JP2008234879A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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博行 戸城
Yasuyoshi Kuroki
康好 黒木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery excelling in short circuit resistance while having a thin separator. <P>SOLUTION: The above problem is solved by this lithium ion secondary battery including: a positive electrode composed by forming a positive electrode mix layer containing an active material on one surface or each of both surfaces of a collector; a negative electrode composed by forming a negative electrode mix layer containing an active material on one surface or each of both surfaces of a collector; a separator; and a nonaqueous electrolyte; and characterized in that, in at least either of the positive electrode mix layer surface of the positive electrode and the negative electrode mix layer surface of the negative electrode, insulating particles having an allowable temperature limit above 150°C and an organic polymer resin binder are included, and a porous layer having surface roughness Ra below 1.0 μm is also included; and the thickness of the separator is not larger than 5% with respect to the total of the total thickness of the positive electrode and that of the negative electrode including the porous layer. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐短絡特性に優れたリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery excellent in short circuit resistance.

非水電解質電池の一種であるリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。携帯機器の高性能化に伴ってリチウムイオン二次電池の高容量化が更に進む傾向にあり、安全性の確保が重要となっている。   A lithium ion secondary battery, which is a type of nonaqueous electrolyte battery, is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density. As the performance of portable devices increases, the capacity of lithium ion secondary batteries tends to increase further, and ensuring safety is important.

現行のリチウムイオン二次電池では、正極と負極の間に介在させるセパレータとして、例えば厚みが20〜30μm程度のポリオレフィン系の微多孔性フィルムが使用されている。また、セパレータの素材としては、電池の熱暴走温度以下でセパレータの構成樹脂を溶融させて空孔を閉塞させ、これにより電池の内部抵抗を上昇させて短絡の際などに電池の安全性を向上させる所謂シャットダウン機能を確保するため、融点の低いポリエチレンが適用されることがある。   In current lithium ion secondary batteries, as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, for example, a polyolefin-based microporous film having a thickness of about 20 to 30 μm is used. In addition, as separator material, the constituent resin of the separator is melted below the thermal runaway temperature of the battery to close the pores, thereby increasing the internal resistance of the battery and improving the safety of the battery in the event of a short circuit. In order to ensure a so-called shutdown function, polyethylene having a low melting point may be applied.

ところで、こうしたセパレータとしては、例えば、多孔化と強度向上のために一軸延伸あるいは二軸延伸したフィルムが用いられている。このようなセパレータは、単独で存在する膜として供給されるため、作業性などの点で一定の強度が要求され、これを上記延伸によって確保している。そのため、セパレータにはひずみが生じており、これが高温に曝されると、残留応力によって収縮が起こるという問題がある。収縮温度は、融点、すなわちシャットダウン温度と非常に近いところに存在する。このため、ポリオレフィン系の多孔性フィルムセパレータを使用するときには、充電異常時などに電池の温度がシャットダウン温度に達すると、電流を直ちに減少させて電池の温度上昇を防止しなければならない。空孔が十分に閉塞せず電流を直ちに減少できなかった場合には、電池の温度は容易にセパレータの収縮温度にまで上昇するため、内部短絡による発火の危険性があるからである。   By the way, as such a separator, for example, a uniaxially stretched film or a biaxially stretched film is used for increasing the porosity and improving the strength. Since such a separator is supplied as a single film, a certain strength is required in terms of workability and the like, and this is ensured by the above stretching. Therefore, the separator is distorted, and when it is exposed to a high temperature, there is a problem that shrinkage occurs due to residual stress. The shrinkage temperature is very close to the melting point, ie the shutdown temperature. For this reason, when a polyolefin-based porous film separator is used, when the battery temperature reaches the shutdown temperature in the case of abnormal charging, the current must be immediately decreased to prevent the battery temperature from rising. This is because if the pores are not sufficiently closed and the current cannot be reduced immediately, the battery temperature easily rises to the contraction temperature of the separator, and there is a risk of ignition due to an internal short circuit.

また、リチウムイオン二次電池を高容量化する観点からは、例えば発電に関与しないセパレータを薄くして、電池内において電極を収容可能な領域をより大きくすることが考えられるが、セパレータは薄くするほど強度が低下するため、電池製造時の作業性を十分に確保したり、更には電池内での正極と負極との隔離を十分に達成できるようにしたりするには、より高延伸するなどして、強度を高める必要がある。このようにより高延伸された薄いフィルムセパレータは高温に曝された際の収縮の度合いが大きくなるため、かかるセパレータを用いた電池では、その内部温度が異常に高くなった際にセパレータの収縮による短絡発生の可能性がより大きくなる。   From the viewpoint of increasing the capacity of a lithium ion secondary battery, for example, it is conceivable that the separator that does not participate in power generation is made thin so that the area in which the electrode can be accommodated in the battery is made larger. As the strength decreases, the workability during battery production is sufficiently secured, and further, in order to achieve sufficient separation between the positive electrode and the negative electrode in the battery, higher stretching is performed. It is necessary to increase the strength. A thin film separator that has been highly stretched in this manner has a high degree of shrinkage when exposed to high temperatures. Therefore, in a battery using such a separator, a short circuit due to the shrinkage of the separator occurs when the internal temperature becomes abnormally high. The probability of occurrence is greater.

例えば、特許文献1には、正極の正極活物質塗布層、負極の負極活物質塗布層のいずれかの表面に、樹脂結着剤と固体粒子などからなる多孔性保護膜を形成した電池が開示されている。特許文献1に開示の電池に係る多孔性保護層は、電池製造の際の電極からの活物質の脱落を抑えて、内部ショートの発生を防止するためのものであるが、多孔性保護層の構成の選択によっては、これによって電池の耐短絡性を高め得る可能性も考えられる。   For example, Patent Document 1 discloses a battery in which a porous protective film made of a resin binder and solid particles is formed on the surface of either a positive electrode active material coating layer of a positive electrode or a negative electrode active material coating layer of a negative electrode. Has been. The porous protective layer according to the battery disclosed in Patent Document 1 is intended to prevent the active material from falling off the electrode during battery production and prevent the occurrence of an internal short circuit. Depending on the selection of the configuration, there is a possibility that the short circuit resistance of the battery can be improved.

特開平7−220759号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-220759

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄いセパレータを備えつつ、耐短絡性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the lithium ion secondary battery excellent in short circuit resistance, providing a thin separator.

