JP2007194202A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Takashi Tokunaga
敬士 徳永
Yoshiaki Obana
良哲 尾花
Hiroyuki Akashi
寛之 明石
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery which has excellent cycle characteristics in case charge/discharge cycles are conducted under a charging voltage of 4.25 V or more and 6.00 V or less. <P>SOLUTION: The lithium ion secondary battery is composed of a cathode 2 having an active substance and a binder, an anode 3, and an electrolyte as well as a separator 4 positioned between the cathode 2 and the anode 3, and an open circuit voltage per a unit cell in a full charge is 4.25 V or more and 6.00 V or less. For such a lithium ion secondary battery, a binder containing polyacrylonitrile group resin is used to obtain excellent cycle characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池に関し、詳しくは、リチウムイオン二次電池に適用可能な正極に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to a positive electrode applicable to a lithium ion secondary battery.

近年、携帯電話、ビデオカメラ、ノートパソコンなどの携帯情報電子機器の普及に伴い、機器の高性能化、小型化、軽量化は急速に発展している。これらの機器に使用される電源には、使い捨ての一次電池や繰り返して使用できる二次電池が用いられているが、経済性、高性能、小型軽量などの総合的なバランスの良さから、これらの電池の中でも、リチウムイオン二次電池の需要が伸びている。   In recent years, with the widespread use of portable information electronic devices such as mobile phones, video cameras, and notebook computers, the performance, size, and weight of the devices are rapidly developing. The power source used in these devices is a disposable primary battery or a reusable secondary battery. However, these power supplies have good overall balance such as economy, high performance, small size and light weight. Among batteries, demand for lithium ion secondary batteries is growing.

最近では、携帯情報電子機器のさらなる高性能化を実現するために、特に、(1)リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化(2)サイクル特性の向上が要求されている。以下、(1)リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化、(2)サイクル特性の向上について順次説明する。   Recently, in order to achieve higher performance of portable information electronic devices, in particular, (1) higher energy density of lithium ion secondary batteries and (2) improvement of cycle characteristics are required. Hereinafter, (1) increasing the energy density of the lithium ion secondary battery and (2) improving the cycle characteristics will be sequentially described.

(1)リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度
高エネルギー密度化には、単位体積あたりの高い放電容量を有する正極を用いることは有効な方法の一つであり、このような正極を実現するためには、(a)活物質の選定(b)充電上限電圧の増大が重要であることが知られているが、近年では、(b)充電上限電圧の増大により高エネルギー化を図る研究が盛んになされている。
(1) High energy density of lithium ion secondary battery For increasing the energy density, it is one of effective methods to use a positive electrode having a high discharge capacity per unit volume. In order to realize such a positive electrode It is known that (a) the selection of the active material and (b) the increase of the charging upper limit voltage are important. However, in recent years, research on increasing the energy by (b) increasing the charging upper limit voltage has been actively conducted. Has been made.

リチウムイオン二次電池の正極活物質としてはLiCoO2などの他に、LiNiO2、LiMn24などが知られている。LiNiO2は容量190mAhg-1程度と比較的高いが容量を得るために放電カットオフ電圧を下げる必要がある。しかし、平均放電電圧が低いため高電力を必要とするノート型パソコンなどの用途には不向きといえる。またLiMn24は容量が低くリチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化には不向きである。 In addition to LiCoO 2 and the like, LiNiO 2 and LiMn 2 O 4 and the like are known as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries. LiNiO 2 has a relatively high capacity of about 190 mAhg −1, but it is necessary to lower the discharge cutoff voltage in order to obtain the capacity. However, since the average discharge voltage is low, it can be said that it is not suitable for applications such as notebook computers that require high power. LiMn 2 O 4 has a low capacity and is not suitable for increasing the energy density of a lithium ion secondary battery.

上記の理由からノート型パソコン向けを用途とした高充電圧リチウムイオン二次電池は平均放電電圧の高いLiCoO2などのリチウム含有遷移金属酸化物が望ましい。LiCoO2を正極活物質として用い、炭素材料を負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池においては、充電終止電圧は4.1V〜4.2Vとなっている。このような充電条件では、正極は理論容量に対して、50%〜60%程度しか利用されていない。したがって、充電電圧を高くすることができれば、正極の容量を理論容量に対して70%以上で利用することが可能となり、リチウムイオン二次電池の高容量化、さらに高エネルギー密度化が可能となる。 For the above reasons, lithium-containing transition metal oxides such as LiCoO 2 having a high average discharge voltage are desirable for high charge pressure lithium ion secondary batteries intended for notebook computers. In a lithium ion secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material and a carbon material as a negative electrode active material, the end-of-charge voltage is 4.1 V to 4.2 V. Under such charging conditions, the positive electrode is only used about 50% to 60% of the theoretical capacity. Therefore, if the charging voltage can be increased, the capacity of the positive electrode can be utilized at 70% or more of the theoretical capacity, and the capacity and the energy density of the lithium ion secondary battery can be increased. .

実際、例えば、特許文献1に記載されているように、充電時の電圧を4.30V以上にすることにより、高エネルギー密度化が発現することが知られている。   In fact, for example, as described in Patent Document 1, it is known that high energy density is manifested by setting the voltage during charging to 4.30 V or higher.

国際公開第WO03/019731号パンフレットInternational Publication No. WO03 / 019731 Pamphlet

(2)サイクル特性の向上
リチウムイオン二次電池では、リチウム含有遷移金属複合酸化物などの正極活物質、フッ素系樹脂などのバインダー、導電剤等からなる正極合剤を集電体としてのアルミニウム箔にコーティングしたものが使用される。例えば、特許文献2では、α−オレフィンとα,β−不飽和カルボン酸の共重合体を含む沈降防止剤を正極合剤に添加することにより、サイクル特性を向上できることが記載されている。
(2) Improvement of cycle characteristics In lithium ion secondary batteries, a positive electrode active material such as a lithium-containing transition metal composite oxide, a binder such as a fluorine resin, a positive electrode mixture comprising a conductive agent, etc., is used as an aluminum foil The one coated with is used. For example, Patent Document 2 describes that cycle characteristics can be improved by adding an anti-settling agent containing a copolymer of an α-olefin and an α, β-unsaturated carboxylic acid to the positive electrode mixture.

特開2004−247292号公報JP 2004-247292 A

しかしながら、本願発明者らが、従来の最大4.2Vで作動するリチウムイオン二次電池の充電電圧を4.20Vを超えて設定したところ、1サイクル当たりに取り出せる放電量は低下していくといった「本電池系固有の問題」が明らかになった。   However, when the inventors set the charging voltage of a conventional lithium ion secondary battery operating at a maximum of 4.2 V to exceed 4.20 V, the amount of discharge that can be taken out per cycle decreases. The problem inherent to this battery system was revealed.

この原因としては、活物質、導電剤、集電体の接触面積の低下による電子移動抵抗の上昇、電解液の変質、表面被膜の増加による拡散抵抗の上昇など複数の要因が考えられる。これらの要因のうち、活物質、導電剤、集電体の接触面積の低下による電子移動抵抗の上昇は、充電の上限電圧を高くすることにより、高い酸化雰囲気下における正極合剤の密着性の低下が要因の一つと考えられる。   This may be due to a plurality of factors such as an increase in electron transfer resistance due to a decrease in the contact area of the active material, conductive agent, and current collector, alteration of the electrolyte, and an increase in diffusion resistance due to an increase in the surface coating. Among these factors, the increase in the electron transfer resistance due to the decrease in the contact area of the active material, the conductive agent, and the current collector increases the adhesion of the positive electrode mixture in a high oxidizing atmosphere by increasing the upper limit voltage of charging. The decline is considered to be one of the factors.

実際に、本願発明者等は、フッ素系樹脂であるPVDF(ポリフッ化ビニリデン)バインダーを用いた電池で、上限電圧4.2Vおよび上限電圧4.2Vより高い充電電圧で充放電サイクルを行った。そして、充放電サイクル後の電池を解体し、正極を取り出したところ、4.2Vより高い充電電圧で充放電サイクルを行った電池の方が、正極合剤と集電体の剥がれは顕著であることが確認できた。   Actually, the inventors of the present invention performed a charge / discharge cycle with a battery using a PVDF (polyvinylidene fluoride) binder, which is a fluororesin, at a charge voltage higher than the upper limit voltage of 4.2 V and the upper limit voltage of 4.2 V. When the battery after the charge / discharge cycle was disassembled and the positive electrode was taken out, peeling of the positive electrode mixture and the current collector was more remarkable in the battery that was charged / discharged at a charge voltage higher than 4.2V. I was able to confirm.

このように、フッ素系樹脂であるPVDFバインダーでは、正極合剤の密着性が低下し、上限電圧4.2Vより高い充電電圧で充放電サイクルを行った場合には、サイクル特性が顕著に悪化してしまうことが明らかになった。また、上限電圧4.2Vより高い充放電サイクルを行った電池では、特に高温下でサイクル特性が顕著に悪化してしまうことがわかった。   As described above, in the PVDF binder which is a fluorine-based resin, the adhesion of the positive electrode mixture is lowered, and when the charge / discharge cycle is performed at a charge voltage higher than the upper limit voltage 4.2 V, the cycle characteristics are remarkably deteriorated. It became clear that. In addition, it was found that in the battery that was subjected to a charge / discharge cycle higher than the upper limit voltage of 4.2 V, the cycle characteristics deteriorated remarkably at high temperatures.

したがって、この発明の目的は、4.25V以上6.00V以下の充電電圧下で充放電サイクルを行った場合において、特に高温下で良好なサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having good cycle characteristics particularly at high temperatures when a charge / discharge cycle is performed under a charge voltage of 4.25V to 6.00V. is there.

本願発明者等は、少なくとも正極活物質およびバインダーとを有する正極と、負極と、正極および負極との間に介在された電解質およびセパレータとを備え、満充電における単セルあたりの開回路電圧が4.25V以上6.00V以下であるリチウムイオン二次電池において、ポリアクリロニトリル系樹脂を含むバインダーを用いることによって特に高温下で良好なサイクル特性が得られることを見出した。   The inventors of the present application include a positive electrode having at least a positive electrode active material and a binder, a negative electrode, an electrolyte and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an open circuit voltage per unit cell at full charge is 4 It has been found that in a lithium ion secondary battery having a voltage of 0.25 V or more and 6.00 V or less, good cycle characteristics can be obtained particularly at high temperatures by using a binder containing a polyacrylonitrile resin.

すなわち、上述した課題を解決するために、この発明は、
少なくとも正極活物質およびバインダーを有する正極と、負極と、正極および負極の間に介在された電解質およびセパレータとを備え、
満充電状態における単セルあたりの開回路電圧が4.25V以上6.00V以下であるリチウムイオン二次電池であって、
正極活物質は、一般式:LiaCo1-xMex2-b(式中、Meは、V(バナジウム),Cu(銅),Zr(ジルコニウム),Zn(亜鉛),Mg(マグネシウム),Al(アルミニウム)およびFe(鉄)から選ばれる少なくとも1種または2種以上の金属元素を示す。aは0.9≦a≦1.1、xは0≦x≦0.3、bは−0.1≦b≦0.1の値をとる。)で表されたリチウム−コバルト複合酸化物、および一般式:LiaNi1-x-y-zCoxMnyMez2-b(式中、Meは、V(バナジウム),Cu(銅),Zr(ジルコニウム),Zn(亜鉛),Mg(マグネシウム),Al(アルミニウム)およびFe(鉄)から選ばれる少なくとも1種または2種以上の金属元素を示す。aは0.9≦a≦1.1、xは0<x<0.4、yは0<y<0.4、zは0<z<0.3、bは、−0.1≦b≦0.1の値をとる。)で表されたリチウム−コバルト−ニッケル−マンガン酸化物のいずれかを含み、
バインダーは、ポリアクリロニトリル系樹脂を含むものであること
を特徴とするリチウムイオン二次電池である。
That is, in order to solve the above-described problem, the present invention
A positive electrode having at least a positive electrode active material and a binder, a negative electrode, and an electrolyte and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode;
A lithium ion secondary battery having an open circuit voltage per unit cell in a fully charged state of 4.25V to 6.00V,
The positive electrode active material has a general formula: Li a Co 1-x Me x O 2-b (wherein Me is V (vanadium), Cu (copper), Zr (zirconium), Zn (zinc), Mg (magnesium)) ), Al (aluminum) and Fe (iron), at least one or more metal elements are selected, where a is 0.9 ≦ a ≦ 1.1, x is 0 ≦ x ≦ 0.3, b takes a value of -0.1 ≦ b ≦ 0.1 lithium expressed in) - cobalt composite oxide, and the general formula:. Li a Ni 1-xyz Co x Mn y Me z O 2-b ( formula Me is at least one or more selected from V (vanadium), Cu (copper), Zr (zirconium), Zn (zinc), Mg (magnesium), Al (aluminum) and Fe (iron). A represents a metal element, a is 0.9 ≦ a ≦ 1.1, x is 0 <x <0.4, and y is 0 <Y <0.4, z is 0 <z <0.3, and b has a value of −0.1 ≦ b ≦ 0.1.) The lithium-cobalt-nickel-manganese oxide represented by Including any
The binder is a lithium ion secondary battery characterized by containing a polyacrylonitrile-based resin.

