JP2009093924A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Yoshinori Naruoka
成岡  慶紀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress or prevent deposition of lithium (dendrite) by quickly increasing the potential of a positive electrode in the last period of charge, and increase coulombic efficiency, cycle characteristics, and charge capacity. <P>SOLUTION: Electrodes for a lithium ion secondary battery are a positive electrode containing a positive current collector and a positive active material formed on the positive current collector, and a negative electrode containing a negative current collector and a negative active material formed on the negative current collector. The negative active material is graphite, and the positive active material is composite lithium manganate and olivine type composite lithium iron phosphate, and the contents of the composite lithium manganate is 30 mass% or lower of the contents of the olivine type composite lithium iron phosphate. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。より詳しくは、負極活物質として黒鉛を用い、正極活物質としてオリビン型複合燐酸鉄リチウムを用いた電極およびそれらを用いた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. More specifically, the present invention relates to an electrode using graphite as a negative electrode active material and olivine-type composite lithium iron phosphate as a positive electrode active material, and a lithium ion secondary battery using the same.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギを有するリチウムイオン二次電池などの非水溶媒二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   Non-aqueous solvent secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, which have the highest theoretical energy among all batteries, are attracting attention as secondary batteries for motor drive, and are currently being developed rapidly. .

リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続されてなる積層体(電池要素)を有する。また、外部へ電力を取り出す目的で、電池要素には電極端子(正極端子および負極端子)が電気的に接続される。当該電池要素はさらに、アルミニウム等の軽量金属からなる箔の両面に樹脂シートが積層されてなる金属−樹脂ラミネートシート中に、電極端子が外部に導出するように収容されるのが一般的である。   Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of a negative electrode current collector using a binder. However, it has a laminated body (battery element) connected through an electrolyte layer. Moreover, for the purpose of taking out electric power outside, an electrode terminal (a positive electrode terminal and a negative electrode terminal) is electrically connected to the battery element. The battery element is generally housed in a metal-resin laminate sheet in which resin sheets are laminated on both surfaces of a foil made of a light metal such as aluminum so that electrode terminals are led out to the outside. .

ここで、最近においては、正極活物質として、上記のオリビン型リン酸リチウムにおける金属元素が鉄であるリン酸鉄リチウムLiFePOを用いた非水電解質二次電池が提案されている。正極活物質としてLiFePOを用いた場合、充電反応において優れた負荷特性を示すという報告がある。そして、この報告においては、正極厚みを70μm(塗布量10mg/cm)程度に塗布し、対極にLi金属を用いたセルを作製し、定電圧充電を行えば、急速充電が可能であることが示されている。 Here, recently, a nonaqueous electrolyte secondary battery using lithium iron phosphate LiFePO 4 in which the metal element in the olivine-type lithium phosphate is iron has been proposed as a positive electrode active material. There is a report that when LiFePO 4 is used as the positive electrode active material, excellent load characteristics are exhibited in the charging reaction. And in this report, if the positive electrode thickness is applied to about 70 μm (coating amount 10 mg / cm 2 ), a cell using Li metal is prepared for the counter electrode, and constant voltage charging is performed, rapid charging is possible. It is shown.

しかしながら、定電圧充電は制御が困難であった。また上記のように正極活物質としてLiFePOを用いた非水電解質二次電池において、その負極活物質にLi金属を用いた場合、充放電によりデンドライトが発生して、サイクル特性が非常に悪くなるという問題があった。さらに、その負極活物質に黒鉛を使用した場合においても、黒鉛へのLiの挿入反応が遅いため、高レートの電流で急速充電させるようにした場合、充電反応時の分極が増大して充分な充電容量が得られなくなる問題があった。さらには、負極活物質の黒鉛上にLiが析出して、サイクル特性が低下したりする等の問題があった。 However, constant voltage charging has been difficult to control. Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery using LiFePO 4 as the positive electrode active material as described above, when Li metal is used as the negative electrode active material, dendrite is generated due to charge and discharge, and the cycle characteristics become very poor. There was a problem. Furthermore, even when graphite is used as the negative electrode active material, the insertion reaction of Li into the graphite is slow, so that when charged rapidly with a high rate current, the polarization during the charging reaction is increased and sufficient. There was a problem that the charge capacity could not be obtained. Furthermore, there is a problem that Li is deposited on the graphite of the negative electrode active material and cycle characteristics are deteriorated.

かような問題を解決する手段が以下に開示されている(特許文献1)。すなわち、負極にシリコンを主成分とする負極活物質を用いると共に、上記の正極集電体の上に形成される正極合剤層の厚みが片面当り25μm以下になるようにする。このようにして、正極における充電反応時の負荷特性を改善し、高レートの電流で急速充電させるようにした場合においても、十分な充電容量を得ることを試みている。
特開2006−278076号公報
Means for solving such a problem is disclosed below (Patent Document 1). That is, a negative electrode active material mainly composed of silicon is used for the negative electrode, and the thickness of the positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector is set to 25 μm or less per side. In this way, it is attempted to obtain a sufficient charge capacity even when the load characteristic at the time of charging reaction in the positive electrode is improved and rapid charging is performed at a high rate of current.
JP 2006-278076 A

このように、上記特許文献1の段落「0013」では、正極活物質としてLiFePOを用いた場合に、負極活物質として黒鉛の使用を断念し、シリコンを代用してその問題点を解決することを試みている。 As described above, in paragraph “0013” of Patent Document 1, when LiFePO 4 is used as the positive electrode active material, the use of graphite as the negative electrode active material is abandoned, and the problem is solved by substituting silicon. Are trying.

しかしながら、シリコンを負極活物質として用いた場合、充放電時、シリコンの膨張収縮が大きいのでサイクル特性が悪い。さらに、シリコンは、Liイオンの挿入反応が早いが、初期不可逆容量が大きい。そのため、理論上はシリコンを負極活物質として用いることができても、実際に適用することは困難である。一方、黒鉛を負極活物質として用いた場合、充放電時、黒鉛は膨張収縮が小さいため、サイクル特性が良好である。さらに、黒鉛は、初期不可逆容量が小さいといった利点を有する。   However, when silicon is used as the negative electrode active material, the cycle characteristics are poor because the silicon expands and contracts during charging and discharging. Furthermore, silicon has a fast Li ion insertion reaction, but has a large initial irreversible capacity. Therefore, in theory, even if silicon can be used as the negative electrode active material, it is difficult to actually apply it. On the other hand, when graphite is used as the negative electrode active material, the cycle characteristics are good because the graphite expands and contracts during charging and discharging. Furthermore, graphite has the advantage that the initial irreversible capacity is small.

このように、本発明は、正極活物質としてLiFePOを用い、Liの挿入反応が遅い等の問題点を有するが、負極活物質として有意な物性を示す黒鉛を適用させることを目的としてなされたものである。 As described above, the present invention has been made for the purpose of applying graphite exhibiting significant physical properties as a negative electrode active material, although LiFePO 4 is used as the positive electrode active material and Li insertion reaction is slow. Is.

すなわち、本発明は、上記の利点を有する黒鉛を用いつつ、上記問題点を解決し、充電の末期で正極の電位を速やかに上昇させ、クーロン効率、サイクル特性および充電容量が向上したリチウムイオン二次電池用電極を提供することを目的とする。   That is, the present invention solves the above-mentioned problems while using graphite having the above-mentioned advantages, rapidly raises the positive electrode potential at the end of charging, and improves the coulomb efficiency, cycle characteristics, and charging capacity. It aims at providing the electrode for secondary batteries.

本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、負極活物質として黒鉛を用い、正極活物質として一定割合の複合マンガン酸リチウムとオリビン型複合燐酸鉄リチウムとを用いてなる、リチウムイオン二次電池用電極を提供することによって、前記目的が達成されうることを見出した。   The present inventor has intensively studied to solve the above problems. As a result, by providing graphite as the negative electrode active material and using a certain proportion of composite lithium manganate and olivine-type composite lithium iron phosphate as the positive electrode active material, the above object is achieved. Found that can be achieved.

本発明に係る電極を用いることで、充電の末期で正極の電位を速やかに上昇させ、Liの析出(デンドライト)を抑制/防止し、また、クーロン効率、サイクル特性および充電容量を向上させることができる。   By using the electrode according to the present invention, the potential of the positive electrode can be quickly increased at the end of charging, and the precipitation (dendrites) of Li can be suppressed / prevented, and the coulomb efficiency, cycle characteristics and charging capacity can be improved. it can.

以下、適宜図面を参照しながら、本発明のリチウムイオン二次電池用電極を好適ないくつかの実施形態について詳細に説明する。なお、各図面は説明の便宜上誇張されて表現されており、各図面における各構成要素の寸法比率が実際とは異なる場合がある。   Hereinafter, several suitable embodiments of the electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Each drawing is exaggerated for convenience of explanation, and the dimensional ratio of each component in each drawing may be different from the actual one.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態は、正極集電体および前記正極集電体上に形成されてなる正極活物質を含む正極と、負極集電体および前記負極集電体上に形成されてなる負極活物質を含む負極と、を含むリチウムイオン二次電池用電極であって、前記負極活物質は、黒鉛であり、前記正極活物質は、複合マンガン酸リチウムおよびオリビン型複合燐酸鉄リチウムであり、前記複合マンガン酸リチウムの含有量が、前記オリビン型複合燐酸鉄リチウムと前記複合マンガン酸リチウムの総量に対して30質量%以下である、リチウムイオン二次電池用電極である。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention includes a positive electrode including a positive electrode current collector and a positive electrode active material formed on the positive electrode current collector, a negative electrode current collector and a negative electrode formed on the negative electrode current collector A negative electrode including an active material, and an electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the negative electrode active material is graphite, and the positive electrode active material is a composite lithium manganate and an olivine-type composite lithium iron phosphate, It is an electrode for lithium ion secondary batteries whose content of the said composite lithium manganate is 30 mass% or less with respect to the total amount of the said olivine type composite lithium iron phosphate and the said composite lithium manganate.

正極活物質としてオリビン型複合燐酸鉄リチウムのみを用いると、Liのデンドライトが発生する虞れがある。さらに、負極として黒鉛を用いると、黒鉛へのLiイオンの挿入反応が遅いため、Liのデンドライトが発生する虞れがある。   If only the olivine-type composite lithium iron phosphate is used as the positive electrode active material, there is a possibility that a dendrite of Li may be generated. Furthermore, when graphite is used as the negative electrode, Li dendrite may be generated due to a slow insertion reaction of Li ions into the graphite.

