JP2000188096A - Positive paste composition for lithium secondary battery - Google Patents

Positive paste composition for lithium secondary battery

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JP2000188096A
JP2000188096A JP10366179A JP36617998A JP2000188096A JP 2000188096 A JP2000188096 A JP 2000188096A JP 10366179 A JP10366179 A JP 10366179A JP 36617998 A JP36617998 A JP 36617998A JP 2000188096 A JP2000188096 A JP 2000188096A
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positive electrode
active material
paste composition
lithium
acid
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JP10366179A
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Japanese (ja)
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Osamu Hiruta
修 蛭田
Naruaki Okuda
匠昭 奥田
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance cycle characteristics at high temperature without decreasing initial battery capacity by dispersing a positive active material capable of storing and releasing lithium, a conductive material, and a binder for binding them in a solvent, and blending an organic acid in the dispersion in a specific ratio. SOLUTION: An organic acid blended by 0.3-5.0 wt.% based on the total weight is soluble in a solvent, and it is for example, organic carboxylic acid such as acetic acid or butyric acid, or organic sulfonic acid such as dodecyl sulfonic acid. When composite oxide of lithium and a transition metal is used as the positive active material, elution of the transition metal into an electrolyte is retarded. Blending of 30 wt.% or more positive active material, 2 wt.% of more conductive material such as carbon black, 2 wt.% or more binder such as fluorine-containing resin or thermoplastic resin, and 30-60 wt.% solvent such as n-methyl-2-pyrolidone is preferable, battery performance, coating uniformity, and surface smoothness are increased. A positive paste composition is uniformly kneaded and dispersed with a ball mill for example.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
用正極ペースト組成物に関し、さらに詳しくは、リチウ
ムを吸蔵放出可能な活物質を主成分とし、リチウム二次
電池の正極材料として好適な正極ペースト組成物に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode paste composition for a lithium secondary battery, and more particularly, to a positive electrode suitable for a positive electrode material of a lithium secondary battery, comprising an active material capable of inserting and extracting lithium as a main component. The present invention relates to a paste composition.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のリチウム二次電池は、高
エネルギー密度であることから、パソコン、携帯電話等
の小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では実
用化され、広く普及するに至っている。一方、資源問
題、環境問題から、自動車の分野においても電気自動
車、ハイブリッド電気自動車の開発が進められており、
これらの車両に搭載される電源にもリチウム二次電池を
採用することが検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of lithium secondary battery has a high energy density, and has been put to practical use and widely used in the fields of information-related equipment and communication equipment with the downsizing of personal computers and mobile phones. It has led to. On the other hand, due to resource issues and environmental issues, electric vehicles and hybrid electric vehicles are being developed in the field of automobiles.
The use of lithium secondary batteries for power supplies mounted on these vehicles is being studied.

【0003】ところでこのリチウム二次電池は、概ね、
リチウムを吸蔵放出可能な活物質を含む正極層および負
極層が集電体表面に形成されている正極および負極と、
正極と負極との間に挟装されるセパレータと、非水電解
液とから構成されている。そして電気自動車用のリチウ
ム二次電池の場合、使用される自動車内部の温度は、直
射日光下では容易に30℃を越え、特に外気温度が30
℃以上では50℃を越えることがあり、50℃以上での
高温でのサイクル特性に優れることが要求されている。
By the way, this lithium secondary battery generally includes:
A positive electrode and a negative electrode in which a positive electrode layer and a negative electrode layer containing an active material capable of inserting and extracting lithium are formed on the current collector surface,
It comprises a separator sandwiched between a positive electrode and a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. In the case of a lithium secondary battery for an electric vehicle, the temperature inside the vehicle used easily exceeds 30 ° C. under direct sunlight, and especially when the outside air temperature is 30 ° C.
If the temperature is higher than 50 ° C., the temperature may exceed 50 ° C., and it is required to have excellent high-temperature cycle characteristics at 50 ° C. or higher.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でのリチウム二次電池は、室内で使用されることが多
く、常温である20℃でのサイクル特性に優れることが
要求されていた。そのため、50℃以上での高温では、
電池性能が著しく低下し、サイクル特性に問題があっ
た。つまり、現状の電極ペースト組成物、特に正極ペー
スト組成物を用いたリチウム二次電池では、高温でのサ
イクル特性が不十分であった。
However, conventional lithium secondary batteries are often used indoors, and are required to have excellent cycle characteristics at room temperature of 20 ° C. Therefore, at high temperatures above 50 ° C,
Battery performance was significantly reduced, and there was a problem in cycle characteristics. In other words, the current electrode paste composition, particularly a lithium secondary battery using the positive electrode paste composition, has insufficient cycle characteristics at high temperatures.

【0005】そしてこの従来のリチウム二次電池が高温
でのサイクル特性に劣る原因としては、正極活物質にリ
チウムと遷移金属の複合酸化物が用いられているため、
高温での使用状態において、遷移金属が電解液中に溶け
出し、そのためにインターカレーション・デインターカ
レーションを繰り返すリチウムイオンが正極活物質中に
戻れなくなって電極性能を低下させるということが考え
られる。
The reason that the conventional lithium secondary battery is inferior in cycle characteristics at high temperatures is that a composite oxide of lithium and a transition metal is used as a positive electrode active material.
In a state of use at a high temperature, it is considered that the transition metal dissolves into the electrolytic solution, so that lithium ions that repeat intercalation and deintercalation cannot return to the positive electrode active material, thereby deteriorating the electrode performance. .