上記目的を達成し得た本発明のリチウムイオン二次電池は、集電体の片面または両面に活物質を含む正極合剤層が形成されてなる正極、集電体の片面または両面に活物質を含む負極合剤層が形成されてなる負極、セパレータおよび非水電解液を有するリチウムイオン二次電池であって、上記正極の正極合剤層表面および上記負極の負極合剤層表面の少なくとも一方に、耐熱温度が150℃以上の絶縁性粒子と有機高分子樹脂結着剤とを含み、かつ表面粗度Raが1.0μm以下の多孔質層を有しており、上記多孔質層を含む正極の全厚みと負極の全厚みとの合計に対して、セパレータの厚みが5%以下であることを特徴とするものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention that has achieved the above object is a positive electrode in which a positive electrode mixture layer containing an active material is formed on one or both sides of a current collector, and an active material on one or both sides of a current collector A lithium ion secondary battery having a negative electrode formed by forming a negative electrode mixture layer, a separator, and a nonaqueous electrolyte solution, wherein at least one of the positive electrode mixture layer surface of the positive electrode and the negative electrode mixture layer surface of the negative electrode And having a porous layer having an insulating particle having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and an organic polymer resin binder, and having a surface roughness Ra of 1.0 μm or less, including the porous layer. The thickness of the separator is 5% or less with respect to the total of the total thickness of the positive electrode and the total thickness of the negative electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池では、正極の正極合剤層および負極の負極合剤層の少なくとも一方の表面に、表面粗度Raが1.0μm以下の多孔質層を形成することで、電池内が高温となりセパレータが収縮しても、上記多孔質層によって正極の正極合剤層と負極の負極合剤層との接触を防止できるため、短絡の発生を抑え得る。本発明では、このような作用によって、より収縮し易い薄型のセパレータを使用しても良好な耐短絡性を確保できるようにしており、電池の高容量化も可能としている。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, the porous layer having a surface roughness Ra of 1.0 μm or less is formed on at least one surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode. Even if the inside becomes high temperature and the separator shrinks, the porous layer can prevent contact between the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode, so that occurrence of a short circuit can be suppressed. In the present invention, by such an action, even if a thin separator that is more easily contracted is used, good short-circuit resistance can be secured, and the capacity of the battery can be increased.

本発明によれば、薄いセパレータを備えつつ、耐短絡性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery excellent in short circuit resistance can be provided, providing a thin separator.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極の正極合剤層および負極の負極合剤層の少なくとも一方の表面に、耐熱温度が150℃以上の絶縁性粒子(以下、単に「絶縁性粒子」という場合がある)と有機高分子樹脂結着剤とを含み、表面粗度Raが1.0μm以下の多孔質層を有している。   The lithium ion secondary battery of the present invention has insulating particles (hereinafter simply referred to as “insulating particles”) having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more on at least one surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode. In some cases) and an organic polymer resin binder, and has a porous layer having a surface roughness Ra of 1.0 μm or less.

図1に、多孔質層を有する電極1(正極または負極)の一例の断面模式図を示す。図1に示す電極1では、正極集電体または負極集電体4の両面に正極合剤層または負極合剤層3が形成されており、更に、集電体4の両側の合剤層3の表面に多孔質層2が形成されている。   In FIG. 1, the cross-sectional schematic diagram of an example of the electrode 1 (positive electrode or negative electrode) which has a porous layer is shown. In the electrode 1 shown in FIG. 1, the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer 3 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector or the negative electrode current collector 4, and the mixture layer 3 on both sides of the current collector 4 is further formed. The porous layer 2 is formed on the surface.

上記の多孔質層の存在によって、電池内が高温となってセパレータに収縮が生じたり、電池に衝撃が加わってセパレータにズレが生じたりしても、正極の正極合剤層と負極の負極合剤層との接触を防止できるため、電池の耐短絡性を高めることができる。   Due to the presence of the porous layer described above, even if the inside of the battery becomes hot and the separator shrinks or the battery is shocked and the separator is displaced, the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode of the negative electrode are mixed. Since the contact with the agent layer can be prevented, the short circuit resistance of the battery can be improved.

なお、電池の耐短絡性を高めるには多孔質層を厚くすることが好ましいが、多孔質層が厚すぎると、電池内において発電に関与しない部分の体積が大きくなるため、電池を高容量化し難くなる。その一方で、多孔質層を単純に薄くすると、セパレータに収縮が生じたりセパレータにズレが生じたりした場合に、正極合剤層と負極合剤層との接触を十分に防止し難くなる。   In order to increase the short circuit resistance of the battery, it is preferable to increase the thickness of the porous layer. However, if the porous layer is too thick, the volume of the portion that does not participate in power generation in the battery increases. It becomes difficult. On the other hand, when the porous layer is simply thinned, it is difficult to sufficiently prevent the contact between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer when the separator shrinks or the separator is displaced.

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、多孔質層の細孔を小さくすれば、多孔質層の厚みを薄くしても正極合剤層と負極合剤層との接触を良好に防止できることを見出した。しかしながら、多孔質層の細孔を小さくすると、正極合剤層または負極合剤層に非水電解液が接触し難くなり、充放電反応が不安定となって電池特性が損なわれてしまう。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention can successfully prevent contact between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer even if the thickness of the porous layer is reduced by reducing the pores of the porous layer. I found. However, if the pores of the porous layer are made small, the non-aqueous electrolyte becomes difficult to contact the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer, the charge / discharge reaction becomes unstable, and the battery characteristics are impaired.

そこで、更なる検討を重ねた結果、表面粗度Raが0.1μm以下となるように多孔質層を形成すれば、その細孔を小さく、かつ揃えることができ、これにより充放電反応を安定にして、良好な電池特性を維持しつつ、優れた耐短絡性の確保も達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。   Therefore, as a result of further studies, if the porous layer is formed so that the surface roughness Ra is 0.1 μm or less, the pores can be made small and uniform, thereby stabilizing the charge / discharge reaction. Thus, the inventors have found that excellent short circuit resistance can be secured while maintaining good battery characteristics, and have completed the present invention.

すなわち、多孔質層の表面粗度が大きすぎると、電池に衝撃が加わったり、電池が異常に過熱した場合などにおいて、短絡が発生し易くなる。その理由は定かではないが、多孔質層の表面粗度が大きい場合には、多孔質層の均一性が不十分になって、絶縁性能が不十分な箇所が点在するようになり、その結果、電池が衝撃を受けた場合や高温に曝された場合のように、セパレータの絶縁性能が低下する状況下では、多孔質層の不均一部分(絶縁性能が不十分な欠陥部分)を通じて電極間の短絡が発生し易くなるのではないかと推測される。   That is, if the surface roughness of the porous layer is too large, a short circuit is likely to occur when an impact is applied to the battery or the battery is abnormally overheated. The reason for this is not clear, but when the surface roughness of the porous layer is large, the uniformity of the porous layer becomes insufficient, and there are spots where the insulation performance is insufficient. As a result, under conditions where the insulation performance of the separator deteriorates, such as when the battery is impacted or exposed to a high temperature, the electrode passes through a non-uniform portion of the porous layer (a defective portion with insufficient insulation performance). It is presumed that a short circuit is likely to occur.

本明細書でいう多孔質層の表面粗度Raは、JIS B 0601に規定の算術平均粗さであり、具体的には、共焦点レーザー顕微鏡(レーザテック株式会社製「リアルタイム走査型レーザ顕微鏡 1LM−21D」)を用い、1mm×1mmの視野を512×512ピクセルで測定し、各点の平均線からの絶対値を算術平均することにより求めた数値である。多孔質層の表面粗度Raは、0.6μm以下であることがより好ましい。   The surface roughness Ra of the porous layer referred to in this specification is an arithmetic average roughness specified in JIS B 0601. Specifically, a confocal laser microscope (“Real-time scanning laser microscope 1LM manufactured by Lasertec Corporation”) is used. −21D ”), a 1 mm × 1 mm field of view is measured with 512 × 512 pixels, and the absolute value from the average line at each point is arithmetically averaged. The surface roughness Ra of the porous layer is more preferably 0.6 μm or less.