本発明者は、鋭意研究を行う過程で、オリビン型複合燐酸鉄リチウムに正極の充電反応の反応電位が高い複合マンガン酸リチウムを一定量含ませることで、負極活物質として黒鉛を用いたとしても、前記に掲げた所望の効果を得ることができることを見出した。なお、充電電位の反応が高い複合マンガン酸リチウムとは、正極の充電反応が3.5V以上で進行する複合マンガン酸リチウムである。すなわち、かような態様とすると、充電の際、正極の電位をすみやかに所定の電圧に到達させることができることを見出したのである。その特性を利用し、早期に充電末期での充電電流を小さくする(絞る)ことで(すなわち、早期に定電圧充電に切り替えることによって)、Liのデンドライトの発生を始めとする種々の問題を解決することができることを見出した。   In the course of earnest research, the present inventor included a certain amount of composite lithium manganate having a high reaction potential of the positive electrode charging reaction in the olivine-type composite lithium iron phosphate, so that even if graphite was used as the negative electrode active material, The inventors have found that the desired effects listed above can be obtained. Note that the composite lithium manganate having a high charge potential reaction is a composite lithium manganate in which the charge reaction of the positive electrode proceeds at 3.5 V or more. That is, it has been found that with such an embodiment, the potential of the positive electrode can be quickly reached to a predetermined voltage during charging. Using this characteristic, the charging current at the end of charging is reduced (squeezed) at an early stage (that is, by switching to constant voltage charging at an early stage), thereby solving various problems such as the generation of Li dendrite. Found that you can.

以下、適宜図面を参照しながら、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の構成要素をそれぞれ説明する。   Hereinafter, the constituent elements of the electrode for the lithium ion secondary battery of the present embodiment will be described with reference to the drawings as appropriate.

[正極集電体および負極集電体]
正極集電体および負極集電体としては、いずれも電池用の集電体材料として従来用いられている部材が適宜採用されうる。一例を挙げると、正極集電体および負極集電体としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼(SUS)、チタンまたは銅が挙げられる。中でも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、正極集電体としてはアルミニウム、負極集電体としては銅が好ましい。集電体の一般的な厚さは、10〜20μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。
[Positive electrode current collector and negative electrode current collector]
As the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, members conventionally used as a current collector material for batteries can be appropriately employed. As an example, examples of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include aluminum, nickel, iron, stainless steel (SUS), titanium, and copper. Among these, from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential, aluminum is preferable as the positive electrode current collector and copper is preferable as the negative electrode current collector. A typical thickness of the current collector is 10 to 20 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used. The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. If a large electrode used for a large battery is manufactured, a current collector having a large area is used. If a small electrode is produced, a current collector with a small area is used.

なお、後述する第2実施形態において、積層型の非双極型リチウムイオン二次電池を詳説しているが、無論、本発明に係る負極活物質および本発明に係る正極活物質は、双極型リチウムイオン二次電池に用いられてもよい。その場合、集電体として、正極集電体および負極集電体を張り合わせて、その集電体の両表面に本発明に係る負極活物質層と本発明に係る正極活物質層を形成してもよい。あるいは、正極集電体としても負極集電体としても使用ができるSUSやTi等を、それぞれ、正極集電体として、および、負極集電体として使用し、本発明に係る負極活物質層と本発明に係る正極活物質層を形成してもよい。   In the second embodiment to be described later, a stacked non-bipolar lithium ion secondary battery is described in detail. Of course, the negative electrode active material according to the present invention and the positive electrode active material according to the present invention are bipolar lithium materials. You may use for an ion secondary battery. In that case, as the current collector, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are bonded together, and the negative electrode active material layer according to the present invention and the positive electrode active material layer according to the present invention are formed on both surfaces of the current collector. Also good. Alternatively, SUS or Ti, which can be used as a positive electrode current collector or a negative electrode current collector, is used as the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively, and the negative electrode active material layer according to the present invention The positive electrode active material layer according to the present invention may be formed.

[正極活物質]
正極活物質としては、オリビン型複合燐酸鉄リチウムおよび複合マンガン酸リチウムから構成されるものが用いられる。
[Positive electrode active material]
As the positive electrode active material, a material composed of olivine type composite lithium iron phosphate and composite lithium manganate is used.

(オリビン型複合燐酸鉄リチウム)
オリビン型複合燐酸鉄リチウムとしては、LiFe1-xPO(Mは一種以上の遷移金属元素、X≦0.5)系のものが用いられ、具体的には、LiFePO、などが挙げられる。この際、導電性を高めるために炭素を含むオリビン型複合燐酸鉄リチウムを使用することが好ましい。かようにすると、オリビン型複合燐酸鉄リチウムの導電性を向上させて、反応性が向上するといった点で好ましい。より好ましくは、オリビン型複合燐酸鉄リチウム粒子の表面を炭素で被覆したものを使用することが好ましい。かようにすると、オリビン型複合燐酸鉄リチウムの導電性をより向上させて、反応性がより向上するといった点で好ましい。炭素の被覆率はオリビン型燐酸鉄リチウムに対する質量比で0.5〜10質量%が好ましく、1〜5質量%がより好ましい。
(Olivine-type composite lithium iron phosphate)
As the olivine-type composite lithium iron phosphate, LiFe 1-x M x PO 4 (M is one or more transition metal elements, X ≦ 0.5) is used. Specifically, LiFePO 4 , etc. Can be mentioned. At this time, it is preferable to use olivine-type composite lithium iron phosphate containing carbon in order to increase conductivity. This is preferable in that the conductivity of the olivine-type composite lithium iron phosphate is improved and the reactivity is improved. More preferably, olivine type composite lithium iron phosphate particles whose surfaces are coated with carbon are used. This is preferable in that the conductivity of the olivine-type composite lithium iron phosphate is further improved and the reactivity is further improved. The carbon coverage is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 1 to 5% by mass with respect to the olivine type lithium iron phosphate.

なお、炭素の被覆は、従来公知の方法を適宜参照してなすことができる。例えば、特開2006−252917号公報に開示されている方法によりなすことが可能である。   Carbon coating can be performed by appropriately referring to conventionally known methods. For example, it can be performed by a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-252917.

なお、このオリビン型複合燐酸鉄リチウムは、近年の研究において、低抵抗技術の確立(炭素被膜、小粒径化)、高容量化技術(不純物の低減)により、正極活物質材料として注目を浴びている。   In recent years, this olivine-type composite lithium iron phosphate has attracted attention as a positive electrode active material due to the establishment of low-resistance technology (carbon coating, particle size reduction) and high-capacity technology (impurity reduction). ing.

(複合マンガン酸リチウム)
複合マンガン酸リチウムとしては、LiMn、LiMnOなどのLiMn1-x(Mは一種以上の遷移金属元素、X≦0.5)系のものが用いられ、具体的には、Li、MnおよびOを主成分とする化合物を意味する。これらの原子以外に、他の金属原子、例えばNi、Co、Fe、Al、Cr、Mg、Ag、Ti、Inなどが正極活物質としての活性を阻害しない範囲内で少量含まれてもよい。より具体的には、LiMn、LiMnOおよびLiMnO等が挙げられ、これらの組成に限定されるものではないが、LiMnが特に好ましい。また、複合マンガン酸リチウムの構造としても特に制限はないが、好ましくはスピネル型または層状型の構造を有する。
(Composite lithium manganate)
As the composite lithium manganate, LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 or other LiMn 1-x M x O 2 (M is one or more transition metal elements, X ≦ 0.5) type is used, specifically Means a compound mainly composed of Li, Mn and O. In addition to these atoms, other metal atoms such as Ni, Co, Fe, Al, Cr, Mg, Ag, Ti, and In may be contained in a small amount within a range that does not inhibit the activity as the positive electrode active material. More specifically, LiMn 2 O 4 , Li 2 MnO 4, Li 2 MnO 3 and the like can be mentioned, and the composition is not limited to these, but LiMn 2 O 4 is particularly preferable. The structure of the composite lithium manganate is not particularly limited, but preferably has a spinel type or layered type structure.

[負極活物質]
前記負極活物質は、黒鉛が用いられる。黒鉛としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛系炭素材料が挙げられる。
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material is graphite. Examples of graphite include graphite-based carbon materials such as natural graphite and artificial graphite.

天然黒鉛としては、鱗片状黒鉛などが挙げられる。   Examples of natural graphite include scaly graphite.

人造黒鉛としては、MCMB(メソカーボンマイクロビーズ)、MCF(メソフェーズカーボンファイバ)などが挙げられる。中でも、MCMB(メソカーボンマイクロビーズ)が好適に用いられる。   Examples of artificial graphite include MCMB (mesocarbon microbeads), MCF (mesophase carbon fiber), and the like. Among these, MCMB (mesocarbon microbeads) is preferably used.

MCMB(メソカーボンマイクロビーズ)は、コールタールや石油系重質油を400℃前後で溶融すると小球体が生じ、この小球体を不活性雰囲気で熱処理して得られる。黒鉛構造の炭素六角形網目構造が一方向に積層した層状配向となっているため、リチウムイオンを取り込みやすく、負極材として有意に用いられる。   MCMB (mesocarbon microbeads) are obtained by melting coal tar or petroleum heavy oil at around 400 ° C. to form small spheres, and heat-treating the small spheres in an inert atmosphere. Since the carbon hexagonal network structure of graphite structure has a layered orientation laminated in one direction, it is easy to take in lithium ions and is used significantly as a negative electrode material.

MCFにおけるメソフェーズとは、重質油を加熱処理して得られる液晶状の物質で、これを紡糸、熱処理するプロセスをコントロールすることにより黒鉛結晶配列を制御した炭素繊維が得られる。   The mesophase in the MCF is a liquid crystal substance obtained by heat-treating heavy oil. By controlling the process of spinning and heat-treating this, carbon fibers with controlled graphite crystal arrangement can be obtained.

なお、上記負極活物質および正極活物質を併せて単に「活物質」とも称する。   The negative electrode active material and the positive electrode active material are also simply referred to as “active material”.