この発明では、ポリアクリロニトリル系樹脂を含むバインダーを用いることによって、充電の上限電圧を高くすることによる高い酸化雰囲気下における正極合剤の密着性の低下を改善でき、これにより、満充電状態における単セルあたりの開回路電圧が4.25V以上6.00V以下であるリチウムイオン二次電池において、特に高温下で良好なサイクル特性を得ることができる。   In this invention, by using a binder containing a polyacrylonitrile-based resin, it is possible to improve the decrease in the adhesion of the positive electrode mixture under a high oxidizing atmosphere due to an increase in the upper limit voltage for charging. In a lithium ion secondary battery having an open circuit voltage per cell of 4.25 V to 6.00 V, good cycle characteristics can be obtained particularly at high temperatures.

この発明によれば、満充電における単セルあたりの開回路電圧が4.25V以上6.00V以下であるリチウムイオン二次電池において、特に高温下で良好なサイクル特性を得ることができる。   According to the present invention, in a lithium ion secondary battery having an open circuit voltage per unit cell in a full charge of 4.25 V or more and 6.00 V or less, good cycle characteristics can be obtained particularly at high temperatures.

(1)第1の実施形態
(1−1)リチウムイオン二次電池の構成
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この発明の第1の実施形態では、正極と負極と非水電解質とを備え、満充電状態における単セルあたりの開回路電圧が4.25V以上4.60V以下であるリチウムイオン二次電池において、正極活物質層にポリアクリロニトリル系樹脂を含むバインダーを有することを特徴とする。
(1) First Embodiment (1-1) Configuration of Lithium Ion Secondary Battery Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In a first embodiment of the present invention, in a lithium ion secondary battery that includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and an open circuit voltage per unit cell in a fully charged state is 4.25 V or more and 4.60 V or less, The positive electrode active material layer has a binder containing a polyacrylonitrile-based resin.

ここで、満充電状態とは、0.5C以下の電流値または定電流−定電圧方式(定電圧部は0.1C以下の電流値で電圧カット)により充電したときの終状態を意味する。Cは、充電電流値(mA)/電池容量または電極容量(mA)である。また満充電状態における正極の充電電位は、例えば、電池に電解液が出入りできる穴を開け、この電池を電解液が注入されたテストセル中に浸漬しリチウムを参照極として測定することができる。   Here, the fully charged state means a final state when the battery is charged with a current value of 0.5 C or less or a constant current-constant voltage method (the constant voltage unit is voltage cut with a current value of 0.1 C or less). C is charging current value (mA) / battery capacity or electrode capacity (mA). The charge potential of the positive electrode in the fully charged state can be measured, for example, by opening a hole through which the electrolyte can enter and exit the battery, immersing the battery in a test cell into which the electrolyte is injected, and using lithium as a reference electrode.

負極活物質としては、例えば、満充電状態における負極の充電電位が0.1V(vs.Li/Li+)である炭素材料を用いる場合には、この発明の第1の実施形態によるリチウムイオン二次電池は、4.35V以上の充電終止電圧で充電される。   As the negative electrode active material, for example, when a carbon material having a negative electrode charging potential of 0.1 V (vs. Li / Li +) in a fully charged state is used, the lithium ion secondary according to the first embodiment of the present invention is used. The battery is charged with an end-of-charge voltage of 4.35V or higher.

図1は、この発明の第1の実施形態によるリチウムイオン二次電池の断面構造を示す。この電池は、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1の内部に、帯状の正極2と帯状の負極3とがセパレータ4を介して巻回された巻回電極体20を有している。   FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment of the present invention. This battery is called a so-called cylindrical type, and a wound electrode body 20 in which a belt-like positive electrode 2 and a belt-like negative electrode 3 are wound through a separator 4 inside a substantially hollow cylindrical battery can 1. have.

電池缶1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1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5および絶縁板6がそれぞれ配置されている。   The battery can 1 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 1, a pair of insulating plates 5 and 6 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶1の開放端部には、電池蓋7と、この電池蓋7の内側に設けられた安全弁機構8および熱感抵抗素子(PTC素子:Positive Temperature Coefficient)9とが、ガスケット10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1の内部は密閉されている。電池蓋7は、例えば、電池缶1と同様の材料により構成されている。安全弁機構8は、熱感抵抗素子9を介して電池蓋7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11が反転して電池蓋7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9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10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 1, a battery lid 7, a safety valve mechanism 8 and a thermal resistance element (PTC element: Positive Temperature Coefficient) 9 provided inside the battery lid 7 are interposed via a gasket 10. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 1 is sealed. The battery lid 7 is made of, for example, the same material as the battery can 1. The safety valve mechanism 8 is electrically connected to the battery lid 7 via a heat sensitive resistance element 9, and the disk plate 11 is reversed when the internal pressure of the battery becomes a certain level or more due to internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 7 and the wound electrode body 20 is cut off. The heat-sensitive resistor element 9 limits the current by increasing the resistance value when the temperature rises, and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 10 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

巻回電極体20は、例えば、センターピン12を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極2には、アルミニウムなどよりなる正極リード13が接続されており、負極3にはニッケルなどよりなる負極リード14が接続されている。正極リード13は安全弁機構8に溶接されることにより電池蓋7と電気的に接続されており、負極リード14は電池缶1に溶接され電気的に接続されている。   The wound electrode body 20 is wound around, for example, the center pin 12. A positive electrode lead 13 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 2 of the wound electrode body 20, and a negative electrode lead 14 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 3. The positive electrode lead 13 is welded to the safety valve mechanism 8 to be electrically connected to the battery lid 7, and the negative electrode lead 14 is welded to and electrically connected to the battery can 1.

図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表したものである。図2に示すように、正極2は、例えば、帯状の正極集電体2Aの両面に正極活物質層2Bが設けられた構造を有している。負極3は、帯状の負極集電体3Aの両面に負極活物質層3Bが設けられた構造を有している。正極2および負極3は、セパレータ4を介して対向している。   FIG. 2 is an enlarged view of a part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the positive electrode 2 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 2B is provided on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector 2A. The negative electrode 3 has a structure in which a negative electrode active material layer 3B is provided on both surfaces of a strip-shaped negative electrode current collector 3A. The positive electrode 2 and the negative electrode 3 are opposed to each other with the separator 4 interposed therebetween.

[正極]
正極2は、正極活物質、導電剤、およびバインダー等を混合して得られた正極合剤を集電体3Aの表面に塗布して得ることができる。具体的には、正極2は、粉末状の正極活物質と、導電剤と、バインダーならびにバインダーの溶媒または分散媒からなる正極合剤スラリーを、例えば、アルミニウム箔等の正極集電体2Aに塗工・乾燥およびプレス圧延せしめて、正極集電体2Aの両面に正極活物質層2Bを形成することによって作製できる。
[Positive electrode]
The positive electrode 2 can be obtained by applying a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like to the surface of the current collector 3A. Specifically, the positive electrode 2 is formed by applying a positive electrode mixture slurry composed of a powdered positive electrode active material, a conductive agent, a binder and a solvent or dispersion medium of a binder to a positive electrode current collector 2A such as an aluminum foil. The positive electrode active material layer 2B can be formed on both surfaces of the positive electrode current collector 2A by being processed, dried and press-rolled.

[正極活物質]
正極活物質としては、リチウムを含有する化合物を用いることができる。リチウムを含有する化合物としては、例えば、リチウム酸化物、リチウム硫化物、またはリチウムを含む層間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。例えば正極活物質としては、一般式:LipNi(1-q-r)MnqM1r(2-y)z(式中、M1はニッケル(Ni)、マンガン(Mn)を除く2族〜15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を、Xは酸素(O)以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、r、y、zは0≦p≦1.5、0≦q≦1.0、0≦r≦1.0、−0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.2の範囲内の値である。)で表されたリチウム複合酸化物を含んでいることが好ましい。
[Positive electrode active material]
As the positive electrode active material, a lithium-containing compound can be used. As the compound containing lithium, for example, lithium oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is suitable, and two or more of these may be used in combination. For example, as a cathode active material, the general formula: Li p Ni (1-qr ) Mn q M1 r O in (2-y) X z (wherein, M1 is nickel (Ni), 2 group except for manganese (Mn) ~ At least one element selected from Group 15 and X represents at least one element selected from Group 16 and Group 17 elements other than oxygen (O), and p, q, r, y, and z are 0 ≦ p ≦ 1. .5, 0 ≦ q ≦ 1.0, 0 ≦ r ≦ 1.0, −0.10 ≦ y ≦ 0.20, and 0 ≦ z ≦ 0.2. It is preferable that lithium composite oxide is included.

具体的に、リチウム複合酸化物としては、例えば、以下のものを挙げることができる。   Specifically, examples of the lithium composite oxide include the following.

(化1)
LiaCo1-xMex2-b
(化2)
LiaNi1-xMex2-b
(化3)
LiaMn1-xMex2-b
(化1〜化3中、Meは、V(バナジウム),Cu(銅),Zr(ジルコニウム),Zn(亜鉛),Mg(マグネシウム),Al(アルミニウム)およびFe(鉄)から選ばれる少なくとも1種または2種以上の金属元素を表す。aは0.9≦a≦1.1、xは0≦x≦0.3、bは、−0.1≦b≦0.1の値をとる。)
(Chemical formula 1)
Li a Co 1-x Me x O 2-b
(Chemical formula 2)
Li a Ni 1-x Me x O 2-b
(Chemical formula 3)
Li a Mn 1-x Me x O 2-b
(In the chemical formulas 1 to 3, Me is at least one selected from V (vanadium), Cu (copper), Zr (zirconium), Zn (zinc), Mg (magnesium), Al (aluminum) and Fe (iron). Represents a seed or two or more metal elements, a is 0.9 ≦ a ≦ 1.1, x is 0 ≦ x ≦ 0.3, and b is −0.1 ≦ b ≦ 0.1. .)

(化4)
LiaNi1-x-yCoxMey2-b
(化5)
LiaNi1-x-yMnxMey2-b
(化6)
LiaCo1-x-yMnxMey2-b
(化4〜化6中、Meは、V(バナジウム),Cu(銅),Zr(ジルコニウム),Zn(亜鉛),Mg(マグネシウム),Al(アルミニウム)およびFe(鉄)から選ばれる少なくとも1種または2種以上の金属元素を表す。aは0.9≦a≦1.1、xは0≦x≦0.05、yは0≦y≦0.05、bは、−0.1≦b≦0.1の値をとる。)
(Chemical formula 4)
Li a Ni 1-xy Co x Me y O 2-b
(Chemical formula 5)
Li a Ni 1-xy Mn x Me y O 2-b
(Chemical formula 6)
Li a Co 1-xy Mn x Me y O 2-b
(In the chemical formulas 4 to 6, Me is at least one selected from V (vanadium), Cu (copper), Zr (zirconium), Zn (zinc), Mg (magnesium), Al (aluminum), and Fe (iron). A represents 0.9 ≦ a ≦ 1.1, x represents 0 ≦ x ≦ 0.05, y represents 0 ≦ y ≦ 0.05, b represents −0.1 ≦ b ≦ 0.1.)

(化7)
LiaNi1-x-y-zCoxMnyMez2-b
(化7中、Meは、V(バナジウム),Cu(銅),Zr(ジルコニウム),Zn(亜鉛),Mg(マグネシウム),Al(アルミニウム)およびFe(鉄)から選ばれる少なくとも1種または2種以上の金属元素を表す。aは0.9≦a≦1.1、xは0<x<0.4、yは0<y<0.4、zは0<z<0.3、bは、−0.1≦b≦0.1の値をとる。)
(Chemical formula 7)
Li a Ni 1-xyz Co x Mn y Me z O 2-b
(In the chemical formula 7, Me is at least one selected from V (vanadium), Cu (copper), Zr (zirconium), Zn (zinc), Mg (magnesium), Al (aluminum) and Fe (iron) or 2 A represents 0.9 ≦ a ≦ 1.1, x represents 0 <x <0.4, y represents 0 <y <0.4, z represents 0 <z <0.3, b takes a value of −0.1 ≦ b ≦ 0.1.)