【0006】そこで、本発明者は、正極活物質中に含ま
れる遷移金属の電解液への溶出を抑制し、遷移金属が正
極活物質中に残存するようにすれば、インターカレーシ
ョン・デインターカレーションを繰り返すリチウムイオ
ンが正極活物質に戻ることができてサイクル特性の改善
を図ることができるのではないかと考えた。
Therefore, the present inventor has proposed that if the transition metal contained in the positive electrode active material is suppressed from being eluted into the electrolyte and the transition metal is left in the positive electrode active material, the intercalation / deintercalation is reduced. We thought that the lithium ions that repeat the callation could return to the positive electrode active material and improve the cycle characteristics.

【0007】そして鋭意努力検討した結果、正極ペース
ト組成中に有機酸を配合することによって遷移金属が電
解液中に溶出することが抑制されることを見い出し、本
発明を想到するに至ったものである
As a result of diligent efforts, the present inventors have found that the incorporation of an organic acid in the composition of the positive electrode paste suppresses the transition metal from being eluted into the electrolytic solution, leading to the present invention. is there

【0008】本発明の解決しようとする課題は、エネル
ギー密度が高いのみならず、高温でのサイクル特性に優
れるリチウム二次電池の正極ペースト組成物を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a positive electrode paste composition for a lithium secondary battery which has not only high energy density but also excellent cycle characteristics at high temperatures.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明に係るリチウム二次電池用正極ペースト組成物
は、リチウムを吸蔵放出可能な正極活物質と、導電性物
質と、両物質を結合するバインダを溶剤に分散し、全重
量に対し、0.3〜5.0重量%の有機酸を配合してい
ることを要旨とするものである。
In order to solve this problem, a positive electrode paste composition for a lithium secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium, a conductive material, and both materials. The gist is that a binder to be bound is dispersed in a solvent, and 0.3 to 5.0% by weight of an organic acid is added to the total weight.

【0010】正極活物質としては、リチウムと遷移金属
との複合酸化物を用いることができる。具体例として
は、リチウムと遷移金属との複合酸化物ではLiCoO
、LiNiO、LiMn等が挙げられる。い
ずれを活物質として使用する場合であっても、微粒子粉
末状のものを使用するのがよく、粒子径で1〜30μm
の範囲のものを使用するのが好ましい。
As the positive electrode active material, a composite oxide of lithium and a transition metal can be used. As a specific example, a composite oxide of lithium and a transition metal is LiCoO 2
2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and the like. Whichever type is used as the active material, it is preferable to use a fine particle powder, and the particle diameter is 1 to 30 μm.
It is preferable to use those in the range.

【0011】導電性物質は、正極活物質に適量混合して
正極層に導電性を付与できるものであれば特に制限はな
い。例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、
黒鉛等の炭素物質粉状体のうち1種または2種以上のも
のを混合して用いることができる。また使用する電極電
位で安定な金属粉末を用いることもできる。
The conductive material is not particularly limited as long as it can be mixed with an appropriate amount of the positive electrode active material to impart conductivity to the positive electrode layer. For example, carbon black, acetylene black,
One or more of carbonaceous powders such as graphite can be used as a mixture. In addition, a metal powder that is stable at the electrode potential used can also be used.

【0012】バインダは有機系のバインダー樹脂が一般
的に用いられる。このバインダー樹脂は、正極活物質お
よび導電性物質の粒子を繋ぎ止める役割を果たすもの
で、非水電解液等に対して安定である必要があり、耐候
性、耐薬品性、耐熱性、難燃性等が良好なことが要求さ
れる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ
化ビニリデン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂等を用いること
ができる。また、スチレンブタジエンゴムラテックス、
カルボキシ変性スチレンブタジエンゴムラテックス等の
合成ゴム系ラテックス型接着剤を用いることも可能であ
る。
As the binder, an organic binder resin is generally used. The binder resin plays a role of binding the particles of the positive electrode active material and the conductive material, and needs to be stable to a non-aqueous electrolyte, etc., and has weather resistance, chemical resistance, heat resistance, and flame retardancy. Good properties are required. For example, fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and fluororubber, and thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene can be used. Also, styrene butadiene rubber latex,
It is also possible to use a synthetic rubber latex type adhesive such as carboxy-modified styrene butadiene rubber latex.

【0013】溶剤は、正極活物質、導電性物質、バイン
ダー樹脂を均一に分散させる役割を果たすとともに、こ
れらを混合して得られる正極ペースト組成物の粘度を調
整する役割をも果たす。上記バインダー樹脂を溶解可能
でかつ容易に乾燥できるものであれば、適宜選択するこ
とができる。具体的には、n−メチル−2−ピロリド
ン、ジメチルフォルムアミド等が挙げられる。
The solvent plays a role of uniformly dispersing the cathode active material, the conductive material and the binder resin, and also plays a role of adjusting the viscosity of the cathode paste composition obtained by mixing them. As long as the binder resin can be dissolved and can be easily dried, it can be appropriately selected. Specific examples include n-methyl-2-pyrrolidone and dimethylformamide.