また、多孔質層の表面には、ある程度の凹凸を持たせることで、多孔質層表面での非水電解液の流通をよくして、より充放電反応を良好に進めることができる。よって、多孔質層の表面粗度Raは、0.1μm以上であることが好ましい。   Further, by providing a certain degree of irregularities on the surface of the porous layer, it is possible to improve the circulation of the non-aqueous electrolyte on the surface of the porous layer and to promote the charge / discharge reaction more favorably. Therefore, the surface roughness Ra of the porous layer is preferably 0.1 μm or more.

多孔質層を構成する絶縁性粒子としては、耐熱温度が150℃以上であり、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に非水電解液や、多孔質層形成の際に使用する絶縁性粒子を含有する組成物に用いる溶媒に安定であり、また、電池の作動電圧範囲において酸化還元といった副反応をしない粒子であればよい。なお、本明細書でいう「耐熱温度が150℃」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。また、本明細書でいう「電気化学的に安定な」とは、電池の充放電の際に化学変化が生じないことを意味している。   As the insulating particles constituting the porous layer, the heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher, and it has electrical insulating properties, is electrochemically stable, and is used for forming a non-aqueous electrolyte or a porous layer. Any particles that are stable to the solvent used in the composition containing the insulating particles used in the above and that do not cause side reactions such as oxidation-reduction in the operating voltage range of the battery may be used. In this specification, “heat-resistant temperature is 150 ° C.” means that deformation such as softening is not observed at least at 150 ° C. Further, “electrochemically stable” as used in the present specification means that no chemical change occurs during charging / discharging of the battery.

このような絶縁性粒子の具体例としては、以下の無機粒子または有機粒子が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。無機粒子(無機粉末)としては、例えば、酸化鉄、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、TiO、BaTiO、ZrOなどの酸化物粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物粒子;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶粒子;モンモリロナイトなどの粘土粒子、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビンなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物;などが挙げられる。また、金属粒子;SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物粒子;カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質粒子;などの導電性粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、上記の非電気伝導性の無機粒子を構成する材料や、後記の架橋高分子微粒子を構成する材料など)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。有機粒子(有機粉末)としては、架橋ポリメタクリル酸メチルなどのアクリレート系樹脂、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子粒子が例示できる。また、これらの有機粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、上記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体、架橋体(熱可塑性のポリイミドの場合)であってもよい。これらの絶縁性粒子の中でも、アルミナ粒子が特に好ましい。 Specific examples of such insulating particles include the following inorganic particles or organic particles, and these may be used alone or in combination of two or more. Examples of the inorganic particles (inorganic powder) include oxide particles such as iron oxide, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), TiO 2 , BaTiO 2 , and ZrO; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride Particles: Slightly soluble ionic crystal particles such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; Covalent crystal particles such as silicon and diamond; Clay particles such as montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, And materials derived from mineral resources such as olivine or artificial products thereof. Further, the surface of conductive particles such as metal particles; oxide particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO); carbonaceous particles such as carbon black and graphite; Fine particles imparted with electrical insulation properties by surface treatment with a material constituting the above non-electrically conductive inorganic particles or a material constituting the crosslinked polymer fine particles described later) may be used. Organic particles (organic powder) include acrylate resins such as crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, crosslinked styrene-divinylbenzene copolymer, polyimide, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde condensation Examples thereof include various crosslinked polymer particles. The organic resin (polymer) constituting these organic particles is a mixture, modified product, derivative, or copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. A polymer, a crosslinked body (in the case of thermoplastic polyimide) may be used, and among these insulating particles, alumina particles are particularly preferable.

絶縁性粒子の平均粒径は、多孔質層の表面粗度を上記所定値以下に調整して、細孔が小さくかつ揃った構造の多孔質層を形成し易くする観点から、0.8μm以下であることが好ましく、0.6μm以下であることがより好ましい。なお、絶縁性粒子の粒径が小さすぎると、多孔質層に使用する有機高分子樹脂結着剤量が増大して、多孔質層の耐熱性が低下する虞があるため、絶縁性粒子の平均粒径は、0.2μm以上であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましい。なお、本明細書でいう絶縁性粒子の平均粒径は、レーザー散乱粒度分布径(HORIBA社製「LA−920」)を用い、微粒子を膨潤しない媒体(例えば水)に分散させて測定した数平均粒子径である。   The average particle diameter of the insulating particles is 0.8 μm or less from the viewpoint of adjusting the surface roughness of the porous layer to the above predetermined value or less and facilitating the formation of a porous layer having a small and uniform structure. Preferably, it is 0.6 μm or less. In addition, if the particle size of the insulating particles is too small, the amount of the organic polymer resin binder used in the porous layer may increase and the heat resistance of the porous layer may decrease. The average particle size is preferably 0.2 μm or more, and more preferably 0.3 μm or more. In addition, the average particle diameter of the insulating particles referred to in this specification is the number measured by dispersing the fine particles in a medium that does not swell (for example, water) using a laser scattering particle size distribution diameter (“LA-920” manufactured by HORIBA). Average particle size.

また、多孔質層の表面粗度を上記所定値以下に調整して、細孔が小さくかつ揃った構造の多孔質層を形成し易くする観点からは、絶縁性粒子の形状は球状であることが好ましい。例えば、絶縁性粒子としてアルミナ粒子を使用する場合には、多孔質層の形成に好適なサイズよりも大きめの平均粒径を有するアルミナ粒子を、遊星ボールミル、ボールミル、ジェットミル、二軸ディスパージョンミキサーなどにより粉砕して、例えば上記の好適平均粒径となるように調整したアルミナ粒子を使用することが好ましいが、この粉砕工程により、アルミナ粒子の形状を、角ばった部分を滑らかにして球状にすることができる。   In addition, from the viewpoint of easily forming a porous layer having a small and uniform structure by adjusting the surface roughness of the porous layer to the predetermined value or less, the shape of the insulating particles is spherical. Is preferred. For example, when alumina particles are used as the insulating particles, alumina particles having an average particle size larger than that suitable for forming the porous layer are converted into planetary ball mills, ball mills, jet mills, biaxial dispersion mixers. It is preferable to use alumina particles that have been pulverized by, for example, the above-mentioned preferable average particle diameter, but this pulverization step makes the shape of the alumina particles spherical by smoothing the corners. be able to.

多孔質層を構成する有機高分子樹脂結着剤としては、電気化学的に安定かつ非水電解液に対して安定で、絶縁性粒子を良好に接着できるものであればよいが、例えば、EVA(酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、アクリル樹脂(エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリレート共重合体など)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。なお、これら有機高分子樹脂結着剤を使用する場合には、後記する多孔質層形成用組成物の溶媒に溶解するか、または分散させたエマルジョンの形態で用いることができる。   The organic polymer resin binder constituting the porous layer may be any material that is electrochemically stable and stable with respect to the non-aqueous electrolyte, and can adhere the insulating particles well. For example, EVA (With a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), acrylic resin (ethylene-acrylate copolymer such as ethylene-ethyl acrylate copolymer), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorine-based rubber, styrene -Butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyurethane, epoxy resin, and the like. You may use, and may use 2 or more types together. When these organic polymer resin binders are used, they can be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in a solvent of a composition for forming a porous layer described later.

