JP2008010183A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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JP2008010183A JP2006176686A JP2006176686A JP2008010183A JP 2008010183 A JP2008010183 A JP 2008010183A JP 2006176686 A JP2006176686 A JP 2006176686A JP 2006176686 A JP2006176686 A JP 2006176686A JP 2008010183 A JP2008010183 A JP 2008010183A
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修 蛭田
Naruaki Okuda
匠昭 奥田
Yoji Takeuchi
要二 竹内
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
Shoichi Tsujioka
辻岡  章一
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery which has both high output and output durability in a high level. <P>SOLUTION: The lithium ion secondary battery includes at least a cathode, an anode 3, and a nonaqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent. The anode 3 has a current collector 31 composed mainly of a metal, and an anode active material layer 35 disposed thereon. The anode active material layer 35 contains an anode active material 32 composed of a carbonaceous material which can occlude or release lithium ions, a conductive material 36, and a binder 34. The anode active material layer 35 contains hard carbon as the carbonaceous material, carbon black as the conductive material 36, and a polymer containing a nitrogen atom or an oxygen atom as the binder 34. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解液として、有機溶媒等の非水溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液を含有するリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery containing, as an electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent such as an organic solvent.

一般に、リチウムイオン二次電池の負極は、集電体と、該集電体上に配置された負極活物質を含有する負極活物質層とからなる。従来、上記リチウムイオン二次電池の負極活物質としては、黒鉛系炭素材料が用いられていた。しかし、黒鉛系炭素材料は、高い体積エネルギー密度を有する一方で、次のような問題点を有していた。   In general, a negative electrode of a lithium ion secondary battery includes a current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material disposed on the current collector. Conventionally, a graphite-based carbon material has been used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery. However, while the graphite-based carbon material has a high volumetric energy density, it has the following problems.

即ち、まず、黒鉛系炭素材料は、その形態が積層構造を有する板状又は鱗片状であるため、積層面方向の導電性には優れるが、積層面に対して垂直な方向の導電性が悪いという問題があった。また、黒鉛系炭素材料は、充放電時における体積変化が大きく、約10%程度の体積変化が起こる。そのため、この体積変化によって、電極が破壊されてしまうおそれがあった。さらに、黒鉛系炭素材料は、リチウムイオン二次電池の電解液として広く用いられるプロピレンカーボネート等の有機溶媒と接触すると、その積層構造に層間剥離が起こり、電池性能を低下させてしまうおそれがあった。   That is, first, the graphite-based carbon material is in the form of a plate or scale having a laminated structure, so that the conductivity in the direction of the laminated surface is excellent, but the conductivity in the direction perpendicular to the laminated surface is poor. There was a problem. In addition, the graphite-based carbon material has a large volume change during charging and discharging, and a volume change of about 10% occurs. Therefore, the electrode may be destroyed by this volume change. Furthermore, when the graphite-based carbon material comes into contact with an organic solvent such as propylene carbonate, which is widely used as an electrolyte for lithium ion secondary batteries, delamination may occur in the laminated structure, which may reduce battery performance. .

そこで、リチウムイオン二次電池の負極活物質として、ハードカーボンを用いる技術が提案されている(特許文献1参照)。負極活物質としてハードカーボンを用いた場合には、黒鉛系炭素材料を用いることによって生じる上述のような問題点を解消することができる。したがって、負極活物質としてハードカーボンを用いることにより、黒鉛系炭素材料を用いた場合に比べて、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性等の電池特性を向上させることができる。   Therefore, a technique using hard carbon as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery has been proposed (see Patent Document 1). When hard carbon is used as the negative electrode active material, the above-described problems caused by using a graphite-based carbon material can be solved. Therefore, by using hard carbon as the negative electrode active material, battery characteristics such as charge / discharge cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved as compared with the case of using a graphite-based carbon material.

ところで、近年、リチウムイオン二次電池は、電気自動車(EV)やハイブリッド車(HEV)等の自動車用電源として期待されている。そのため、リチウムイオン二次電池には、さらなる高出力化が要求されている。また、自動車用電源としては、長期間使用可能であることが望まれており、充放電を繰り返し行っても出力が低下し難いという出力耐久性に優れたリチウム二次電池が要求されている。   Incidentally, in recent years, lithium ion secondary batteries are expected as power sources for automobiles such as electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV). Therefore, further higher output is required for the lithium ion secondary battery. Further, as a power source for automobiles, it is desired that the battery can be used for a long period of time, and a lithium secondary battery excellent in output durability is demanded so that the output is not easily lowered even after repeated charge and discharge.

そこで、ハードカーボンを用いた負極においても、電気抵抗の低減が検討されていた。具体的には、負極の負極活物質層に鱗片状黒鉛を添加させる技術が提案されている(特許文献2参照)。また、負極の負極活物質層にポリフッ化ビニリデン及びカーボンブラックを添加させる技術が提案されている(特許文献3)。   Therefore, reduction of electric resistance has been studied even in a negative electrode using hard carbon. Specifically, a technique for adding scaly graphite to the negative electrode active material layer of the negative electrode has been proposed (see Patent Document 2). Further, a technique for adding polyvinylidene fluoride and carbon black to the negative electrode active material layer of the negative electrode has been proposed (Patent Document 3).

しかしながら、鱗片状黒鉛は、上述の黒鉛系炭素材料と同様の問題を有しており、鱗片状黒鉛を用いた場合には、リチウムイオン二次電池の出力を十分に向上させることができないおそれがあった。
また、上述のポリフッ化ビニリデン及びカーボンブラックを添加させる技術によれば、出力密度を向上させることができるが、負極活物質層の密着性が低下するため、十分な出力耐久性が得られないという問題があった。密着性を確保するために、ポリフッ化ビニリデンを増量する方法もあるが、この場合には、負極の電気抵抗が増大し、容量等の電池特性が低下してしまうおそれがある。
However, scaly graphite has the same problem as the above-mentioned graphite-based carbon material, and when scaly graphite is used, there is a possibility that the output of the lithium ion secondary battery cannot be sufficiently improved. there were.
Further, according to the technique of adding the above-mentioned polyvinylidene fluoride and carbon black, the output density can be improved, but the adhesion of the negative electrode active material layer is lowered, so that sufficient output durability cannot be obtained. There was a problem. There is also a method of increasing the amount of polyvinylidene fluoride in order to ensure adhesion, but in this case, the electrical resistance of the negative electrode increases and battery characteristics such as capacity may be deteriorated.

特開2001−126760号公報JP 2001-126760 A 国際公開第98/05083International Publication No. 98/05083 特開2005−317469号公報JP 2005-317469 A

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、高出力と優れた出力耐久性とを高レベルで兼ね備えたリチウムイオン二次電池を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery that combines high output and excellent output durability at a high level.

本発明は、正極と、負極と、非水溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液とを少なくとも備えたリチウムイオン二次電池において、
上記負極は、金属を主成分とする集電体と、該集電体上に配置された負極活物質層とを有し、
該負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵又は放出可能な炭素材料からなる負極活物質と、導電材と、バインダーとを含有し、
上記負極活物質層は、上記炭素材料としてハードカーボンを含有し、上記導電材としてカーボンブラックを含有し、上記バインダーとして窒素原子又は酸素原子を含む高分子を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池にある(請求項1)。
The present invention relates to a lithium ion secondary battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.
The negative electrode has a current collector mainly composed of a metal, and a negative electrode active material layer disposed on the current collector.
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material made of a carbon material capable of occluding or releasing lithium ions, a conductive material, and a binder.
The negative electrode active material layer contains hard carbon as the carbon material, carbon black as the conductive material, and a polymer containing a nitrogen atom or an oxygen atom as the binder. It exists in a secondary battery (Claim 1).

本発明のリチウムイオン二次電池において、上記負極活物質層は、上記負極活物質として導電性に優れる上記ハードカーボンを含有し、上記導電材としてカーボンブラックを含有している。そのため、上記負極の抵抗を低下させ、上記負極における導電性を向上させることができる。それ故、上記リチウムイオン二次電池は、高い出力を示すことができる。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer contains the hard carbon having excellent conductivity as the negative electrode active material, and contains carbon black as the conductive material. Therefore, the resistance of the negative electrode can be reduced, and the conductivity of the negative electrode can be improved. Therefore, the lithium ion secondary battery can exhibit high output.

また、上記負極活物質層は、上記バインダーとして窒素原子又は酸素原子を含む上記高分子を含有する。そのため、上記負極活物質層の上記集電体に対する密着性を向上させることができ、優れた密着性で上記負極活物質層を上記集電体上に長期間保持させることができる。それ故、上記リチウムイオン二次電池は、長期間使用しても出力が劣化し難くなり、出力耐久性が向上する。   The negative electrode active material layer contains the polymer containing a nitrogen atom or an oxygen atom as the binder. Therefore, the adhesion of the negative electrode active material layer to the current collector can be improved, and the negative electrode active material layer can be held on the current collector for a long period of time with excellent adhesion. Therefore, the lithium ion secondary battery is not easily deteriorated in output even when used for a long time, and the output durability is improved.

また、上記バインダーは、優れた密着性で上記負極活物質層を上記集電体に付着させることができるため、必要以上にバインダーを増量する必要がない。即ち、負極の導電性をほとんど損ねることなく、上記負極活物質層の上記集電体に対する密着性を向上させることができる。そのため、上記リチウムイオン二次電池は、高出力と優れた出力耐久性とを高レベルで兼ね備えることができる。   Moreover, since the said binder can adhere the said negative electrode active material layer to the said electrical power collector with the outstanding adhesiveness, it is not necessary to increase the amount of binders more than necessary. That is, the adhesiveness of the negative electrode active material layer to the current collector can be improved without substantially impairing the conductivity of the negative electrode. Therefore, the lithium ion secondary battery can have high output and excellent output durability at a high level.