【0014】そしてこれに配合される有機酸は、遷移金
属を繋ぎ止める役割を果たすもので、溶剤に可溶であれ
ば特に制限はない。例えば、酢酸、酪酸、ステアリン酸
等の有機カルボン酸、ドデシルスルフォン酸等の有機ス
ルフォン酸等が挙げられる。そして有機酸の配合割合
は、充分な高温でのサイクル特性を得るために、0.3
wt%以上とするのが望ましい。また有機酸が5.0wt%
を越えると、電池容量の低下を招く等電池性能に問題が
生じる。
The organic acid blended therein plays a role of binding the transition metal, and is not particularly limited as long as it is soluble in a solvent. For example, organic carboxylic acids such as acetic acid, butyric acid, and stearic acid, and organic sulfonic acids such as dodecylsulfonic acid can be used. And the compounding ratio of the organic acid is 0.3% in order to obtain sufficient cycle characteristics at a high temperature.
It is desirable that the content be not less than wt%. 5.0 wt% of organic acid
If it exceeds, problems arise in battery performance such as a decrease in battery capacity.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施例の
ついて説明する。 <正極ペースト組成物の構成および作製方法>前述のよ
うに本発明の正極ペースト組成物は、リチウムを吸蔵放
出可能な活物質と、導電性物質と、バインダー樹脂と、
有機酸と溶剤とから構成される。そしてこれを製造する
に際しては、正極活物質に、導電性物質、バインダー樹
脂、有機酸を混合し、溶剤を添加して分散させ、いわゆ
るペースト状の正極合材を作製する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below. <Configuration and Preparation Method of Positive Electrode Paste Composition> As described above, the positive electrode paste composition of the present invention includes an active material capable of inserting and extracting lithium, a conductive material, a binder resin,
It is composed of an organic acid and a solvent. Then, in manufacturing the same, a conductive material, a binder resin, and an organic acid are mixed with the positive electrode active material, and a solvent is added and dispersed to produce a so-called paste-like positive electrode mixture.

【0016】この際、正極活物質の配合割合は、作製さ
れる正極ペースト組成物の全体を100wt%とした場
合、充分な電池容量を得るために、30wt%以上とする
のが望ましい。また、導電性物質の配合割合は、充分な
導電性を得るために、2wt%以上とするのが望ましく、
バインダー樹脂の配合割合は、充分な結着性を得るため
に、2wt%以上とするのが望ましい。また、有機酸の配
合割合は、前述したように、充分な高温でのサイクル特
性を得るために、0.3wt%以上とするのが望ましい。
At this time, the mixing ratio of the positive electrode active material is desirably 30% by weight or more in order to obtain a sufficient battery capacity, when the whole of the prepared positive electrode paste composition is 100% by weight. Also, the compounding ratio of the conductive substance is desirably 2% by weight or more in order to obtain sufficient conductivity.
The mixing ratio of the binder resin is desirably 2 wt% or more in order to obtain a sufficient binding property. Further, as described above, the compounding ratio of the organic acid is desirably 0.3 wt% or more in order to obtain sufficient cycle characteristics at a high temperature.

【0017】但し、導電性物質が20wt%を越えたり、
バインダー樹脂が10wt%を越えたり、有機酸が5wt%
を越えたりすると、電池容量の低下等の電池性能に問題
が生じる。また、溶剤の配合割合は、前記組成物を均一
に分散させたり、塗工での均一性や表面平滑性等に問題
が生じないようにするために、30wt%以上とすること
が望ましく、60wt%を越えると、粘度が低くなり、塗
工時にタレ等の問題が発生する。
However, when the conductive substance exceeds 20 wt%,
Binder resin exceeds 10wt%, organic acid 5wt%
If it exceeds the limit, a problem occurs in battery performance such as a decrease in battery capacity. Further, the mixing ratio of the solvent is desirably 30 wt% or more, in order to uniformly disperse the composition or to prevent a problem in uniformity and surface smoothness in coating. %, The viscosity becomes low, and problems such as sagging during coating occur.

【0018】正極ペースト組成物は、良好な電池性能を
確保するため、上記各成分物質が充分にかつ均一に、混
練、分散されている必要がある。したがって、混練分散
工程は、回転する羽根を有する攪拌器、ボールミル、媒
体攪拌ミル等を用いて行うのが望ましい。
In the positive electrode paste composition, it is necessary that the above-mentioned respective component substances are sufficiently and uniformly kneaded and dispersed in order to ensure good battery performance. Therefore, the kneading and dispersing step is desirably performed using a stirrer having rotating blades, a ball mill, a medium stirring mill, or the like.

【0019】<正極の作製方法>リチウム二次電池の正
極は、上記のように調整、作製された正極ペースト組成
物を集電体表面に塗工し、正極層を形成させることによ
って行われる。塗工される基材となる集電体には、アル
ミニウム等の金属箔が用いられる。塗工に用いられる装
置としては、帯状の集電体に連続して電極ペースト組成
物を塗布乾燥できるコーター方式の塗工機を用いるのが
便利である。
<Preparation Method of Positive Electrode> The positive electrode of the lithium secondary battery is prepared by applying the positive electrode paste composition prepared and prepared as described above to the surface of the current collector to form a positive electrode layer. A metal foil such as aluminum is used for a current collector serving as a substrate to be coated. As a device used for coating, it is convenient to use a coater-type coating machine which can apply and dry the electrode paste composition continuously to the belt-shaped current collector.