有機高分子樹脂結着剤は、絶縁性粒子に比べて耐熱性に劣るため、多孔質層中の有機高分子樹脂結着剤の量を可及的に減らして、多孔質層全体の耐熱性を高めることが好ましい。よって、多孔質層中の有機高分子樹脂結着剤の含有量は、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。また、多孔質層中の絶縁性粒子同士の結着をより良好にする観点からは、多孔質層中の有機高分子樹脂結着剤の含有量は、2質量%以上であることが好ましく、4質量%以上であることがより好ましい。   Since the organic polymer resin binder is inferior in heat resistance compared to the insulating particles, the amount of the organic polymer resin binder in the porous layer is reduced as much as possible, and the heat resistance of the entire porous layer is reduced. Is preferably increased. Therefore, the content of the organic polymer resin binder in the porous layer is preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. Further, from the viewpoint of improving the binding between the insulating particles in the porous layer, the content of the organic polymer resin binder in the porous layer is preferably 2% by mass or more, It is more preferable that it is 4 mass% or more.

なお、本発明に係る多孔質層では、その表面粗度を調整する観点から比較的粒径の小さな絶縁性粒子を使用することが好ましいが、このような絶縁性粒子は比表面積が大きくなるため、これら絶縁性粒子を結着する有機高分子樹脂結着剤の量の低減し難い。しかし、例えば、接着性の向上に有効な官能基(例えば、極性官能基など)を有し、重量平均分子量が50万以上の有機高分子樹脂結着剤を使用した場合には、粘着性が高く、微粒子である絶縁性粒子を接着する能力が向上するので、多孔質層中の有機高分子樹脂結着剤量を低減し絶縁性粒子比率を高くしても、良好な結着性が確保できる。そのため、多孔質層中の有機高分子樹脂結着剤量をより低減して、より耐熱性に優れた多孔質層を形成することができる。   In the porous layer according to the present invention, it is preferable to use insulating particles having a relatively small particle size from the viewpoint of adjusting the surface roughness, but such insulating particles have a large specific surface area. It is difficult to reduce the amount of the organic polymer resin binder that binds these insulating particles. However, for example, when an organic polymer resin binder having a functional group (for example, a polar functional group) effective for improving adhesiveness and having a weight average molecular weight of 500,000 or more is used, the tackiness is reduced. High, improving the ability to adhere insulating particles that are fine particles, ensuring good binding even if the amount of organic polymer resin binder in the porous layer is reduced and the ratio of insulating particles is increased it can. Therefore, the amount of the organic polymer resin binder in the porous layer can be further reduced, and a porous layer having better heat resistance can be formed.

なお、上記の有機高分子樹脂結着剤の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定される値(ポリスチレン換算値)である。   In addition, the weight average molecular weight of said organic polymer resin binder is a value (polystyrene conversion value) measured using gel permeation chromatography (GPC).

また、多孔質層中の絶縁性粒子の含有量は、絶縁性粒子による作用をより有効に発揮させる観点からは、85質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。また、多孔質層中の絶縁性粒子量が多すぎると、例えば有機高分子樹脂結着剤量が少なくなって、絶縁性粒子同士の結着が不十分となることがあるため、多孔質層中の絶縁性粒子の含有量は、99.5質量%以下であることが好ましく、98質量%以下であることがより好ましい。   Further, the content of the insulating particles in the porous layer is preferably 85% by mass or more and more preferably 90% by mass or more from the viewpoint of more effectively exerting the action of the insulating particles. . In addition, if the amount of insulating particles in the porous layer is too large, for example, the amount of the organic polymer resin binder is decreased, and the binding between the insulating particles may be insufficient. The content of the insulating particles therein is preferably 99.5% by mass or less, and more preferably 98% by mass or less.

多孔質層の厚みは、5μm以下であることが好ましく、4μm以下であることがより好ましい。多孔質層の厚みをこのようにすることで、多孔質層の形成による電池の容量低下を防止することができる。なお、多孔質層が薄すぎると、多孔質層による正極合剤層と負極合剤層との接触防止作用が損なわれることがあるため、多孔質層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましい。   The thickness of the porous layer is preferably 5 μm or less, and more preferably 4 μm or less. By setting the thickness of the porous layer in this way, it is possible to prevent a decrease in battery capacity due to the formation of the porous layer. If the porous layer is too thin, the contact preventing action between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer by the porous layer may be impaired. Therefore, the thickness of the porous layer is preferably 1 μm or more. More preferably, it is 2 μm or more.

本発明の電池において、多孔質層を有する電極は、正極であってもよく、負極であってもよい。また、正極と負極との両者が多孔質層を有していてもよい。更に、集電体の両面に正極合剤層を有しかつ片側の正極合剤層の表面に多孔質層を有する正極と、集電体の両面に負極合剤層を有しかつ片側の負極合剤層の表面に多孔質層を有する負極とを用い、正極と負極との間に常に多孔質層が介在するように、正極と負極とを重ね合わせて使用してもよい。   In the battery of the present invention, the electrode having the porous layer may be a positive electrode or a negative electrode. Moreover, both the positive electrode and the negative electrode may have a porous layer. Furthermore, a positive electrode having a positive electrode mixture layer on both sides of the current collector and a porous layer on the surface of the positive electrode mixture layer on one side, and a negative electrode layer on both sides of the current collector and having a negative electrode layer on one side A negative electrode having a porous layer on the surface of the mixture layer may be used, and the positive electrode and the negative electrode may be overlapped and used such that the porous layer is always interposed between the positive electrode and the negative electrode.

本発明の電池に係る正極は、従来公知のリチウムイオン二次電池に使用されている正極、すなわち、集電体の片面または両面にリチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する正極合剤層を有する正極が使用でき、多孔質層を有する正極の場合には、更に上記正極合剤層の表面に多孔質層を形成したものが使用できる。   The positive electrode according to the battery of the present invention is a positive electrode used in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions on one side or both sides of a current collector. A positive electrode having a layer can be used, and in the case of a positive electrode having a porous layer, a material in which a porous layer is further formed on the surface of the positive electrode mixture layer can be used.

正極活物質としては、Li1+xMO(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mnなど)で表されるリチウム含有遷移金属酸化物;LiMnなどのリチウムマンガン酸化物;LiMnのMnの一部を他元素で置換したLiMn(1−x);オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe);LiMn0.5Ni0.5;Li(1+a)MnNiCo(1−x−y)(−0.1<a<0.1、0<x<0.5、0<y<0.5);などを適用することが可能であり、これらの正極活物質に公知の導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの結着剤などを適宜添加した正極合剤を、集電体を芯材として成形体(正極合剤層)に仕上げたものなどを用いることができる。正極合剤層の厚み(片面あたりの厚み)は、50〜70μmであることが好ましい。 As the positive electrode active material, lithium-containing transition metal oxide represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, etc.); lithium manganese such as LiMn 2 O 4 Oxide; LiMn x M (1-x) O 2 in which part of Mn of LiMn 2 O 4 is substituted with another element; olivine type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe); LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 ; Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xy) O 2 (−0.1 <a <0.1, 0 <x <0.5, 0 <y <0. 5); can be applied, and a known conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is appropriately added to these positive electrode active materials. Positive electrode mixture, molded body with current collector as core (positive electrode mixture Or the like can be used) to finish the thing. The thickness of the positive electrode mixture layer (thickness per side) is preferably 50 to 70 μm.

正極の集電体としては、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。   As the current collector of the positive electrode, a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. Usually, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferably used.

正極側のリード部は、通常、正極作製時に、集電体の一部に正極合剤層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体にアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けてもよい   The lead portion on the positive electrode side is normally provided by leaving the exposed portion of the current collector without forming the positive electrode mixture layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of producing the positive electrode. However, the lead portion is not necessarily required to be integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.

