焼成した。なお、合成
したLiNiO2 は水分に対して弱いため、粉砕などの
取扱いは、アルゴンガスの雰囲気中で行った。
Li / hydroxide and nickel oxide
After weighing so that the ratio of Ni was 1.05 (molar ratio), they were mixed while being crushed in an agate mortar. This was preheated in an oxygen (O 2 ) stream at 500 ° C. for 2 hours, then heated up to 700 ° C. at a temperature rising rate of 50 ° C./h or less, and then heated at 700 ° C. for 20 hours for firing. Since the synthesized LiNiO 2 is weak against water, handling such as pulverization was performed in an atmosphere of argon gas.

【0031】正極の作製 まず、上記で合成したリチウムニッケル酸化物とりん
片状黒鉛とポリフッ化ビニリデンとを下記の割合で含む
正極用塗料を調製した。 リチウムニッケル酸化物 91重量部 りん片状黒鉛 6重量部 ポリフッ化ビニリデン 3重量部
Preparation of Positive Electrode First, a positive electrode coating material containing the above-synthesized lithium nickel oxide, flaky graphite, and polyvinylidene fluoride in the following proportions was prepared. Lithium nickel oxide 91 parts by weight Flaky graphite 6 parts by weight Polyvinylidene fluoride 3 parts by weight

【0032】上記正極用塗料の調製は、ポリフッ化ビニ
リデンをN−メチルピロリドン(以下、「NMP」と略
す)にあらかじめ溶解し、これにリチウムニッケル酸化
物とりん片状黒鉛を加えて混合し、さらにNMPを加え
て粘度を10000mPa・sに調整することによって
行った。
The above positive electrode coating composition is prepared by first dissolving polyvinylidene fluoride in N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as "NMP"), adding lithium nickel oxide and flaky graphite, and mixing them. Further, NMP was added to adjust the viscosity to 10,000 mPa · s.

【0033】得られた正極用塗料を厚さ20μmのアル
ミニウムの一方の面に、クリアランスが30μmのアプ
リケーターを用いて第1層(下層)の形成のための塗布
を行った。その後、ホットプレート上で100〜120
℃で乾燥した。同様に、アルミニウム箔の他方の面にも
正極用塗料を塗布し、100℃で8時間真空乾燥した。
乾燥後の第1層の平均膜厚は約8μmであった。この電
極体を23kg/cm2 の圧力でロールプレスして下塗
基板を作製した。つぎに、この下塗基板の両面に、クリ
アランス300μmのアプリケータを用いて上記第1層
と同様の手順で正極用塗料の塗布、乾燥、ロールプレス
を行って塗膜を形成し、全厚220μmのシート状正極
を作製した。
The obtained positive electrode coating material was applied to one surface of aluminum having a thickness of 20 μm to form a first layer (lower layer) using an applicator having a clearance of 30 μm. Then 100-120 on the hot plate
It was dried at ° C. Similarly, the positive electrode coating material was applied to the other surface of the aluminum foil and vacuum dried at 100 ° C. for 8 hours.
The average film thickness of the first layer after drying was about 8 μm. This electrode body was roll-pressed at a pressure of 23 kg / cm 2 to prepare an undercoat substrate. Next, on both surfaces of this undercoat substrate, an applicator with a clearance of 300 μm was used to apply a coating material for the positive electrode in the same procedure as the above-mentioned first layer, followed by drying and roll pressing to form a coating film. A sheet-shaped positive electrode was produced.

【0034】負極の作製 負極用材料としては下記のものを用いた。 人造黒鉛(2800℃で合成) 90重量部 ポリフッ化ビニリデン 10重量部Preparation of Negative Electrode The following materials were used as the negative electrode material. Artificial graphite (synthesized at 2800 ° C) 90 parts by weight Polyvinylidene fluoride 10 parts by weight

【0035】上記の負極用材料にNMPを加え、正極用
塗料の場合と同様に負極用塗料を調製し、厚さ18μm
の銅箔の両面に正極作製の場合と同様に逐次重層塗布し
て、全厚250μmのシート状負極を作製した。なお、
正極と負極の活物質の重量比は2:1であり、第1層
(下層)の乾燥後の平均膜厚は約8μmであった。
NMP was added to the above negative electrode material to prepare a negative electrode coating material in the same manner as the positive electrode coating material, and the thickness was 18 μm.
In the same manner as in the case of producing the positive electrode, the copper foil was sequentially applied in multiple layers on both sides to produce a sheet-like negative electrode having a total thickness of 250 μm. In addition,
The weight ratio of the positive electrode and negative electrode active materials was 2: 1 and the average film thickness of the first layer (lower layer) after drying was about 8 μm.