【0020】塗工機の塗布部には、塗布する組成物が比
較的高粘度であることから、コンマコート、スクィーズ
コート、ダイコート、リップコート等の塗布方式を採用
するのが好ましい。正極ペースト組成物の塗布厚さは、
50〜500μmの間で任意のものとすることができ
る。
Since the composition to be applied has a relatively high viscosity, it is preferable to adopt an application method such as a comma coat, a squeeze coat, a die coat, a lip coat, or the like in the coating section of the coating machine. The coating thickness of the positive electrode paste composition is
Any value between 50 and 500 μm can be used.

【0021】塗工機の乾燥部は、コーター方式の場合連
続炉であって、乾燥には、熱風、赤外線等種々のものが
採用できる。乾燥温度は、80℃以上であることが好ま
しい。80℃未満の場合は、乾燥が不充分となり、正極
層内に溶剤が残留する可能性があり、電池性能を低下さ
せるおそれがあるからである。ただし、あまり乾燥温度
を上げすぎると表面のみ乾燥が進行し、均一な乾燥がで
きないことが予想されるため、注意を要する。なお、電
極層の密度を高めるため、乾燥後にプレスを行うこと
も、電池のエネルギー密度を高めるのに効果的である。
The drying section of the coating machine is a continuous furnace in the case of a coater system, and various types of drying such as hot air and infrared rays can be employed for drying. The drying temperature is preferably 80 ° C. or higher. If the temperature is lower than 80 ° C., the drying becomes insufficient, the solvent may remain in the positive electrode layer, and the battery performance may be reduced. However, care must be taken because if the drying temperature is too high, drying proceeds only on the surface and uniform drying cannot be expected. Pressing after drying to increase the density of the electrode layer is also effective in increasing the energy density of the battery.

【0022】<リチウム二次電池の構造>上記のように
作製した電極を用いたリチウム二次電池について説明す
る。リチウム二次電池は一般に、正極と、負極と、正極
と負極との間に挟装されるセパレータと、非水電解液と
から構成される。以下に、上述した正極を除いた構成要
素について順に説明する。
<Structure of Lithium Secondary Battery> A lithium secondary battery using the electrode manufactured as described above will be described. A lithium secondary battery generally includes a positive electrode, a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. Hereinafter, components except for the above-described positive electrode will be sequentially described.

【0023】負極は、金属リチウム、リチウム化合物、
リチウム合金等を使用できるが、充放電の繰り返しに伴
うデンドライトの析出という問題があるため、これらに
代え、リチウムを吸蔵放出可能な粉末状の炭素材料を負
極活物質とするのが良い。炭素材料を負極活物質とする
場合、負極は、この炭素材料にバインダー樹脂を混合
し、必要に応じて適当な溶剤を加えて、負極ペースト組
成物としたものを、正極同様、銅箔製等の負極集電体表
面に塗布、乾燥し、負極層を形成させて作製する。
The negative electrode is composed of metallic lithium, a lithium compound,
Although a lithium alloy or the like can be used, there is a problem that dendrite is deposited due to repetition of charge and discharge. Therefore, instead of these, a powdery carbon material capable of inserting and extracting lithium is preferably used as the negative electrode active material. When a carbon material is used as the negative electrode active material, the negative electrode is prepared by mixing a binder resin with the carbon material, adding an appropriate solvent as necessary, and forming a negative electrode paste composition, like the positive electrode, made of copper foil or the like. Is applied to the surface of the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode layer.

【0024】負極活物質として用いることのできる炭素
材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、カーボ
ンブラック、気相成長炭素、炭素繊維、有機高分子系化
合物を炭素化した材料、またはこれらを熱処理、混合し
た材料等が挙げることができる。負極の製作にあたって
は、負極活物質を結着させるバインダー樹脂、溶剤、負
極ペースト組成物の混練分散、塗布乾燥方法等について
は、正極と同様のものを、または同様の方法を用いるこ
とができる。
Examples of the carbon material usable as the negative electrode active material include natural graphite, artificial graphite, coke, carbon black, vapor-grown carbon, carbon fiber, a material obtained by carbonizing an organic polymer compound, or a heat-treated material thereof. And mixed materials. In producing the negative electrode, the same method as the positive electrode or the same method as the method for kneading and dispersing the binder resin for binding the negative electrode active material, the solvent, the negative electrode paste composition, and the coating and drying method can be used.

【0025】正極と負極との間に挟装されるセパレータ
は、正極と負極とを分離し、電解液を保持してリチウム
イオンを通過させる機能を有するものである。このセパ
レータには、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔質
フィルム、不織布または織布等を用いることができる。
セパレータの厚さが10〜200μm程度とすることが
好ましい。
The separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode has a function of separating the positive electrode and the negative electrode, holding an electrolyte, and passing lithium ions. For this separator, a porous film such as polyethylene or polypropylene, a nonwoven fabric or a woven fabric can be used.
It is preferable that the thickness of the separator be about 10 to 200 μm.