本発明に係る正極活物質は、上記に通り、オリビン型複合燐酸鉄リチウムおよび複合マンガン酸リチウムを含んだものが用いられる。ただ、オリビン型複合燐酸鉄リチウムおよび複合マンガン酸リチウムの含有量を制御する必要がある。すなわち、前記複合マンガン酸リチウムの含有量が、前記オリビン型複合燐酸鉄リチウムと前記複合マンガン酸リチウムの総量に対して30質量%以下である。ただし、好ましくは5〜30質量%、より好ましくは10〜30質量%である。なお上記した通り、オリビン型複合燐酸鉄リチウムが炭素で被覆されている場合、オリビン型複合燐酸鉄リチウムの含有量は炭素で被覆されたオリビン型複合燐酸鉄リチウムの含有量を意味する。このように、複合マンガン酸リチウムの混合量を増やすことで、正極の電位が上昇して、早期に電流を絞ることができ、このような点でも有利なものと言える。   As described above, the positive electrode active material according to the present invention includes an olivine-type composite lithium iron phosphate and a composite lithium manganate. However, it is necessary to control the contents of the olivine-type composite lithium iron phosphate and composite lithium manganate. That is, the content of the composite lithium manganate is 30% by mass or less based on the total amount of the olivine-type composite lithium iron phosphate and the composite lithium manganate. However, Preferably it is 5-30 mass%, More preferably, it is 10-30 mass%. As described above, when the olivine-type composite lithium iron phosphate is coated with carbon, the content of the olivine-type composite lithium iron phosphate means the content of the olivine-type composite lithium iron phosphate coated with carbon. Thus, by increasing the amount of composite lithium manganate mixed, the potential of the positive electrode rises and the current can be reduced early, which is also advantageous in this respect.

しかしながら、前記複合マンガン酸リチウムの含有量が、前記オリビン型複合燐酸鉄リチウムと前記複合マンガン酸リチウムの総量に対して30質量%を超えると、エネルギー密度が低下したり、耐久性が低下したりする弊害が生じる。   However, when the content of the composite lithium manganate exceeds 30% by mass with respect to the total amount of the olivine-type composite lithium iron phosphate and the composite lithium manganate, the energy density decreases or the durability decreases. This will cause harmful effects.

また、本発明に係る負極活物質(黒鉛)、本発明に係る正極活物質(オリビン型複合燐酸鉄リチウムおよび複合マンガン酸リチウム)の形状にも特に制限はない。アスペクト比(長軸の長さ/短軸の長さ、または長軸の長さ/短軸の長さ)が1であっても1でなくてもよい。アスペクト比が1の形状としては、球状や立方的形状などが挙げられる。アスペクト比が1ではない形状としては、直方体、楕円球状、針状、板状、角状および柱状などが挙げられる。好ましくは、アスペクト比が1である。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the shape of the negative electrode active material (graphite) concerning this invention, and the positive electrode active material (olivine type composite lithium iron phosphate and composite lithium manganate) concerning this invention. The aspect ratio (long axis length / short axis length, or long axis length / short axis length) may or may not be 1. Examples of the shape having an aspect ratio of 1 include a spherical shape and a cubic shape. Examples of the shape whose aspect ratio is not 1 include a rectangular parallelepiped, an elliptical sphere, a needle shape, a plate shape, a square shape, and a column shape. Preferably, the aspect ratio is 1.

上記の通り、前記複合マンガン酸リチウムの含有量は、前記オリビン型複合燐酸鉄リチウムの含有量に対して30質量%以下である。   As above-mentioned, content of the said composite lithium manganate is 30 mass% or less with respect to content of the said olivine type composite lithium iron phosphate.

この際、オリビン型複合燐酸鉄リチウムが複合マンガン酸リチウムを含有されている状態にも特に制限はない。   At this time, the state in which the olivine-type composite lithium iron phosphate contains the composite lithium manganate is not particularly limited.

オリビン型複合燐酸鉄リチウムと、複合マンガン酸リチウムとが、当該正極活物質中において均一に分散せず、単に混合されている状態でもよい。ただ、均一に分散して混合されている方が好ましい。かような混合方法にも特に制限はなく、従来公知の方法を適宜参照して、あるいは、組み合わせて行うことができ、例えば、実施例に記載の方法によってなすことができる。   The olivine-type composite lithium iron phosphate and the composite lithium manganate may not be uniformly dispersed in the positive electrode active material but may simply be mixed. However, it is preferable that they are uniformly dispersed and mixed. Such a mixing method is not particularly limited, and can be carried out by referring to or appropriately combining conventionally known methods, for example, by the methods described in Examples.

上記の通り、オリビン型複合燐酸鉄リチウムが複合マンガン酸リチウムを含有されている状態の形態にも特に制限はないが、より好ましくは、複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる。   As described above, the form of the state in which the olivine-type composite lithium iron phosphate contains the composite lithium manganate is not particularly limited, but more preferably, at least part of the surface of the composite lithium manganate has an olivine-type composite phosphate. Iron lithium is attached.

図1は、複合マンガン酸リチウムの表面の一部にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる電極を模式的に表した断面概略図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an electrode in which olivine-type composite lithium iron phosphate is attached to a part of the surface of composite lithium manganate.

このように、複合マンガン酸リチウムXの表面の少なくとも一部にオリビン型複合燐酸鉄リチウムYが添着されてなる構造を有すると、高温下の電解液にさらされた際の複合マンガン酸リチウムからのMnイオンの溶出を抑制し、ひいてはサイクル特性の低下を抑制する。さらには、例えば以下の効果がある。   As described above, when the olivine-type composite lithium iron phosphate Y is attached to at least a part of the surface of the composite lithium manganate X, the composite lithium manganate from the composite lithium manganate when exposed to the electrolyte at high temperature is used. Suppression of elution of Mn ions is suppressed, and consequently deterioration of cycle characteristics is suppressed. Furthermore, for example, there are the following effects.

すなわち、例えば、フッ素系の電解質(例えば、LiPFなど)やフッ素系のバインダ(例えば、PVdFなど)を用いた場合、高温下においてそれらから、HFが発生しうる。その場合であっても、複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる構造を有すると、前記発生したHFと、複合マンガン酸リチウム粒子との反応を抑えることもできる。 That is, for example, when a fluorine-based electrolyte (for example, LiPF 6 or the like) or a fluorine-based binder (for example, PVdF or the like) is used, HF can be generated from them at a high temperature. Even in such a case, if the olivine-type composite lithium iron phosphate is attached to at least a part of the surface of the composite lithium manganate, the reaction between the generated HF and the composite lithium manganate particles is suppressed. You can also.

なお、オリビン型複合燐酸鉄リチウムの炭素における被覆(添着)率は、好ましくは0.5%〜10%、より好ましくは1%〜5%である。   In addition, the coverage (attachment) rate of carbon in the olivine-type composite lithium iron phosphate is preferably 0.5% to 10%, more preferably 1% to 5%.

上記のうち、複合マンガン酸リチウムの表面の全体に亘って添着される(すなわち、被覆率100%)が特に好ましい。   Among the above, it is particularly preferable that it is applied over the entire surface of the composite lithium manganate (that is, the coverage is 100%).

図2は、複合マンガン酸リチウムの表面の全体にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる電極を模式的に表した断面概略図である。図2の通り、正極活物質は、複合マンガン酸リチウムXの表面の全体にオリビン型複合燐酸鉄リチウムYが添着されてなる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing an electrode in which olivine-type composite lithium iron phosphate is attached to the entire surface of the composite lithium manganate. As shown in FIG. 2, the positive electrode active material is formed by adhering olivine type lithium iron phosphate Y to the entire surface of the composite lithium manganate X.

上記の通り、本発明者は、種々の課題を解決するべく鋭意研究を行う過程で、オリビン型複合燐酸鉄リチウムに正極の充電電位の反応が高い複合マンガン酸リチウムを一定量添加することで、所望の効果を得ることができることを見出した。   As described above, the present inventors added a certain amount of composite lithium manganate having a high positive electrode charge potential reaction to olivine-type composite lithium iron phosphate in the course of conducting intensive research to solve various problems. It has been found that a desired effect can be obtained.

つまり、複合マンガン酸リチウムは、オリビン型複合燐酸鉄リチウムの機能を補助するために含有されたものであり、両者の含有量の相違を見ても明らかであるが、正極活物質の主たる構成要素は、オリビン型複合燐酸鉄リチウムである。   In other words, the composite lithium manganate is included to assist the function of the olivine-type composite lithium iron phosphate, and it is clear from the difference in content between the two, but the main component of the positive electrode active material Is an olivine-type composite lithium iron phosphate.

図2によっても明らかな通り、上記「添加する」もの(複合マンガン酸リチウム)が、外部ではなく、コア(中心)部分に存在する。また、あくまで、正極活物質の主たる構成要素は複合燐酸鉄リチウムであるため、複合マンガン酸リチウムの含有量が少ない。要するに、本実施形態の好ましい態様においては、複合燐酸鉄リチウムの機能を向上させるため、その補助的な機能を担う複合マンガン酸リチウムを、その中心に埋め込むという構成を採用する。かような構成にすると、上述した効果が、さらに有意に向上する。   As is apparent from FIG. 2, the above “added” (composite lithium manganate) is present not in the outside but in the core (center) portion. In addition, since the main component of the positive electrode active material is composite lithium iron phosphate, the content of the composite lithium manganate is small. In short, in a preferred aspect of the present embodiment, in order to improve the function of the composite lithium iron phosphate, a configuration is adopted in which the composite lithium manganate having an auxiliary function is embedded in the center. With such a configuration, the above-described effects are further significantly improved.

複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部に、オリビン型複合燐酸鉄リチウムを添着させる方法にも特に制限はない。従来公知の方法が、適宜参照して、あるいは組み合わせて使用することができる。ただ、一例を挙げると、後述する実施例に記載のようなメカノフージョンを用いることが挙げられる。メカノフュージョンの装置としてホソカワミクロン社製のAMS−LAB−GMPなどを使用してすることができる。   There is no particular limitation on the method of attaching the olivine-type composite lithium iron phosphate to at least a part of the surface of the composite lithium manganate. Conventionally known methods can be used by appropriately referring to or combining them. However, to give an example, it is possible to use a mechano-fusion as described in Examples described later. As a mechano-fusion device, AMS-LAB-GMP manufactured by Hosokawa Micron Corporation can be used.