窒素原子及び/又は酸素原子上記高分子が上記負極活物質層を優れた密着性で上記集電体上に保持できる理由は、次のように考えられる。
即ち、上記集電体は、金属を主成分としているため、自然酸化により、その表面の少なくとも一部には金属酸化物が形成されていると考えられる。この金属酸化物と上記高分子中の窒素原子及び/又は酸素原子とが高い親和性を示すため、上記高分子は、上述のごとく優れた密着性を発揮できると考えられる。
The reason why the above polymer of nitrogen atom and / or oxygen atom can hold the negative electrode active material layer on the current collector with excellent adhesion is considered as follows.
That is, since the current collector contains metal as a main component, it is considered that a metal oxide is formed on at least a part of the surface by natural oxidation. Since this metal oxide and the nitrogen atom and / or oxygen atom in the polymer exhibit high affinity, the polymer is considered to exhibit excellent adhesion as described above.

このように、本発明によれば、高出力と優れた出力耐久性とを高レベルで兼ね備えたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   Thus, according to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that combines high output and excellent output durability at a high level.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、非水溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液とを有する。具体的には、上記リチウムイオン二次電池は、例えば上記正極及び上記負極と、これらの正極と負極との間に狭装されるセパレータと、正極と負極との間でリチウムを移動させる上記非水電解液等を主要構成要素として構成することができる。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent. Specifically, the lithium ion secondary battery includes, for example, the positive electrode and the negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and the non-transferring lithium between the positive electrode and the negative electrode. A water electrolyte or the like can be configured as a main component.

まず、上記負極について説明する。
上記負極は、金属を主成分とする上記集電体と、その表面に形成された上記負極活物質層とによって構成することができる。上記負極活物質層は、例えば上記負極活物質に上記バインダー及び上記導電材を混合し、分散材として適当な溶媒を加えてスラリー状にした負極合材を、上記集電体の表面に塗布、乾燥し、その後に圧縮することにより形成することができる。上記負極としては、上記負極合材をプレス成形して得られるペレット電極等を用いることもできる。
First, the negative electrode will be described.
The negative electrode can be constituted by the current collector containing metal as a main component and the negative electrode active material layer formed on the surface thereof. The negative electrode active material layer is, for example, applied to the surface of the current collector by mixing the binder and the conductive material into the negative electrode active material, adding a suitable solvent as a dispersing agent to form a slurry, It can be formed by drying and subsequent compression. As the negative electrode, a pellet electrode obtained by press-molding the negative electrode mixture can be used.

上記負極活物質(炭素材料)としては、ハードカーボンを用いる。ハードカーボンは、2000℃以上の高温で熱処理してもほとんど積層秩序が変化しない炭素材料であり、難黒鉛化炭素ともよばれる。
ハードカーボンの平均粒子径は、0.1〜20μmが好ましい。ハードカーボンの平均粒子径が0.1μm未満の場合には、ハードカーボン粒子間の接触抵抗が増大し、これに伴って負極全体の抵抗が増大してしまうおそれがある。一方、20μmを越える場合には、負極表面において電解液側に露出するハードカーボン粒子の表面積が減少し、電解液とハードカーボン粒子との接触面積が小さくなるため、電極反応抵抗が増大するおそれがある。さらに、ハードカーボン粒子内部のリチウムイオン伝導パスが長くなり、粒子の内部に吸蔵されたリチウムイオンが脱離し難くなるため、反応効率が低下するおそれがある。より好ましくは、ハードカーボンの平均粒径は1〜15μmがよい。
Hard carbon is used as the negative electrode active material (carbon material). Hard carbon is a carbon material whose stacking order hardly changes even when heat-treated at a high temperature of 2000 ° C. or higher, and is also called non-graphitizable carbon.
The average particle diameter of hard carbon is preferably 0.1 to 20 μm. When the average particle diameter of the hard carbon is less than 0.1 μm, the contact resistance between the hard carbon particles increases, which may increase the resistance of the entire negative electrode. On the other hand, if it exceeds 20 μm, the surface area of the hard carbon particles exposed to the electrolyte solution on the negative electrode surface decreases, and the contact area between the electrolyte solution and the hard carbon particles decreases, which may increase the electrode reaction resistance. is there. Furthermore, since the lithium ion conduction path inside the hard carbon particles becomes long and lithium ions occluded inside the particles are difficult to desorb, the reaction efficiency may be lowered. More preferably, the average particle size of the hard carbon is 1 to 15 μm.

また、上記導電材としては、カーボンブラックを用いる。カーボンブラックは、液体状又は気体状の炭化水素を熱分解することによって製造される炭素材料である。上記カーボンブラックとしては、例えば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、サーマルブラック等から選ばれる1種以上を用いることができる。
好ましくは、上記カーボンブラックとしてはアセチレンブラックを用いることがよい。一般に一次粒子が連結された構造を有するアセチレンブラックは、導電性に優れ、上記負極活物質層の導電性をより一層向上させることができる。そのため、上記リチウム二次電池の出力特性をより一層向上させることができる。
Further, carbon black is used as the conductive material. Carbon black is a carbon material produced by thermally decomposing liquid or gaseous hydrocarbons. As said carbon black, 1 or more types chosen from acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, thermal black etc. can be used, for example.
Preferably, acetylene black is used as the carbon black. In general, acetylene black having a structure in which primary particles are connected is excellent in conductivity, and can further improve the conductivity of the negative electrode active material layer. Therefore, the output characteristics of the lithium secondary battery can be further improved.

また、上記バインダーとしては、窒素原子及び/又は酸素原子を含む高分子を用いる。上記バインダーは、上記ハードカーボンの粒子間を連結し、上記負極活物質層を上記集電体に繋ぎ止める役割を果たす。また、上記バインダーとしては、上記非水電解液に用いられる上記非水溶媒に対する耐性、電池反応が進行する電位に対する安定性、及び耐熱性等を備える高分子が好ましい。   As the binder, a polymer containing a nitrogen atom and / or an oxygen atom is used. The binder serves to connect the hard carbon particles and to connect the negative electrode active material layer to the current collector. Moreover, as said binder, the polymer provided with the tolerance with respect to the said nonaqueous solvent used for the said nonaqueous electrolyte, the stability with respect to the electric potential which a battery reaction advances, heat resistance, etc. is preferable.

上記バインダーとして用いられる具体的な上記高分子としては、例えばポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂をカルボキシル基等の酸素原子を含む官能基で変性させた変性フッ素樹脂等がある。また、上記高分子としては、窒素原子を含有するポリアクリロニトリル及びポリアミド等、酸素原子を含有するポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂等を用いることもできる。これらの高分子は、1種を単独で用いることもできるが、2種以上を併用することもできる。   Specific examples of the polymer used as the binder include a modified fluororesin in which a fluororesin such as polyvinylidene fluoride is modified with a functional group containing an oxygen atom such as a carboxyl group. Further, as the polymer, acrylic resin such as polyacrylonitrile and polyamide containing nitrogen atom, polymethyl methacrylate containing oxygen atom, and the like can be used. These polymers can be used alone or in combination of two or more.

また、上記負極活物質、上記導電材、及び上記バインダーを分散させる溶剤としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。   In addition, as a solvent for dispersing the negative electrode active material, the conductive material, and the binder, for example, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used.

上記負極活物質層は、上記負極活物質を50〜95重量%、上記導電材を1〜20重量%、及び上記バインダーを4〜30重量%含有することが好ましい(請求項2)。
上記負極活物質が50重量%未満の場合には、容量等の電池性能が低下するおそれがある。また、上記導電材が1重量%未満の場合には、上記リチウム二次電池の出力性能を十分に向上させることが困難になるおそれがある。また、上記バインダーが4重量%未満の場合には、上記負極活物質層の上記集電体に対する密着性を十分に向上させることが困難になるおそれがある。また、上記負極活物質が95重量%を越える場合には、上記導電材又は上記バインダーの量が少なくなるため、上述の出力性能や密着性を向上させることが困難になるおそれがある。また、上記導電材が20重量%を越える場合には、上記負極活物質又は上記バインダーの量が少なくなるため、容量などの電池性能が低下したり、上述の密着性を向上させることが困難になるおそれがある。また、上記バインダーが30重量%を越える場合には、上記負極活物質又は上記導電材の量が少なくなるため、容量などの電池性能が低下したり、上述の出力性能を向上させることが困難になるおそれがある。より好ましくは、上記負極活物質層は、上記負極活物質を60〜90重量%、上記導電材を3〜20重量%、及び上記バインダーを7〜20重量%含有することがよい。
The negative electrode active material layer preferably contains 50 to 95% by weight of the negative electrode active material, 1 to 20% by weight of the conductive material, and 4 to 30% by weight of the binder.
When the negative electrode active material is less than 50% by weight, battery performance such as capacity may be deteriorated. Moreover, when the said electrically conductive material is less than 1 weight%, there exists a possibility that it may become difficult to fully improve the output performance of the said lithium secondary battery. Moreover, when the said binder is less than 4 weight%, there exists a possibility that it may become difficult to fully improve the adhesiveness with respect to the said collector of the said negative electrode active material layer. In addition, when the negative electrode active material exceeds 95% by weight, the amount of the conductive material or the binder decreases, and thus it may be difficult to improve the output performance and adhesion described above. In addition, when the conductive material exceeds 20% by weight, the amount of the negative electrode active material or the binder decreases, so that it is difficult to reduce battery performance such as capacity or to improve the above-described adhesion. There is a risk. Further, when the binder exceeds 30% by weight, the amount of the negative electrode active material or the conductive material is reduced, so that battery performance such as capacity is lowered or it is difficult to improve the output performance described above. There is a risk. More preferably, the negative electrode active material layer preferably contains 60 to 90% by weight of the negative electrode active material, 3 to 20% by weight of the conductive material, and 7 to 20% by weight of the binder.