【0026】非水電解液には、上記正極活物質および負
極活物質に対して安定であり、かつリチウムイオンがこ
の正極活物質および負極活物質と電気化学反応をするた
めの移動を行い得る非水物質であれば、いずれも使用す
ることができる。通常は、電解質であるリチウム塩を有
機溶媒に溶解させて用いる。電解質に使用できる塩は、
具体的には、LiPF、LiA、LiSb
、LiBF、LiClO、LiI、LiBr、
LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN、L
iSOCF等が挙げられる。これらのうちで特に、
LiPF、LiBF、LiClOが好適である。
The non-aqueous electrolyte is a non-aqueous electrolyte which is stable with respect to the above-mentioned positive electrode active material and negative electrode active material, and is capable of performing movement for performing an electrochemical reaction with the positive electrode active material and the negative electrode active material. Any water substance can be used. Usually, a lithium salt as an electrolyte is used by dissolving it in an organic solvent. Salts that can be used for the electrolyte are
Specifically, LiPF 6, LiA S F 6 , LiSb
F 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiI, LiBr,
LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, L
ISO 3 CF 2, and the like. Of these,
LiPF 6 , LiBF 4 and LiClO 4 are preferred.

【0027】この電解質を溶解する溶媒は任意に選択で
きるが、比較的高誘電率の有機溶媒が好適なものとして
用いられる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカー
ボネート、エチルメチルカーボネート等の非環状カーボ
ネート類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒド
ロフラン等のグライム類、γ−ブチルラクトン等のラク
トン類、スルフォラン等の硫黄化合物、アセトニトリル
等のニトリル類等の1種または2種以上の溶媒が挙げら
れる。これらのうちで特に、エチレンカーボネート、プ
ロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチ
ルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の非環状
カーボネート類から選ばれた1種または2種以上の混合
溶媒が好適なものとして用いられる。
The solvent for dissolving the electrolyte can be arbitrarily selected, but an organic solvent having a relatively high dielectric constant is preferably used. For example, ethylene carbonate, cyclic carbonates such as propylene carbonate, dimethyl carbonate, acyclic carbonates such as ethyl methyl carbonate, tetrahydrofuran, glimes such as 2-methyltetrahydrofuran, lactones such as γ-butyl lactone, sulfur such as sulfolane. One or more solvents such as compounds, nitriles such as acetonitrile and the like can be mentioned. Among these, in particular, one or more mixed solvents selected from cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and non-cyclic carbonates such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are preferably used.

【0028】また、上記非水電解液に代えて固体電解質
として、上記非水電解液を例えばポリエチレンオキサイ
ド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイ
ドのイソシアネート架橋体、フェニレンオキシド、フェ
ニレンスルフィド系ポリマー等の重合体に含浸させた有
機固体電解質、LiN、LiBCl、LiSiO
、LiBO等のリチウムガラスの無機固体電解質
を使用することもできる。
Further, the above non-aqueous electrolyte is impregnated with a polymer such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, a crosslinked isocyanate of polyethylene oxide, phenylene oxide, or a phenylene sulfide polymer as a solid electrolyte in place of the above non-aqueous electrolyte. Organic solid electrolyte, Li 3 N, LiBCl 4 , Li 4 SiO
4 , an inorganic solid electrolyte of lithium glass such as Li 3 BO 3 can also be used.

【0029】以上のように構成されるリチウム二次電池
の形状としては円筒型、箱型、ペーパー型、カード型
等、種々のものとすることができる。いずれの形状を採
る場合であっても、正極および負極にセパレータを挟装
させ電極体とし、正極集電体および負極集電体から外部
に通ずる正極端子および負極端子までの集電用リード等
を用いて接続し、この電極体を非水電解液とともに電池
ケースに密閉して、リチウム二次電池を完成させる。
As the shape of the lithium secondary battery configured as described above, various shapes such as a cylindrical type, a box type, a paper type, and a card type can be used. In any case, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and a current collecting lead or the like extending from the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. The electrode assembly is sealed together with the non-aqueous electrolyte in a battery case to complete a lithium secondary battery.

【0030】上記の実施形態に基づいて、実施例とし
て、実際に正極ペースト組成物を作製した。また、これ
とは別に、本発明で規定した範囲外にある正極ペースト
組成物を、比較例として作製した。この実施例および比
較例の正極ペースト組成物を用いて正極を作製し、実際
に円筒セル型のリチウム電池を作製した。そして、高温
でのサイクル特性および電池容量を比較して、本発明の
正極ペースト組成物が有効なものであることを確かめ
た。以下に、実施例および比較例の正極ペースト組成
物、電池の製作、及び実験データの比較結果について順
に説明する。
Based on the above embodiment, as an example, a positive electrode paste composition was actually prepared. Separately, a cathode paste composition outside the range specified in the present invention was prepared as a comparative example. Positive electrodes were produced using the positive electrode paste compositions of the examples and comparative examples, and cylindrical cell type lithium batteries were actually produced. Then, by comparing the cycle characteristics and the battery capacity at a high temperature, it was confirmed that the positive electrode paste composition of the present invention was effective. Hereinafter, positive electrode paste compositions of Examples and Comparative Examples, production of batteries, and comparison results of experimental data will be described in order.