このようなリチウム複合酸化物のなかでも好ましいのは、化1で表されたリチウム−コバルト複合酸化物、化7で表されたリチウム−コバルト−ニッケル−マンガン複合酸化物が好ましい。   Among these lithium composite oxides, the lithium-cobalt composite oxide represented by Chemical Formula 1 and the lithium-cobalt-nickel-manganese composite oxide represented by Chemical Formula 7 are preferable.

化1で表されたリチウム−コバルト複合酸化物は、R−3m菱面体構造を有するものである。また、リチウム−コバルト複合酸化物に対して、充放電サイクル耐久性や放電特性改良のため、さらにカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)などの金属をコバルト(Co)に対して原子比で0.001〜5%添加し、例えばリチウム−コバルト−アルミニウム複合酸化物や、リチウム−コバルト−アルミニウム−マグネシウム複合酸化物としてもよい。   The lithium-cobalt composite oxide represented by Chemical Formula 1 has an R-3m rhombohedral structure. Moreover, for lithium-cobalt composite oxide, in order to improve charge / discharge cycle durability and discharge characteristics, calcium (Ca), magnesium (Mg), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), Metals such as zirconium (Zr), hafnium (Hf), and aluminum (Al) are added in an atomic ratio of 0.001 to 5% with respect to cobalt (Co). For example, lithium-cobalt-aluminum composite oxide, lithium- A cobalt-aluminum-magnesium composite oxide may be used.

化7で表されたリチウム−コバルト−ニッケル−マンガン複合酸化物の構造は、R−3m菱面体構造であることが好ましい。なお、化7中において、(1−x−y−z)が0.20未満であると安定なR−3m菱面体構造をとりにくくなるので好ましくない。また、化7中において、(1−x−y−z)が0.60を超えると安全性が低下するので好ましくない。化7中において、yは、特に好ましくは0.25〜0.55が採用される。化7中において、aは容量発現のため、0.9≦a≦1.2が採用される。   The structure of the lithium-cobalt-nickel-manganese composite oxide represented by Chemical Formula 7 is preferably an R-3m rhombohedral structure. In the chemical formula 7, it is not preferable that (1-xyz) is less than 0.20 because it is difficult to obtain a stable R-3m rhombohedral structure. Further, in the chemical formula 7, if (1-xyz) exceeds 0.60, safety is not preferable. In the chemical formula 7, y is particularly preferably 0.25 to 0.55. In chemical formula 7, a ≦ 0.9 ≦ a ≦ 1.2 is adopted because a is a capacity expression.

化7で表されたリチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物に対し、さらにFe,Cr,Alのいずれかの原子を加えることにより、充放電サイクル耐久性、安全性、容量等の向上が図れる。Me原子の添加量zは0〜0.2で、好ましくは0.01〜0.18であり、より好ましくは0.05〜0.16である。   By adding any atom of Fe, Cr, and Al to the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide represented by Chemical Formula 7, the charge / discharge cycle durability, safety, capacity, and the like can be improved. . The addition amount z of Me atoms is 0 to 0.2, preferably 0.01 to 0.18, and more preferably 0.05 to 0.16.

さらに、正極活物質として、化1で表されたリチウム−コバルト複合酸化物と、化7で表されたリチウム−コバルト−ニッケル−マンガン複合酸化物の混合物を用いるのが好ましい。より高い充電領域まで利用でき、かつ高い充填性が得られるため、単位体積あたりの高い放電容量が得られる傾向にあるからである。また、混合に用いたそれぞれの単独のリチウム遷移金属複合酸化物を用いた場合より、容量、安全性のバランスが向上した電池性能が発現できるからである。さらに、単独のリチウム遷移金属複合酸化物からなり、かつ、混合に用いた遷移金属元素含量と同じである正極活物質を用いた場合より容量と安全性並びに充放電サイクル安定性の優れた電池性能を得ることができるからである。   Furthermore, it is preferable to use a mixture of the lithium-cobalt composite oxide represented by Chemical Formula 1 and the lithium-cobalt-nickel-manganese composite oxide represented by Chemical Formula 7 as the positive electrode active material. This is because a higher charge capacity can be used and a high filling property can be obtained, so that a high discharge capacity per unit volume tends to be obtained. Moreover, it is because the battery performance which the balance of capacity | capacitance and safety improved can be expressed rather than the case where each single lithium transition metal complex oxide used for mixing is used. In addition, the battery performance is superior in capacity, safety and charge / discharge cycle stability compared to the case of using a positive electrode active material composed of a single lithium transition metal composite oxide and having the same content of the transition metal element used for mixing. It is because it can obtain.

化1で表されたリチウム−コバルト複合酸化物と、化7で表されたリチウム−コバルト−ニッケル−マンガン複合酸化物との混合物が、単独物質より優れる原因は明らかではないが、化7で表されたリチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物は、特段に安全性が高く、容量の発現性が比較的良いため、混合により相乗効果が発現したものと考えられる。   The reason why the mixture of the lithium-cobalt composite oxide represented by Chemical Formula 1 and the lithium-cobalt-nickel-manganese composite oxide represented by Chemical Formula 7 is superior to that of a single substance is not clear. The lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide thus produced is considered to have a synergistic effect by mixing because of its particularly high safety and relatively good capacity development.

化1で表されたリチウム−コバルト複合酸化物と、化7で表されたリチウム−コバルト−ニッケル−マンガン複合酸化物の混合物粉末は、粉末のみを1t/cm2の圧力でプレス充填したときの粉体プレス密度が3.0g/cm3以上であることが好ましく、3.20g/cm3であることがより好ましい。このような混合物を用いることで、混合物をスラリーとなして集電体アルミ箔に塗工・乾燥・プレスした際に、体積当たりの容量を高くすることができる。 The mixture powder of the lithium-cobalt composite oxide represented by Chemical Formula 1 and the lithium-cobalt-nickel-manganese composite oxide represented by Chemical Formula 7 is obtained when only the powder is press-filled at a pressure of 1 t / cm 2 . The powder press density is preferably 3.0 g / cm 3 or more, and more preferably 3.20 g / cm 3 . By using such a mixture, the volume per volume can be increased when the mixture is made into a slurry and coated, dried, and pressed on the current collector aluminum foil.

このような3.0g/cm3以上の粉体プレス密度は、混合物粉体の粒径分布を適正化することにより達成される。すなわち、粒径分布に幅があり、少粒径の体積分率が20%〜50%であり、大粒径の粒径分布を狭くすること等により、粉体プレス密度の高密度化が計られる。 Such a powder press density of 3.0 g / cm 3 or more is achieved by optimizing the particle size distribution of the mixture powder. That is, the particle size distribution is wide, the volume fraction of small particle size is 20% to 50%, and the particle size distribution of large particle size is narrowed to increase the density of the powder press. It is done.

正極活物質のBET比表面積は、0.05m2/g〜10.0m2/gが好ましく、より好ましくは、0.1m2/g〜5.0m2/gである。このような範囲とすることで、高い電位における正極活物質と電解液との反応性を抑制することができる。 BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.05m 2 /g~10.0m 2 / g, more preferably 0.1m 2 /g~5.0m 2 / g. By setting it as such a range, the reactivity of the positive electrode active material and electrolyte solution in a high electric potential can be suppressed.

リチウム複合酸化物の作製方法としては、公知の作製方法を用いることができ、具体的には、例えば、リチウム化合物と金属化合物を混合して加熱処理して得る方法、溶液中でリチウム化合物と金属化合物を反応させて得る湿式法等を用いることができる。   As a method for producing the lithium composite oxide, a known production method can be used. Specifically, for example, a method in which a lithium compound and a metal compound are mixed and heat-treated, a lithium compound and a metal in solution A wet method obtained by reacting a compound can be used.

[導電剤]
導電剤としては、アセチレンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック等のカーボン系導電材を用いることができる。
[Conductive agent]
As the conductive agent, a carbon-based conductive material such as acetylene black, graphite, or ketjen black can be used.

[バインダー]
バインダーとしては、ポリアクリルニトリル系樹脂を含むものを用いることができる。ポリアクリルニトリル系樹脂としては、ポリ(メタ)アクリロニトリルなどのニトリル基を有する化合物に、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート、シクロアルキル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシルエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、アミノメチル(メタ)アクリレート、N−メチルアミノメチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノアルキル(メタ)アクリレート、メタクリル酸、アクリル酸、スチレンビニルトルエン、α−メチルスチレン等のスチレン系モノマー、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、酢酸イソプロペニル等のビニル誘導体、マレイン酸、フマル酸等の不飽和二塩基酸などを共重合したものが挙げられる。これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
[binder]
As the binder, one containing a polyacrylonitrile resin can be used. Examples of the polyacrylonitrile resin include compounds having a nitrile group such as poly (meth) acrylonitrile, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, 2- Alkyl (meth) acrylates such as ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, cycloalkyl (meth) acrylate, 2-hydroxylethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, etc. Aminoalkyl such as hydroxyalkyl (meth) acrylate, aminomethyl (meth) acrylate, N-methylaminomethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminoethyl (meth) acrylate (Meth) acrylate, methacrylic acid, acrylic acid, styrene monomers such as styrene vinyl toluene, α-methyl styrene, vinyl derivatives such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl acetate, isopropenyl acetate, maleic acid, fumaric acid, etc. What copolymerized unsaturated dibasic acid etc. is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

また、バインダーとしては、下記の式(I)で表されたエステル結合を有する化合物を含むことが望ましい。式(I)で表された単量体としては、特に限定されないが、R1はHまたはCH3であるのが好ましい。R2は、2価の炭化水素基であるものが好ましい。ここで、2価の炭化水素基としては、例えば、炭素数4〜100のアルキレン基、炭素数6〜50のアルキレン基、炭素数8〜15のアルキレン基であることが適当である。このアルキレン基は、直鎖または分枝鎖であってもよい。また、アルキレン基は、一部フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲンや、窒素、リン、芳香環、炭素数3〜10のシクロアルカン等で置換されていてもよい。式(I)中、R2は、1個の炭素数2〜6のアルキレン基、好ましくは、炭素数2〜4のアルキレン基であることが適当である。また、R2は、2〜20個、好ましくは、2〜10個、より好ましくは、2〜5個の上記炭素数2〜6のアルキレン基がエーテル結合および/またはエステル結合を介して連結した基であってもよい。ここで、上記アルキレン基は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲンや、窒素、リン、芳香環、炭素数3〜10のシクロアルカン等で置換されていてもよい。具体的には、モノエチレングリコールモノメタクリレートなどのトリエチレングリコールモノアクリレート等が挙げられる。 Moreover, as a binder, it is desirable to include the compound which has an ester bond represented by the following formula (I). The monomer represented by the formula (I) is not particularly limited, but R 1 is preferably H or CH 3 . R 2 is preferably a divalent hydrocarbon group. Here, the divalent hydrocarbon group is suitably, for example, an alkylene group having 4 to 100 carbon atoms, an alkylene group having 6 to 50 carbon atoms, or an alkylene group having 8 to 15 carbon atoms. The alkylene group may be linear or branched. The alkylene group may be partially substituted with halogen such as fluorine, chlorine, bromine, iodine, nitrogen, phosphorus, aromatic ring, C3-C10 cycloalkane, or the like. In formula (I), R 2 is suitably an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, preferably an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms. In addition, R 2 is 2 to 20, preferably 2 to 10, more preferably 2 to 5 C 2-6 alkylene groups linked via an ether bond and / or an ester bond. It may be a group. Here, the alkylene group may be substituted with halogen such as fluorine, chlorine, bromine and iodine, nitrogen, phosphorus, aromatic ring, C3-C10 cycloalkane and the like. Specific examples include triethylene glycol monoacrylate such as monoethylene glycol monomethacrylate.

Figure 2007194202
式(I)
Figure 2007194202
Formula (I)

また、ポリアクリロニトリル系樹脂としては、分子内にアルコール性水酸基、カルボキシル基またはニトリル基から選ばれる少なくとも1種類の官能基を有するものが好ましい。   Moreover, as polyacrylonitrile-type resin, what has at least 1 type of functional group chosen from an alcoholic hydroxyl group, a carboxyl group, or a nitrile group in a molecule | numerator is preferable.

さらに、バインダーとしては、カルボキシル基を含むポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、カルボキシル基を含むポリアクリロニトリル系樹脂とフッ化ビニリデン系重合体とを混合したものがより好ましい。   Further, the binder is preferably a polyacrylonitrile resin containing a carboxyl group, and more preferably a mixture of a polyacrylonitrile resin containing a carboxyl group and a vinylidene fluoride polymer.