また、上記負極活物質層における活物質の密度は、0.6〜1.0g/cm3であることが好ましい。密度が0.6g/cm3未満の場合には、上記ハードカーボンの粒子の表面における接触抵抗が増大し、負極における電気抵抗が増大するおそれがある。一方、1.0g/cm3を越える場合には、ハードカーボンの粒子間に電解液が十分に浸透しなくなるおそれがあり、また、リチウムイオンの伝導抵抗が増大するおそれがある。その結果、負極における電気抵抗が増大するおそれがある。より好ましくは、活物質の密度は0.7〜0.9g/cm3がよい。なお、負極活物質層における活物質の密度は、負極活物質層の単位体積あたりに含まれる負極活物質(ハードカーボン)の重量である。負極活物質層における活物質の密度は、負極にプレス操作を行って負極活物質層の厚さを調整することにより、調整することができる。 Moreover, it is preferable that the density of the active material in the said negative electrode active material layer is 0.6-1.0 g / cm < 3 >. When the density is less than 0.6 g / cm 3 , the contact resistance on the surface of the hard carbon particles increases, and the electrical resistance on the negative electrode may increase. On the other hand, if it exceeds 1.0 g / cm 3 , the electrolyte may not sufficiently permeate between the hard carbon particles, and the lithium ion conduction resistance may increase. As a result, the electrical resistance at the negative electrode may increase. More preferably, the density of the active material is 0.7 to 0.9 g / cm 3 . The density of the active material in the negative electrode active material layer is the weight of the negative electrode active material (hard carbon) contained per unit volume of the negative electrode active material layer. The density of the active material in the negative electrode active material layer can be adjusted by pressing the negative electrode to adjust the thickness of the negative electrode active material layer.

また、上記負極活物質層の厚さは、5〜100μmであることが好ましい。
厚さが5μm未満の場合には、電池容量が不十分となるおおそれがある。一方、100μmを越える場合には、負極活物質層中のイオン伝導性が低下するおそれがあり、特に高出力下における充放電特性が不十分となるおそれがある。より好ましくは、上記負極活物質層の厚さは10〜70μmがよい。
Moreover, it is preferable that the thickness of the said negative electrode active material layer is 5-100 micrometers.
If the thickness is less than 5 μm, the battery capacity may be insufficient. On the other hand, when it exceeds 100 μm, the ionic conductivity in the negative electrode active material layer may be lowered, and the charge / discharge characteristics under high output may be insufficient. More preferably, the thickness of the negative electrode active material layer is 10 to 70 μm.

また、上記負極における上記集電体は、金属を主成分とし、上記負極活物質層と外部の負荷との間の電子の移動を媒介する。上記集電体の主成分である金属としては、電池反応が進行する電位において、リチウムと合金を形成しない金属を用いることが好ましい。具体的には、例えば銅、ニッケル、チタン、ステンレス等を用いることができる。これらのうち1種を単独で用いてもよいが、2種以上を併用することもできる。より好ましくは、上記集電体は、銅又はニッケルからなることがよい。   In addition, the current collector in the negative electrode contains metal as a main component and mediates the movement of electrons between the negative electrode active material layer and an external load. As the metal that is the main component of the current collector, it is preferable to use a metal that does not form an alloy with lithium at the potential at which the battery reaction proceeds. Specifically, for example, copper, nickel, titanium, stainless steel or the like can be used. Of these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. More preferably, the current collector is made of copper or nickel.

上記集電体の厚みは、1〜50μmが好ましい。厚みが1μm未満の場合には、集電体表面に上記負極活物質層を形成する際の応力に上記集電体が耐えきれず、該集電体に切断や亀裂が生じるおそれがある。一方、厚みが50μmを越える場合には、製造コストが増大し、また、電池が大型化するおそれがある。より好ましくは、上記集電体の厚みは5〜20μmがよい。   The thickness of the current collector is preferably 1 to 50 μm. When the thickness is less than 1 μm, the current collector cannot withstand the stress when the negative electrode active material layer is formed on the current collector surface, and the current collector may be cut or cracked. On the other hand, when the thickness exceeds 50 μm, the manufacturing cost increases and the battery may be increased in size. More preferably, the thickness of the current collector is 5 to 20 μm.

次に、上記正極について説明する。
上記正極は、上記負極と同様に、例えば集電体と、その表面に形成された、正極活物質を含有する正極活物質層とによって構成することができる。上記正極活物質層は、正極活物質に必要に応じて導電材やバインダーを混合し、分散材として適当な溶媒を加えてスラリー状にした正極合材を、上記集電体の表面に塗布、乾燥し、その後に圧縮することにより形成することができる。また、上記正極としては、上記正極合材をプレス成形して得られるペレット電極等を用いることもできる。
Next, the positive electrode will be described.
The positive electrode can be constituted by, for example, a current collector and a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on the surface thereof, similarly to the negative electrode. The positive electrode active material layer is prepared by mixing a positive electrode active material with a conductive material or a binder as necessary, adding a suitable solvent as a dispersing agent to form a slurry, and coating the surface of the current collector. It can be formed by drying and subsequent compression. Moreover, as the positive electrode, a pellet electrode obtained by press-molding the positive electrode mixture can be used.

上記正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵又は放出可能な化合物を用いることができる。具体的には、上記正極活物質としては、例えばリチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物、及びリチウム鉄リン酸等のリチウム遷移金属リン酸化合物等を用いることができる。上記正極活物質としては、これらの化合物のうち1種のみを用いても良いが、2種以上を併用することもできる。   As the positive electrode active material, a compound capable of inserting or extracting lithium ions can be used. Specifically, examples of the positive electrode active material include lithium transition metal composite oxides such as lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, and lithium nickel oxide, and lithium transition metal phosphate compounds such as lithium iron phosphate. Can be used. As the positive electrode active material, only one kind of these compounds may be used, but two or more kinds may be used in combination.

上記正極に用いられる上記導電材は、正極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物であり、例えばカーボンブラック、グラファイト等のカーボン粉末を用いることができる。
また、上記正極に用いられる上記バインダーとしては、例えばポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂、スチレン−ブタジエン系ゴム、ポリアクリロニトリル等の高分子材料を用いることができる。上記負極と同様のバインダーを用いることもできる。これらの高分子材料は、1種を単独で用いることもできるが、2種以上を併用することもできる。
The said electrically conductive material used for the said positive electrode is an additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of a positive electrode active material layer, For example, carbon powder, such as carbon black and a graphite, can be used.
Moreover, as said binder used for the said positive electrode, polymeric materials, such as fluorine resins, such as a polyvinylidene fluoride, a styrene-butadiene type rubber, a polyacrylonitrile, can be used, for example. A binder similar to that of the negative electrode can also be used. These polymer materials can be used alone or in combination of two or more.

上記正極の集電体としては、例えばアルミニウム、チタン等の金属又はその合金等を用いることができる。好ましくは、アルミニウム又はその合金を用いることがよい。アルミニウム又はアルミニウム合金は軽量であるため、この場合には、エネルギー密度を向上させることができる。   As the current collector of the positive electrode, for example, a metal such as aluminum or titanium or an alloy thereof can be used. Preferably, aluminum or an alloy thereof is used. Since aluminum or aluminum alloy is lightweight, in this case, energy density can be improved.

また、正極における正極活物質層中の正極活物質と導電材とバインダーとの配合割合、集電体の厚み、及び活物質の密度については、上述の負極と同様である。   Moreover, about the compounding ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer in a positive electrode, a electrically conductive material, and a binder, the thickness of an electrical power collector, and the density of an active material, it is the same as that of the above-mentioned negative electrode.

また、正極と負極との間に狭装される上記セパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート、又は不織布等を用いることができる。   Moreover, as said separator narrowly provided between a positive electrode and a negative electrode, the porous sheet | seat which uses polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, for example, or a nonwoven fabric can be used.

次に、上記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解してなる。
上記非水溶媒としては、非プロトン性有機溶媒を用いることができる。具体的には、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート類、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート、γ-ブチルラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン(GVL)等のラクトン類、アセトニトリル等のニトリル類、酢酸メチル、ギ酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等のエステル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等のエーテル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類等を用いることができる。これらは単独で用いることもできるが、2種以上を混合して用いることもできる。
Next, the nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent.
As the non-aqueous solvent, an aprotic organic solvent can be used. Specifically, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyllactone (GBL), γ -Lactones such as valerolactone (GVL), nitriles such as acetonitrile, esters such as methyl acetate, methyl formate, methyl propionate, ethyl propionate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1, Ethers such as 2-dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane, amides such as dimethylformamide, and the like can be used. These can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used.