【0031】<実施例1>上記した本発明の実施形態に
基づくこの実施例1の正極ペースト組成物は、リチウム
系正極活物質としてニッケル酸リチウムを、導電性物質
としてアセチレンブラックを、バインダー樹脂としてポ
リフッ化ビニリデン樹脂(以下、PVDFと略す)を、
有機酸として酢酸を、溶剤としてn−メチル−2−ピロ
リドン(以下、「NMP」と略す)をそれぞれ用いた。
正極ペースト組成物におけるそれぞれの配合割合は、ニ
ッケル酸リチウム55.1wt%、アセチレンブラックが
3.2wt%、PVDF3.2wt%、酢酸0.5wt%、N
MP38.0wt%とした。
Example 1 The positive electrode paste composition of Example 1 based on the above-described embodiment of the present invention comprises lithium nickelate as a lithium-based positive electrode active material, acetylene black as a conductive material, and binder resin as a binder resin. Polyvinylidene fluoride resin (hereinafter abbreviated as PVDF)
Acetic acid was used as an organic acid, and n-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as “NMP”) was used as a solvent.
The respective mixing ratios in the positive electrode paste composition were 55.1 wt% of lithium nickelate, 3.2 wt% of acetylene black, 3.2 wt% of PVDF, 0.5 wt% of acetic acid, N
MP was 38.0 wt%.

【0032】正極ペースト組成物の混練分散は、分散機
(ウルトラビスコミル:アイメックス製)を用いた。本
分散機は、容量が2.0リットルで、攪拌ディスクが5枚あ
り、直径2mmのジルコニアビーズが1.4リットル投入さ
れている。攪拌ディスクを回転速度1000rpmで回
転させ、200ml/分で正極ペースト組成物を連続処
理して混練分散し、正極ペーストとした。
For the kneading and dispersion of the positive electrode paste composition, a dispersing machine (Ultraviscomil: manufactured by IMEX) was used. This dispersing machine has a capacity of 2.0 liters, has five stirring disks, and is charged with 1.4 liters of zirconia beads having a diameter of 2 mm. The stirring disk was rotated at a rotation speed of 1000 rpm, and the positive electrode paste composition was continuously processed at 200 ml / min, kneaded and dispersed to obtain a positive electrode paste.

【0033】<実施例2>上記した本発明は実施形態に
基づくこの実施例2の正極ペースト組成物は、有機酸と
してステアリン酸を用いた以外は、実施例1と各成分材
料、作製条件は同じであって、各成分の配合割合は、ニ
ッケル酸リチウム52.9wt%、アセチレンブラック
3.1wt%、PVDF3.1wt%、ステアリン酸3.1
wt%、NMP37.8wt%とした。
<Example 2> The above-described present invention is based on the embodiment. The positive electrode paste composition of Example 2 is the same as Example 1 except that stearic acid is used as an organic acid. In the same manner, the mixing ratio of each component is 52.9% by weight of lithium nickelate, 3.1% by weight of acetylene black, 3.1% by weight of PVDF, and 3.1% by weight of stearic acid.
wt% and 37.8 wt% NMP.

【0034】<比較例1>有機酸を配合しない以外は実
施例1と各成分材料、作製条件は同じであって、各成分
の配合割合は、ニッケル酸リチウム55.5wt%、アセ
チレンブラック3.3wt%、PVDF3.3wt%、NM
P37.9wt%とした。
<Comparative Example 1> Except that no organic acid was blended, each component material and preparation conditions were the same as in Example 1, and the blending ratio of each component was 55.5 wt% of lithium nickelate and acetylene black. 3 wt%, PVDF 3.3 wt%, NM
P was 37.9 wt%.

【0035】<比較例2>有機酸の配合割合以外は実施
例2と各成分材料、作製条件が同一であって、各成分材
料の配合割合は、ニッケル酸リチウム50.3wt%、ア
セチレンブラック2.9wt%、PVDF2.9wt%、ス
テアリン酸5.8wt%、NMPが38.1wt%とした。
<Comparative Example 2> Except for the compounding ratio of the organic acid, each component material and the production conditions were the same as in Example 2, and the compounding ratio of each component material was 50.3% by weight of lithium nickelate and acetylene black 2 9.9 wt%, PVDF 2.9 wt%, stearic acid 5.8 wt%, NMP 38.1 wt%.

【0036】こうして作製された正極ペーストを厚さ2
0μmのアルミ箔上にコンマコーターを用いて片面塗布
後、80℃で5分間乾燥し、乾燥後同様に裏面について
も塗布乾燥し、両面に正極材料が塗布された正極シート
を得た。次に、線圧が1000kgf/cmでロールプ
レスを行い、膜厚を100μmとした後、所定の形状に
切り取り、正極を作製した。
The positive electrode paste thus prepared was applied to a thickness of 2
After coating on one side with a comma coater on a 0 μm aluminum foil, the coating was dried at 80 ° C. for 5 minutes. After drying, the backside was similarly coated and dried to obtain a positive electrode sheet having both surfaces coated with a positive electrode material. Next, roll pressing was performed at a linear pressure of 1000 kgf / cm to make the film thickness 100 μm, and then cut into a predetermined shape to produce a positive electrode.