カルボキシル基を有するポリアクリロニトリル共重合樹脂とフッ化ビニリデン系重合体との割合としては、体積比で、フッ化ビニリデン系重合体:カルボキシル基を有するポリアクリロニトリル共重合樹脂=1:99〜99:1が好ましく、より好ましくは、体積比で、フッ化ビニリデン系重合体:カルボキシル基を有するポリアクリロニトリル共重合樹脂=20:80〜80:20である。   The ratio of the polyacrylonitrile copolymer resin having a carboxyl group and the vinylidene fluoride polymer is, by volume, vinylidene fluoride polymer: polyacrylonitrile copolymer resin having a carboxyl group = 1: 99 to 99: 1. More preferably, the volume ratio of vinylidene fluoride polymer: polyacrylonitrile copolymer resin having a carboxyl group is 20:80 to 80:20.

フッ化ビニリデン系重合体には、フッ化ビニリデンの単独重合体、フッ化ビニリデンの共重合体およびこれらの変性物が含まれる。フッ化ビニリデン系重合体としては、その固有粘度が1.7dl/g〜20dl/gの範囲内にあるものが好ましく、より好ましくは、2.0dl/g〜15dl/gである。   The vinylidene fluoride polymer includes a homopolymer of vinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride, and modified products thereof. The vinylidene fluoride polymer preferably has an intrinsic viscosity in the range of 1.7 dl / g to 20 dl / g, and more preferably 2.0 dl / g to 15 dl / g.

正極合剤中のバインダーの割合は、1質量%〜7質量%、好ましくは、2質量%〜5質量%である。1質量%以下であると、結着性が保てず、活物質を集電体に固定化することができない恐れがある。7質量%以上であると、電子伝導性およびイオン伝導性を持たないバインダーが、正極活物質を覆ってしまい、速やかな充放電ができなくなる恐れがある。   The ratio of the binder in the positive electrode mixture is 1% by mass to 7% by mass, preferably 2% by mass to 5% by mass. If it is 1% by mass or less, the binding property cannot be maintained, and the active material may not be immobilized on the current collector. If the content is 7% by mass or more, a binder having no electron conductivity and ionic conductivity may cover the positive electrode active material, which may prevent rapid charge / discharge.

[負極]
負極3は、負極活物質、導電剤、およびバインダーなどを混合して得られた負極合剤を負極集電体3Aの表面に塗布して負極活物質層3Bを設けて、得ることができる。
[Negative electrode]
The negative electrode 3 can be obtained by applying a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like to the surface of the negative electrode current collector 3A to provide a negative electrode active material layer 3B.

[負極活物質]
負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属化合物、酸化物、硫化物、LiN3などのリチウム窒化物、リチウム金属、リチウムと合金を形成する金属、あるいは高分子材料などを用いることができる。
[Negative electrode active material]
As the negative electrode active material, for example, carbon materials, metal compounds, oxides, sulfides, lithium nitrides such as LiN 3 , lithium metals, metals that form alloys with lithium, or polymer materials can be used.

炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素,易黒鉛化性炭素,黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,炭素繊維あるいは活性炭を用いることができる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。   As the carbon material, for example, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers or activated carbon can be used. . Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body is a carbonized material obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as:

また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロール等が挙げられる。このようなリチウムをドープ/脱ドープ可能な負極材料のなかでも、充放電電位が比較的リチウム金属に近いものが好ましい。負極の充放電電位が低いほど電池の高エネルギー密度化が容易となるからである。なかでも炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができる点から、好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができる点から、好ましい。さらに、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性を得ることができる点から、好ましい。   Examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole. Among such negative electrode materials which can be doped / undoped with lithium, those having a charge / discharge potential relatively close to lithium metal are preferable. This is because the lower the charge / discharge potential of the negative electrode, the easier it is to increase the energy density of the battery. Among these, a carbon material is preferable in that a change in crystal structure that occurs during charge / discharge is very small, a high charge / discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. In particular, graphite is preferable because it has a large electrochemical equivalent and can obtain a high energy density. Furthermore, non-graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained.

また、リチウムをドープ/脱ドープ可能な負極材料としては、リチウム金属単体、リチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物を用いることができる。これらは高いエネルギー密度を得ることができるので好ましく、特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。   In addition, as the negative electrode material capable of doping / de-doping lithium, lithium metal alone, a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium, an alloy, or a compound can be used. These are preferable because a high energy density can be obtained, and in particular, when used together with a carbon material, a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained, and therefore, it is more preferable.

なお、本明細書において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とからなるものも含める。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうち2種以上が共存するものがある。   Note that in this specification, alloys include those composed of one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. The structures include solid solutions, eutectics (eutectic mixtures), intermetallic compounds, or those in which two or more of them coexist.

このような金属元素あるいは半金属元素としては、スズ(Sn),鉛(Pb),アルミニウム,インジウム(In),ケイ素(Si),亜鉛(Zn),アンチモン(Sb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),マグネシウム(Mg),ホウ素(B),ガリウム(Ga),ゲルマニウム(Ge),ヒ素(As),銀(Ag),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y)またはハフニウム(Hf)を挙げることができる。   Examples of such metal elements or metalloid elements include tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi), and cadmium. (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y) or hafnium (Hf). be able to.

これらの合金あるいは化合物としては、例えば、化学式MaSMbtLiu、あるいは化学式MapMcqMdrで表されるものを挙げることができる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、MbはリチウムおよびMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、s、t、u、p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧0、p>0、q>0、r≧0である。 These alloys or compounds, for example, may include those represented by the chemical formula Ma S Mb t Li u or a chemical formula Ma p Mc q Md r,. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one of nonmetallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. The values of s, t, u, p, q, and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧ 0, p> 0, q> 0, and r ≧ 0, respectively.

なかでも、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいものは、ケイ素あるいはスズ、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Among these, a simple substance, alloy or compound of the group 4B metal element or metalloid element in the short-period type periodic table is preferable, and silicon, tin, or an alloy or compound thereof is particularly preferable. These may be crystalline or amorphous.

[導電剤]
負極用の導電剤としては、電子伝導性材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、人造黒鉛、膨張黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、銅、ニッケルなどの金属粉末類およびポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などが挙げられ、これらを単独または混合物として用いることができる。これらの導電剤の中でもアセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維が特に好ましい。導電剤の添加量は特に限定されないが、負極活物質100質量部に対して、0.1質量部〜30質量部が好ましく、さらに0.5質量部〜10質量部がより好ましい。
[Conductive agent]
The conductive agent for the negative electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material. For example, graphite such as artificial graphite and expanded graphite, carbon such as acetylene black, ketjen black, channel black, and furnace black Examples thereof include conductive fibers such as blacks, carbon fibers and metal fibers, metal powders such as copper and nickel, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives, and these can be used alone or as a mixture. Among these conductive agents, acetylene black, ketjen black, and carbon fiber are particularly preferable. Although the addition amount of a electrically conductive agent is not specifically limited, 0.1 mass part-30 mass parts are preferable with respect to 100 mass parts of negative electrode active materials, Furthermore, 0.5 mass part-10 mass parts are more preferable.

[バインダー]
負極用のバインダーとしては、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等を用いることが好ましい。
[binder]
As the negative electrode binder, for example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or the like is preferably used.

負極集電体3Aとしては、構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導体であれば、特に限定されるものではなく、このような材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン等を挙げることができる。また、このような材料としては、銅が好ましい。厚みは特に限定されないが、好ましくは1μm〜100μmの範囲であり、より好ましくは5μm〜30μmの範囲である。   The negative electrode current collector 3A is not particularly limited as long as it is an electronic conductor that does not cause a chemical change in the configured battery. Examples of such a material include stainless steel, nickel, copper, Titanium etc. can be mentioned. Moreover, copper is preferable as such a material. Although thickness is not specifically limited, Preferably it is the range of 1 micrometer-100 micrometers, More preferably, it is the range of 5 micrometers-30 micrometers.

[電解液]
電解液としては、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水溶媒としては、例えば、サイクル特性を向上できる点から、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。また、よりサイクル特性を向上できる点から、例えば、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとを混合して含むものが好ましい。
[Electrolyte]
As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used. As the non-aqueous solvent, for example, it is preferable that at least one of ethylene carbonate and propylene carbonate is included from the viewpoint of improving cycle characteristics. Moreover, from the point which can improve cycling characteristics more, what mixed and contains ethylene carbonate and propylene carbonate, for example is preferable.

さらに、非水溶媒としては、サイクル特性をより向上できる点から、ジエチルカーボネート,ジメチルカーボネート,エチルメチルカーボネートあるいはメチルプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステルのなかから、少なくとも1種を含んでいるものが好ましい。   Furthermore, the non-aqueous solvent preferably contains at least one of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or methyl propyl carbonate from the viewpoint that the cycle characteristics can be further improved. .

さらに、非水溶媒としては、2,4−ジフルオロアニソールおよびビニレンカーボネートのなかから、少なくとも一方を含んでいることが好ましい。2,4−ジフルオロアニソールは、放電容量を改善することができるからである。ビニレンカーボネートはサイクル特性をより向上できるからである。特に、これらを混合して含んでいれば、放電容量およびサイクル特性を共に向上させることができるのでより好ましい。   Furthermore, the non-aqueous solvent preferably contains at least one of 2,4-difluoroanisole and vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can improve the discharge capacity. This is because vinylene carbonate can further improve cycle characteristics. In particular, it is more preferable that they are mixed and contained because both the discharge capacity and the cycle characteristics can be improved.

さらに、非水溶媒としては、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、これら化合物の水素基の一部または全部をフッ素基で置換したもの、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、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−メトキシプロピロニトリル、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、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、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あるいはリン酸トリメチル等のいずれか1種または2種以上を含んでいてもよい。   Further, examples of the non-aqueous solvent include butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, those obtained by substituting some or all of hydrogen groups of these compounds with fluorine groups, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide, or trimethyl phosphate may be included. Yes.

さらに、組み合わせる電極によっては、上述した非水溶媒群に含まれる物質の水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したものを用いることにより、電極反応の可逆性が向上する場合がある。したがって、非水溶媒としては、これらの物質を適宜用いることもできる。   Furthermore, depending on the electrode to be combined, the reversibility of the electrode reaction may be improved by using a material in which some or all of the hydrogen atoms of the substances contained in the nonaqueous solvent group described above are substituted with fluorine atoms. Therefore, these substances can be appropriately used as the non-aqueous solvent.

電解質であるリチウム塩としては、例えば、LiPF6,LiBF4,LiAsF6,LiClO4,LiB(C654,LiCH3SO3,LiCF3SO3,LiN(SO2CF32,LiC(SO2CF33,LiAlCl4,LiSiF6,LiCl、あるいはLiBrを用いることができる。また、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いることができる。 Examples of the lithium salt that is an electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, or LiBr can be used. Moreover, any 1 type or 2 types or more of these can be mixed and used.

なかでも、リチウム塩としては、高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性を良化できる点から、LiPF6を用いることが好ましい。さらに、高い充電電圧で充電する場合、例えば、正極集電体であるアルミニウムが溶解しやすくなるが、LiPF6の存在下では、LiPF6が分解することにより、アルミニウム表面に被膜を形成することができ、これにより、アルミニウムの溶解を抑制できる。 Among these, as the lithium salt, it is preferable to use LiPF 6 because high ion conductivity can be obtained and cycle characteristics can be improved. Further, when charged with a high charging voltage, for example, although aluminum is a positive electrode current collector is easily dissolved in the presence of LiPF 6, by the LiPF 6 is decomposed, to form a film on the aluminum surface Thus, dissolution of aluminum can be suppressed.

[セパレータ]
セパレータ4としては、大きなイオン透過度および所定の機械的強度を有する絶縁性の微多孔膜を用いることができる。また、一定温度以上で穴を閉塞し、抵抗を上昇させる機能を有するものが好ましい。具体的には、例えば、耐有機溶剤性および疎水性を有するポリプロピレンおよびポリエチレンなどのオレフィン系ポリマーまたはガラス繊維から成るシート、不織布または織布を用いることができる。
[Separator]
As the separator 4, an insulating microporous film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength can be used. Moreover, what has a function which obstruct | occludes a hole above a fixed temperature and raises resistance is preferable. Specifically, for example, a sheet, a nonwoven fabric or a woven fabric made of an olefin polymer such as polypropylene and polyethylene having resistance to organic solvents and hydrophobicity or glass fiber can be used.