本発明の電池に係る負極は、従来公知のリチウムイオン二次電池に使用されている負極、すなわち、集電体の片面または両面に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含有する負極合剤層を有する負極が使用でき、多孔質層を有する正極の場合には、更に上記負極合剤層の表面に多孔質層を形成したものが使用できる。   The negative electrode according to the battery of the present invention is a negative electrode used in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, a negative electrode composite containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions on one side or both sides of a current collector. A negative electrode having an agent layer can be used, and in the case of a positive electrode having a porous layer, a material in which a porous layer is further formed on the surface of the negative electrode mixture layer can be used.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si,Sn、Ge,Bi,Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。負極には、これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどの結着剤などを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたものが用いられる。負極合剤層の厚み(片面あたりの厚み)は、45〜80μmであることが好ましい。   As the negative electrode active material, for example, lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers, can be occluded and released. One kind or a mixture of two or more kinds of carbon-based materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and their alloys, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. For the negative electrode, a negative electrode mixture in which a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF is appropriately added to these negative electrode active materials, and a molded body (negative electrode) using the current collector as a core material What was finished in the mixture layer) is used. The thickness of the negative electrode mixture layer (thickness per side) is preferably 45 to 80 μm.

負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、また、下限は5μmであることが望ましい。   When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used as the current collector, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm.

負極側のリード部も、正極側のリード部と同様に、通常、負極作製時に、集電体の一部に負極剤層(負極活物質を有する層)を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、この負極側のリード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体に銅製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。   Similarly to the lead portion on the positive electrode side, the negative electrode lead portion is usually exposed to the current collector without forming a negative electrode agent layer (a layer having a negative electrode active material) on a part of the current collector during negative electrode fabrication. It is provided by leaving a part and using it as a lead part. However, the lead portion on the negative electrode side is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting a copper foil or the like to the current collector later.

多孔質層の形成は、例えば、絶縁性粒子と有機高分子樹脂結着剤とを、溶媒に分散させた多孔質層形成用組成物(スラリー、ペーストなど)を調製し(有機高分子樹脂結着剤は、溶媒に溶解していてもよい)、これを正極の正極合剤層表面、または負極の負極合剤層表面に塗布し、乾燥する手法が採用できる。   The porous layer is formed, for example, by preparing a composition for forming a porous layer (slurry, paste, etc.) in which insulating particles and an organic polymer resin binder are dispersed in a solvent (organic polymer resin binder). The adhesive may be dissolved in a solvent), and this may be applied to the surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode or the negative electrode mixture layer of the negative electrode and dried.

多孔質層形成用組成物に用いられる溶媒は、絶縁性粒子を均一に分散でき、また、有機高分子樹脂結着剤を均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP);N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;ジメチルスルホキシド;トルエンなどの芳香族炭化水素;テトラヒドロフランなどのフラン類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;などの有機溶媒が好適であり、これらの中でも、極性溶媒[特にNMP、アミド類、ジメチルスルホキシドなど]が、多孔質層形成用組成物により形成される塗膜との親和性が高いことから好ましい。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機高分子樹脂結着剤が水溶性である場合や、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。多孔質層形成用組成物における絶縁性粒子および有機高分子樹脂結着剤を含む固形分濃度は、例えば、10〜40質量%とすることが好ましい。   The solvent used in the composition for forming a porous layer may be any solvent that can uniformly disperse the insulating particles and can uniformly dissolve or disperse the organic polymer resin binder. For example, N-methyl -2-pyrrolidone (NMP); Amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; Dimethyl sulfoxide; Aromatic hydrocarbons such as toluene; Furans such as tetrahydrofuran; Methyl ethyl ketone, Methyl isobutyl ketone, etc. Organic solvents such as ketones are preferred, and among these, polar solvents [especially NMP, amides, dimethyl sulfoxide, etc.] have high affinity with the coating film formed by the composition for forming a porous layer. This is preferable. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the organic polymer resin binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol) may be used. Etc.) can be added as appropriate to control the interfacial tension. The solid content concentration including the insulating particles and the organic polymer resin binder in the composition for forming a porous layer is preferably, for example, 10 to 40% by mass.

なお、正極の正極合剤層は、正極活物質を含む正極合剤をNMPなどの溶媒に分散させた正極合剤含有組成物(スラリー、ペーストなど)を集電体に塗布し、乾燥することで形成される場合があり、負極の負極合剤層は、負極活物質を含む負極合剤をNMPなどの溶媒に分散させた負極合剤含有組成物(スラリー、ペーストなど)を集電体に塗布し、乾燥することで形成される場合がある。このような製法を経て形成される正極合剤層や負極合剤層の表面に多孔質層を形成する場合には、集電体上に塗布後、完全に乾燥する前の正極合剤含有組成物や負極合剤含有組成物の上に、多孔質層形成用組成物を塗布し乾燥する方法により、正極合剤層や負極合剤層と多孔質層とを同時に形成するようにしてもよい。   The positive electrode mixture layer of the positive electrode is formed by applying a positive electrode mixture-containing composition (slurry, paste, etc.), in which a positive electrode mixture containing a positive electrode active material is dispersed in a solvent such as NMP, to a current collector and drying it. In the negative electrode mixture layer of the negative electrode, a negative electrode mixture-containing composition (slurry, paste, etc.) in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is dispersed in a solvent such as NMP is used as a current collector. It may be formed by applying and drying. In the case of forming a porous layer on the surface of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer formed through such a manufacturing method, the positive electrode mixture-containing composition before being completely dried after being applied on the current collector The positive electrode mixture layer, the negative electrode mixture layer, and the porous layer may be simultaneously formed by applying a porous layer forming composition on the product or the negative electrode mixture-containing composition and drying the composition. .

本発明の電池に係るセパレータには、従来公知のリチウムイオン二次電池に採用されている微孔性フィルム、すなわち、フィルムの構成樹脂に無機フィラーなどを含有させてフィルム化したものを、一軸延伸または二軸延伸して孔を形成した微孔性フィルム製のセパレータが適用できる。   The separator according to the battery of the present invention is a uniaxially stretched microporous film employed in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, a film formed by adding an inorganic filler to the constituent resin of the film. Alternatively, a separator made of a microporous film in which holes are formed by biaxial stretching can be applied.

セパレータとなる微孔性フィルムを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィンなどが挙げられる。   As resin which comprises the microporous film used as a separator, polyolefin, such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), etc. are mentioned, for example.

なお、本発明の電池は薄型のセパレータを使用するものであり、具体的には、正極の全厚みと負極の全厚み(多孔質層の厚みも含む)に対して、セパレータの厚みが5%以下、好ましくは4.5%以下である。リチウムイオン二次電池は、通常、正極の全厚みと負極の全厚みに対する厚みが7%程度のセパレータが使用されており、本発明の電池ではこのような通常の電池よりも高容量にすることができる。ただし、セパレータが薄すぎると、電池製造時に必要な強度や電池内において必要な強度を十分に確保することが困難になるため、その厚みは、4μm以上であることが好ましい。   The battery of the present invention uses a thin separator. Specifically, the thickness of the separator is 5% with respect to the total thickness of the positive electrode and the total thickness of the negative electrode (including the thickness of the porous layer). Hereinafter, it is preferably 4.5% or less. In the lithium ion secondary battery, a separator having a thickness of about 7% with respect to the total thickness of the positive electrode and the total thickness of the negative electrode is usually used, and the capacity of the battery of the present invention is higher than that of such a normal battery. Can do. However, if the separator is too thin, it is difficult to sufficiently secure the strength required at the time of manufacturing the battery and the strength required in the battery. Therefore, the thickness is preferably 4 μm or more.