また、上記非水電解液は、下記の一般式(1)で表されるアニオン化合物を含有することが好ましい(請求項3)。

Figure 2008010183
{但し、Mは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素、bは1〜3、mは1〜4、nは0〜8、qは0又は1をそれぞれ表し、R1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またm個存在するR1はそれぞれが結合してもよい。)、R2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またn個存在するR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)、X1、X2、X3は、O、S、又はNR4、R3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールをそれぞれ示す(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、また複数個存在するR3、R4はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)。} Moreover, it is preferable that the said non-aqueous electrolyte contains the anion compound represented by following General formula (1) (Claim 3).
Figure 2008010183
{However, M is a transition metal, a group III, IV or V element of the periodic table, b is 1 to 3, m is 1 to 4, n is 0 to 8, q is 0 or 1 respectively. , R 1 is C 1 -C 10 alkylene, C 1 -C 10 halogenated alkylene, C 6 -C 20 arylene, or C 6 -C 20 halogenated arylene (the alkylene and arylene have the structure) And R 1 may be bonded to each other.), R 2 is halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 Alkyl halides, C 6 -C 20 aryls, C 6 -C 20 aryl halides, or X 3 R 3 (these alkyls and aryls may have substituents, heteroatoms in their structures, the n number R 2 each may combine with each other to form a ring present.), X 1, 2, X 3 is O, S, or NR 4, R 3, R 4 are, each independently, hydrogen, alkyl of C 1 -C 10, alkyl halide C 1 ~C 10, C 6 ~C 20 aryls and C 6 -C 20 aryl halides are shown respectively. (These alkyls and aryls may have a substituent or a hetero atom in the structure, and a plurality of R 3 and R 4 are respectively present. May combine to form a ring. }

上記アニオン化合物を含有する場合には、充放電を繰り返し行ったときの上記リチウムイオン二次電池の出力の低下を抑制することができる。即ち、上記リチウムイオン二次電池の出力耐久性をより一層向上させることができる。
この理由は、次のように考えられる。
即ち、上記一般式(1)で表される上記アニオン化合物は、活物質表面に、電気化学的に安定な被膜等の被覆物を形成することができる。該被覆物の形成により、上記リチウムイオン二次電池においては、充放電を繰り返し行ってもリチウムイオンの挿入・脱離がスムーズに行われ、出力の低下を抑制することができると考えられる。
When the anionic compound is contained, it is possible to suppress a decrease in the output of the lithium ion secondary battery when charging and discharging are repeated. That is, the output durability of the lithium ion secondary battery can be further improved.
The reason is considered as follows.
That is, the anionic compound represented by the general formula (1) can form a coating such as an electrochemically stable coating on the active material surface. By forming the coating, it is considered that in the lithium ion secondary battery, even when charging and discharging are repeatedly performed, lithium ions are smoothly inserted and extracted, and a decrease in output can be suppressed.

上記一般式(1)において、アニオンの価数bは1〜3である。bが3より大きい場合には、上記アニオン化合物の塩の結晶格子エネルギーが大きくなるため、上記アニオン化合物の塩を上記非水溶媒に溶解して上記アニオン化合物を形成することが困難になる。そのため、b=1が最も好ましい。
また、同様の理由により、上記アニオン化合物の塩を構成するカチオンの価数も1〜3がよく、最も好ましくはカチオンの価数は1がよい。このようなカチオンとしては、例えばリチウムイオン、ナトリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオン、カリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、プロトン等がある。
In the said General formula (1), the valence b of an anion is 1-3. When b is larger than 3, the crystal lattice energy of the salt of the anionic compound is increased, so that it is difficult to form the anionic compound by dissolving the salt of the anionic compound in the non-aqueous solvent. Therefore, b = 1 is most preferable.
For the same reason, the valence of the cation constituting the salt of the anionic compound is preferably 1 to 3, and most preferably the valence of the cation is 1. Examples of such cations include lithium ions, sodium ions, rubidium ions, cesium ions, potassium ions, tetraalkylammonium ions, and protons.

また、上記一般式(1)で表されるアニオン化合物は、イオン性金属錯体構造をとっており、その中心となるMは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素から選ばれる。   In addition, the anion compound represented by the general formula (1) has an ionic metal complex structure, and M as the center is a transition metal, a group III, group IV, or group V element of the periodic table. Chosen from.

上記非水電解液においては、上記一般式(1)で表される上記アニオン化合物とカチオンとからなる電解質化合物が電離しており、上記一般式(1)におけるMは、Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf、またはSbのいずれかであり、上記カチオンはLi+又はNa+の少なくとも一方であることが好ましい(請求項4)。
この場合には、上記電解質化合物、即ち上記アニオン化合物の塩を上記非水溶媒に溶解させることにより、上記アニオン化合物を含有する上記非水電解液を容易に作製することができる。またこの場合には、上記アニオン化合物又は上記電解質化合物の合成を容易に行うことができる。
In the non-aqueous electrolyte, the electrolyte compound composed of the anion compound and the cation represented by the general formula (1) is ionized, and M in the general formula (1) is Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf, or Sb, and the cation is at least Li + or Na + One is preferable (claim 4).
In this case, the nonaqueous electrolytic solution containing the anionic compound can be easily prepared by dissolving the electrolyte compound, that is, the salt of the anionic compound in the nonaqueous solvent. In this case, the anion compound or the electrolyte compound can be easily synthesized.

より好ましくは、上記一般式(1)のMは、Al、B又は、Pがよい。この場合には、上記アニオン化合物又は上記電解質化合物の合成が容易になることに加えて、毒性を低くすることができ、また、製造コストを低減することができる。   More preferably, M in the general formula (1) is Al, B, or P. In this case, in addition to facilitating the synthesis of the anion compound or the electrolyte compound, the toxicity can be lowered, and the production cost can be reduced.

また、上記非水電解液には、上記電解質として、上記一般式(1)で表される上記アニオン化合物とカチオンとからなる電解質化合物以外にも、他の電解質が添加されており、上記電解質化合物の添加量は、全電解質量中の2重量%〜80重量%であることが好ましい(請求項5)。
上記電解質化合物の添加量が2重量%未満の場合には、出力耐久性の向上効果が十分に得られないおそれがある。この理由としては、上記アニオン化合物によって活物質に表面に形成される被膜等の被覆物が充分に形成されないからであると考えられる。一方、上記電解質化合物の添加量が80重量%を越える場合には、抵抗が高くなり、上記リチウムイオン二次電池の容量が低下するおそれがある。この理由としては、活物質の表面に形成される被覆物の厚みが必要以上に大きくなるためであると考えられる。
In addition to the electrolyte compound composed of the anion compound and the cation represented by the general formula (1), another electrolyte is added to the non-aqueous electrolyte as the electrolyte. Is preferably 2 to 80% by weight based on the total electrolytic mass (Claim 5).
When the amount of the electrolyte compound added is less than 2% by weight, the effect of improving the output durability may not be sufficiently obtained. The reason for this is considered that a coating such as a film formed on the surface of the active material by the anionic compound is not sufficiently formed. On the other hand, when the amount of the electrolyte compound added exceeds 80% by weight, the resistance increases, and the capacity of the lithium ion secondary battery may be reduced. This is probably because the thickness of the coating formed on the surface of the active material becomes larger than necessary.

また、上記非水電解液には、上記電解質化合物以外の他の電解質として、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、Li(C25SO2)2N、LiN(SO2CF3)2、Li(SO325)、リチウムビスオキサラトボレート(LiBOB)から選ばれる1種以上が添加されていることが好ましい(請求項6)。
これらの電解質は、比較的イオン伝導度が優れ、電気化学的に安定である。そのため、この場合には、上記リチウムイオン二次電池の充放電容量をより向上させることができる。
The aforementioned non-aqueous electrolyte solution, as other electrolytes other than the above electrolyte compounds, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiClO 4, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiN (SO 2 CF 3) 2, Li ( SO 3 C 2 F 5), it is preferable that at least one member selected from lithium Bisuo Kisara oxalatoborate (LiBOB) is added (claim 6).
These electrolytes have relatively high ionic conductivity and are electrochemically stable. Therefore, in this case, the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be further improved.

次に、上記アニオン化合物の配位子の部分について説明する。
以下、本明細書においては上記一般式(1)において、Mに結合している有機又は無機の部分を配位子とよぶ。
Next, the ligand part of the anionic compound will be described.
Hereinafter, in the present specification, an organic or inorganic part bonded to M in the general formula (1) is referred to as a ligand.

一般式(1)中のR1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレンから選ばれるものよりなる。これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基、また、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造を挙げることができる。
さらには、R1が複数存在する場合(q=1、m=2〜4の場合)には、それぞれが結合してもよく、例えばエチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることもできる。
R 1 in general formula (1) is selected from C 1 -C 10 alkylene, C 1 -C 10 halogenated alkylene, C 6 -C 20 arylene, or C 6 -C 20 halogenated arylene. It consists of things. These alkylene and arylene may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl Examples thereof include a group, an amide group, a hydroxyl group, and a structure in which nitrogen, sulfur, or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene.
Furthermore, when a plurality of R 1 are present (when q = 1 and m = 2 to 4), each may be bonded, and examples thereof include a ligand such as ethylenediaminetetraacetic acid.

2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33から選ばれるものよりなる。これらもR1と同様に、アルキル又はアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またR2が複数個存在する場合(n=2〜8の場合)R2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。
好ましくは、R2としては、電子吸引性の基がよく、特にフッ素がよい。この場合には、上記アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導性が向上するという効果を得ることができる。さらにこの場合には、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を防止することができる。
R 2 is selected from halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 alkyl halide, C 6 -C 20 aryl, C 6 -C 20 aryl halide, or X 3 R 3 It consists of things. Similarly to R 1 , alkyl or aryl may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when there are a plurality of R 2 (when n = 2 to 8), each R 2 is They may combine to form a ring.
Preferably, R 2 is an electron-withdrawing group, particularly fluorine. In this case, the solubility and dissociation degree of the salt of the anionic compound can be improved, and the effect of improving the ionic conductivity can be obtained. Furthermore, in this case, the oxidation resistance is improved, thereby preventing the occurrence of side reactions.