【0036】電解液 エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの
混合溶液(体積比で1:1)にLiPF6 を1mol/
l溶解して有機電解液を調製した。
Electrolyte solution LiPF 6 was added to a mixed solution of ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate (volume ratio 1: 1) at 1 mol / mol.
1 was dissolved to prepare an organic electrolytic solution.

【0037】筒形電池の組立て 上記のシート状正極を幅28mm×長さ220mmの帯
状に切断し、シート状負極を幅30mm×長さ260m
mの帯状に切断した。そして、それぞれのシート状電極
の端部の塗膜の一部を剥がして、金属箔を露出させた部
分に、アルミニウム製のリード体を抵抗溶接し、厚さ2
5mmで開口率50%の微多孔性ポリプロピレンフィル
ムからなる帯状セパレータを上記シート状正極とシート
状負極との間に介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極
体を作製し、その渦巻状電極体をステンレス鋼製の電池
ケース内に挿入した。そして、負極側のリード体の先端
を絶縁体を貫通させて電池ケースの底部に溶接し、さら
に、電池ケースの開口部に絶縁体を挿入し、溝を形成し
た後、封口板と正極側のリード体を溶接した。そして、
このような工程を経て作製された缶体を60℃で10時
間真空乾燥した後、乾燥雰囲気中で電解液2mlを注入
した後、封口して図1に示す筒形のR5形電池(外径:
14.95mm、高さ:39.7mm)を作製した。
Assembling a Cylindrical Battery The above sheet-like positive electrode was cut into a strip having a width of 28 mm and a length of 220 mm, and the sheet-like negative electrode was formed into a width of 30 mm and a length of 260 m.
It was cut into strips of m. Then, a part of the coating film at the end of each sheet-shaped electrode is peeled off, and an aluminum lead body is resistance-welded to the exposed portion of the metal foil to obtain a thickness of 2
A strip separator made of a microporous polypropylene film having a 5 mm opening ratio of 50% is interposed between the sheet-like positive electrode and the sheet-like negative electrode and spirally wound to produce a spirally wound electrode body. The body was inserted into a stainless steel battery case. Then, the tip of the lead body on the negative electrode side is penetrated through the insulator and welded to the bottom of the battery case, and the insulator is inserted into the opening of the battery case to form a groove, and then the sealing plate and the positive electrode side The lead body was welded. And
The can body manufactured through these steps is vacuum dried at 60 ° C. for 10 hours, then 2 ml of the electrolytic solution is injected in a dry atmosphere, and the container is sealed to form a cylindrical R5 battery (outer diameter: :
14.95 mm, height: 39.7 mm) was produced.

【0038】図1に示す電池について説明すると、1は
前記の正極で、2は負極である。ただし、図1では、繁
雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使
用した導電性基体としての金属箔などは図示していな
い。そして、3はセパレータで、4は電解液である。
Explaining the battery shown in FIG. 1, 1 is the positive electrode and 2 is the negative electrode. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil or the like as a conductive substrate used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 is not shown. And 3 is a separator and 4 is an electrolytic solution.

【0039】5はステンレス鋼製の電池ケースであり、
この電池ケース5は負極端子を兼ねている。電池ケース
5の底部にはポリテトラフルオロエチレンシートからな
る絶縁体6が配置され、電池ケース5の内周部にもポリ
テトラフルオロエチレンシートからなる絶縁体7が配置
されていて、前記正極1、負極2およびセパレータ3か
らなる渦巻状電極体や、電解液4などは、この電池ケー
ス5内に収容されている。
5 is a battery case made of stainless steel,
The battery case 5 also serves as a negative electrode terminal. An insulator 6 made of a polytetrafluoroethylene sheet is arranged at the bottom of the battery case 5, and an insulator 7 made of a polytetrafluoroethylene sheet is also arranged at the inner peripheral part of the battery case 5. The spiral electrode body including the negative electrode 2 and the separator 3, the electrolytic solution 4, and the like are contained in the battery case 5.