また、セパレータの空孔率は25〜55%であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the porosity of a separator is 25 to 55%.

本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、上記の正極と上記の負極とを、セパレータを介し、かつ多孔質層が正極と負極との間に介在するように重ね合わせて積層電極体としたり、更にこれを渦巻状に巻回して巻回電極体とし、このような電極体を外装体に挿入した後に非水電解液を注入してから、外装体を封止する工程を経て作製される。   The lithium ion secondary battery of the present invention is, for example, a laminated electrode body in which the above positive electrode and the above negative electrode are overlapped with a separator interposed therebetween so that the porous layer is interposed between the positive electrode and the negative electrode. Further, this is wound into a spiral shape to form a wound electrode body, and after such an electrode body is inserted into the exterior body, a nonaqueous electrolyte is injected, and then the exterior body is sealed. .

電池の外装体としては、特に制限はなく、従来公知のリチウムイオン二次電池に採用されている筒形(角筒形や円筒形など)のスチール缶やアルミニウム缶などが挙げられる。また、樹脂フィルムに金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体に用いることもできる。   There is no restriction | limiting in particular as an exterior body of a battery, The steel can, aluminum can, etc. of the cylinder shape (square tube shape, cylindrical shape, etc.) employ | adopted as a conventionally well-known lithium ion secondary battery are mentioned. In addition, a laminate film obtained by vapor-depositing a metal on a resin film can be used for the exterior body.

非水電解液としては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸メチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールサルファイト、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの1種のみからなる有機溶媒、あるいは2種以上の混合溶媒に、例えば、LiClO、LiPF、LiBF 、LiAsF 、LiSbF 、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などのリチウム塩から選ばれる少なくとも1種を溶解させることによって調製したものが使用される。このリチウム塩の電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。 Examples of the non-aqueous electrolyte include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propionate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, ethylene glycol sulfite, 1,2-dimethoxyethane, 1, 3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyl - tetrahydrofuran, one composed of only an organic solvent such as diethyl ether or a mixture of two or more solvents, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ ), LiN (RfOSO 2) those 2 [here Rf of fluoroalkyl group] was prepared by dissolving at least one selected from lithium salts such as are used. The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

更に、非水電解液には、電池の充放電サイクル特性や負荷特性の向上を目的として、ビニレンカーボネートなどの二重結合を有するエステル;プロパンスルトンなどのイオウ含有有機化合物;フルオロベンゼンなどのフッ素含有芳香族化合物:などの添加剤を添加することが好ましい。   In addition, non-aqueous electrolytes include esters with double bonds such as vinylene carbonate; sulfur-containing organic compounds such as propane sultone; fluorine-containing fluorine such as fluorobenzene for the purpose of improving charge / discharge cycle characteristics and load characteristics of the battery. It is preferable to add additives such as aromatic compounds.

本発明のリチウムイオン二次電池は、従来公知のリチウムイオン二次電池が適用されている各種用途と同じ用途に用いることができる。   The lithium ion secondary battery of this invention can be used for the same use as the various uses to which a conventionally well-known lithium ion secondary battery is applied.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.

<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO90質量部、導電助剤であるカーボンブラック6質量部、およびバインダであるPVDF4質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、表面の活物質塗布長370mm、裏面の活物質塗布長300mmになるように塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が135μmになるように正極合剤層の厚みを調整後、切断して、長さ395mm、幅43mmの正極を作製した。更にこの正極のアルミニウム箔の露出部に、リードとなるアルミニウム製タブ(幅3mm、厚み80μm)を超音波溶接により接続した。
<Preparation of positive electrode>
90 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 6 parts by mass of carbon black as a conductive auxiliary agent, and 4 parts by mass of PVDF as a binder were mixed uniformly using NMP as a solvent, and a positive electrode mixture-containing paste was prepared. Prepared. This paste was applied on both sides of a 15 μm thick aluminum foil serving as a current collector so that the active material coating length on the front surface was 370 mm and the active material coating length on the back surface was 300 mm, dried, and then subjected to calendar treatment. The thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted so that the total thickness was 135 μm and then cut to prepare a positive electrode having a length of 395 mm and a width of 43 mm. Furthermore, an aluminum tab (width 3 mm, thickness 80 μm) serving as a lead was connected to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode by ultrasonic welding.

<負極の作製>
負極活物質には黒鉛を用いた。また、バインダには、SBRの懸濁液と、1.5質量%濃度のCMC水溶液を用いた。SBR懸濁液およびCMC水溶液を、夫々固形分が1質量部(すなわち、バインダ固形分全体として2質量部)となるように用意し、上記活物質98質量部と混合して負極合剤含有組成物を調製した。この負極合剤含有ペーストを、厚みが8μmの銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥した後、ロールプレスで圧延処理して、全厚が134μmになるように負極合剤層の厚みを調整後、切断して、負極を作製した。更にこの負極の銅箔の露出部にタブ付けを行った。
<Production of negative electrode>
Graphite was used as the negative electrode active material. As the binder, an SBR suspension and a 1.5 mass% CMC aqueous solution were used. The SBR suspension and the CMC aqueous solution were prepared so that the solid content was 1 part by mass (that is, 2 parts by mass as a whole of the binder solid content), and mixed with 98 parts by mass of the active material to contain the negative electrode mixture-containing composition A product was prepared. This negative electrode mixture-containing paste is uniformly applied to both sides of a copper foil having a thickness of 8 μm, dried, and then rolled by a roll press to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer so that the total thickness becomes 134 μm. Then, it cut | disconnected and produced the negative electrode. Further, a tab was attached to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode.

<多孔質層の形成>
平均粒径0.4μmのアルミナ粉末[住友化学株式会社製「AA−04」]100gと、接着性の向上に有効な官能基を有し、かつ重量平均分子量が100万であるPVDFのNMP溶液[株式会社クレハ製「KFポリマーL#9305」、PVDF濃度5質量%]80gとを、アルミナ製のボールを入れたボールミル中に投入し、1時間分散させて、多孔質層形成用のスラリーを得た。このスラリーを、ダイコータ(ギャップ:90μm)で、負極の表面および裏面の負極合剤層上に塗布した後、乾燥させてNMPを除去したとき、厚みが4μmで負極表面粗度Raが0.6μmになるようにコーターの条件を調整して、多孔質層を形成した。
<Formation of porous layer>
100 g of alumina powder with an average particle size of 0.4 μm [“AA-04” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.] and a PVDF NMP solution having functional groups effective for improving adhesion and having a weight average molecular weight of 1,000,000 [Kureha Co., Ltd. “KF Polymer L # 9305”, PVDF concentration 5 mass%] 80 g was put into a ball mill containing alumina balls and dispersed for 1 hour to obtain a slurry for forming a porous layer. Obtained. When this slurry was applied on the negative electrode mixture layer on the front and back surfaces of the negative electrode with a die coater (gap: 90 μm) and then dried to remove NMP, the thickness was 4 μm and the negative electrode surface roughness Ra was 0.6 μm. The condition of the coater was adjusted so that the porous layer was formed.