【0037】負極ペースト組成物には、負極活物質とし
てメソカーボンマイクロビーズを、バインダー樹脂とし
てPVDFを、溶剤としてNMPを用いた。負極ペース
ト組成物におけるそれぞれの配合割合は、メソカーボン
マイクロビーズ45.0wt%、PVDF5.0wt%、N
MP50.0wt%とした。正極ペースト組成物と同様に
して混練分散して負極ペーストを作製した。作製された
負極ペーストを厚さ20μmの銅箔上にコンマコーター
を用いて片面塗布後、80℃で5分間乾燥し、乾燥後同
様に裏面についても塗布乾燥し、両面に正極材料が塗布
された負極シートを得た。次に、線圧が1000kgf
/cmでロールプレスを行い、膜厚を100μmとした
後、所定の形状に切り取り、負極を作製した。
In the negative electrode paste composition, mesocarbon microbeads were used as a negative electrode active material, PVDF was used as a binder resin, and NMP was used as a solvent. The mixing ratio in the negative electrode paste composition was as follows: mesocarbon microbeads 45.0 wt%, PVDF 5.0 wt%, N
MP was 50.0% by weight. The negative electrode paste was prepared by kneading and dispersing in the same manner as in the positive electrode paste composition. The prepared negative electrode paste was applied on one side using a comma coater on a copper foil having a thickness of 20 μm, and then dried at 80 ° C. for 5 minutes. After drying, the back side was also coated and dried, and the positive electrode material was applied to both sides. A negative electrode sheet was obtained. Next, when the linear pressure is 1000 kgf
/ Cm and roll cut to a film thickness of 100 μm, and then cut into a predetermined shape to produce a negative electrode.

【0038】次に、得られた正極と負極の間に厚さ20
μmのポリエチレン製セパレーターを挟装して、渦巻状
に巻き上げて円筒セルとし、非水系電解液が充填される
電池缶に装着した。電解液は、エチレンカーボネートと
ジエチルカーボネートの等容量混合液に、支持塩として
LiPFを濃度1mol/lで溶解したものを用い
た。
Next, a thickness of 20 mm was formed between the obtained positive electrode and negative electrode.
A separator made of polyethylene having a thickness of μm was sandwiched and spirally wound to form a cylindrical cell, which was then mounted on a battery can filled with a non-aqueous electrolyte. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as a supporting salt at a concentration of 1 mol / l in a mixed solution of equal volumes of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used.

【0039】<比較結果>実施例1および2、比較例1
および2の正極ペースト組成物を用いて作製したそれぞ
れの円筒セルについて、高温でのサイクル特性、初期放
電容量を評価し、比較した。評価条件は、充電電流50
0mA・放電電流500mAの定電流充放電を、電圧
3.0〜4.1V、60℃下で行い、高温でのサイクル
特性は、初期の放電容量に対する100サイクル後の放
電容量の容量維持率で評価した。それぞれの円筒セルの
初期放電容量および容量維持率の結果を表1に示す。
<Comparative Results> Examples 1 and 2, Comparative Example 1
The cycle characteristics at high temperature and the initial discharge capacity of each cylindrical cell produced using the positive electrode paste compositions of Examples 1 and 2 were evaluated and compared. The evaluation condition is a charging current of 50
A constant current charge / discharge with a discharge current of 0 mA and a discharge current of 500 mA is performed at a voltage of 3.0 to 4.1 V at 60 ° C. evaluated. Table 1 shows the results of the initial discharge capacity and capacity retention of each cylindrical cell.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】上記表1に示すように、比較例1の正極ペ
ースト組成物を用いて作製した電池は、100サイクル
後の放電容量維持率が82%と低かった。これは、比較
例1の正極ペースト組成物には有機酸が配合されていな
かったために、電池の容量低下が発生したことによる。
また、比較例2の正極ペースト組成物を用いて作製した
電池は初期の放電容量が1130mAhと低かった。こ
れは、比較例2の正極ペースト組成物には有機酸が5wt
%を越える5.8wt%配合されていたために、電池の容
量自体が低下したものと考えられる。
As shown in Table 1 above, the battery produced using the positive electrode paste composition of Comparative Example 1 had a low discharge capacity retention rate of 82% after 100 cycles. This is because the organic acid was not blended in the positive electrode paste composition of Comparative Example 1, and the capacity of the battery was reduced.
The battery prepared using the positive electrode paste composition of Comparative Example 2 had a low initial discharge capacity of 1130 mAh. This is because the organic acid was 5 wt% in the positive electrode paste composition of Comparative Example 2.
% Of 5.8 wt%, which is considered to have decreased the capacity of the battery itself.