本発明に係る負極活物質(黒鉛)、本発明に係る正極活物質(オリビン型複合燐酸鉄リチウムおよび複合マンガン酸リチウム)の平均粒径は特に制限されない。しかしながら、電池特性の観点からは、下記の平均粒径の範囲であると好ましい。   The average particle diameters of the negative electrode active material (graphite) according to the present invention and the positive electrode active material (olivine-type composite lithium iron phosphate and composite lithium manganate) according to the present invention are not particularly limited. However, from the viewpoint of battery characteristics, the following average particle size is preferable.

本発明に係る負極活物質(黒鉛)の平均粒径は、好ましくは0.5〜50μmであり、より好ましくは1〜25μmである。かような範囲であると、粒子の分散性と反応性の両立といった効果がある。   The average particle diameter of the negative electrode active material (graphite) according to the present invention is preferably 0.5 to 50 μm, more preferably 1 to 25 μm. Within such a range, there is an effect that the dispersibility and reactivity of the particles are compatible.

本発明に係るオリビン型複合燐酸鉄リチウムの平均粒径は、好ましくは0.1〜10μmであり、より好ましくは0.5〜5μmである。かような範囲であると、粒子の分散性と反応性の両立といった効果がある。   The average particle size of the olivine-type composite lithium iron phosphate according to the present invention is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.5 to 5 μm. Within such a range, there is an effect that the dispersibility and reactivity of the particles are compatible.

本発明に係る複合マンガン酸リチウムの平均粒径は、好ましくは0.1〜20μmであり、より好ましくは0.5〜10μmである。かような範囲であると、粒子の分散性と反応性の両立といった効果がある。   The average particle size of the composite lithium manganate according to the present invention is preferably 0.1 to 20 μm, more preferably 0.5 to 10 μm. Within such a range, there is an effect that the dispersibility and reactivity of the particles are compatible.

また、追って説明するが、正極活物質が、複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる構造を採用する場合、当該正極活物質の平均粒径は、好ましくは0.2〜20μmであり、より好ましくは0.3〜10μmである。かような範囲であると、粒子の分散性と反応性の両立といった効果がある。   Further, as will be described later, when the positive electrode active material adopts a structure in which olivine-type composite lithium iron phosphate is attached to at least a part of the surface of the composite lithium manganate, the average particle size of the positive electrode active material is: Preferably it is 0.2-20 micrometers, More preferably, it is 0.3-10 micrometers. Within such a range, there is an effect that the dispersibility and reactivity of the particles are compatible.

なお、本明細書中において、「平均粒径」とは、活物質粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離の平均を意味する。「平均粒径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の平均粒径の平均値として算出される値を採用するものとする。   In the present specification, the “average particle diameter” means the average of the maximum distances among the distances between any two points on the contour line of the active material particles. As the value of the “average particle size”, the average value of the average particle size of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The value calculated as is assumed to be adopted.

なお、本発明に係る正極活物質が、複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部に、オリビン型複合燐酸鉄リチウムを添着させるという構造を採用する場合の「平均粒径」の値も、上記と同様に妥当する。つまり、この場合であったとしても、活物質粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離の平均を意味する。   In addition, the value of the “average particle diameter” when the positive electrode active material according to the present invention adopts a structure in which olivine-type composite lithium iron phosphate is attached to at least a part of the surface of the composite lithium manganate is also as described above. The same applies. That is, even in this case, it means the average of the maximum distances among the distances between any two points on the contour line of the active material particles.

さらに、上記アスペクト比が1ではない形状であっても、活物質粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離の平均を意味する。   Further, even if the aspect ratio is not 1, the average of the maximum distance among the distances between any two points on the contour line of the active material particles is meant.

また、前記「少なくとも一部」と記載したのは、複合マンガン酸リチウムの表面の全体に、オリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されていなくても許容されるという意味を表すためである。   In addition, the term “at least part” is used to indicate that the entire surface of the composite lithium manganate is acceptable even if the olivine-type composite lithium iron phosphate is not attached.

上述の通り、複合マンガン酸リチウムの表面の全体に亘ってオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されることが好ましい。そのためには、前記オリビン型複合燐酸鉄リチウムの平均粒径Aが、複合マンガン酸リチウムの平均粒径Bより小さいと、複合マンガン酸リチウムの表面の全体に亘って添着されやすい。   As described above, it is preferable that the olivine-type composite lithium iron phosphate is attached over the entire surface of the composite lithium manganate. For this purpose, when the average particle size A of the olivine-type composite lithium iron phosphate is smaller than the average particle size B of the composite lithium manganate, it is easy to be attached over the entire surface of the composite lithium manganate.

さらに、複合マンガン酸リチウムの表面の全体に亘って添着させるためには、
前記平均粒径Aと、前記平均粒径Bとの関係が、下記式(1):
Furthermore, in order to attach over the entire surface of the composite lithium manganate,
The relationship between the average particle diameter A and the average particle diameter B is expressed by the following formula (1):

Figure 2009093924
Figure 2009093924

を満足するとよい。 It is good to satisfy.

A=B×0.5の時に、複合マンガン酸リチウムの表面の全体に亘ってオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着され、A/Bの値が小さくなるほど、図2に示されるように、複合マンガン酸リチウムの表面にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが厚くかつ密に被覆される。すなわち、上記式1を満足すれば、複合マンガン酸リチウムの粒子の表面全体をオリビン型燐酸鉄リチウムで覆うことができる。   When A = B × 0.5, the olivine-type composite iron iron phosphate is attached over the entire surface of the composite lithium manganate, and as the value of A / B decreases, the composite manganese as shown in FIG. The olivine type composite lithium iron phosphate is thickly and densely coated on the surface of the lithium oxide. That is, if the above formula 1 is satisfied, the entire surface of the composite lithium manganate particles can be covered with olivine-type lithium iron phosphate.

また、オリビン型複合燐酸鉄リチウムが、複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部に添着しているか否かは、種々の方法にて判断できるが、例えば、TEM観察といった方法を用いることができる。TEM観察との方法を使用した場合、元素分布測定すれば、オリビン型複合燐酸鉄リチウムが、複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部に添着しているか否かを判断することができる。   Whether or not the olivine-type composite lithium iron phosphate is attached to at least a part of the surface of the composite lithium manganate can be determined by various methods. For example, a method such as TEM observation can be used. When the method of TEM observation is used, it is possible to determine whether or not the olivine-type composite lithium iron phosphate is attached to at least a part of the surface of the composite lithium manganate by measuring the element distribution.

かような本発明に係る電極を用いることで、充電の末期で正極の電位を速やかに上昇させることができる。すなわち、本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。また、黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。つまり、本発明に係る電極を用いることで、上記所望の効果が得られ、ひいては、サイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れた電池を構築できる。   By using such an electrode according to the present invention, the potential of the positive electrode can be quickly increased at the end of charging. That is, by using the positive electrode active material according to the present invention, the Li insertion reaction into graphite is accelerated, and even when the battery is rapidly charged with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase, and the sufficient charge capacity Is obtained. In addition, since the Li insertion reaction into graphite is fast, cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the negative electrode active material graphite. That is, by using the electrode according to the present invention, the desired effect can be obtained, and as a result, a battery excellent in cycle characteristics, coulomb efficiency and charge capacity can be constructed.

以上第1実施形態につき、その効果を以下に纏める。   The effects of the first embodiment are summarized below.

・本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。   -By using the positive electrode active material according to the present invention, the insertion reaction of Li into graphite is accelerated, and even when charged rapidly with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase and sufficient charging capacity is obtained. can get.

・黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。   -Since the insertion reaction of Li into graphite is fast, the cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the graphite of the negative electrode active material.

・かような電極を用いることでサイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れた電池を構築できる。   -By using such an electrode, it is possible to construct a battery with excellent cycle characteristics, coulomb efficiency and charge capacity.

<第2実施形態>
第2実施形態は、本発明に係るリチウムイオン二次電池用電極を用いた、リチウムイオン二次電池である。
Second Embodiment
2nd Embodiment is a lithium ion secondary battery using the electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on this invention.

本発明に係る各活物質は、それぞれ、正極集電体および負極集電体の表面に形成され、非双極型(内部並列接続タイプ)のリチウムイオン二次電池に用いられうる。ここで、非双極型リチウムイオン二次電池につき図面を用いて簡単に説明するが、決してこれらに制限されるべきものではない。   Each active material according to the present invention is formed on the surfaces of a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, and can be used for a non-bipolar (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery. Here, the non-bipolar lithium ion secondary battery will be briefly described with reference to the drawings, but should not be limited to these.

図3は、本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である、積層型の非双極型リチウムイオン二次電池(以下、単にリチウムイオン電池とも称する)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。なお、積層の数にも特に制限はなく、例えば、好ましくは5〜30層、より好ましくは10〜25層である。   FIG. 3 schematically shows the overall structure of a stacked non-bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a lithium ion battery), which is a typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention. FIG. In addition, there is no restriction | limiting in particular also in the number of lamination | stacking, For example, Preferably it is 5-30 layers, More preferably, it is 10-25 layers.

図3に示すように、本実施形態の非双極型リチウムイオン二次電池10aでは、電池外装材22に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合する。かようにして発電要素(電池要素)17を収納し密封した構成を有する。発電要素17は、以下のように構成要素は以下でありうる。   As shown in FIG. 3, in the non-bipolar lithium ion secondary battery 10 a of this embodiment, a laminate film composed of a polymer and a metal is used for the battery outer packaging material 22, and the entire periphery is heat-sealed. And join. Thus, the power generation element (battery element) 17 is housed and sealed. The power generation element 17 can be configured as follows.

正極集電体の両面に、それぞれ、正極(正極活物質層)12が形成された正極板、電解質層13、負極集電体14の両面(発電要素の最下層及び最上層用は片面)に負極(負極活物質層)15が形成された負極板である。また、発電要素17は、これらが積層した構成を有している。   On both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode plate on which the positive electrode (positive electrode active material layer) 12 is formed, the electrolyte layer 13, and both surfaces of the negative electrode current collector 14 (one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element) This is a negative electrode plate on which a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 is formed. The power generation element 17 has a configuration in which these are stacked.