1、X2、X3はそれぞれ独立で、O、S、又はNR4であり、これらのヘテロ原子を介して配位子がMに結合する。ここで、O、S、N以外で結合することが不可能でないが、合成上非常に煩雑なものとなる。上記一般式(1)で表される化合物の特徴として、同一の配位子内におけるX1とX2によるMとの結合があり、これらの配位子はMとキレート構造を形成している。この配位子中の定数qは、0又は1である。q=0の場合には、キレートリングが五員環となり、上記アニオン化合物の錯体構造が安定化する。そのため、この場合には、上記アニオン化合物が上記被覆物の形成以外の副反応を起こすことを防ぐことができる。 X 1 , X 2 , and X 3 are each independently O, S, or NR 4 , and the ligand is bonded to M through these heteroatoms. Here, it is not impossible to combine other than O, S, and N, but the synthesis becomes very complicated. As a feature of the compound represented by the general formula (1), there is a bond between X 1 and M by X 2 in the same ligand, and these ligands form a chelate structure with M. . The constant q in this ligand is 0 or 1. When q = 0, the chelate ring becomes a five-membered ring, and the complex structure of the anionic compound is stabilized. Therefore, in this case, the anionic compound can be prevented from causing side reactions other than the formation of the coating.

3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールであり、これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またR3、R4が複数個存在する場合には、それぞれが結合して環を形成してもよい。 R 3 and R 4 are each independently hydrogen, C 1 to C 10 alkyl, C 1 to C 10 alkyl halide, C 6 to C 20 aryl, or C 6 to C 20 aryl halide. These alkyls and aryls may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when a plurality of R 3 and R 4 are present, each may be bonded to form a ring. .

また、上述した配位子の数に関係する定数m及びnは、中心のMの種類によって決まってくるものであるが、mは1〜4、nは0〜8である。
また、上述のR1、R2、R3、R4において、C1〜C10は炭素数が1〜10であることを示し、C6〜C20は炭素数が6〜20であることを示す。
The constants m and n related to the number of ligands described above are determined by the type of M at the center, and m is 1 to 4 and n is 0 to 8.
It in R 1, R 2, R 3 , R 4 described above, C 1 -C 10 indicates 1 to 10 carbon atoms, C 6 -C 20 is 6 to 20 carbon atoms Indicates.

上記一般式(1)で表される上記アニオン化合物としては、例えば下記の式(2)〜(5)で表される1種以上を用いることができる。
この場合には、上記アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、上記非水電解液のイオン伝導度を向上させることができる。さらにこの場合には、耐酸化性を向上させることができる。
As said anion compound represented by the said General formula (1), 1 or more types represented, for example by following formula (2)-(5) can be used.
In this case, the solubility and dissociation degree of the salt of the anionic compound can be improved, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be improved. Furthermore, in this case, oxidation resistance can be improved.

Figure 2008010183
Figure 2008010183

Figure 2008010183
Figure 2008010183

Figure 2008010183
Figure 2008010183

Figure 2008010183
Figure 2008010183

好ましくは、上記アニオン化合物としては、上記式(4)で表される化合物(LiPF2(C24)2)を用いることがよい。
上記式(4)で表される化合物においては、構造中のキレートリングが対象に配置されているため、錯体構造が安定化する。そのためこの場合には、上記リチウムイオン二次電池の出力耐久性をより向上させることができる。
Preferably, as the anion compound, a compound represented by the above formula (4) (LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ) may be used.
In the compound represented by the above formula (4), since the chelate ring in the structure is arranged as a target, the complex structure is stabilized. Therefore, in this case, the output durability of the lithium ion secondary battery can be further improved.

また、上記リチウムイオン二次電池の形状としては、例えばシート状の電極(正極及び負極)及びセパレータをスパイラル状にした円筒型、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造の円筒型、ペレット電極及びセパレータを積層したコイン型等がある。   In addition, as the shape of the lithium ion secondary battery, for example, a cylindrical electrode having a sheet-like electrode (positive electrode and negative electrode) and a spiral spiral separator, a cylindrical electrode having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a pellet electrode, There are coin types with separators.

(実施例1)
次に、本発明の実施例につき、図1及び図2を用いて説明する。
本例においては、負極中のバインダーの種類及び配合割合が異なる6種類のリチウムイオン二次電池(試料E1〜試料E4、試料C1、及び試料C2)を作製し、これらの出力特性を比較する。
(Example 1)
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this example, six types of lithium ion secondary batteries (Sample E1 to Sample E4, Sample C1, and Sample C2) having different types and blending ratios of binders in the negative electrode are prepared, and their output characteristics are compared.

まず、試料E1のリチウムイオン二次電池について説明する。
図1に示すごとく、試料E1は、円筒型のリチウム二次電池1である。このリチウムイオン二次電池1は、正極2、負極3、セパレータ4、ガスケット59、及び電池ケース6等よりなっている。電池ケース6は、18650型の円筒形状の電池ケースであり、キャップ63及び外装缶65よりなる。電池ケース6内には、シート状の正極2及び負極3が、該正極2及び負極3の間に挟んだセパレータ4と共に捲回した状態で配置されている。
First, the lithium ion secondary battery of sample E1 will be described.
As shown in FIG. 1, the sample E <b> 1 is a cylindrical lithium secondary battery 1. The lithium ion secondary battery 1 includes a positive electrode 2, a negative electrode 3, a separator 4, a gasket 59, a battery case 6, and the like. The battery case 6 is a 18650-type cylindrical battery case, and includes a cap 63 and an outer can 65. In the battery case 6, a sheet-like positive electrode 2 and a negative electrode 3 are arranged in a wound state together with a separator 4 sandwiched between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.

また、電池ケース6のキャップ63の内側には、ガスケット59が配置されており、電池ケース6の内部には、非水電解液が注入されている。
正極2は、アルミニウム箔からなる集電体と、この集電体上に配置された正極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質としてニッケル酸リチウム(LiNiO2)を85wt%、導電材としてカーボンブラックを10wt%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを5wt%含有する。
また、図2に示すごとく、負極3は、銅箔からなる集電体31と、この集電体31上に配置された負極活物質層35とを有する。負極活物質層35は、負極活物質32としてハードカーボンを85wt%、導電材36としてアセチレンブラックを10wt%、バインダー34としてポリアクリロニトリルを5wt%含有する。なお、ポリアクリロニトリルは、窒素原子を有する高分子である。
A gasket 59 is disposed inside the cap 63 of the battery case 6, and a non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 6.
The positive electrode 2 includes a current collector made of an aluminum foil and a positive electrode active material layer disposed on the current collector. The positive electrode active material layer contains 85 wt% of lithium nickelate (LiNiO 2 ) as the positive electrode active material, 10 wt% of carbon black as the conductive material, and 5 wt% of polyvinylidene fluoride as the binder.
As shown in FIG. 2, the negative electrode 3 includes a current collector 31 made of copper foil, and a negative electrode active material layer 35 disposed on the current collector 31. The negative electrode active material layer 35 contains 85 wt% of hard carbon as the negative electrode active material 32, 10 wt% of acetylene black as the conductive material 36, and 5 wt% of polyacrylonitrile as the binder 34. Polyacrylonitrile is a polymer having a nitrogen atom.

図1に示すごとく、正極2及び負極3には、それぞれ正極集電リード23及び負極集電リード33が熔接により設けられている。正極集電リード23は、キャップ63側に配置された正極集電タブ235に熔接により接続されている。また、負極集電リード33は、外装缶65の底に配置された負極集電タブ335に熔接により接続されている。   As shown in FIG. 1, a positive electrode current collector lead 23 and a negative electrode current collector lead 33 are provided on the positive electrode 2 and the negative electrode 3, respectively, by welding. The positive electrode current collector lead 23 is connected to the positive electrode current collector tab 235 disposed on the cap 63 side by welding. Further, the negative electrode current collecting lead 33 is connected by welding to a negative electrode current collecting tab 335 disposed on the bottom of the outer can 65.

また、非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをそれぞれ30:70(体積比)で含有する非水溶媒に、LiPF6を1M溶解してなる。この非水電解液が、電池ケース6内に注入されている。 The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving 1 M of LiPF 6 in a nonaqueous solvent containing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at 30:70 (volume ratio). This non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 6.

以下、本例のリチウムイオン二次電池(試料E1)の製造方法につき、説明する。
まず、以下のようにして、上記非水電解液を準備した。
即ち、まずエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを30:70の体積比で混合し、非水溶媒を作製した。次いで、電解質として、LiPF6を濃度1Mとなるように非水溶媒に溶解し非水電解液を作製した。
Hereinafter, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery (sample E1) of this example will be described.
First, the nonaqueous electrolyte solution was prepared as follows.
That is, first, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 30:70 to prepare a non-aqueous solvent. Next, as an electrolyte, LiPF 6 was dissolved in a non-aqueous solvent so as to have a concentration of 1 M to prepare a non-aqueous electrolyte.

次に、以下のようにして、正極2及び負極3を作製した。
正極2の作製にあたっては、まず正極活物質として、放電容量190mAh/gのLiNiO2(ニッケル酸リチウム)を準備した。この正極活物質と、導電材としてのカーボンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンとを混合し、分散材としてのN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散させてスラリー状の正極合材を作製した。正極活物質と導電材とバインダーの混合比は、重量比で、正極活物質:導電材:バインダー=85:10:5とした。
Next, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 were produced as follows.
In preparing the positive electrode 2, first, LiNiO 2 (lithium nickelate) having a discharge capacity of 190 mAh / g was prepared as a positive electrode active material. This positive electrode active material, carbon black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersing agent is added and dispersed to form a slurry-like positive electrode mixture. Was made. The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder was a weight ratio of positive electrode active material: conductive material: binder = 85: 10: 5.