この発明の第1の実施形態では、満充電時における開回路電圧が4.25V以上である。この点から、電極と接するセパレータ4の表面は、ポリプロピレンであることが好ましい。具体的に、セパレータ4としては、ポリプロピレンとポリエチレンとポリプロピレンとが順次積層された3層構造のセパレータを用いることができる。また、例えば、電極と接するセパレータ4がポリエチレンとポリプロピレンでの混合物である場合は、ポリプロピレンの割合がポリエチレンより多くなることが好ましい。   In the first embodiment of the present invention, the open circuit voltage at full charge is 4.25 V or more. From this point, the surface of the separator 4 in contact with the electrode is preferably polypropylene. Specifically, as the separator 4, a separator having a three-layer structure in which polypropylene, polyethylene, and polypropylene are sequentially laminated can be used. For example, when the separator 4 in contact with the electrode is a mixture of polyethylene and polypropylene, the proportion of polypropylene is preferably larger than that of polyethylene.

さらに、セパレータ4の孔径は、正極2または負極3より脱離した正極活物質、負極活物質、導電剤、およびバインダーなどが透過しない範囲であることが好ましい。具体的に、セパレータ4の孔径としては、例えば0.01μm〜1μmが好ましい。   Furthermore, the pore diameter of the separator 4 is preferably in a range in which the positive electrode active material, the negative electrode active material, the conductive agent, the binder, and the like detached from the positive electrode 2 or the negative electrode 3 do not permeate. Specifically, the pore diameter of the separator 4 is preferably 0.01 μm to 1 μm, for example.

さらに、セパレータ4の厚みは、好ましくは、10μm〜300μmであり、より好ましくは、15μm〜30μmである。さらに、セパレータ4の空孔率は、電子およびイオンの透過性、素材並びに膜厚に応じて決定される。セパレータ4の空孔率は、好ましくは、30%〜80%であり、より好ましくは、35%〜50%である。   Furthermore, the thickness of the separator 4 is preferably 10 μm to 300 μm, and more preferably 15 μm to 30 μm. Furthermore, the porosity of the separator 4 is determined according to the permeability of electrons and ions, the material, and the film thickness. The porosity of the separator 4 is preferably 30% to 80%, and more preferably 35% to 50%.

(1−2)リチウムイオン二次電池の製造方法
次に、この発明の第1の実施形態によるリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。以下、一例として円筒型のリチウムイオン二次電池を挙げて、リチムイオン二次電池の製造方法について説明する。
(1-2) Method for Manufacturing Lithium Ion Secondary Battery Next, a method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, a cylindrical lithium ion secondary battery will be described as an example, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery will be described.

正極2は、以下に述べるようにして作製する。まず、例えば正極活物質と、導電剤と、バインダーとを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を例えば、1−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。   The positive electrode 2 is produced as described below. First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone to form a positive electrode mixture slurry. And

次に、この正極合剤スラリーを、導電層を有した正極集電体2A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2Bを形成し、正極2を作製する。   Next, the positive electrode mixture slurry is applied to a positive electrode current collector 2A having a conductive layer, and the solvent is dried. Then, the positive electrode active material layer 2B is formed by compression molding with a roll press or the like. Is made.

負極3は、以下に述べるようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、バインダ−とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤を例えば1−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体3A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負極活物質層3Bを形成し、負極3を作製する。   The negative electrode 3 is produced as described below. First, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry. Next, after applying this negative electrode mixture slurry to the negative electrode current collector 3A and drying the solvent, the negative electrode active material layer 3B is formed by compression molding with a roll press or the like, and the negative electrode 3 is produced.

次に、正極集電体2Aに正極リード13を、例えば溶接により取り付けるとともに、負極集電体3Aに負極リード14を、例えば溶接で取り付ける。次に、正極2と負極3とをセパレータ4を介して巻回し、正極リード13の先端部を安全弁機構8に溶接するとともに、負極リード14の先端部を電池缶1に溶接して、巻回した正極2および負極3を一対の絶縁板5および絶縁板6で挟み電池缶1の内部に収納する。   Next, the positive electrode lead 13 is attached to the positive electrode current collector 2A by, for example, welding, and the negative electrode lead 14 is attached to the negative electrode current collector 3A, for example, by welding. Next, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are wound through the separator 4, and the tip portion of the positive electrode lead 13 is welded to the safety valve mechanism 8, and the tip portion of the negative electrode lead 14 is welded to the battery can 1. The positive electrode 2 and the negative electrode 3 are sandwiched between a pair of insulating plates 5 and 6 and stored in the battery can 1.

次に、電解液を電池缶1の内部に注入し、電解液をセパレータ4に含浸させる。次に、電池缶1の開口端部に電池蓋7,安全弁機構8および熱感抵抗素子9をガスケット10を介して、かしめることにより固定する。以上により、この発明の第1の実施形態によるリチウムイオン二次電池が作製される。   Next, an electrolytic solution is injected into the battery can 1 and the separator 4 is impregnated with the electrolytic solution. Next, the battery lid 7, the safety valve mechanism 8 and the heat sensitive resistance element 9 are fixed to the opening end of the battery can 1 by caulking through the gasket 10. As described above, the lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention is manufactured.

この発明の第1の実施形態によると、4.25V以上6.00V以下の高い充電電圧下で充放電サイクルを行うリチウムイオン二次電池において、バインダーとして、ポリアクリロニトリル系樹脂を含むものを用いることで、良好なサイクル特性を得ることができる。また、特に室温よりも高い温度において、顕著に生じるサイクル特性の劣化を抑制できる。   According to the first embodiment of the present invention, in a lithium ion secondary battery that performs a charge / discharge cycle under a high charge voltage of 4.25 V or more and 6.00 V or less, a battery containing a polyacrylonitrile resin is used as a binder. Thus, good cycle characteristics can be obtained. In addition, it is possible to suppress the deterioration of the cycle characteristics that occurs remarkably, particularly at a temperature higher than room temperature.

(2)第2の実施形態
(2−1)リチウムイオン二次電池の構成
図3は、この発明の第2の実施形態によるリチウムイオン二次電池の構造を示す。図3に示すように、このリチウムイオン二次電池は、電池素子30を防湿性ラミネートフィルムからなる外装材37に収容し、電池素子30の周囲を溶着することにより封止してなる。電池素子30には、正極リード32および負極リード33が備えられ、これらのリードは、外装材37に挟まれて外部へと引き出される。正極リード32および負極リード33のそれぞれの両面には、外装材37との接着性を向上させるために樹脂片34および樹脂片35が被覆されている。
(2) Second Embodiment (2-1) Configuration of Lithium Ion Secondary Battery FIG. 3 shows the structure of a lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, this lithium ion secondary battery is sealed by housing the battery element 30 in an exterior material 37 made of a moisture-proof laminate film and welding the periphery of the battery element 30. The battery element 30 is provided with a positive electrode lead 32 and a negative electrode lead 33, and these leads are sandwiched between outer packaging materials 37 and pulled out to the outside. A resin piece 34 and a resin piece 35 are coated on both surfaces of the positive electrode lead 32 and the negative electrode lead 33 in order to improve the adhesion to the exterior material 37.

[外装材]
外装材37は、例えば、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した積層構造を有する。接着層は高分子フィルムからなり、この高分子フィルムを構成する材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、無軸延伸ポリプロピレン(CPP)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)が挙げられる。金属層は金属箔からなり、この金属箔を構成する材料としては、例えばアルミニウム(Al)が挙げられる。また、金属箔を構成する材料としては、アルミニウム以外の金属を用いることも可能である。表面保護層を構成する材料としては、例えばナイロン(Ny)、ポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。なお、接着層側の面が、電池素子30を収納する側の収納面となる。
[Exterior material]
The packaging material 37 has, for example, a stacked structure in which an adhesive layer, a metal layer, and a surface protective layer are sequentially stacked. The adhesive layer is made of a polymer film. Examples of the material constituting the polymer film include polypropylene (PP), polyethylene (PE), non-axially oriented polypropylene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), low A density polyethylene (LDPE) is mentioned. The metal layer is made of a metal foil, and an example of a material constituting the metal foil is aluminum (Al). Moreover, it is also possible to use metals other than aluminum as a material which comprises metal foil. Examples of the material constituting the surface protective layer include nylon (Ny) and polyethylene terephthalate (PET). The surface on the adhesive layer side is a storage surface on the side where the battery element 30 is stored.

[電池素子]
この電池素子30は、例えば、図4に示すように、両面にゲル電解質層45が設けられた帯状の負極43と、セパレータ44と、両面にゲル電解質層45が設けられた帯状の正極42と、セパレータ44とを積層し、長手方向に巻回されてなる巻回型の電池素子30である。
[Battery element]
For example, as shown in FIG. 4, the battery element 30 includes a strip-shaped negative electrode 43 provided with a gel electrolyte layer 45 on both sides, a separator 44, and a strip-shaped positive electrode 42 provided with a gel electrolyte layer 45 on both sides. The battery element 30 is a wound type battery element 30 that is formed by laminating the separator 44 and wound in the longitudinal direction.

正極42は、帯状の正極集電体42Aと、この正極集電体42Aの両面に形成された正極活物質層42Bとからなる。正極集電体42Aは、例えばアルミニウム(Al)などからなる金属箔である。   The positive electrode 42 includes a strip-like positive electrode current collector 42A and a positive electrode active material layer 42B formed on both surfaces of the positive electrode current collector 42A. The positive electrode current collector 42A is a metal foil made of, for example, aluminum (Al).

正極42の長手方向の一端部には、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された正極リード32が設けられている。この正極リード32の材料としては、例えばアルミニウム等の金属を用いることができる。   One end of the positive electrode 42 in the longitudinal direction is provided with a positive electrode lead 32 connected by, for example, spot welding or ultrasonic welding. As a material of the positive electrode lead 32, for example, a metal such as aluminum can be used.

負極43は、帯状の負極集電体43Aと、この負極集電体43Aの両面に形成された負極活物質層43Bとからなる。負極集電体43Aは、例えば、銅(Cu)箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。   The negative electrode 43 includes a strip-shaped negative electrode current collector 43A and a negative electrode active material layer 43B formed on both surfaces of the negative electrode current collector 43A. The negative electrode current collector 43A is made of, for example, a metal foil such as a copper (Cu) foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

また、負極43の長手方向の一端部にも正極42と同様に、例えばスポット溶接または超音波溶接で接続された負極リード33が設けられている。この負極リード33の材料としては、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)等を用いることができる。   Similarly to the positive electrode 42, the negative electrode lead 33 connected by, for example, spot welding or ultrasonic welding is also provided at one end portion of the negative electrode 43 in the longitudinal direction. As a material of the negative electrode lead 33, for example, copper (Cu), nickel (Ni) or the like can be used.

ゲル電解質層45以外のことは、上述の第1の実施形態と同様であるので、以下ではゲル電解質層45について説明する。   Since things other than the gel electrolyte layer 45 are the same as those in the first embodiment, the gel electrolyte layer 45 will be described below.

ゲル電解質層45は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル電解質層45は高いイオン伝導率を得ることができるとともに、電池の漏液を防止できるので好ましい。電解液の構成は、第1の実施形態と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,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,ポリテトラフルオロエチレン,ポリヘキサフルオロプロピレン,ポリエチレンオキサイド,ポリプロピレンオキサイド,ポリフォスファゼン,ポリシロキサン,ポリ酢酸ビニル,ポリビニルアルコール,ポリメタクリル酸メチル,ポリアクリル酸,ポリメタクリル酸,スチレン−ブタジエンゴム,ニトリル−ブタジエンゴム,ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。   The gel electrolyte layer 45 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte layer 45 is preferable because it can obtain high ionic conductivity and prevent battery leakage. The configuration of the electrolytic solution is the same as that of the first embodiment. Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, and polysiloxane. , Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable.

(2−1)リチウムイオン二次電池の製造方法
次に、この発明の第2の実施形態によるリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。まず、正極42および負極43のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶媒とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶媒を揮発させてゲル電解質層45を形成する。なお、予め正極集電体42Aの端部に正極リード32を溶接により取り付けるとともに、負極集電体43Aの端部に負極リード33を溶接により取り付けるようにする。
(2-1) Method for Manufacturing Lithium Ion Secondary Battery Next, a method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention will be described. First, a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 42 and the negative electrode 43, and the mixed solvent is volatilized to form the gel electrolyte layer 45. In addition, the positive electrode lead 32 is attached to the end of the positive electrode current collector 42A in advance by welding, and the negative electrode lead 33 is attached to the end of the negative electrode current collector 43A by welding.

次に、ゲル電解質層45が形成された正極42と負極43とをセパレータ44を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、巻回型の電池素子30を形成する。   Next, the positive electrode 42 and the negative electrode 43 on which the gel electrolyte layer 45 is formed are laminated via a separator 44 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction thereof to form a wound battery element 30. Form.