<電極体および電池の作製>
上記のようにして得られた正極と、多孔質層を形成した負極とを、セパレータとしてポリオレフィン製の微多孔性フィルム(厚み12μm、空孔率50%)を介して巻回し、電極体を作製した。その電極体をアルミニウム合金製電池缶内に挿入し、電解液を注入した後に封止を行ってリチウムイオン二次電池を作製した。
<Production of electrode body and battery>
The positive electrode obtained as described above and the negative electrode formed with a porous layer are wound as a separator through a microporous film made of polyolefin (thickness 12 μm, porosity 50%) to produce an electrode body. did. The electrode body was inserted into an aluminum alloy battery can and injected with an electrolytic solution, followed by sealing to produce a lithium ion secondary battery.

実施例2
負極上に形成する多孔質膜の厚みを2μmにした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。このとき形成した負極に係る多孔質層の表面粗度Raは0.8μmであった。
Example 2
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the porous film formed on the negative electrode was 2 μm. The surface roughness Ra of the porous layer according to the negative electrode formed at this time was 0.8 μm.

実施例3
平均粒径0.8μmのアルミナ粉末[住友化学株式会社製「AA−07」]を使用した以外は実施例1と同様にして多孔質層形成用スラリーを調製し、このスラリーを用いて、厚みを5μmとした以外は、実施例1と同様にして負極上に多孔質層を形成した。このとき形成した負極に係る多孔質層の表面粗度Raは0.8μmであった。そして、この負極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 3
A slurry for forming a porous layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that an alumina powder having an average particle size of 0.8 μm [“AA-07” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.] was used. A porous layer was formed on the negative electrode in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 5 μm. The surface roughness Ra of the porous layer according to the negative electrode formed at this time was 0.8 μm. And the lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例4
平均粒径0.2μmのアルミナ粉末[住友化学株式会社製「AKP−50」]を使用した以外は実施例1と同様にして多孔質層形成用スラリーを調製し、このスラリーを用いて、厚みを5μmとした以外は、実施例1と同様にして負極上に多孔質層を形成した。このとき形成した負極に係る多孔質層の表面粗度Raは0.4μmであった。そして、この負極を用い、更にポリオレフィン製セパレータの厚みを9μmに変更した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4
A slurry for forming a porous layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that alumina powder having an average particle size of 0.2 μm [“AKP-50” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.] was used. A porous layer was formed on the negative electrode in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 5 μm. The surface roughness Ra of the porous layer according to the negative electrode formed at this time was 0.4 μm. And the lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having changed the thickness of the separator made from polyolefin into 9 micrometers using this negative electrode.

実施例5
実施例4と同じ多孔質層形成用スラリーを用い、実施例1と同様にして3μmの厚みで多孔質層を負極上に形成した。このとき形成した負極に係る多孔質層の表面粗度Raは0.5μmであった。そして、この負極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 5
Using the same slurry for forming a porous layer as in Example 4, a porous layer having a thickness of 3 μm was formed on the negative electrode in the same manner as in Example 1. The surface roughness Ra of the porous layer according to the negative electrode formed at this time was 0.5 μm. And the lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例6
平均粒径0.25μmの酸化チタン粉末[石原産業株式会社製「CR−50」]を使用した以外は、実施例1と同様にして多孔質層形成用スラリーを調製し、このスラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして負極上に多孔質層を4μmの厚みで形成した。このとき形成した負極に係る多孔質層の表面粗度Raは0.5μmであった。そして、この負極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 6
A slurry for forming a porous layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide powder having an average particle size of 0.25 μm [“CR-50” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.] was used, and this slurry was used. Except for the above, a porous layer having a thickness of 4 μm was formed on the negative electrode in the same manner as in Example 1. The surface roughness Ra of the porous layer according to the negative electrode formed at this time was 0.5 μm. And the lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

比較例1
セパレータとして厚み16μmのポリオレフィン製の微多孔性フィルムを使用し、電池缶内に収まるように、巻回した電極体の厚みをほぼ同等にするために正極および負極の合剤層の厚みを調整して、正極は131μmの厚みで作製し、負極も131μmの厚みで作製した。負極上の多孔質層については実施例1と同様にして4μmの厚みで形成した。多孔質層の表面粗度Raは0.6μmであった。これらの正極、負極およびセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A polyolefin microporous film with a thickness of 16 μm was used as a separator, and the thickness of the mixture layer of the positive electrode and the negative electrode was adjusted so that the thickness of the wound electrode body was approximately equal so that it could be accommodated in the battery can. The positive electrode was made with a thickness of 131 μm, and the negative electrode was also made with a thickness of 131 μm. The porous layer on the negative electrode was formed in a thickness of 4 μm in the same manner as in Example 1. The surface roughness Ra of the porous layer was 0.6 μm. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that these positive electrode, negative electrode and separator were used.

比較例2
実施例3と同じ多孔質層形成用スラリーを用い、実施例1と同様にして4μmの厚みで負極上に多孔質層を形成した。このとき形成した負極に係る多孔質層の表面粗度Raは1.2μmであった。そして、この負極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 2
Using the same slurry for forming a porous layer as in Example 3, a porous layer having a thickness of 4 μm was formed on the negative electrode in the same manner as in Example 1. The surface roughness Ra of the porous layer according to the negative electrode formed at this time was 1.2 μm. And the lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

比較例3
平均粒径1.6μmのアルミナ粉末を用いた以外は、実施例1と同様にして多孔質層形成用スラリーを調製した。このスラリー用いて、比較例1で作製したものと同じ負極上に、実施例1と同様の方法で厚みが5μmの多孔質層を形成した。このとき形成した負極に係る多孔質層の表面粗度Raは1.8μmであった。この負極を用いた以外は、比較例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 3
A slurry for forming a porous layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that alumina powder having an average particle diameter of 1.6 μm was used. Using this slurry, a porous layer having a thickness of 5 μm was formed on the same negative electrode as that prepared in Comparative Example 1 by the same method as in Example 1. The surface roughness Ra of the porous layer according to the negative electrode formed at this time was 1.8 μm. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that this negative electrode was used.

比較例4
負極上に多孔質層を形成しなかった以外は、比較例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 4
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the porous layer was not formed on the negative electrode.

実施例1〜6および比較例1〜4のリチウムイオン二次電池について、下記の諸特性評価を行った。結果を表1に示す。   The following characteristics evaluation was performed about the lithium ion secondary battery of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-4. The results are shown in Table 1.

<電池容量>
実施例1〜6および比較例1〜4の電池を900mAの定電流で4.2Vまで充電し、続いて4.2Vの定電圧(終止電流20mA)で充電した。その後、900mAの定電流放電を終止電圧3.0Vで放電させたときの各電池の容量を測定した。
<Battery capacity>
The batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were charged to 4.2 V with a constant current of 900 mA, and then charged with a constant voltage of 4.2 V (end current 20 mA). Then, the capacity | capacitance of each battery when discharging a 900 mA constant current discharge by the final voltage 3.0V was measured.