【0042】これに対して、本発明の実施形態に基づい
た実施例1および2の正極ペースト組成物を用いて作製
した電池は、有機酸の配合により高温でのサイクル特性
が向上し、また、初期放電容量の低下も認められなかっ
た。この結果から、本発明の正極ペースト組成物は高温
でのサイクル特性に優れた正極ペースト組成物であるこ
とが実証された。
On the other hand, batteries prepared using the positive electrode paste compositions of Examples 1 and 2 based on the embodiment of the present invention have improved cycle characteristics at high temperatures due to the addition of the organic acid. No decrease in the initial discharge capacity was observed. From these results, it was demonstrated that the positive electrode paste composition of the present invention was a positive electrode paste composition having excellent high-temperature cycle characteristics.

【0043】そしてこのような結果が得られたことは、
物質反応メカニズムとして次のように考察される。すな
わち、正極ペースト組成物に有機酸を適量配合すること
により、その組成物中の正極活物質であるリチウムと遷
移金属(Ni、Mn、Co等)との複合酸化物の表面が
有機酸により覆われ、そのため従来、高温(約60℃)
の使用環境温度ではその遷移金属が電解液中に溶出して
電池の充放電反応によりインターカレート、デインター
カレートするリチウムイオンが徐々に正極活物質中に戻
れなくなって充放電容量が低下していったものが、本発
明によれば高温の使用環境温度でもその遷移金属がリチ
ウムイオンのデインターカレーションの時に有機酸の例
えば、COOイオンと結合して電解液中に溶出するこ
とが回避され、いつまでも高い充放電容量を維持するこ
とができたものと考えられるものである。
The fact that such a result was obtained is as follows.
The substance reaction mechanism is considered as follows. That is, by adding an appropriate amount of an organic acid to the positive electrode paste composition, the surface of the composite oxide of lithium, which is a positive electrode active material, and a transition metal (Ni, Mn, Co, etc.) in the composition is covered with the organic acid. Therefore, conventionally, high temperature (about 60 ° C)
At the operating ambient temperature, the transition metal elutes into the electrolyte and the lithium ions that intercalate and deintercalate gradually cannot return to the positive electrode active material due to the charge / discharge reaction of the battery, reducing the charge / discharge capacity. According to the present invention, according to the present invention, even at a high use environment temperature, the transition metal can be eluted into the electrolytic solution by binding to an organic acid, for example, COO - ion, at the time of lithium ion deintercalation. This is considered to have been avoided and a high charge / discharge capacity could be maintained forever.

【0044】本発明は上記した実施例に何ら限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の
改変が可能である。例えば、上記実施例では、正極活物
質にニッケル酸リチウムを用いたが、これに把われず、
LiCoO、LiMn 等の各種リチウム二次電
池に適用される。また有機酸も上記実施例の酢酸、ステ
アリン酸に限られず、各種有機酸が適用されることは、
本発明の有機酸の効用から明らかなことである。更に導
電性物質、有機バインダ等も実施例のものに限られるも
のではないことは勿論である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment.
It is not intended to be limited to various ones without departing from the spirit of the present invention.
Modifications are possible. For example, in the above embodiment, the positive electrode active material
Although lithium nickelate was used for the quality,
LiCoO2, LiMn2O 4Various lithium secondary batteries such as
Applies to ponds. The organic acids are also acetic acid and
It is not limited to aric acid, and various organic acids are applied.
It is clear from the utility of the organic acid of the present invention. Further guidance
The conductive materials, organic binders and the like are also limited to those of the embodiments.
Of course, it is not.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明は、リチウム二次電池の正極を形
成させるための正極ペースト組成物で、正極ペースト組
成物全体を100wt%として、有機酸を0.3〜5wt%
配合させることで、この正極ペースト組成物を用いて作
製した電池を、初期に電池容量を低下させることなく、
高温でのサイクル特性に優れたものとすることが可能と
なった。このことから、本発明は、電気自動車用二次電
池のように屋外および高温環境下での使用を必要とする
用途に、リチウム二次電池を用いる可能性を拓くものと
なっている。
According to the present invention, there is provided a positive electrode paste composition for forming a positive electrode of a lithium secondary battery, wherein an organic acid is contained in an amount of 0.3 to 5% by weight based on 100% by weight of the entire positive electrode paste composition.
By blending, a battery produced using this positive electrode paste composition can be prepared without lowering the battery capacity at the initial stage.
It has become possible to obtain excellent cycle characteristics at high temperatures. Accordingly, the present invention opens up the possibility of using a lithium secondary battery for applications that require use in outdoor and high-temperature environments, such as a secondary battery for an electric vehicle.

フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA02 AA04 BB01 BB11 BB12 BB14 BD04 5H014 AA02 EE01 HH01 Continued on the front page F term (reference) 5H003 AA02 AA04 BB01 BB11 BB12 BB14 BD04 5H014 AA02 EE01 HH01

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムを吸蔵放出可能な正極活物質
と、導電性物質と、両物質を結合するバインダを溶剤に
分散し、全重量に対し、0.3〜5.0重量%の有機酸
を配合していることを特徴とするリチウム二次電池用正
極ペースト組成物。
A positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium, a conductive material, and a binder for binding both materials are dispersed in a solvent, and 0.3 to 5.0% by weight of the total weight of an organic acid is dispersed. And a positive electrode paste composition for a lithium secondary battery.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101201136B1 (en) * 2005-03-08 2012-11-13 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode slurry composition for lithium secondary battery and Lithium secondary battery using the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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