この際、一の正極板片面の正極(正極活物質層)12と前記一の正極板に隣接する一の負極板片面の負極(負極活物質層)15とが電解質層13を介して向き合うようにして、正極板、電解質層13、負極板の順に複数積層されている。以下、正極板、電解質層13、負極板の順に積層された一組(電池の最小ユニット)を単電池層(単セル)16とも称する。   At this time, the positive electrode (positive electrode active material layer) 12 on one surface of one positive electrode plate and the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 on one surface of one negative electrode plate adjacent to the one positive electrode plate face each other through the electrolyte layer 13. Thus, a plurality of layers of the positive electrode plate, the electrolyte layer 13, and the negative electrode plate are laminated in this order. Hereinafter, a set (battery minimum unit) in which the positive electrode plate, the electrolyte layer 13 and the negative electrode plate are stacked in this order is also referred to as a single battery layer (single cell) 16.

これにより、隣接する正極(正極活物質層)12、電解質層13、および負極(負極活物質層)15は、一つの単電池層16を構成する。従って、本実施形態の非双極型リチウムイオン二次電池10aは、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素(電池要素;積層体)17の両最外層に位置する最外層負極集電体14aには、いずれも片面のみに負極(負極活物質層)15が形成されている。   As a result, the adjacent positive electrode (positive electrode active material layer) 12, electrolyte layer 13, and negative electrode (negative electrode active material layer) 15 constitute one unit cell layer 16. Therefore, it can be said that the non-bipolar lithium ion secondary battery 10a of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. Note that the negative electrode (negative electrode active material layer) 15 is formed on only one side of the outermost layer negative electrode current collector 14 a located in both outermost layers of the power generation element (battery element; laminate) 17.

また、上記の各電極板(正極板及び負極板)と導通される正極タブ18および負極タブ19が、正極端子リード20および負極端子リード21を介して各電極板の正極集電体11及び負極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられている。これにより正極タブ18および負極タブ19は、上記熱融着部に挟まれて上記の電池外装材22の外部に露出される構造を有している(図4も参照のこと)。   Further, the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 that are electrically connected to the respective electrode plates (positive electrode plate and negative electrode plate) are connected to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode of each electrode plate via the positive electrode terminal lead 20 and the negative electrode terminal lead 21. It is attached to the current collector 14 by ultrasonic welding or resistance welding. Thus, the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 have a structure that is sandwiched between the heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery outer packaging material 22 (see also FIG. 4).

[活物質層]
活物質層は本発明に係る活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
[Active material layer]
An active material layer contains the active material which concerns on this invention, and further contains another additive as needed.

正極活物質層12は、本発明に係る正極活物質を含む。本発明に係る正極活物質の具体的な説明は、上記にて行ったため、ここでは割愛する。なお、正極活物質層12の厚み方向の厚さは、好ましくは10〜500μm、より好ましくは、20〜250μmである。   The positive electrode active material layer 12 includes a positive electrode active material according to the present invention. Since the specific description of the positive electrode active material according to the present invention has been given above, it is omitted here. The thickness of the positive electrode active material layer 12 in the thickness direction is preferably 10 to 500 μm, more preferably 20 to 250 μm.

負極活物質層15は、本発明に係る負極活物質を含む。本発明に係る負極活物質の具体的な説明は、上記にて行ったため、ここでは割愛する。なお、負極活物質層15の厚み方向の厚さは、好ましくは10〜500μm、より好ましくは、20〜250μmである。   The negative electrode active material layer 15 includes the negative electrode active material according to the present invention. Since the specific description of the negative electrode active material according to the present invention has been made above, it is omitted here. The thickness in the thickness direction of the negative electrode active material layer 15 is preferably 10 to 500 μm, more preferably 20 to 250 μm.

また、活物質層は、その他の添加剤を含んでもよい。   The active material layer may contain other additives.

正極活物質層12および負極活物質層15に含まれうる添加剤としては、例えば、バインダ、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。   Examples of the additive that can be included in the positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 15 include a binder, a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), and an ion conductive polymer.

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、SBRとCMC、アクリロニトリル、ポリイミド、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), SBR and CMC, acrylonitrile, polyimide, and a synthetic rubber binder.

導電助剤とは、正極活物質層12または負極活物質層15の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維、黒鉛などの炭素材料が挙げられる。また、金属粉も導電助剤として好適に用いられうる。本発明に係る活物質層(12、15)が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。   The conductive auxiliary agent is an additive that is blended to improve the conductivity of the positive electrode active material layer 12 or the negative electrode active material layer 15. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, vapor-grown carbon fiber, and graphite. Moreover, metal powder can also be used suitably as a conductive support agent. When the active material layer (12, 15) according to the present invention contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層12および負極活物質層15中に含まれるこれら成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of these components contained in the positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 15 is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.

[電解質層]
電解質層は、液体、ゲル、固体のいずれであってもよい。電解質層として固体電解質(詳しくは、後述するが、高分子ゲル電解質、固体高分子型電解質、無機固体型電解質すべてを含めるものとする)を用いることにより漏液を防止することが可能となる。 電解質層としてゲルポリマー電解質層(高分子ゲル電解質)を用いることで、電解質の流動性がなくなり、集電体への電解質の流出をおさえ、各層間のイオン伝導性を遮断することが可能になる。ゲル電解質のホストポリマーとしては、PEO、PPO、PVdF、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVdF−HFP)、PAN、PMA、PMMAなどがあげられる。また、可塑剤としては通常リチウムイオン電池に用いられる電解液を用いることが可能である。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer may be liquid, gel, or solid. Liquid leakage can be prevented by using a solid electrolyte (which will be described later in detail, including a polymer gel electrolyte, a solid polymer electrolyte, and an inorganic solid electrolyte, as described later) as the electrolyte layer. By using a gel polymer electrolyte layer (polymer gel electrolyte) as the electrolyte layer, the fluidity of the electrolyte is lost, the electrolyte is prevented from flowing out to the current collector, and the ionic conductivity between the layers can be blocked. . Examples of the gel electrolyte host polymer include PEO, PPO, PVdF, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), PAN, PMA, and PMMA. Moreover, as a plasticizer, it is possible to use the electrolyte solution normally used for a lithium ion battery.

上記ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)は、PEO、PPOなどの全固体型高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含ませることにより作製される。PVdF、PAN、PMMAなど、リチウムイオン伝導性をもたない高分子の骨格中に、電解液を保持させたものもゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)にあたる。ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)を構成するポリマーと電解液との比率は、特に限定されない。ポリマー100%を全固体高分子電解質、電解液100%を液体電解質とすると、その中間体はすべてゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)の概念に含まれる。また、セラミックなどの無機固体などイオン伝導性を持つ無機固体型電解質も全固体型電解質にあたる。よって、上記高分子ゲル電解質、固体高分子型電解質、無機固体型電解質すべてを含めて固体電解質とする。   The gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte) is produced by including an electrolyte solution usually used in a lithium ion battery in an all solid polymer electrolyte such as PEO or PPO. PVdF, PAN, PMMA, and the like, in which the electrolyte solution is held in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity, also corresponds to the gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte). The ratio of the polymer constituting the gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte) and the electrolytic solution is not particularly limited. When 100% of the polymer is an all solid polymer electrolyte and 100% of the electrolyte is a liquid electrolyte, all of the intermediates are included in the concept of gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte). An inorganic solid electrolyte having ion conductivity such as an inorganic solid such as ceramic corresponds to the all solid electrolyte. Therefore, the polymer gel electrolyte, the solid polymer electrolyte, and the inorganic solid electrolyte are all included in the solid electrolyte.

電解質層としては、具体的には、従来公知の材料として、(a)高分子ゲル電解質(ゲルポリマー電解質)、(b)全固体高分子電解質(高分子固体電解質、無機固体型電解質)、(c)液体電解質(電解液)または(d)これら電解質を含浸させたセパレータ(不織布セパレータを含む)を用いることができる。   Specifically, as the electrolyte layer, conventionally known materials include (a) polymer gel electrolyte (gel polymer electrolyte), (b) all solid polymer electrolyte (polymer solid electrolyte, inorganic solid electrolyte), ( c) Liquid electrolytes (electrolytic solutions) or (d) separators impregnated with these electrolytes (including nonwoven fabric separators) can be used.

(a)ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)
ゲルポリマー電解質(高分子ゲル電解質)とは、ポリマーマトリックス中に電解液を保持させたものをいう。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、導電性高分子膜などの集電体層への電解質の流出をおさえ、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。
(A) Gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte)
The gel polymer electrolyte (polymer gel electrolyte) refers to an electrolyte solution held in a polymer matrix. By using a gel polymer electrolyte as the electrolyte, the fluidity of the electrolyte is lost, and it is easy to cut off the ionic conductivity between each layer by suppressing the outflow of the electrolyte to the current collector layer such as a conductive polymer film. Is excellent.

高分子ゲル電解質として用いるポリマーマトリックス(高分子)ないしゲル電解質のホストポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PEO)、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVdF−HFP)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)およびそれらの共重合体が望ましく、中でもPEO、PPOおよびそれらの共重合体、あるいは、PVdF−HFPを用いることが望ましい。また、可塑剤としては通常リチウムイオン電池に用いられる電解液を用いることが可能である。かかる電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものであり、電解質としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種が、溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)およびそれらの混合物が望ましい。 Examples of the polymer matrix (polymer) used as the polymer gel electrolyte or the host polymer of the gel electrolyte include polymers having polyethylene oxide in the main chain or side chain (PEO), polymers having polypropylene oxide in the main chain or side chain ( PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP), poly (methyl methacrylate) ( PMMA) and copolymers thereof are desirable, and among them, PEO, PPO and copolymers thereof, or PVdF-HFP is desirably used. Moreover, as a plasticizer, it is possible to use the electrolyte solution normally used for a lithium ion battery. And such electrolyte, which electrolyte salt dissolved in a solvent, as the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anions such as As a solvent, at least one selected from organic acid anion salts such as ionic salt, LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, etc. Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) and mixtures thereof are preferred.

本発明におけるゲル電解質中の電解液の割合としては、特に制限されるべきものではないが、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。本発明では、電解液の割合が70質量%以上の、電解液が多いゲル電解質について、特に効果がある。   The ratio of the electrolytic solution in the gel electrolyte in the present invention is not particularly limited, but is preferably about several mass% to 98 mass% from the viewpoint of ionic conductivity. The present invention is particularly effective for a gel electrolyte having a large amount of electrolytic solution in which the proportion of the electrolytic solution is 70% by mass or more.

(b)全固体型電解質(全固体高分子電解質、高分子固体電解質、無機固体型電解質)
電解質として全固体型電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、集電体層への電解質の流出がなくなり各層間のイオン伝導性を遮断することが可能になる点で優れている。
(B) All solid electrolyte (all solid polymer electrolyte, polymer solid electrolyte, inorganic solid electrolyte)
The use of an all solid electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost, the electrolyte does not flow out to the current collector layer, and the ion conductivity between the layers can be blocked.