【0040】8はステンレス鋼製の封口板であり、この
封口板8の中央部にはガス通気孔8aが設けられてい
る。9はポリプロピレン製の環状パッキング、10はチ
タン製の可撓性薄板で、11は環状でポリプロピレン製
の熱変形部材である。
Reference numeral 8 is a stainless steel sealing plate, and a gas vent hole 8a is provided at the center of the sealing plate 8. Reference numeral 9 is a polypropylene-made annular packing, 10 is a flexible thin plate made of titanium, and 11 is an annular heat-deformable member made of polypropylene.

【0041】上記の熱変形部材11は温度によって変形
することにより、可撓性薄板10の破壊圧力を変える作
用をする。
The thermal deformation member 11 acts to change the breaking pressure of the flexible thin plate 10 by being deformed by the temperature.

【0042】12はニッケルメッキを施した圧延鋼製の
端子板であり、この端子板12には切刃12aとガス排
出孔12bとが設けられていて、電池内部にガスが発生
して電池の内部圧力が上昇し、その内圧上昇によって可
撓性薄板10が変形したときに、上記切刃12aによっ
て可撓性薄板10を破壊し、電池内部のガスを上記ガス
排出孔12bから電池外部に排出して、電池の高圧下で
の破壊が防止できるように設計されている。
Reference numeral 12 is a nickel-plated terminal plate made of rolled steel. The terminal plate 12 is provided with a cutting edge 12a and a gas discharge hole 12b. When the internal pressure rises and the flexible thin plate 10 is deformed due to the increase in the internal pressure, the cutting blade 12a breaks the flexible thin plate 10 to discharge the gas inside the battery from the gas discharge hole 12b to the outside of the battery. In addition, the battery is designed to be prevented from being broken under high pressure.

【0043】13は絶縁パッキングで、14はアルミニ
ウム製のリード体であり、このリード体14は正極1と
封口板8とを電気的に接続しており、端子板12は封口
板8との接触により正極端子として作用する。15は負
極2と電池ケース5とを電気的に接続するアルミニウム
製のリード体である。
13 is an insulating packing, 14 is a lead body made of aluminum, the lead body 14 electrically connects the positive electrode 1 and the sealing plate 8, and the terminal plate 12 is in contact with the sealing plate 8. Acts as a positive electrode terminal. Reference numeral 15 is an aluminum lead body that electrically connects the negative electrode 2 and the battery case 5.

【0044】比較例1 実施例1における第1層(下層)の形成を省略し、クリ
アランス325μmのアプリケーターを用いて塗膜を形
成し、それ以外は実施例1と同様の手順でR5形電池を
作製した。
Comparative Example 1 The formation of the first layer (lower layer) in Example 1 was omitted, and a coating film was formed using an applicator with a clearance of 325 μm. It was made.

【0045】比較例2 実施例1で用いたアルミニウム箔と銅箔に代えて、濃度
20重量%の塩酸水溶液中に浸漬して表面を粗面化した
アルミニウム箔と濃度20重量%の硫酸水溶液に浸漬し
て表面を粗面化した銅箔を用い、また、実施例1におけ
る第1層(下層)の形成を省略し、クリアランス325
μmのアプリケーターを用いて塗膜を形成し、それ以外
は実施例1と同様の手順でR5形電池を作製した。
Comparative Example 2 Instead of the aluminum foil and the copper foil used in Example 1, an aluminum foil having a surface roughened by immersing in an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 20% by weight and an aqueous sulfuric acid solution having a concentration of 20% by weight were used. A copper foil whose surface is roughened by immersion is used, and the formation of the first layer (lower layer) in Example 1 is omitted, and the clearance 325 is used.
A coating film was formed using a μm applicator, and the R5 type battery was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the above.

【0046】上記のようにして作製した実施例1および
比較例1〜2の電池について、下記の充放電サイクル試
験を行って、充放電の繰り返しによる容量劣化(充放電
サイクルにおける容量保持率)を調べた。また、実施例
1および比較例1〜2で作製したシート状正極およびシ
ート状負極の金属箔について、塗膜形成前と塗膜形成後
の表面の最大凹深さRvを測定した。塗膜形成後の表面
の最大凹深さRvの測定は、それぞれのシート状電極を
約5cm角の小片に切断し、それをNMPを用いて超音
波洗浄して、塗膜を除去した後、それらの金属箔の表面
の最大凹深さRvを測定することによって行った。
With respect to the batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 produced as described above, the following charge / discharge cycle test was carried out to evaluate the capacity deterioration (capacity retention rate in charge / discharge cycle) due to repeated charging / discharging. Examined. In addition, the maximum concave depth Rv of the surface of the sheet-shaped positive electrode and sheet-shaped negative electrode metal foils produced in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was measured before and after coating film formation. The maximum concave depth Rv of the surface after coating film formation is measured by cutting each sheet-like electrode into small pieces of about 5 cm square, ultrasonically cleaning the pieces with NMP, and removing the coating film. The measurement was performed by measuring the maximum concave depth Rv of the surface of those metal foils.