次に、ラミネートフィルムからなる外装材37を深絞り加工することで凹部36を形成し、電池素子30をこの凹部36に挿入し、外装材37の未加工部分を凹部36上部に折り返し、凹部36の外周部分を熱溶着し密封する。以上により、この発明の第2の実施形態によるリチウムイオン二次電池が作製される。   Next, a recess 36 is formed by deep drawing the exterior material 37 made of a laminate film, the battery element 30 is inserted into the recess 36, and an unprocessed portion of the exterior material 37 is folded back to the upper portion of the recess 36. The outer peripheral part of is thermally welded and sealed. As described above, the lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention is manufactured.

以下に実施例を示して、この発明をさらに詳細に説明する。なお、この発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Note that the present invention is not limited to these examples.

Figure 2007194202
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表1は、実施例1〜実施例15および比較例1〜比較例10に用いた正極の組成および正極の作製の際の乾燥条件を示す。表2は、PVDF1およびPVDF2の固有粘度を示す。表3は、実施例1〜実施例15および比較例1〜比較例10に用いた負極を示す。表4は、実施例1〜実施例15および比較例1〜比較例10に用いたセパレータを示す。以下、表1〜表4を参照しながら、実施例1〜実施例15および比較例1〜比較例10について説明する。   Table 1 shows the compositions of the positive electrodes used in Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10 and the drying conditions for producing the positive electrodes. Table 2 shows the intrinsic viscosities of PVDF1 and PVDF2. Table 3 shows the negative electrodes used in Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10. Table 4 shows the separators used in Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10. Hereinafter, Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10 will be described with reference to Tables 1 to 4.

1.正極の作製
表1を参照しながら実施例1〜実施例15および比較例1〜比較例10に用いた正極の作製について説明する。
1. Production of Positive Electrode Production of positive electrodes used in Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10 will be described with reference to Table 1.

はじめに、正極の作製に用いた、リチウム−コバルト−アルミニウム−マグネシウム複合酸化物(I)[LiCo0.8Al0.1Mg0.12](以下、活物質1と適宜称する)、リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物(II)[LiNi0.5Co0.2Mn0.34](以下、活物質2と適宜称する)、活物質3、PAN(ポリアクリロニトリル)系樹脂1、PAN系樹脂2、PVDF1、PVDF2について説明する。 First, lithium-cobalt-aluminum-magnesium composite oxide (I) [LiCo 0.8 Al 0.1 Mg 0.1 O 2 ] (hereinafter appropriately referred to as active material 1), lithium-nickel-cobalt-manganese used for the production of the positive electrode Complex oxide (II) [LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 4 ] (hereinafter appropriately referred to as active material 2), active material 3, PAN (polyacrylonitrile) resin 1, PAN resin 2, PVDF1, PVDF2 To do.

<合成1>(活物質1の合成)
LiOHおよびCo0.98Al0.01Mg0.01(OH)2で表される共沈水酸化物を、Li:遷移金属合計のモル比が1:1となるように乳鉢にて混合した。この混合物を空気雰囲気通に800℃で12時間熱処理した後に粉砕し、BET比表面積0.44m2/g、平均粒子径6.2μmのリチウム−コバルト複合酸化物(A)[LiCo0.8Al0.1Mg0.12]およびBET比表面積0.20m2/g、平均粒子径16.7μmのリチウム−コバルト−アルミニウム−マグネシウム複合酸化物(B)[LiCo0.8Al0.1Mg0.12]を得た。この(A)および(B)を1:1で混ぜ合わせることで、活物質1を得た。活物質1を、CuKαによるX線回折分析したところ、R−3菱面体層状岩塩型構造であることを確認した。
<Synthesis 1> (Synthesis of Active Material 1)
The coprecipitated hydroxide represented by LiOH and Co 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 (OH) 2 was mixed in a mortar so that the molar ratio of Li: transition metals was 1: 1. The mixture was heat-treated in an air atmosphere at 800 ° C. for 12 hours and then pulverized to obtain a lithium-cobalt composite oxide (A) having a BET specific surface area of 0.44 m 2 / g and an average particle size of 6.2 μm [LiCo 0.8 Al 0.1 Mg. 0.1 O 2 ] and a BET specific surface area of 0.20 m 2 / g and an average particle size of 16.7 μm of lithium-cobalt-aluminum-magnesium composite oxide (B) [LiCo 0.8 Al 0.1 Mg 0.1 O 2 ] were obtained. The active material 1 was obtained by mixing (A) and (B) 1: 1. When the active material 1 was analyzed by X-ray diffraction using CuKα, it was confirmed to be an R-3 rhombohedral layered rock salt structure.

<合成2>(活物質2の合成)
LiOHおよびNi0.5Co0.2Mn0.3(OH)4で表される共沈水酸化物を、Li:遷移金属合計のモル比が1:1となるように乳鉢にて混合した。この混合物を空気雰囲気通に1000℃で20時間熱処理した後に粉砕し、平均粒子径11.5μmの活物質2を得た。活物質2のBET比表面積は、0.38m2/gであった。
<Synthesis 2> (Synthesis of Active Material 2)
The coprecipitated hydroxide represented by LiOH and Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 (OH) 4 was mixed in a mortar so that the molar ratio of Li: transition metal total was 1: 1. This mixture was heat treated at 1000 ° C. for 20 hours in an air atmosphere and then pulverized to obtain an active material 2 having an average particle size of 11.5 μm. The BET specific surface area of the active material 2 was 0.38 m 2 / g.

<合成3>(活物質3の合成)
活物質3として、リチウムリン酸化物であるリチウム鉄リン酸化物(LiFePO4)を次の条件で作製した。リン酸リチウムとリン酸化鉄(II)・八水和物をリチウムと鉄の元素比率が1:1になるよう混合し、ケッチェンブラック粉末を焼成後に得られる焼成物全体の10%となるように添加して混合試料とした。そしてこの混合試料をアルミナ製容器に投入し、試料/アルミナボール重量比率60%、回転速度300rpm、運転時間10時間の条件で遊星型ボールミルによるミリングを行った。その後セラミックるつぼ中で窒素雰囲気中の電気炉にて600℃で5時間焼成を行い炭素材を含むLiFePO4の焼成物を得た。
<Synthesis 3> (Synthesis of Active Material 3)
As the active material 3, lithium iron phosphorus oxide (LiFePO 4 ), which is a lithium phosphorus oxide, was produced under the following conditions. Lithium phosphate and iron (II) phosphate octahydrate are mixed so that the element ratio of lithium and iron is 1: 1, so that the ketjen black powder becomes 10% of the total fired product obtained after firing. To obtain a mixed sample. This mixed sample was put into an alumina container and milled with a planetary ball mill under the conditions of a sample / alumina ball weight ratio of 60%, a rotation speed of 300 rpm, and an operation time of 10 hours. Thereafter, firing was performed at 600 ° C. for 5 hours in an electric furnace in a nitrogen atmosphere in a ceramic crucible to obtain a fired product of LiFePO 4 containing a carbon material.

<バインダーの合成>
<PAN系樹脂1>
撹拌機、温度計、冷却管及び窒素ガス導入管を装備した3リットルのセパラブルフラスコに、精製水1804gを仕込み、窒素ガス通気量200ml/分の条件下、撹拌しながら、75℃まで昇温した後、窒素ガスの通気を止めた。次いで、重合開始剤の過硫酸カリウム2.29gを精製水76gに溶かした水溶液を添加し、直ちに、ニトリル基含有単量体としてのアクリロニトリル174.2g、式(I)で表される単量体としての2−アクリロイロキシエチルコハク酸(共栄社化学(株)製、商品名:ライトアクリレートHOA−MS)26.1g(アクリロニトリル1モルに対して0.037モルの割合)および連鎖移動剤のα−メチルスチレンダイマー0.174gの混合液を、系の温度を73±2℃に保ちながら、2.5時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度でさらに30分間反応を進めた。続いて、得られた懸濁状態の反応物に、過硫酸カリウム0.58gを精製水21.3gに溶かした水溶液を追加し、83℃まで昇温した後、系の温度を83±3℃に保ちながら、3時間反応を進めた。その後、1時間かけて40℃まで冷却した後、攪拌を止めて一晩室温に放冷し、本発明のバインダ樹脂組成物が沈殿した反応液を得た。この反応液を吸引ろ過し、回収した湿潤状態の沈殿を精製水1800gで3回洗浄した後、80℃で24時間乾燥して、単離・精製し、本発明のバインダ樹脂組成物を得た。収率は93%、酸価は38KOHmg/g(理論値:34KOHmg/g)であった。
<Synthesis of binder>
<PAN resin 1>
1804 g of purified water is charged into a 3 liter separable flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling pipe and nitrogen gas introduction pipe, and the temperature is raised to 75 ° C. while stirring under a nitrogen gas flow rate of 200 ml / min. After that, the ventilation of nitrogen gas was stopped. Next, an aqueous solution in which 2.29 g of polymerization initiator potassium persulfate was dissolved in 76 g of purified water was added, and immediately, 174.2 g of acrylonitrile as a nitrile group-containing monomer, a monomer represented by the formula (I) 2-acryloyloxyethyl succinic acid (Kyoeisha Chemical Co., Ltd., trade name: Light Acrylate HOA-MS) 26.1 g (percentage of 0.037 mole per mole of acrylonitrile) and α of chain transfer agent -A liquid mixture of 0.174 g of methylstyrene dimer was added dropwise over 2.5 hours while maintaining the temperature of the system at 73 ± 2 ° C. After completion of the dropwise addition, the reaction was allowed to proceed for an additional 30 minutes at the same temperature. Subsequently, an aqueous solution in which 0.58 g of potassium persulfate was dissolved in 21.3 g of purified water was added to the obtained reaction product in a suspended state, the temperature was raised to 83 ° C., and the temperature of the system was changed to 83 ± 3 ° C. The reaction was allowed to proceed for 3 hours. Then, after cooling to 40 degreeC over 1 hour, stirring was stopped and it stood to cool to room temperature overnight, and the reaction liquid which the binder resin composition of this invention precipitated was obtained. The reaction solution was subjected to suction filtration, and the collected wet precipitate was washed three times with 1800 g of purified water, dried at 80 ° C. for 24 hours, isolated and purified, and the binder resin composition of the present invention was obtained. . The yield was 93%, and the acid value was 38 KOH mg / g (theoretical value: 34 KOH mg / g).

<PAN系樹脂2>
分子内にエステル基を含まないポリアクリロニトリル樹脂を用いた。
<PAN resin 2>
A polyacrylonitrile resin containing no ester group in the molecule was used.

<PVDF1、PVDF2>
また、PVDFバインダーとして、表2に示す固有粘度が異なるPVDF1およびPVDF2を用いた。固有粘度は、以下に説明する方法で測定した。
<PVDF1, PVDF2>
Further, PVDF1 and PVDF2 having different intrinsic viscosities shown in Table 2 were used as PVDF binders. The intrinsic viscosity was measured by the method described below.

<PVDFバインダーの固有粘度の測定>
粉末状の試料80mgを20mlのN,N−ジメチルホルムアミドに溶解して、30℃の恒温槽内でウベローデ粘度計を用いて次式により、固有粘度を求めた。
ηi=(1/C)・ln(η/η0
ここで、ηは重合体溶液の粘度、η0は溶媒のN,N−ジメチルホルムアミド単独の粘度、Cは0.4(g/dl)である。
<Measurement of intrinsic viscosity of PVDF binder>
80 mg of a powdery sample was dissolved in 20 ml of N, N-dimethylformamide, and the intrinsic viscosity was determined by the following formula using an Ubbelohde viscometer in a thermostatic bath at 30 ° C.
ηi = (1 / C) · ln (η / η 0 )
Here, η is the viscosity of the polymer solution, η 0 is the viscosity of the solvent N, N-dimethylformamide alone, and C is 0.4 (g / dl).

次に、正極活物質として合成1で作製した平均粒径11.4μmの活物質1と、合成2で作製した平均粒径10.0μmの活物質2と、合成3で作製した活物質3と、導電剤であるケッチェンブラック(KB)と、バインダーとを、それぞれ表1に示す重量比で混合し、これに、N−メチル−ピロリドンを足して混練して正極合剤を調製した。   Next, an active material 1 having an average particle diameter of 11.4 μm produced in Synthesis 1 as a positive electrode active material, an active material 2 having an average particle diameter of 10.0 μm produced in Synthesis 2, and an active material 3 produced in Synthesis 3 Ketjen black (KB), which is a conductive agent, and a binder were mixed in the weight ratios shown in Table 1, respectively, and N-methyl-pyrrolidone was added thereto and kneaded to prepare a positive electrode mixture.