<電池の加熱試験>
実施例1〜6および比較例1〜4の電池を、定電流900mAで4.2Vまで充電し、続いて4.2Vの定電圧(終止電流20mA)で充電した。充電後の各電池を恒温槽内に設置し、5℃/分の昇温速度で130℃まで加熱し、そのまま130℃の温度で保持した。そして、恒温槽内の電池が130℃に到達してから電圧が急激に低下する短絡現象が見られるまでの時間を測定した。
<Battery heating test>
The batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were charged at a constant current of 900 mA up to 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V (end current 20 mA). Each battery after charging was placed in a constant temperature bath, heated to 130 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min, and kept at a temperature of 130 ° C. as it was. And the time until the short circuit phenomenon in which a voltage fell rapidly after the battery in a thermostat reached | attained 130 degreeC was measured.

<電池の衝撃試験>
実施例1〜6および比較例1〜4の電池各10個について、電池上の幅広面中央部に直径15mm、重さ6.9kgの鉄製の丸棒を、高さ40cmのところから落下させて衝撃を与え、試験前後の電池電圧変化を調べ、0.5V以上の変化のあった電池を短絡と判定して、電池が短絡した個数を調べた。
<Battery impact test>
For each of the 10 batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, an iron round bar having a diameter of 15 mm and a weight of 6.9 kg was dropped at a height of 40 cm from the center of the wide surface on the battery. The impact was applied, the battery voltage change before and after the test was examined, the battery having a change of 0.5 V or more was judged as a short circuit, and the number of short-circuited batteries was examined.

Figure 2008234879
Figure 2008234879

なお、表1における「セパレータ/電極厚み比率」とは、正極の全厚みと負極の全厚みとの合計(多孔質層の厚みも含む)に対するセパレータの厚みの比率を意味している。また、表1の「衝撃試験時短絡電池数」の欄の分母は総試験電池数(10個)であり、分子は短絡が生じた電池数である。更に、表1の「加熱試験時保持時間」では、加熱試験時において、電池が130℃に到達してから電圧が急激に低下する短絡現象が生じるまでの、電圧が保持できた時間を示している。また、表1に示す多孔質層の厚みは、負極の片面当たりの厚みである。   The “separator / electrode thickness ratio” in Table 1 means the ratio of the thickness of the separator to the sum of the total thickness of the positive electrode and the total thickness of the negative electrode (including the thickness of the porous layer). Further, the denominator in the column “number of short-circuited batteries during impact test” in Table 1 is the total number of test batteries (10), and the numerator is the number of batteries in which a short circuit has occurred. Furthermore, “Holding time during heating test” in Table 1 indicates the time during which the voltage can be held during the heating test until a short circuit phenomenon occurs in which the voltage suddenly drops after the battery reaches 130 ° C. Yes. Moreover, the thickness of the porous layer shown in Table 1 is the thickness per one side of the negative electrode.

表1に示すように、実施例1〜6のリチウムイオン二次電池では、衝撃試験時に短絡の発生が認められず、加熱試験時の短絡発生までの時間も長く、多孔質層を有していない比較例4の電池に比べて良好な耐短絡性を有しており、しかも高容量であることが分かる。   As shown in Table 1, in the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 6, the occurrence of a short circuit was not observed during the impact test, and the time until the short circuit occurred during the heating test was long and had a porous layer. It can be seen that the battery has better short-circuit resistance and higher capacity than the battery of Comparative Example 4 which is not present.

なお、多孔質層の表面粗度Raが大きすぎる比較例1〜3の電池では、衝撃試験や加熱試験時に短絡が生じ易くなっている。これは、上述したように、多孔質層が不均一で絶縁性能の不十分な箇所が点在するようになっており、衝撃試験や加熱試験のようにセパレータ絶縁性能が低下する状況下では、多孔質層の不均一部分(欠陥部分)を通じて電極間の短絡が発生し易くなったものと推測される。また、比較例3の電池のように、粒径の大きな絶縁性粒子を用いて多孔質層を形成した場合には、粒子間にできる欠陥が大きくなるために、表面粗度を小さくすることが困難であり、電極間の短絡が発生し易くなると考えられる。   In addition, in the batteries of Comparative Examples 1 to 3 where the surface roughness Ra of the porous layer is too large, a short circuit is likely to occur during an impact test or a heating test. This is, as described above, the porous layer is uneven and the insulation performance is insufficiently scattered, and under the situation where the separator insulation performance is reduced as in the impact test and the heat test, It is presumed that a short circuit between the electrodes is likely to occur through the nonuniform portion (defect portion) of the porous layer. In addition, when the porous layer is formed using insulating particles having a large particle size as in the battery of Comparative Example 3, the surface roughness can be reduced because defects formed between the particles are increased. It is difficult to cause a short circuit between the electrodes.

このように、正極合剤層表面、負極合剤層表面の少なくとも一方に、耐熱温度が150℃以上の絶縁性粒子と有機高分子樹脂結着剤とを含む表面粗度の小さな多孔質層を形成することで、セパレータを薄くしても、耐熱性や衝撃に対する保護特性の低下を抑制でき、高容量で安全な電池を提供することができた。   As described above, a porous layer having a small surface roughness containing insulating particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and an organic polymer resin binder is provided on at least one of the positive electrode mixture layer surface and the negative electrode mixture layer surface. By forming, even if the separator was thinned, it was possible to suppress a reduction in heat resistance and impact protection characteristics, and to provide a high-capacity and safe battery.

本発明のリチウムイオン二次電池に係る多孔質層を有する電極の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the electrode which has the porous layer which concerns on the lithium ion secondary battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電極(正極または負極)
2 多孔質層
3 正極合剤層または負極合剤層
4 正極集電体または負極集電体
1 electrode (positive or negative)
2 Porous layer 3 Positive electrode mixture layer or negative electrode mixture layer 4 Positive electrode current collector or negative electrode current collector

Claims (4)

集電体の片面または両面に活物質を含む正極合剤層が形成されてなる正極、集電体の片面または両面に活物質を含む負極合剤層が形成されてなる負極、セパレータおよび非水電解液を有するリチウムイオン二次電池であって、
上記正極の正極合剤層表面および上記負極の負極合剤層表面の少なくとも一方に、耐熱温度が150℃以上の絶縁性粒子と有機高分子樹脂結着剤とを含み、かつ表面粗度Raが1.0μm以下の多孔質層を有しており、
上記多孔質層を含む正極の全厚みと負極の全厚みとの合計に対して、セパレータの厚みが5%以下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 in which a positive electrode mixture layer containing an active material is formed on one or both sides of a current collector, a negative electrode in which a negative electrode mixture layer containing an active material is formed on one or both sides of a current collector, a separator, and non-water A lithium ion secondary battery having an electrolyte solution,
At least one of the positive electrode mixture layer surface of the positive electrode and the negative electrode mixture layer surface of the negative electrode contains insulating particles having an heat resistant temperature of 150 ° C. or higher and an organic polymer resin binder, and the surface roughness Ra is Having a porous layer of 1.0 μm or less,
A separator having a thickness of 5% or less with respect to a total of a total thickness of a positive electrode including the porous layer and a total thickness of a negative electrode.
耐熱温度が150℃以上の絶縁性粒子の平均粒径が、0.2〜0.8μmである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an average particle diameter of the insulating particles having a heat resistant temperature of 150 ° C or higher is 0.2 to 0.8 µm. 耐熱温度が150℃以上の絶縁性粒子が、アルミナ粒子である請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the insulating particles having a heat resistant temperature of 150 ° C or higher are alumina particles. 多孔質層は、厚みが1〜5μmである請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the porous layer has a thickness of 1 to 5 μm.
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