【0047】充放電サイクル試験方法:充放電電流をC
で表示した場合、R5形電池で560mAを1Cとする
充放電を行った。充電は1Cの電流制限回路を設けて
4.2Vの定電圧で行い、放電は電池の電極間電圧が
2.75Vに低下するまで行った。そして、そのような
充放電サイクルを繰り返し行い、充放電サイクルの5回
目、20回目、50回目、100回目、200回目、5
00回目の容量を測定し、実施例1の電池の充放電サイ
クルの5回目の容量を100%とし、それぞれの電池の
充放電サイクル5回目、20回目、50回目、100回
目、200回目、500回目の容量保持率を求めた。そ
の結果を表1および図2に示す。
Charge / discharge cycle test method: Charge / discharge current is C
In the case of, the R5 battery was charged / discharged at 1 C of 560 mA. Charging was carried out at a constant voltage of 4.2V with a current limiting circuit of 1C provided, and discharging was carried out until the inter-electrode voltage of the battery dropped to 2.75V. Then, such charging / discharging cycle is repeated, and the fifth, 20th, 50th, 100th, 200th, 5th charging / discharging cycles are performed.
The capacity at the 00th time was measured, and the capacity at the 5th time of the charge / discharge cycle of the battery of Example 1 was set to 100%, and the 5th, 20th, 50th, 100th, 200th, 500th charge / discharge cycles of the respective batteries were performed. The capacity retention rate for the second time was calculated. The results are shown in Table 1 and FIG.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】表1および図2に示す結果から明らかなよ
うに、実施例1の電池は、比較例1〜2の電池に比べ
て、充放電サイクルを繰り返した場合の容量保持率が高
く、500回充放電を繰り返した場合でも容量劣化が少
なかった。
As is clear from the results shown in Table 1 and FIG. 2, the battery of Example 1 has a higher capacity retention rate after repeated charge / discharge cycles than the batteries of Comparative Examples 1 and 2, and is 500 Even after repeated charging and discharging, there was little capacity deterioration.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
充放電の繰り返しによる容量劣化が少ない、充放電サイ
クル特性の優れたリチウム二次電池が提供される。
As described above, according to the present invention,
Provided is a lithium secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics, in which capacity deterioration due to repeated charge / discharge is small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のリチウム二次電池の一例を示す断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a lithium secondary battery of the present invention.

【図2】実施例1の電池および比較例1〜2の電池の充
放電サイクル特性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing charge / discharge cycle characteristics of the battery of Example 1 and the batteries of Comparative Examples 1 and 2.

【図3】本発明において、導電性基体の表面の最大凹深
さRvを測定する際の平均面と穴状凹部を模式的に示す
図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an average surface and hole-shaped concave portions when measuring the maximum concave depth Rv of the surface of the conductive substrate in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 電解液 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 4 Electrolyte

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性基体上に、リチウム含有複合酸化
物またはリチウムイオンをドープ・アンドープできる物
質と、バインダーを含有する塗膜を形成した電極を有す
るリチウム二次電池において、上記塗膜が形成された後
の導電性基体の表面形状が、最大凹深さRvで0.5μ
m以上、2μm以下であることを特徴とするリチウム二
次電池。
1. A lithium secondary battery having an electrode on which a coating film containing a binder and a lithium-containing composite oxide or a substance capable of being doped or undoped with lithium ions is formed on a conductive substrate, wherein the coating film is formed. The surface shape of the conductive substrate after being subjected to the heat treatment has a maximum concave depth Rv of 0.5 μ.
A lithium secondary battery having a thickness of m or more and 2 μm or less.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002509341A (en) * 1997-12-12 2002-03-26 ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー Apparatus and method for treating cathode material provided on thin film substrate
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