次に、調製した正極合剤スラリーを、厚み20μmのアルニミウム集電体の片面に、合剤塗布量が22g/cm3となるように調節し、80℃で乾燥した。次に15φの円形に打ち抜き、ロールプレスで2000kPaでプレスした。 Next, the prepared positive electrode mixture slurry was adjusted on one side of an 20 μm-thick aluminum current collector so that the coating amount of the mixture was 22 g / cm 3 and dried at 80 ° C. Next, it was punched into a 15φ circle and pressed at 2000 kPa with a roll press.

次に、残留溶媒や吸着水分といった揮発成分を完全に除去するため、表1に示す乾燥条件下で真空乾燥して実施例1〜実施例15、比較例1〜比較例10の正極を作製した。   Next, in order to completely remove volatile components such as residual solvent and adsorbed moisture, the positive electrodes of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10 were produced by vacuum drying under the drying conditions shown in Table 1. .

2.負極の作製
表3に示すように、実施例1〜実施例15および比較例1〜比較例10に応じて、異なる負極を作製した。<負極1>、<負極2>および<負極3>は、以下に説明するようにして、作製した。
2. Production of Negative Electrode As shown in Table 3, different negative electrodes were produced according to Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10. <Negative electrode 1>, <Negative electrode 2> and <Negative electrode 3> were produced as described below.

<負極1>
粒状人造黒鉛負極粉末(BET比表面積0.58m2/g)、ポリフッ化ビニリデン、気相成長炭素繊維(昭和電工製:VGCF)を、それぞれ96.5質量%、2.5質量%、1.0質量%を混合した。次に、この混合物を、N-メチルーピロリドンに分散させてスラリー状にしたものを、12μmの電解銅箔の集電体に、負極合剤の体積密度が1.85g/cm3になるように塗布し、乾燥後、N−メチル−ピロリドンを除去した。
<Negative electrode 1>
Granular artificial graphite negative electrode powder (BET specific surface area 0.58 m 2 / g), polyvinylidene fluoride, and vapor-grown carbon fiber (manufactured by Showa Denko: VGCF) were 96.5% by mass, 2.5% by mass, and 1.% by mass, respectively. 0% by mass was mixed. Next, this mixture was dispersed in N-methyl-pyrrolidone to form a slurry, and the volume density of the negative electrode mixture was 1.85 g / cm 3 on a current collector of 12 μm electrolytic copper foil. After application and drying, N-methyl-pyrrolidone was removed.

次に、ロールプレスを行い、16φの円形に打ち抜き負極を得た。なお、ロールプレス条件として、130℃、140kgで用いた。負極の初期充放電効率は94%、負極の放電容量は、347mAh/gであった。   Next, a roll press was performed, and a negative electrode was obtained by punching into a 16φ circle. The roll press conditions were 130 ° C. and 140 kg. The initial charge / discharge efficiency of the negative electrode was 94%, and the discharge capacity of the negative electrode was 347 mAh / g.

<負極2>
厚み15μmの銅箔に、スパッタリング法によりケイ素からなる薄膜を形成した。厚みはSEM(Scanning Electron Microscope;走査型電子顕微鏡)により確認し、5.0μmであった。
<Negative electrode 2>
A thin film made of silicon was formed on a copper foil having a thickness of 15 μm by a sputtering method. The thickness was confirmed by SEM (Scanning Electron Microscope) and was 5.0 μm.

<負極3>
高周波溶解炉に所定量のCuおよびSnを投入し、溶解後、Ar雰囲気下で噴霧し、組成がCu55重量%、Sn45重量%である粉末材料を得た。次に得られた粉末材料に対して、乾式アトライタ装置(三井金属製MA1D)でメカニカルミリング処理を行った。メカニカルミリング処理は、CuおよびSnの粉末材料1kgを粉末タンク内に、Ar雰囲気下で投入し、さらにミリングミュアとして直径9mmの硬質Cr鋼玉を18.0kg、Ar雰囲気下で投入した。そしてアジテートアームの回転速度を毎分200回転になるように設定し、1時間、メカニカルミリング処理を行った。
<Negative electrode 3>
A predetermined amount of Cu and Sn was charged into a high-frequency melting furnace, and after melting, sprayed in an Ar atmosphere to obtain a powder material having a composition of Cu 55 wt% and Sn 45 wt%. Next, the obtained powder material was subjected to a mechanical milling process using a dry attritor apparatus (MA1D manufactured by Mitsui Kinzoku). In the mechanical milling process, 1 kg of Cu and Sn powder materials were put in a powder tank under an Ar atmosphere, and further, a hard Cr steel ball having a diameter of 9 mm as a milling mue was put under 18.0 kg in an Ar atmosphere. Then, the rotational speed of the agitating arm was set to 200 rpm, and the mechanical milling process was performed for 1 hour.

反応終了後、タンクから粉末を取り出し、200メッシュのふるいを通して粗粉を取り除き、負極活物質を得た。さらに、この負極活物質を50質量%、導電剤として人造黒鉛を45質量%、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデンを5質量%となるように混合して負極合材を調製し、その混合物を、N-メチルーピロリドンに分散させてスラリー状にさせたものを、12μmの電解銅箔の集電体の両面に塗布し、乾燥後、N−メチル−ピロリドンを除去した。次に、ロールプレスを行い、16φの円形に打ち抜き負極を得た。なお、ロールプレス条件として、130℃、140kgで用いた。なお、負極の初期充放電効率は87%、負極の放電容量は、551mAh/gであった。   After completion of the reaction, the powder was taken out from the tank, and coarse powder was removed through a 200-mesh sieve to obtain a negative electrode active material. Furthermore, the negative electrode active material was mixed to 50% by mass, artificial graphite as a conductive agent to 45% by mass, and the binder to be 5% by mass of polyvinylidene fluoride to prepare a negative electrode mixture. -Dispersed in methyl-pyrrolidone to form a slurry was applied to both sides of a 12 μm electrolytic copper foil current collector, and after drying, N-methyl-pyrrolidone was removed. Next, a roll press was performed, and a negative electrode was obtained by punching into a 16φ circle. The roll press conditions were 130 ° C. and 140 kg. The initial charge / discharge efficiency of the negative electrode was 87%, and the discharge capacity of the negative electrode was 551 mAh / g.

3.非水電解質の調製
実施例1〜実施例15および比較例1〜比較例10では、電解液には、プロピレンカーボネート10質量%、エチレンカーボネート15質量%、メチルエチルカーボネート5質量%、ジメチルカーボネート69質量%、ビニレンカーボネート1質量%を混合した溶媒に、LiPF6を質量モル濃度が1.5mol/kgとなるように溶解させたものを用いた。
3. Preparation of Nonaqueous Electrolyte In Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10, the electrolytes contained 10% by mass of propylene carbonate, 15% by mass of ethylene carbonate, 5% by mass of methyl ethyl carbonate, and 69% by mass of dimethyl carbonate. % And 1% by mass of vinylene carbonate were mixed with LiPF 6 so as to have a molar concentration of 1.5 mol / kg.

4.電池の組み立て
実施例1〜実施例15、比較例1〜比較例10のコインセルを以下に説明するようにして組み立てた。
4). Assembling the batteries The coin cells of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10 were assembled as described below.

まず、作製した正極と負極とで得た電極と、厚さ20μmの表4に示すセパレータとを組み合せ、次に、電解質調製で得た非水電解質を加え、実施例1〜実施例15、比較例1〜比較例10のコインセルを作製した。   First, the electrode obtained by the produced positive electrode and negative electrode and the separator shown in Table 4 having a thickness of 20 μm were combined, and then the nonaqueous electrolyte obtained by the electrolyte preparation was added, and Examples 1 to 15 were compared. Example 1 The coin cell of Comparative Example 10 was produced.

5.電池性能評価
次に、作製した実施例1〜実施例15、比較例1〜比較例10のコインセルに対して、以下に説明する電池性能評価を行った。
5). Battery performance evaluation Next, the battery performance evaluation demonstrated below was performed with respect to the produced coin cell of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10.

<電池性能評価>
作製したリチウムイオン二次電池において、60℃の高温下で充放電サイクルを測定した。充電は定電流定電圧方式で行った。具体的には1サイクル目から3サイクル目まで1mAで、表5に示す充電電圧になるまで充電を行い、その電圧で定電圧充電を行い充電電流が0.01mAに下がるまで充電した。
<Battery performance evaluation>
In the produced lithium ion secondary battery, the charge / discharge cycle was measured at a high temperature of 60 ° C. Charging was performed by a constant current constant voltage method. Specifically, charging was performed at 1 mA from the first cycle to the third cycle until the charging voltage shown in Table 5 was reached, and constant voltage charging was performed at that voltage until charging current decreased to 0.01 mA.

充電と放電の間には、開回路時間を10分設け1mA放電を行った。放電は、3.0Vになった時点で1サイクル終了とした。3サイクル以降は、2mAで充放電を行い、60サイクル回し、初回放電容量(mAh/g)、初回充放電効率(%)、60サイクル目の容量維持率(%)(60サイクル目の放電容量)/(3サイクル目の放電容量)(%)を評価した。   An open circuit time of 10 minutes was provided between charging and discharging, and 1 mA discharging was performed. Discharging was completed for one cycle when the voltage reached 3.0V. After 3 cycles, charge / discharge is performed at 2 mA, rotated 60 cycles, initial discharge capacity (mAh / g), initial charge / discharge efficiency (%), 60th capacity retention rate (%) (60th cycle discharge capacity) ) / (Discharge capacity at the third cycle) (%).

表5に、実施例1〜実施例15、比較例1〜比較例10に対して行った電池性能評価の結果を示す。   Table 5 shows the results of battery performance evaluation performed on Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 10.

Figure 2007194202
Figure 2007194202

6.検討結果
PAN系樹脂の効果の検討
表5に示すように、実施例1〜実施例5の4.35Vでの容量維持率は、比較例1〜比較例2の容量維持率より高い。実施例1は、バインダーとして、PAN系樹脂1を単独で用いる。実施例2〜実施例5は、バインダーとして、PAN系樹脂1およびPVDF樹脂を用いる。したがって、バインダーとして、PAN系樹脂を含む電池は、PVDF樹脂を単独で含む電池より、4.35Vでの容量維持率が良好であることがわかる。
6). Study results
Examination of Effect of PAN Resin As shown in Table 5, the capacity retention rate at 4.35 V in Examples 1 to 5 is higher than the capacity retention ratios in Comparative Examples 1 and 2. In Example 1, PAN-based resin 1 is used alone as a binder. In Examples 2 to 5, PAN-based resin 1 and PVDF resin are used as binders. Therefore, it can be seen that a battery containing a PAN resin as a binder has a better capacity retention rate at 4.35 V than a battery containing a PVDF resin alone.

表5に示すように、比較例3の4.20Vでの容量維持率と、比較例4〜比較例5の4.20Vでの容量維持率を比較すると、ほとんど差異がないことがわかる。比較例3は、バインダーとして、PAN系樹脂1を用いる。比較例4はバインダーとして、PVDF1を用いる。比較例5は、バインダーとして、PVDF2を用いる。したがって、PAN系樹脂は、特に4.20Vより高い充電電圧下で、特に、良好な容量維持率を有することがわかる。   As shown in Table 5, it can be seen that there is almost no difference between the capacity retention rate at 4.20 V in Comparative Example 3 and the capacity retention rate at 4.20 V in Comparative Examples 4 to 5. In Comparative Example 3, PAN-based resin 1 is used as a binder. Comparative Example 4 uses PVDF1 as a binder. In Comparative Example 5, PVDF2 is used as a binder. Therefore, it can be seen that the PAN-based resin has a particularly good capacity retention rate under a charging voltage higher than 4.20V.

バインダーの組成の検討
表5に示すように、実施例2〜実施例5の4.35Vでの容量維持率は、実施例1の4.35Vでの容量維持率より高い。実施例1は、バインダーとして、PAN系樹脂を用いる。実施例2〜実施例5は、バインダーとして、PAN系樹脂とPVDFを混合したものを用いる。したがって、バインダーとして、PAN系樹脂を単独で用いた場合よりも、PAN系樹脂と、PVDFとを混合して用いたものが、4.35Vの充電電圧下でより良好な容量維持率を得られることがわかる。
Examination of composition of binder As shown in Table 5, the capacity retention rate at 4.35 V in Examples 2 to 5 is higher than the capacity retention rate at 4.35 V in Example 1. In Example 1, a PAN-based resin is used as a binder. In Examples 2 to 5, a mixture of PAN-based resin and PVDF is used as a binder. Therefore, as a binder, a PAN-based resin and PVDF mixed and used can obtain a better capacity retention rate at a charging voltage of 4.35 V than when a PAN-based resin is used alone. I understand that.