全固体高分子電解質としては、例えば、PEO、PPO、これらの共重合体などの公知の固体高分子電解質、セラミックなどのイオン伝導性を持つ無機固体型電解質が挙げられる。固体高分子電解質中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。リチウム塩としては、LiBF、LiPF、LiN(SOCF、LiN(SO、またはこれらの混合物などが使用できる。 Examples of the all solid polymer electrolyte include known solid polymer electrolytes such as PEO, PPO, and copolymers thereof, and inorganic solid electrolytes having ion conductivity such as ceramics. The solid polymer electrolyte contains a lithium salt in order to ensure ionic conductivity. As the lithium salt, LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , or a mixture thereof can be used.

(c)液体電解質(電解液)
電解液とは、電解質塩を溶媒に溶かしたものが挙げられる。ここで、電解質としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種が、溶媒としては、EC、PC、GBL、DMC、DECおよびそれらの混合物が望ましい。
(C) Liquid electrolyte (electrolyte)
Examples of the electrolytic solution include those obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent. Here, as the electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 SO 3, Li ( CF 3 SO 2 ) At least one selected from organic acid anion salts such as 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and the solvent is EC, PC, GBL, DMC, DEC and mixtures thereof Is desirable.

(d)上記電解質を含浸させたセパレータ(不織布セパレータを含む)
セパレータに含浸させることのできる電解質としては、既に説明した(a)〜(c)と同様のものを用いることができる。
(D) Separator impregnated with the electrolyte (including non-woven separator)
As the electrolyte that can be impregnated in the separator, the same electrolytes as those already described (a) to (c) can be used.

上記セパレータとしては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートおよび不織布を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet and a nonwoven fabric made of a polymer that absorbs and holds the electrolyte.

多孔性シートとしては、例えば、微多孔質セパレータを用いることができる。該ポリマーとしては、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;PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミド、アラミドが挙げられる。上記セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。上記セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)、その空孔率は20〜80%であることが望ましい。   As the porous sheet, for example, a microporous separator can be used. Examples of the polymer include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); laminates having a three-layer structure of PP / PE / PP, polyimide, and aramid. The thickness of the separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. In applications such as a secondary battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and a fuel cell vehicle (FCV), the thickness is preferably 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. The separator preferably has a fine pore size of 1 μm or less (usually a pore size of about several tens of nm) and a porosity of 20 to 80%.

不織布としては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。不織布セパレータの空孔率は50〜90%であることが好ましい。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。厚さが5μm未満では電解質の保持性が悪化し、200μmを超える場合には抵抗が増大することになる。   As the nonwoven fabric, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known materials such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. The porosity of the nonwoven fabric separator is preferably 50 to 90%. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm. When the thickness is less than 5 μm, the electrolyte retention deteriorates, and when it exceeds 200 μm, the resistance increases.

[シール部]
シール部(周辺絶縁層とも称されている)は、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止するために単電池層の周辺部に配置されている(図3では、図示せず)。シール部としては、例えば、PE、PPなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミドなどが使用でき、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂が好ましい。
ただし、これらに何ら制限されるものではない。
[Seal part]
The seal (also referred to as the peripheral insulating layer) is used to prevent the adjacent current collectors in the battery from contacting each other and short-circuiting due to slight unevenness at the end of the laminated electrode. It arrange | positions at the peripheral part of the cell layer (it is not shown in FIG. 3). As the seal portion, for example, polyolefin resin such as PE and PP, epoxy resin, rubber, polyimide and the like can be used, and polyolefin resin is preferable from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, film forming property, economy and the like.
However, it is not limited to these.

[タブ(正極タブおよび負極タブ)]
電池外部に電流を取り出す目的で、各集電体に電気的に接続されたタブ(正極タブ18および負極タブ19)が電池外装材の外部に取り出されている。具体的には、図3に示すように各正極集電体11に電気的に接続された正極タブ18と各負極集電体14に電気的に接続された負極タブ19とが、電池外装材22であるラミネートシートの外部に取り出される。
[Tab (positive tab and negative tab)]
Tabs (positive electrode tab 18 and negative electrode tab 19) that are electrically connected to each current collector are taken out of the battery exterior material for the purpose of taking out the current outside the battery. Specifically, as shown in FIG. 3, a positive electrode tab 18 electrically connected to each positive electrode current collector 11 and a negative electrode tab 19 electrically connected to each negative electrode current collector 14 are battery exterior materials. 22 is taken out of the laminate sheet.

タブ(正極タブ18および負極タブ19)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブ18と負極タブ19とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、各集電体11、14を延長することにより正極タブ18および負極タブ19としてもよいし、別途準備した正極タブ18および負極タブ19を各集電体11、14に接続してもよい。   The material which comprises a tab (the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19) is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a tab for lithium ion batteries can be used. As a constituent material of the tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum, copper, and the like are more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Is preferred. Note that the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 may be made of the same material or different materials. Moreover, it is good also as the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 by extending each collector 11,14, and the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 which were prepared separately may be connected to each collector 11,14. .

[正極および負極端子リード]
正極端子リード20および負極端子リード21に関しても、必要に応じて使用する。例えば、各集電体11、14から出力電極端子となる正極タブ18及び負極タブ19を直接取り出す場合には、正極端子リード20および負極端子リード21は用いなくてもよい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
The positive terminal lead 20 and the negative terminal lead 21 are also used as necessary. For example, when the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 serving as output electrode terminals are directly taken out from the current collectors 11 and 14, the positive electrode terminal lead 20 and the negative electrode terminal lead 21 may not be used.

正極端子リード20および負極端子リード21の材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材22から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。   As the material of the positive terminal lead 20 and the negative terminal lead 21, a terminal lead used in a known lithium ion secondary battery can be used. In addition, the part taken out from the battery outer packaging material 22 has a heat insulating property so as not to affect a product (for example, an automobile part, particularly an electronic device, etc.) by touching a peripheral device or wiring and causing a leakage. It is preferable to coat with a heat shrinkable tube or the like.

[電池外装材]
電池外装材22としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができるほか、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた発電要素(電池要素)を覆うことができる袋状のケースを用いることができる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。
[Battery exterior materials]
As the battery exterior member 22, a conventionally known metal can case can be used, and a bag-like case that can cover a power generation element (battery element) using a laminate film containing aluminum can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto.

[リチウムイオン電池の外観構成]
図4は、本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な(非双極型の)リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[External structure of lithium-ion battery]
FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of a laminated flat (non-bipolar) lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the lithium ion battery according to the present invention.

図4に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれる。その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58及び負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図3に示す非双極型の非双極型リチウムイオン二次電池10aの発電要素(電池要素)17に相当するものである。正極(正極活物質層)12、電解質層13および負極(負極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)16が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 4, the stacked flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power from both sides thereof. Has been pulled out. The power generation element (battery element) 57 is encased in the battery exterior material 52 of the lithium ion secondary battery 50. The surroundings are heat-sealed, and the power generation element (battery element) 57 is sealed with the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 pulled out to the outside. Here, the power generation element (battery element) 57 corresponds to the power generation element (battery element) 17 of the non-bipolar non-bipolar lithium ion secondary battery 10a shown in FIG. A plurality of single battery layers (single cells) 16 composed of a positive electrode (positive electrode active material layer) 12, an electrolyte layer 13, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 are laminated.

なお、本発明のリチウムイオン電池は、図4に示すような積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよい。こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよい。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。   Note that the lithium ion battery of the present invention is not limited to a stacked flat shape as shown in FIG. 4, and a wound lithium ion battery may have a cylindrical shape. Good. Such a cylindrical shape may be deformed into a rectangular flat shape. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit.

また、図4に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよい。正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図4に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Further, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 4 is not particularly limited, and the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from the respective sides, and the present invention is not limited to the one shown in FIG. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

また、上述の通り、本発明に係るリチウムイオン二次電池用電極は、双極型の非水電解質二次電池(以下、「双極型電池」とも称する)にも用いることができる。   Further, as described above, the electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention can also be used for a bipolar nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also referred to as “bipolar battery”).

図5は、本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である積層型の扁平な双極型リチウムイオン二次電池での概要を模式的に表した断面概略図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing an outline of a laminated flat bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the lithium ion battery of the present invention.

図5に示す本実施形態の双極型の非水電解質二次電池10bは、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素17が、外装であるラミネートシート22の内部に封止された構造を有する。   The bipolar nonaqueous electrolyte secondary battery 10b of this embodiment shown in FIG. 5 has a structure in which a substantially rectangular battery element 17 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 22 as an exterior. Have

図5に示すように、本実施形態の双極型電池10bの電池要素17は、正極活物質層12と、負極活物質層15とが集電体1のそれぞれの面に形成された双極型電極(図示せず)を複数個有する。各双極型電極は、電解質層13を介して積層されて電池要素17を形成する。この際、一の双極型電極の正極活物質層12と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層15とが電解質層13を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層13が積層されている。   As shown in FIG. 5, the battery element 17 of the bipolar battery 10 b of this embodiment includes a bipolar electrode in which a positive electrode active material layer 12 and a negative electrode active material layer 15 are formed on each surface of the current collector 1. (Not shown). Each bipolar electrode is laminated via an electrolyte layer 13 to form a battery element 17. At this time, each bipolar type is formed such that the positive electrode active material layer 12 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 13. An electrode and an electrolyte layer 13 are laminated.

そして、隣接する正極活物質層12、電解質層13、および負極活物質層15は、一つの単電池層16を構成する。したがって、双極型電池10bは、単電池層16が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層16の外周には、隣接する集電体1間を絶縁するための絶縁層31が設けられている。なお、電池要素17の最外層に位置する集電体(最外層集電体)(11a、14a)には、片面のみに、正極活物質層12(正極側最外層集電体14a)または負極活物質層15(負極側最外層集電体11a)のいずれか一方が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 12, electrolyte layer 13, and negative electrode active material layer 15 constitute one unit cell layer 16. Therefore, it can be said that the bipolar battery 10b has a configuration in which the single battery layers 16 are stacked. In addition, an insulating layer 31 for insulating the adjacent current collectors 1 is provided on the outer periphery of the unit cell layer 16. The current collector (outermost layer current collector) (11a, 14a) located in the outermost layer of the battery element 17 has a positive electrode active material layer 12 (positive electrode side outermost layer current collector 14a) or a negative electrode only on one side. One of the active material layers 15 (the negative electrode side outermost layer current collector 11a) is formed.