次いで、上記のようにして得られた正極合材を、厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面にコーターにより塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、52mm幅×450mm長の形状に切り出し、シート状の正極2を作製した。なお、正極活物質の付着量は、片面当り7.0mg/cm2程度とした。 Next, the positive electrode mixture obtained as described above was applied to both surfaces of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm by a coater and dried. Then, it densified with the roll press, cut out in the shape of 52 mm width x 450 mm length, and produced the sheet-like positive electrode 2. The amount of positive electrode active material deposited was about 7.0 mg / cm 2 per side.

一方、負極3の作製にあたっては、まず、負極活物質32として、放電容量340mAh/gのハードカーボンを準備した。この負極活物質32と、導電材36としてのアセチレンブラックと、バインダー34としてのポリアクリロニトリルとを混合し、分散材としてN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散させてスラリー状の負極合材を得た。負極活物質と導電材とバインダーとの混合比は、重量比で、負極活物質:導電材:バインダー=85:10:5とした。また、分散材の量は、スラリーの粘度を調整しながら負極活物質、導電材、及びバインダーが十分に分散するよう調整した。   On the other hand, in producing the negative electrode 3, first, hard carbon having a discharge capacity of 340 mAh / g was prepared as the negative electrode active material 32. This negative electrode active material 32, acetylene black as the conductive material 36, and polyacrylonitrile as the binder 34 are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone is added as a dispersing agent, and dispersed to form a slurry-like negative electrode composite. The material was obtained. The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder was a weight ratio of negative electrode active material: conductive material: binder = 85: 10: 5. The amount of the dispersing material was adjusted so that the negative electrode active material, the conductive material, and the binder were sufficiently dispersed while adjusting the viscosity of the slurry.

次いで、上記のようにして得られた負極合材を、厚さ10μmの銅箔集電体31の両面にコーターにより塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、54mm幅×500mm長の形状に切り出した。これにより、負極活物質層35が集電体31上に配置されたシート状の負極3を作製した。なお、負極活物質32の付着量は、片面当り4.4mg/cm2程度とした。 Next, the negative electrode mixture obtained as described above was applied to both surfaces of a copper foil current collector 31 having a thickness of 10 μm by a coater and dried. Then, it densified with the roll press and cut out into the shape of 54 mm width x 500 mm length. Thereby, a sheet-like negative electrode 3 in which the negative electrode active material layer 35 was disposed on the current collector 31 was produced. The adhesion amount of the negative electrode active material 32 was about 4.4 mg / cm 2 per side.

次に、図1に示すごとく、上記のようにして得られたシート状の正極2及び負極3に、それぞれ正極集電リード23及び負極集電リード33を熔接した。これらの正極2及び負極3を、これらの間に幅56mm、厚さ25μmのポリエチレン製のセパレータ4を挟んだ状態で捲回し、ロール状の電極体を作製した。   Next, as shown in FIG. 1, a positive electrode current collecting lead 23 and a negative electrode current collecting lead 33 were welded to the sheet-like positive electrode 2 and negative electrode 3 obtained as described above, respectively. The positive electrode 2 and the negative electrode 3 were wound in a state where a polyethylene separator 4 having a width of 56 mm and a thickness of 25 μm was sandwiched between them, and a roll-shaped electrode body was produced.

続いて、このロール状の電極体を、外装缶65及びキャップ63よりなる18650型の円筒状の電池ケース6に挿入した。このとき、電池ケース6のキャップ63側に配置した正極集電タブ235に、正極集電リード23を熔接により接続すると共に、外装缶65の底に配置した負極集電タブ335に負極集電リード33を熔接により接続した。   Subsequently, the roll-shaped electrode body was inserted into an 18650-type cylindrical battery case 6 including an outer can 65 and a cap 63. At this time, the positive electrode current collecting lead 23 is connected to the positive electrode current collecting tab 235 arranged on the cap 63 side of the battery case 6 by welding, and the negative electrode current collecting lead is arranged on the negative electrode current collecting tab 335 arranged on the bottom of the outer can 65. 33 was connected by welding.

次に、電池ケース6内に上記のようにして準備した非水電解液を含浸させた。そしてキャップ63の内側にガスケット59を配置すると共に、このキャップ63を外装缶65の開口部に配置した。続いて、キャップ63にかしめ加工を施すことにより電池ケース6を密閉し、リチウムイオン二次電池1を作製した。これを試料E1とした。   Next, the battery case 6 was impregnated with the non-aqueous electrolyte prepared as described above. A gasket 59 is disposed inside the cap 63, and the cap 63 is disposed in the opening of the outer can 65. Subsequently, the battery case 6 was sealed by caulking the cap 63, and the lithium ion secondary battery 1 was produced. This was designated as Sample E1.

また、本例において、上記試料E1とは上記負極中のバインダーの種類及び配合割合が異なるさらに5種類のリチウムイオン二次電池(試料E2〜試料E4、試料C1、及び試料C2)を作製した。
試料E2は、上記負極のバインダーとして、アクリル樹脂を用いた点を除いては、上記試料E1と同様にして作製した。アクリル樹脂は、酸素原子を有する高分子である。
Further, in this example, five types of lithium ion secondary batteries (sample E2 to sample E4, sample C1, and sample C2), which are different from the sample E1 in the type and blending ratio of the binder in the negative electrode, were prepared.
Sample E2 was prepared in the same manner as Sample E1 except that an acrylic resin was used as the negative electrode binder. The acrylic resin is a polymer having oxygen atoms.

試料E3は、上記負極のバインダーとして、変性ポリフッ化ビニリデンを用いた点を除いては、上記試料E1と同様にして作製した。本例において用いた変性ポリフッ化ビニリデンは、ポリフッ化ビニリデンにカルボキシル基を付加させた高分子であり、酸素原子を有する。
試料E4は、負極合材の作製時に、負極活物質と導電材とバインダーとの混合比を、重量比で、負極活物質:導電材:バインダー=81:9.5:9.5とした点を除いては、上記試料E1と同様にして作製した。
Sample E3 was prepared in the same manner as Sample E1 except that modified polyvinylidene fluoride was used as the negative electrode binder. The modified polyvinylidene fluoride used in this example is a polymer obtained by adding a carboxyl group to polyvinylidene fluoride and has an oxygen atom.
In sample E4, the negative electrode active material: conductive material: binder = 81: 9.5: 9.5 was mixed at the weight ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder when the negative electrode mixture was produced. The sample was prepared in the same manner as the sample E1 except for.

また、試料C1は、上記負極のバインダーとして、無変性のポリフッ化ビニリデンを用いた点を除いては、上記試料E1と同様にして作製した。
試料C2は、上記負極のバインダーとして変性ポリフッ化ビニリデンを用い、さらに負極合材の作製時における負極活物質と導電材とバインダーとの混合比を、重量比で、負極活物質:導電材:バインダー=81:9.5:9.5とした点を除いては、上記試料E1と同様にして作製した。
Sample C1 was prepared in the same manner as Sample E1, except that unmodified polyvinylidene fluoride was used as the binder for the negative electrode.
Sample C2 uses modified polyvinylidene fluoride as the negative electrode binder, and the negative electrode active material: conductive material: binder in the weight ratio of the mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder during the preparation of the negative electrode mixture. = 81: 9.5: A sample was produced in the same manner as the sample E1 except that it was set to 9.5.

次に、上記のようにして作製した6種類のリチウムイオン二次電池(試料E1〜試料E4、試料C1、及び試料C2)について、下記の出力試験を行い、各電池の出力(初期出力)を測定した。   Next, the following output test is performed on the six types of lithium ion secondary batteries (sample E1 to sample E4, sample C1, and sample C2) manufactured as described above, and the output (initial output) of each battery is calculated. It was measured.

「出力試験」
まず、各試料を電池容量の50%(SOC=50%)に調整した。次いで、0.25〜10mA/cm2の範囲の任意の5〜6点で出力電流を10秒間流して、放電を行った。そして、各出力電流値で10秒間放電を行ったときの電圧を測定した。測定は、温度20℃でおこなった。得られた電圧値と出力電流値とから、電池の下限電圧2.0Vのときの電流値を算出した。この下限電圧2.0Vのときの電流値から出力(初期出力;W)を算出した。その結果を表1に示す。なお、表1においては、各試料の初期出力を試料E1の初期出力を100としたときの相対値で示してある。
"Output test"
First, each sample was adjusted to 50% of the battery capacity (SOC = 50%). Next, discharging was performed by flowing an output current for 10 seconds at arbitrary 5 to 6 points in the range of 0.25 to 10 mA / cm 2 . And the voltage when discharging for 10 second by each output current value was measured. The measurement was performed at a temperature of 20 ° C. From the obtained voltage value and output current value, the current value at the battery lower limit voltage of 2.0 V was calculated. The output (initial output; W) was calculated from the current value at the lower limit voltage of 2.0 V. The results are shown in Table 1. In Table 1, the initial output of each sample is shown as a relative value when the initial output of the sample E1 is 100.

また、各試料について、下記の充放電サイクル試験を行った。
「充放電サイクル試験」
電池の実使用温度範囲の上限と目される60℃の温度条件下で,各試料のリチウムイオン二次電池を,電流密度2.0mA/cm2の定電流で充電上限電圧4.1Vまで充電し,次いで電流密度2.0mA/cm2の定電流で放電下限電圧2.5Vまで放電を行う充放電を1サイクルとし,このサイクルを合計500サイクル行った。
Moreover, the following charging / discharging cycle test was done about each sample.
"Charge / discharge cycle test"
Charge the lithium ion secondary battery of each sample to a maximum charge voltage of 4.1 V at a constant current density of 2.0 mA / cm 2 under a temperature condition of 60 ° C, which is considered to be the upper limit of the actual operating temperature range of the battery. Then, charging / discharging for discharging to a discharge lower limit voltage of 2.5 V at a constant current of a current density of 2.0 mA / cm 2 was defined as one cycle, and this cycle was performed for a total of 500 cycles.