正極作製の際の乾燥条件の検討
表5に示すように、実施例6の4.35Vでの容量維持率は、実施例1の4.35Vでの容量維持率より高い。実施例6は、乾燥条件を150℃で12時間として、行ったものである。実施例1は、乾燥条件を120℃で12時間として、行ったものである。したがって、乾燥条件を150℃で12時間として正極を作製したものが、より良好な容量維持率を得られることがわかる。
As shown in Table 5, the capacity retention rate at 4.35 V in Example 6 is higher than the capacity retention rate at 4.35 V in Example 1. In Example 6, the drying conditions were performed at 150 ° C. for 12 hours. In Example 1, the drying condition was 120 ° C. for 12 hours. Therefore, it can be seen that a better capacity retention rate can be obtained when the positive electrode is produced by drying at 150 ° C. for 12 hours.

充電電圧の検討
表5に示すように、実施例7〜実施例9では、4.25V、4.45Vおよび4.55Vの充電カットオフ電圧で充放電を行った結果の容量維持率を示す。比較例6〜比較例8で4.25V、4.45Vおよび4.55Vの充電カットオフ電圧でPVDF1を用いた電池の充電を行った結果の容量維持率を示す。実施例7〜実施例9は、比較例6〜比較例8より良好な容量維持率を有することがわかる。
As shown in Table 5 for charging voltage, Examples 7 to 9 show the capacity retention ratios as a result of charging and discharging with charging cutoff voltages of 4.25 V, 4.45 V and 4.55 V. The capacity maintenance rate of the result of having performed the charge of the battery using PVDF1 with the charge cut-off voltage of 4.25V, 4.45V, and 4.55V in the comparative example 6-the comparative example 8 is shown. It can be seen that Examples 7 to 9 have better capacity retention ratios than Comparative Examples 6 to 8.

活物質の組成の検討
表5に示すように、実施例11の4.35Vでの初回放電容量は、実施例10より大きい。実施例10は、正極活物質として、活物質1と活物質2を1:1の重量比で用いたものである。実施例11は、正極活物質として、活物質2を単独で用いたものである。
Examination of composition of active material As shown in Table 5, the initial discharge capacity at 4.35 V of Example 11 is larger than Example 10. In Example 10, the active material 1 and the active material 2 are used in a weight ratio of 1: 1 as the positive electrode active material. Example 11 uses the active material 2 independently as a positive electrode active material.

セパレータの検討
表5に示すように、実施例12の4.35Vでの容量維持率は、実施例3の4.35Vでの容量維持率より、小さい。実施例3は、積層型のセパレータの表面がポリプロピレンであり、その透気度がほぼ500s程度であるものである。実施例12は、透気度が実施例3と同様、ほぼ500s程度であるセパレータとして、ポリエチレンを用いたものである。したがって、充電上限電圧が4.35Vでは、セパレータの表面がポリプロピレンである、積層型のセパレータを用いたものが、より良好な容量維持率を得られることがわかる。
As shown in Table 5 of the examination of the separator , the capacity retention rate at 4.35 V in Example 12 is smaller than the capacity retention rate at 4.35 V in Example 3. In Example 3, the surface of the laminated separator is polypropylene, and its air permeability is about 500 s. In Example 12, polyethylene is used as a separator having an air permeability of about 500 s, as in Example 3. Therefore, it can be seen that when the charge upper limit voltage is 4.35 V, a better capacity retention ratio can be obtained by using a laminated separator whose separator surface is polypropylene.

負極の検討
実施例13〜実施例14は、炭素からなる負極活物質以外の負極活物質を用いたものである。表5に示すように、炭素からなる負極活物質を用いたものが、より良好な容量維持率を得られることがわかる。
Negative electrode investigation Examples 13 to 14 use negative electrode active materials other than the negative electrode active material made of carbon. As shown in Table 5, it can be seen that a material using a negative electrode active material made of carbon can obtain a better capacity retention rate.

PAN系樹脂の検討
表5に示すように、実施例15の4.35Vでの容量維持率は、比較例1および比較例2の容量維持率より高い。一方で、実施例15の4.35Vでの容量維持率は、実施例1の容量維持率より低い。
Examination of PAN-based resin As shown in Table 5, the capacity retention rate at 4.35 V in Example 15 is higher than the capacity retention rates in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. On the other hand, the capacity maintenance rate at 4.35 V in Example 15 is lower than the capacity maintenance rate in Example 1.

実施例15は、バインダーとして、PAN単独の重合体のバインダーを用いたものである。したがって、バインダーとして、PVDFを用いたものよりは、PAN単独の重合体のほうが、良好な電池特性を有することがわかる。一方で、PAN単独の重合体よりも、エステル基を含むPAN系樹脂を、バインダーとして用いたものが、より良好な電池特性を得られることがわかる。   Example 15 uses a polymer binder of PAN alone as a binder. Therefore, it can be seen that the polymer of PAN alone has better battery characteristics than that using PVDF as the binder. On the other hand, it is understood that better battery characteristics can be obtained by using a PAN-based resin containing an ester group as a binder than a polymer of PAN alone.

また、比較例9は、オリビン正極にPVDF1を用いたものである。比較例10は、オリビン正極にPAN系樹脂1を用いたものである。比較例9および比較例10ともに容量維持率に変化はなかったことがわかる。   In Comparative Example 9, PVDF1 was used for the olivine positive electrode. In Comparative Example 10, the PAN-based resin 1 is used for the olivine positive electrode. It can be seen that there was no change in the capacity retention rate in both Comparative Example 9 and Comparative Example 10.

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、非水電解液、および正極と負極とを隔たせるセパレータからなる。その形状においては、特に限定されない。円筒型、角型、コイン型、ボタン型等を呈するものであってもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiments of the present invention, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the present invention. For example, the lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator that separates the positive electrode and the negative electrode. The shape is not particularly limited. It may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a button shape, or the like.

また本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、過充電時等の異常時に、電池の内圧上昇に応じて電池内で電流を遮断する電流遮断機構を設けて、安全上の向上を図った構成とすることもできる。   In addition, the lithium ion secondary battery of the present invention is configured to improve safety by providing a current interruption mechanism that interrupts current in the battery in response to an increase in the internal pressure of the battery, for example, when an abnormality occurs during overcharging or the like It can also be.

この発明の第1の実施形態によるリチウムイオン二次電池の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した巻回電極体の一部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of a wound electrode body shown in FIG. 1. この発明の第2の実施形態によるリチウムイオン二次電池の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the lithium ion secondary battery by 2nd Embodiment of this invention. 図3に示した電池素子の一部の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a part of the battery element shown in FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・電池缶
2・・・正極
2A・・・正極集電体
2B・・・正極活物質層
3A・・・負極集電体
3B・・・負極活物質層
3・・・負極
4・・・セパレータ
5,6・・・絶縁板
7・・・電池蓋
8・・・安全弁機構
9・・・熱感抵抗素子
10・・・ガスケット
11・・・ディスク板
12・・・センターピン
13・・・正極リード
14・・・負極リード
20・・・巻回電極体
30・・・電池素子
32・・・正極リード
33・・・負極リード
34,35・・・樹脂片
35・・・負極リード
36・・・凹部
37・・・外装材
42・・・正極
42A・・・正極集電体
42B・・・正極活物質層
43・・・負極
43A・・・負極集電体
43B・・・負極活物質層
44・・・セパレータ
45・・・ゲル電解質層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery can 2 ... Positive electrode 2A ... Positive electrode collector 2B ... Positive electrode active material layer 3A ... Negative electrode collector 3B ... Negative electrode active material layer 3 ... Negative electrode 4. .. Separator 5, 6 ... Insulating plate 7 ... Battery cover 8 ... Safety valve mechanism 9 ... Heat sensitive resistance element 10 ... Gasket 11 ... Disc plate 12 ... Center pin 13 .. Positive electrode lead 14 ... Negative electrode lead 20 ... Winding electrode body 30 ... Battery element 32 ... Positive electrode lead 33 ... Negative electrode lead 34, 35 ... Resin piece 35 ... Negative electrode lead 36 ... Recess 37 ... Exterior material 42 ... Positive electrode 42A ... Positive electrode current collector 42B ... Positive electrode active material layer 43 ... Negative electrode 43A ... Negative electrode current collector 43B ... Negative electrode Active material layer 44 ... Separator 45 ... Gel electrolyte layer

Claims (8)

少なくとも正極活物質およびバインダーを有する正極と、負極と、上記正極および上記負極の間に介在された電解質およびセパレータとを備え、
満充電状態における単セルあたりの開回路電圧が4.25V以上6.00V以下であるリチウムイオン二次電池であって、
上記正極活物質は、一般式:LiaCo1-xMex2-b(式中、Meは、V(バナジウム),Cu(銅),Zr(ジルコニウム),Zn(亜鉛),Mg(マグネシウム),Al(アルミニウム)およびFe(鉄)から選ばれる少なくとも1種または2種以上の金属元素を示す。aは0.9≦a≦1.1、xは0≦x≦0.3、bは−0.1≦b≦0.1の値をとる。)で表されたリチウム−コバルト複合酸化物、および一般式:LiaNi1-x-y-zCoxMnyMez2-b(式中、Meは、V(バナジウム),Cu(銅),Zr(ジルコニウム),Zn(亜鉛),Mg(マグネシウム),Al(アルミニウム)およびFe(鉄)から選ばれる少なくとも1種または2種以上の金属元素を示す。aは0.9≦a≦1.1、xは0<x<0.4、yは0<y<0.4、zは0<z<0.3、bは、−0.1≦b≦0.1の値をとる。)で表されたリチウム−コバルト−ニッケル−マンガン酸化物のいずれかを含み、
上記バインダーは、ポリアクリロニトリル系樹脂を含むものであること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
A positive electrode having at least a positive electrode active material and a binder, a negative electrode, and an electrolyte and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode;
A lithium ion secondary battery having an open circuit voltage per unit cell in a fully charged state of 4.25V to 6.00V,
The positive electrode active material has a general formula: Li a Co 1-x Me x O 2-b (wherein Me is V (vanadium), Cu (copper), Zr (zirconium), Zn (zinc), Mg ( Magnesium), Al (aluminum) and Fe (iron) are at least one or two or more metal elements, a is 0.9 ≦ a ≦ 1.1, x is 0 ≦ x ≦ 0.3, b has a value of -0.1 ≦ b ≦ 0.1 lithium expressed in) - cobalt composite oxide, and the general formula:. Li a Ni 1-xyz Co x Mn y Me z O 2-b ( In the formula, Me is at least one or more selected from V (vanadium), Cu (copper), Zr (zirconium), Zn (zinc), Mg (magnesium), Al (aluminum) and Fe (iron). A is 0.9 ≦ a ≦ 1.1, x is 0 <x <0.4, y 0 <y <0.4, z takes 0 <z <0.3, and b takes a value of −0.1 ≦ b ≦ 0.1.) Lithium-cobalt-nickel-manganese oxidation Including any of the objects,
The lithium ion secondary battery, wherein the binder contains a polyacrylonitrile resin.
請求項1において、
上記開回路電圧が4.25V以上4.55V以下であること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
In claim 1,
The lithium-ion secondary battery, wherein the open circuit voltage is 4.25V to 4.55V.
請求項1において、
上記バインダーは、フッ化ビニリデン系重合体をさらに含むものであること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
In claim 1,
The lithium ion secondary battery, wherein the binder further contains a vinylidene fluoride polymer.
請求項3において、
上記バインダーにおいて、上記ポリアクリロニトリル系樹脂に対するフッ化ビニリデン系重合体の重量比が1%以上99%以下であること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
In claim 3,
The lithium ion secondary battery according to the above binder, wherein a weight ratio of the vinylidene fluoride polymer to the polyacrylonitrile resin is 1% or more and 99% or less.
請求項1において、
上記ポリアクリロニトリル系樹脂は、アクリロニトリルとその他のモノマーとの共重合体もしくはアクリロニトリルの単独重合体、または上記共重合体の変性物であること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
In claim 1,
The lithium ion secondary battery, wherein the polyacrylonitrile-based resin is a copolymer of acrylonitrile and another monomer, a homopolymer of acrylonitrile, or a modified product of the copolymer.
請求項1において、
上記ポリアクリロニトリル系樹脂は、エステル基を有すること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
In claim 1,
The polyacrylonitrile-based resin has an ester group, and is a lithium ion secondary battery.
請求項1において、
上記正極および上記負極に接する上記セパレータの表面には、少なくともポリプロピレンが含まれていること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
In claim 1,
The lithium ion secondary battery, wherein at least polypropylene is contained on a surface of the separator in contact with the positive electrode and the negative electrode.
請求項1において、
上記電解質は、ビニレンカーボネートをさらに含むものであること
を特徴とするリチウムイオン二次電池。
In claim 1,
The lithium ion secondary battery, wherein the electrolyte further contains vinylene carbonate.
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