さらに、図5に示す双極型電池10bでは、正極側最外層集電体14aが延長されて正極タブ22とされ、外装であるラミネートシート22から導出している。一方、負極側最外層集電体11aが延長されて負極タブ19とされ、同様にラミネートシート22から導出している。   Further, in the bipolar battery 10b shown in FIG. 5, the positive electrode side outermost layer current collector 14a is extended to form a positive electrode tab 22, which is led out from a laminate sheet 22 which is an exterior. On the other hand, the negative electrode side outermost layer current collector 11 a is extended to form a negative electrode tab 19, which is similarly derived from the laminate sheet 22.

[リチウムイオン電池の製造方法]
(活物質スラリー調製工程)
本工程においては、本発明に係る活物質、および必要に応じて他の成分(例えば、バインダ、導電助剤、電解質、重合開始剤など)を、溶媒中で混合して、本発明に係る正極活物質スラリーを調製する。この本発明に係る活物質スラリー中に配合される各成分の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Method of manufacturing lithium ion battery]
(Active material slurry preparation process)
In this step, the active material according to the present invention and, if necessary, other components (for example, a binder, a conductive additive, an electrolyte, a polymerization initiator, etc.) are mixed in a solvent, and the positive electrode according to the present invention. An active material slurry is prepared. Since the specific form of each component blended in the active material slurry according to the present invention is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, detailed description is omitted here.

溶媒の種類や混合手段は特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。溶媒の一例としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどが挙げられる。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を採用する場合には、NMPを溶媒として用いるとよい。   The kind of solvent and the mixing means are not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide and the like. When adopting polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, NMP is preferably used as a solvent.

(塗膜形成工程)
続いて、各集電体を準備し、上記で調製した活物質スラリーを当該集電体の表面に塗布し、乾燥させる。これにより、集電体の表面に本発明に係る正極活物質スラリーからなる塗膜が形成される。この塗膜は、後述するプレス工程を経て、活物質層となる。
(Coating film formation process)
Subsequently, each current collector is prepared, and the active material slurry prepared above is applied to the surface of the current collector and dried. Thereby, the coating film consisting of the positive electrode active material slurry according to the present invention is formed on the surface of the current collector. This coating film becomes an active material layer through a pressing step described later.

準備する集電体の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   The specific form of the current collector to be prepared is as described in the column of the configuration of the electrode of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here.

活物質スラリーを塗布するための塗布手段も特に限定されないが、例えば、自走型コータなどの一般的に用いられている手段が採用されうる。   The application means for applying the active material slurry is not particularly limited, but generally used means such as a self-propelled coater may be employed.

塗膜は、製造される電極における各集電体と活物質層との所望の配置形態に応じて、形成される。例えば、製造される電極が双極型電極の場合、集電体の一方の面に本発明に係る正極活物質を含む塗膜が形成される。なお、他方の面には本発明に係る負極活物質を含む塗膜が形成される。これに対し、双極型でない電極を製造する場合には、本発明に係る正極活物質または本発明に係る負極活物質のいずれか一方を含む塗膜が1枚の集電体の両面に形成される。   A coating film is formed according to the desired arrangement | positioning form of each collector and active material layer in the electrode manufactured. For example, when the manufactured electrode is a bipolar electrode, a coating film containing the positive electrode active material according to the present invention is formed on one surface of the current collector. In addition, the coating film containing the negative electrode active material which concerns on this invention is formed in the other surface. On the other hand, when manufacturing a non-bipolar electrode, a coating film containing either the positive electrode active material according to the present invention or the negative electrode active material according to the present invention is formed on both surfaces of one current collector. The

その後、集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。   Thereafter, the coating film formed on the surface of the current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed.

塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、本発明に係る活物質スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。   The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the application amount of the active material slurry and the volatilization rate of the solvent of the slurry according to the present invention.

塗膜が重合開始剤を含む場合には、さらに重合工程を行うことで、塗膜中のイオン伝導性ポリマーが架橋性基によって架橋される。   When a coating film contains a polymerization initiator, the ion conductive polymer in a coating film is bridge | crosslinked by a crosslinkable group by performing a superposition | polymerization process further.

重合工程における重合処理も特に制限されることはなく、従来公知の知見を適宜参照すればよい。例えば、塗膜が熱重合開始剤(AIBNなど)を含む場合には、塗膜に熱処理を施す。また、塗膜が光重合開始剤(BDKなど)を含む場合には、紫外光などの光を照射する。なお、熱重合のための熱処理は、上記の乾燥工程と同時に行われてもよいし、当該乾燥工程の前または後に行われてもよい。   The polymerization treatment in the polymerization step is not particularly limited, and conventionally known knowledge may be referred to as appropriate. For example, when the coating film contains a thermal polymerization initiator (AIBN or the like), the coating film is subjected to heat treatment. Moreover, when a coating film contains a photoinitiator (BDK etc.), light, such as an ultraviolet light, is irradiated. In addition, the heat processing for thermal polymerization may be performed simultaneously with said drying process, and may be performed before or after the said drying process.

(プレス工程)
続いて、前記塗膜形成工程を経て作製された積層体を積層方向にプレスする。これにより、本発明に係る電池用電極が完成する。この際、プレス条件を調節することにより、活物質層の空隙率が制御されうる。
(Pressing process)
Then, the laminated body produced through the said coating-film formation process is pressed to the lamination direction. Thereby, the battery electrode according to the present invention is completed. At this time, the porosity of the active material layer can be controlled by adjusting the pressing conditions.

プレス処理の具体的な手段やプレス条件は特に制限されず、プレス処理後の活物質層の空隙率が所望の値となるように、適宜調節されうる。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。また、プレス条件(温度、圧力など)も特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。
[リチウムイオン二次電池の充電方法]
本発明に係るリチウムイオン二次電池の充電にも、特に制限はなく、当該分野において従来公知の方法を適宜参照して、あるいはそれらを組み合わせて使用することができる。ただ、本発明に係るリチウムイオン二次電池の充電方法は、定電流定電圧または多段定電流方式によって行われると、特に好ましい。
Specific means and pressing conditions for the press treatment are not particularly limited, and can be appropriately adjusted so that the porosity of the active material layer after the press treatment becomes a desired value. Specific examples of the press process include a hot press machine and a calendar roll press machine. Also, the pressing conditions (temperature, pressure, etc.) are not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate.
[Charging method of lithium ion secondary battery]
There is no restriction | limiting in particular also in the charge of the lithium ion secondary battery which concerns on this invention, It can use it referring to a conventionally well-known method suitably in the said field or combining them. However, the method for charging a lithium ion secondary battery according to the present invention is particularly preferably performed by a constant current constant voltage or multistage constant current method.

ここで定電流定電圧方式または多段定電流方式について、簡単に説明する。定電流定電圧充電方式は、放電状態から充電を開始すると、当初電圧は低いため、定電流充電となる。次第に充電量が増加して、セル電圧が一定の電圧に達すると、ここからは定電圧充電となり、セル電圧が当該一定の電圧を超えないように電流量が絞られる。また、多段定電流方式とはセル電圧が一定の電圧に達すると、定電流値をさらに絞って再度定電流を充電を実施して、これを繰り返すことで定電流値を段階的に小さくして、最終的に所定の小さな定電流値で充電して電流量が絞られる。このように、本発明に係るリチウムイオン二次電池を、定電流定電圧方式または多段定電流方式によって充電すると、急速充電が可能となる。   Here, the constant current constant voltage method or the multistage constant current method will be briefly described. In the constant current constant voltage charging method, when charging is started from a discharged state, the initial voltage is low, and thus constant current charging is performed. When the amount of charge gradually increases and the cell voltage reaches a certain voltage, constant voltage charging starts from here, and the amount of current is reduced so that the cell voltage does not exceed the certain voltage. In the multi-stage constant current method, when the cell voltage reaches a certain voltage, the constant current value is further reduced, the constant current is charged again, and the constant current value is reduced stepwise by repeating this. Finally, the current is reduced by charging with a predetermined small constant current value. As described above, when the lithium ion secondary battery according to the present invention is charged by the constant current constant voltage method or the multistage constant current method, rapid charging becomes possible.

上記のように、本発明に係る電極を用いたことで、充電の末期で正極の電位を速やかに上昇させるリチウムイオン二次電池を提供ことができる。すなわち、本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。また、黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。つまり、かような、本発明に係る電極を用いることで、サイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れた電池を構築できる。   As described above, by using the electrode according to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that quickly increases the potential of the positive electrode at the end of charging. That is, by using the positive electrode active material according to the present invention, the Li insertion reaction into graphite is accelerated, and even when the battery is rapidly charged with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase, and the sufficient charge capacity Is obtained. In addition, since the Li insertion reaction into graphite is fast, cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the negative electrode active material graphite. That is, by using such an electrode according to the present invention, a battery excellent in cycle characteristics, coulomb efficiency and charge capacity can be constructed.

以上第2実施形態につき、その効果を以下に纏める。   The effects of the second embodiment are summarized below.

・本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。   -By using the positive electrode active material according to the present invention, the insertion reaction of Li into graphite is accelerated, and even when charged rapidly with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase and sufficient charging capacity is obtained. can get.

・黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。   -Since the insertion reaction of Li into graphite is fast, the cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the graphite of the negative electrode active material.

・かような電極を用いることでサイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れた電池を構築できる。   -By using such an electrode, it is possible to construct a battery with excellent cycle characteristics, coulomb efficiency and charge capacity.

・本発明に係るリチウムイオン二次電池を、定電流定電圧方式または多段定電流方式によって充電すると、急速充電が可能となる。   -If the lithium ion secondary battery which concerns on this invention is charged by a constant current constant voltage system or a multistage constant current system, rapid charge will be attained.

<第3実施形態>
[組電池]
第3実施形態は、本発明に係るリチウムイオン二次電池を用いた、組電池である。
<Third Embodiment>
[Battery]
The third embodiment is an assembled battery using the lithium ion secondary battery according to the present invention.