次いで、充放電サイクル試験後の各試料について、上記出力試験を行った。これにより、充放電サイクル試験後の出力を算出した。そして、充放電サイクル試験前の出力(初期出力)を出力A、充放電サイクル試験後の出力を出力Bとしたとき、出力維持率(%)を次式(a)により算出した。その結果を表1に示す。
出力維持率=出力B/出力A×100 ・・・(a)
Next, the output test was performed on each sample after the charge / discharge cycle test. Thereby, the output after the charge / discharge cycle test was calculated. Then, when the output before the charge / discharge cycle test (initial output) was output A and the output after the charge / discharge cycle test was output B, the output retention rate (%) was calculated by the following equation (a). The results are shown in Table 1.
Output maintenance ratio = Output B / Output A × 100 (a)

Figure 2008010183
Figure 2008010183

表1において、試料E1〜試料E3と試料C1及び試料E4と試料C2とを比較して知られるごとく、負極活物質としてハードカーボンを含有し、導電材としてカーボンブラックを含有する負極においては、バインダーとして、ポリアクリロニトリル、アクリル樹脂、変性ポリフッ化ビニリデン等のように、窒素原子及び/又は酸素原子を有する高分子を用いることにより、高い出力と出力維持率を発揮できることがわかる。   In Table 1, as is known by comparing Sample E1 to Sample E3 and Sample C1 and Sample E4 and Sample C2, in the negative electrode containing hard carbon as the negative electrode active material and carbon black as the conductive material, As described above, it is understood that a high output and an output maintaining ratio can be exhibited by using a polymer having a nitrogen atom and / or an oxygen atom such as polyacrylonitrile, an acrylic resin, and modified polyvinylidene fluoride.

この理由は、次のように考えられる。
ハードカーボンを負極活物質として用いた負極活物質層に、導電材としてカーボンブラックを加えると導電性が向上し、出力を向上させることができるが、負極活物質層と集電体の密着性が低下し易く、十分な出力維持率(出力耐久性)を示すことができない(表1の試料C1及び試料C2参照)。即ち、カーボンブラックは、粒径が小さく表面積が大きいため、カーボンブラックを含有するスラリー状の上記負極合材を作製する際に、比較的多量の溶剤が必要となる。そのため、上記負極合材を集電体に塗布し、乾燥させる際に、蒸発する溶剤量が大きくなり、集電体上での負極合材の収縮が大きくなる。その結果、負極活物質層の集電体に対する密着性を十分に確保することが困難になり、出力維持率が不十分になると考えられている。
The reason is considered as follows.
When carbon black is added as a conductive material to the negative electrode active material layer using hard carbon as the negative electrode active material, conductivity can be improved and output can be improved. However, the adhesion between the negative electrode active material layer and the current collector is improved. It tends to decrease and cannot show a sufficient output retention rate (output durability) (see Sample C1 and Sample C2 in Table 1). That is, since carbon black has a small particle size and a large surface area, a relatively large amount of solvent is required when producing the slurry-like negative electrode mixture containing carbon black. Therefore, when the negative electrode mixture is applied to the current collector and dried, the amount of solvent that evaporates increases, and the shrinkage of the negative electrode mixture on the current collector increases. As a result, it is difficult to ensure sufficient adhesion of the negative electrode active material layer to the current collector, and it is considered that the output maintenance ratio becomes insufficient.

これに対し、上記試料E1〜試料E4においては、集電体31の表面の少なくとも一部に自然酸化等により形成される金属酸化物と、バインダー34として用いたポリアクリロニトリル等の高分子中の窒素原子及び/又は酸素原子とが高い親和性を示す(図2参照)。そのため、バインダー34が、負極集電体層35を集電体31に優れた密着性でつなぎとめることができる。その結果、出力維持率、即ち出力耐久性を向上できると考えられる。   On the other hand, in the samples E1 to E4, a metal oxide formed by natural oxidation or the like on at least a part of the surface of the current collector 31, and nitrogen in a polymer such as polyacrylonitrile used as the binder 34 Atoms and / or oxygen atoms show a high affinity (see FIG. 2). Therefore, the binder 34 can bind the negative electrode current collector layer 35 to the current collector 31 with excellent adhesion. As a result, it is considered that the output maintenance ratio, that is, the output durability can be improved.

(実施例2)
本例は、実施例1において作製したリチウムイオン二次電池(試料E1)の非水電解液中に、式(4)で表されるアニオン化合物とLi+とからなる電解質化合物(LiPF2(C24)2)を添加し、その出力維持率に対する影響を調べる例である。

Figure 2008010183
(Example 2)
This example is in the non-aqueous electrolyte solution of a lithium ion secondary battery fabricated in Example 1 (Sample E1), formula (4) anion compound represented by the Li + and an electrolyte compound consisting of (LiPF 2 (C In this example, 2 O 4 ) 2 ) is added and the effect on the output retention rate is examined.
Figure 2008010183

具体的には、本例のリチウムイオン二次電池は、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをそれぞれ30:70(体積比)で含有する非水溶媒に、LiPF6と電解質化合物(LiPF2(C24)2)とを合計で1M溶解してなる非水電解液を有する。非水電解液中においては、電解質化合物の少なくとも一部が上記式(4)で表されるアニオン化合物とLi+に電離するため、非水電解液は、アニオン化合物を含有する。本例のリチウムイオン二次電池は、アニオン化合物を含有する非水電解液を有する点を除いては、実施例1の上記試料E1と同様の電池である。 Specifically, in the lithium ion secondary battery of this example, LiPF 6 and an electrolyte compound (non-aqueous solvent containing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 30:70 are used. LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ) is dissolved in a total of 1 M to have a non-aqueous electrolyte. In the non-aqueous electrolyte, at least a part of the electrolyte compound is ionized to Li + with the anion compound represented by the above formula (4), so the non-aqueous electrolyte contains the anion compound. The lithium ion secondary battery of this example is the same battery as the sample E1 of Example 1 except that it has a nonaqueous electrolytic solution containing an anionic compound.

本例においては、異なる濃度で非水電解液中にLiPF2(C24)2を含有する5種類のリチウムイオン二次電池(試料E5〜試料E9)を作製した。
試料E5の作製にあたっては、まず、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをそれぞれ30:70(体積比)で含有する非水溶媒を作製した。次いで、電解質として、LiPF6とLiPF2(C24)2とを98:2の重量比で混合した混合支持塩を準備した。この混合支持塩を濃度1Mとなるように非水溶媒に溶解し非水電解液を作製した。この非水電解液を用い、その他は実施例1の上記試料E1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。これを試料E5とする。
In this example, five types of lithium ion secondary batteries (sample E5 to sample E9) containing LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 in non-aqueous electrolyte at different concentrations were prepared.
In preparing the sample E5, first, a nonaqueous solvent containing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a ratio of 30:70 (volume ratio) was prepared. Next, a mixed support salt in which LiPF 6 and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 were mixed at a weight ratio of 98: 2 was prepared as an electrolyte. This mixed support salt was dissolved in a non-aqueous solvent to a concentration of 1M to prepare a non-aqueous electrolyte. Using this non-aqueous electrolyte, a lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in the sample E1 of Example 1. This is designated as Sample E5.

また、試料E6の作製にあたっては、まず、LiPF6とLiPF2(C24)2とを80:20の重量比で混合した混合支持塩を用いた点を除いては、上記試料E5と同様にして非水電解液を作製した。次いで、この非水電解液を用いて、実施例1の上記試料E1と同様にしてリチウムイオン二次電池(試料E6)を作製した。
試料E7の作製にあたっては、まず、LiPF6とLiPF2(C24)2とを20:80の重量比で混合した混合支持塩を用いた点を除いては、上記試料E5と同様にして非水電解液を作製した。次いで、この非水電解液を用いて、実施例1の上記試料E1と同様にしてリチウムイオン二次電池(試料E7)を作製した。
In preparing the sample E6, first, except that a mixed support salt in which LiPF 6 and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 were mixed at a weight ratio of 80:20 was used, Similarly, a non-aqueous electrolyte was prepared. Next, using this non-aqueous electrolyte, a lithium ion secondary battery (sample E6) was produced in the same manner as the sample E1 of Example 1.
Sample E7 was prepared in the same manner as Sample E5 except that a mixed support salt in which LiPF 6 and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 were mixed at a weight ratio of 20:80 was used. Thus, a non-aqueous electrolyte was prepared. Next, using this non-aqueous electrolyte, a lithium ion secondary battery (sample E7) was produced in the same manner as the sample E1 of Example 1.

また、試料E8の作製にあたっては、まず、LiPF6とLiPF2(C24)2とを99:1の重量比で混合した混合支持塩を用いた点を除いては、上記試料E5と同様にして非水電解液を作製した。次いで、この非水電解液を用いて、実施例1の上記試料E1と同様にしてリチウムイオン二次電池(試料E8)を作製した。
試料E9の作製にあたっては、まず、LiPF6とLiPF2(C24)2とを15:85の重量比で混合した混合支持塩を用いた点を除いては、上記試料E5と同様にして非水電解液を作製した。次いで、この非水電解液を用いて、実施例1の上記試料E1と同様にしてリチウムイオン二次電池(試料E9)を作製した。
In preparing the sample E8, first, except that a mixed support salt in which LiPF 6 and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 were mixed at a weight ratio of 99: 1 was used, Similarly, a non-aqueous electrolyte was prepared. Next, using this non-aqueous electrolyte, a lithium ion secondary battery (sample E8) was produced in the same manner as the sample E1 of Example 1.
Sample E9 was prepared in the same manner as Sample E5 except that a mixed support salt in which LiPF 6 and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 were mixed at a weight ratio of 15:85 was used. Thus, a non-aqueous electrolyte was prepared. Next, using this non-aqueous electrolyte, a lithium ion secondary battery (sample E9) was produced in the same manner as the sample E1 of Example 1.

各試料(試料E5〜試料E9)は、いずれも負極の負極活物質層に、バインダーとしてポリアクリロニトリルを5wt%含有する。
各試料中に含まれる全電解質中の電解質化合物(LiPF2(C24)2)の濃度(重量%)を後述の表2に示す。
Each sample (sample E5 to sample E9) contains 5 wt% of polyacrylonitrile as a binder in the negative electrode active material layer of the negative electrode.
The concentration (wt%) of the electrolyte compound (LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ) in the total electrolyte contained in each sample is shown in Table 2 described later.

また、各試料について、実施例1と同様に出力試験及び充放電サイクル試験を行い、出力(初期出力)及び出力維持率を測定した。その結果を後述の表2に示す。なお、表2においては、比較用として試料E1の結果を併記し、各試料の出力は、実施例1の試料E1の出力を100としたときの相対値として表記してある。   Moreover, about each sample, the output test and the charging / discharging cycle test were done like Example 1, and the output (initial output) and the output maintenance factor were measured. The results are shown in Table 2 below. In Table 2, the results of the sample E1 are also shown for comparison, and the output of each sample is expressed as a relative value when the output of the sample E1 of Example 1 is 100.

Figure 2008010183
Figure 2008010183

表2より知らるごとく、電解質化合物を電解液中に含有する試料E5〜試料E9は、電解質化合物を含有していない試料E1に比べて、出力維持率がさらに向上していた。よって、負極活物質としてハードカーボンを、導電材としてカーボンブラックを、バインダーとして窒素原子及び/又は酸素原子を含む高分子を含有する負極を備えたリチウムイオン二次電池の電解液中に、電解質化合物を添加することにより、出力維持率をさらに向上できることがわかる。   As is known from Table 2, the output maintenance ratio of Samples E5 to E9 containing the electrolyte compound in the electrolytic solution was further improved as compared with Sample E1 not containing the electrolyte compound. Therefore, in the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery having a negative electrode containing hard carbon as a negative electrode active material, carbon black as a conductive material, and a polymer containing nitrogen atoms and / or oxygen atoms as a binder, an electrolyte compound It can be seen that the output retention ratio can be further improved by adding.

また、電解質化合物が1重量%である試料E8においては、出力維持率が試料E1に比べて1%未満程度しか上昇していない。これに対し、電解質化合物が2重量%である試料E5においては、試料E1に比べて維持率が約7%も向上していた。よって、全電解質量中の電解質化合物量は2重量%以上が好ましいことがわかる。   Further, in the sample E8 in which the electrolyte compound is 1% by weight, the output retention rate is increased by less than about 1% compared to the sample E1. On the other hand, in the sample E5 in which the electrolyte compound was 2% by weight, the maintenance ratio was improved by about 7% compared to the sample E1. Therefore, it can be seen that the amount of the electrolyte compound in the total electrolytic mass is preferably 2% by weight or more.

また、電解質化合物が85重量%である試料E9においては、試料E1に比べて初期出力が低下していた。これに対し、電解質化合物が80重量%である試料E7においては、試料E1とほぼ同等の初期出力を示した。よって、全電解質量中の電解質合物は80重量%以下が好ましいことがわかる。   In addition, in sample E9 in which the electrolyte compound was 85% by weight, the initial output was lower than that of sample E1. On the other hand, sample E7 in which the electrolyte compound was 80% by weight showed an initial output substantially equivalent to that of sample E1. Therefore, it can be seen that the electrolyte compound in the total electrolytic mass is preferably 80% by weight or less.

このように、本例によれば、本例のリチウムイオン二次電池は、アニオン化合物を含有することが好ましく、これにより出力維持率、即ち出力耐久性をより一層向上できることがわかる。また、上記電解質化合物の添加量は、全電解質量中の2重量%〜80重量%であることが好ましいことがわかる。   Thus, according to this example, it is found that the lithium ion secondary battery of this example preferably contains an anionic compound, which can further improve the output retention rate, that is, the output durability. Moreover, it turns out that it is preferable that the addition amount of the said electrolyte compound is 2 to 80 weight% in the total electrolytic mass.

実施例1にかかる、リチウムイオン二次電池の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 実施例1にかかる、リチウムイオン二次電池の負極の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the negative electrode of the lithium ion secondary battery concerning Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウムイオン二次電池
2 正極
3 負極
31 集電体
32 負極活物質
33 導電材
34 バインダー
35 負極活物質層
4 セパレータ
6 電池ケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Positive electrode 3 Negative electrode 31 Current collector 32 Negative electrode active material 33 Conductive material 34 Binder 35 Negative electrode active material layer 4 Separator 6 Battery case

Claims (6)

正極と、負極と、非水溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液とを少なくとも備えたリチウムイオン二次電池において、
上記負極は、金属を主成分とする集電体と、該集電体上に配置された負極活物質層とを有し、
該負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵又は放出可能な炭素材料からなる負極活物質と、導電材と、バインダーとを含有し、
上記負極活物質層は、上記炭素材料としてハードカーボンを含有し、上記導電材としてカーボンブラックを含有し、上記バインダーとして窒素原子及び/又は酸素原子を含む高分子を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
In a lithium ion secondary battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent,
The negative electrode has a current collector mainly composed of a metal, and a negative electrode active material layer disposed on the current collector.
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material made of a carbon material capable of occluding or releasing lithium ions, a conductive material, and a binder.
The negative electrode active material layer contains hard carbon as the carbon material, contains carbon black as the conductive material, and contains a polymer containing nitrogen atoms and / or oxygen atoms as the binder. Ion secondary battery.
請求項1において、上記負極活物質層は、上記負極活物質を50〜95重量%、上記導電材を1〜20重量%、及び上記バインダーを4〜30重量%含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。   2. The lithium active material layer according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer contains 50 to 95 wt% of the negative electrode active material, 1 to 20 wt% of the conductive material, and 4 to 30 wt% of the binder. Ion secondary battery. 請求項1又は2において、上記非水電解液は、下記の一般式(1)で表されるアニオン化合物を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
Figure 2008010183
{但し、Mは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素、bは1〜3、mは1〜4、nは0〜8、qは0又は1をそれぞれ表し、R1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またm個存在するR1はそれぞれが結合してもよい。)、R2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またn個存在するR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)、X1、X2、X3は、O、S、又はNR4、R3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールをそれぞれ示す(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、また複数個存在するR3、R4はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)。}
3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte contains an anion compound represented by the following general formula (1).
Figure 2008010183
{However, M is a transition metal, a group III, IV or V element of the periodic table, b is 1 to 3, m is 1 to 4, n is 0 to 8, q is 0 or 1 respectively. , R 1 is C 1 -C 10 alkylene, C 1 -C 10 halogenated alkylene, C 6 -C 20 arylene, or C 6 -C 20 halogenated arylene (the alkylene and arylene have the structure) And R 1 may be bonded to each other.), R 2 is halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 Alkyl halides, C 6 -C 20 aryls, C 6 -C 20 aryl halides, or X 3 R 3 (these alkyls and aryls may have substituents, heteroatoms in their structures, the n number R 2 each may combine with each other to form a ring present.), X 1, 2, X 3 is O, S, or NR 4, R 3, R 4 are, each independently, hydrogen, alkyl of C 1 -C 10, alkyl halide C 1 ~C 10, C 6 ~C 20 aryls and C 6 -C 20 aryl halides are shown respectively. (These alkyls and aryls may have a substituent or a hetero atom in the structure, and a plurality of R 3 and R 4 are respectively present. May combine to form a ring. }
請求項1〜3のいずれか一項において、上記非水電解液においては、上記一般式(1)で表される上記アニオン化合物とカチオンとからなる電解質化合物が電離しており、上記一般式(1)におけるMは、Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf、またはSbのいずれかであり、上記カチオンはLi+又はNa+の少なくとも一方であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 In any one of Claims 1-3, in the said non-aqueous electrolyte, the electrolyte compound which consists of the said anion compound represented by the said General formula (1) and a cation is ionizing, The said general formula ( M in 1) is any of Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf, or Sb. A lithium ion secondary battery, wherein the cation is at least one of Li + and Na +. 請求項1〜4のいずれか一項において、上記非水電解液には、上記電解質として、上記一般式(1)で表される上記アニオン化合物とカチオンとからなる電解質化合物以外にも、他の電解質が添加されており、上記電解質化合物の添加量は、全電解質量中の2重量%〜80重量%であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   In any 1 item | term of Claims 1-4, in the said non-aqueous electrolyte, in addition to the electrolyte compound which consists of the said anion compound and cation represented by the said General formula (1) as said electrolyte, other An electrolyte is added, and the addition amount of the electrolyte compound is 2% by weight to 80% by weight in the total electrolytic mass. 請求項5において、上記非水電解液には、上記電解質化合物以外の他の電解質として、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、Li(C25SO2)2N、LiN(SO2CF3)2、Li(SO325)、リチウムビスオキサラトボレート(LiBOB)から選ばれる1種以上が添加さ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 5, the non-aqueous electrolyte solution, as other electrolytes other than the above electrolyte compounds, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiClO 4, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, A lithium ion secondary battery, wherein at least one selected from LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , Li (SO 3 C 2 F 5 ), and lithium bisoxalatoborate (LiBOB) is added.
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