本発明の組電池は、本発明のリチウムイオン電池を複数個接続して構成したものである。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。なお、本発明の組電池では、本発明の非双極型リチウムイオン電池と双極型リチウムイオン電池を用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。   The assembled battery of the present invention is constituted by connecting a plurality of lithium ion batteries of the present invention. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series. In the assembled battery of the present invention, the non-bipolar lithium ion battery and the bipolar lithium ion battery of the present invention are used, and a plurality of these are combined in series, in parallel, or in series and in parallel. Can also be configured.

また、図6は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図6Aは組電池の平面図であり、図6Bは組電池の正面図であり、図6Cは組電池の側面図である。   6 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of an assembled battery.

図6に示すように、本発明に係る組電池300は、本発明のリチウムイオン電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成している。この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続している。これにより、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図6Aは、組電池の平面図、図6Aは正面図、図6Cは側面図を示している。作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の非双極型ないし双極型のリチウムイオン電池を接続して組電池250を作成するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。
[組電池の充電方法]
本発明に係る組電池の充電にも、特に制限はなく、当該分野において従来公知の方法を適宜参照して、あるいはそれらを組み合わせて使用することができる。ただ、本発明に係る組電池の充電方法は、定電流定電圧または多段定電流によって行われると、特に好ましい。本発明に係る組電池を、定電流定電圧または多段定電流によって充電すると、急速充電が可能となる。
As shown in FIG. 6, an assembled battery 300 according to the present invention forms a small assembled battery 250 that can be attached and detached by connecting a plurality of lithium ion batteries of the present invention in series or in parallel. A plurality of the detachable small assembled batteries 250 are further connected in series or in parallel. Thereby, the assembled battery 300 having a large capacity and a large output suitable for a power source for driving a vehicle and an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density can be formed. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6A is a front view, and FIG. 6C is a side view. The small assembled battery 250 that can be attached and detached is connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using a connection jig 310. How many non-bipolar or bipolar lithium-ion batteries are connected to create the assembled battery 250, and how many assembled batteries 250 are stacked to produce the assembled battery 300 depends on the vehicle mounted. What is necessary is just to determine according to the battery capacity and output of (electric vehicle).
[Battery charging method]
There is no restriction | limiting in particular also in the charge of the assembled battery which concerns on this invention, It can use it referring to a conventionally well-known method suitably in the said field, or combining them. However, it is particularly preferable that the method for charging an assembled battery according to the present invention is performed with a constant current or a constant voltage or a multistage constant current. When the assembled battery according to the present invention is charged with a constant current or a constant voltage or a multistage constant current, rapid charging becomes possible.

上記のように、本発明に係る電極を用いたことで、充電の末期で正極の電位を速やかに上昇させるリチウムイオン二次電池を含む組電池を提供ことができる。すなわち、本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。また、黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。つまり、かような、本発明に係る電極を用いることで、サイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れた組電池を構築できる。   As described above, by using the electrode according to the present invention, it is possible to provide an assembled battery including a lithium ion secondary battery that quickly increases the potential of the positive electrode at the end of charging. That is, by using the positive electrode active material according to the present invention, the Li insertion reaction into graphite is accelerated, and even when the battery is rapidly charged with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase, and the sufficient charge capacity Is obtained. In addition, since the Li insertion reaction into graphite is fast, cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the negative electrode active material graphite. That is, by using such an electrode according to the present invention, an assembled battery excellent in cycle characteristics, coulomb efficiency, and charging capacity can be constructed.

以上第3実施形態につき、その効果を以下に纏める。   The effects of the third embodiment are summarized below.

・本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。   -By using the positive electrode active material according to the present invention, the insertion reaction of Li into graphite is accelerated, and even when charged rapidly with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase and sufficient charging capacity is obtained. can get.

・黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。   -Since the insertion reaction of Li into graphite is fast, the cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the graphite of the negative electrode active material.

・かような電極を用いることでサイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れた電池を構築できる。   -By using such an electrode, it is possible to construct a battery with excellent cycle characteristics, coulomb efficiency and charge capacity.

・本発明に係るリチウムイオン組電池を、定電流定電圧方式または多段定電流方式によって充電すると、急速充電が可能となる。   -When the lithium ion assembled battery according to the present invention is charged by a constant current constant voltage method or a multistage constant current method, rapid charging becomes possible.

<第4実施形態>
[車両]
第4実施形態は、本発明に係るリチウムイオン二次電池または本発明に係る組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両である。
<Fourth embodiment>
[vehicle]
The fourth embodiment is a vehicle in which the lithium ion secondary battery according to the present invention or the assembled battery according to the present invention is mounted as a motor driving power source.

本発明の車両は、本発明のリチウムイオン電池またはそれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。   The vehicle of the present invention is characterized in that the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of them is mounted.

本発明では、サイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れたリチウムイオン二次電池または組電池を搭載した車両を構成できる。
よって、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本発明のリチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。
In the present invention, a vehicle equipped with a lithium ion secondary battery or an assembled battery excellent in cycle characteristics, coulomb efficiency and charging capacity can be configured.
Therefore, when such a battery is mounted, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV travel distance and an electric vehicle having a long one charge travel distance can be configured. In other words, the lithium ion battery of the present invention or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving a vehicle.

本発明のリチウムイオン二次電池用電極を用いたリチウムイオン二次電池またはそれらを複数個組み合わせてなる組電池を、車両に用いることにより上記に記載の効果を奏する車両となる。   When the lithium ion secondary battery using the lithium ion secondary battery electrode of the present invention or the assembled battery formed by combining a plurality of them is used in a vehicle, a vehicle having the effects described above is obtained.

車両としては、特に制限されないが、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)が挙げられる。また、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   The vehicle is not particularly limited. For example, in the case of a car, a hybrid car, a fuel cell car, an electric car (all are four-wheeled vehicles (passenger cars, commercial vehicles such as trucks and buses, light vehicles, etc.), and two-wheeled vehicles (motorcycles). ) And tricycles). Further, it can be applied to various power sources for other vehicles such as a moving body such as a train, and can also be used as a mounting power source for an uninterruptible power supply.

図7は、本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。   FIG. 7 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of the present invention.

図7に示したように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本発明の組電池を搭載した車両としては、図7に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。   As shown in FIG. 7, in order to mount the assembled battery 300 on a vehicle such as the electric vehicle 400, the battery pack 300 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 400. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 300 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 400 using the assembled battery 300 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance. A vehicle equipped with the assembled battery of the present invention can be widely applied to a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like in addition to an electric vehicle as shown in FIG.

本発明に係る組電池を、定電流定電圧または多段定電流によって充電すると、急速充電が可能となる。   When the assembled battery according to the present invention is charged with a constant current or a constant voltage or a multistage constant current, rapid charging becomes possible.

上記のように、本発明に係る電極を用いたことで、充電の末期で正極の電位を速やかに上昇させるリチウムイオン二次電池または組電池を搭載した車両を提供ことができる。すなわち、本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。また、黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。つまり、かような、本発明に係る電極を用いることで、サイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れたリチウムイオン二次電池または組電池を搭載した車両を構築できる。   As described above, by using the electrode according to the present invention, it is possible to provide a vehicle equipped with a lithium ion secondary battery or an assembled battery that quickly increases the potential of the positive electrode at the end of charging. That is, by using the positive electrode active material according to the present invention, the Li insertion reaction into graphite is accelerated, and even when the battery is rapidly charged with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase, and the sufficient charge capacity Is obtained. In addition, since the Li insertion reaction into graphite is fast, cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the negative electrode active material graphite. That is, by using the electrode according to the present invention, a vehicle equipped with a lithium ion secondary battery or an assembled battery excellent in cycle characteristics, coulomb efficiency, and charging capacity can be constructed.

以上第4実施形態につき、その効果を以下に纏める。   The effects of the fourth embodiment are summarized below.

・本発明に係る正極活物質を用いることで、黒鉛へのLiの挿入反応が早くなり、高レートの電流で急速充電させた場合でも、充電反応時の分極が増大せず充分な充電容量が得られる。   -By using the positive electrode active material according to the present invention, the insertion reaction of Li into graphite is accelerated, and even when charged rapidly with a high rate current, the polarization during the charging reaction does not increase and sufficient charging capacity is obtained. can get.

・黒鉛へのLiの挿入反応が早いため、負極活物質の黒鉛上にLiが析出することなく、サイクル特性やクーロン効率を有意に向上させる。   -Since the insertion reaction of Li into graphite is fast, the cycle characteristics and Coulomb efficiency are significantly improved without Li being deposited on the graphite of the negative electrode active material.

・かような電極を用いることでサイクル特性・クーロン効率や充電容量に優れた車両を構築できる。   -By using such an electrode, it is possible to construct a vehicle with excellent cycle characteristics, coulomb efficiency and charging capacity.

・本発明に係る組電池を、定電流定電圧方式または多段定電流方式によって充電すると、急速充電が可能となる。   -When the assembled battery according to the present invention is charged by a constant current constant voltage method or a multistage constant current method, rapid charging becomes possible.

本発明の作用効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effect of this invention is demonstrated using a following example and a comparative example. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

1.ラミネート外装扁平型電池の作製
様々な条件を変えたラミネート外装扁平型電池を作製し、実施例1〜実施例12とした。
1. Production of Laminated Outer Flat Battery A laminated outer flat battery under various conditions was produced as Example 1 to Example 12.

<実施例1>
(1)正極の作製工程
正極活物質として、2質量%の炭素が被覆された平均粒径1.9μmのLiFePOおよび平均粒径2.0μmのLiMnを用いた。バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電助剤としてアセチレンブラック、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた。正極の組成は、正極活物質:バインダ:導電助剤=86質量%:8質量%:6質量%(正極内に占める炭素の総量)とした。
<Example 1>
(1) Production Step of Positive Electrode As a positive electrode active material, LiFePO 4 having an average particle diameter of 1.9 μm and LiMn 2 O 4 having an average particle diameter of 2.0 μm coated with 2% by mass of carbon were used. Polyvinylidene fluoride (PVdF) was used as the binder, acetylene black was used as the conductive auxiliary agent, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was used as the solvent. The composition of the positive electrode was positive electrode active material: binder: conducting aid = 86% by mass: 8% by mass: 6% by mass (total amount of carbon in the positive electrode).

また、正極活物質の質量比は、以下の通りである。   The mass ratio of the positive electrode active material is as follows.

2質量%の炭素が被覆されたLiFePO:LiMn=90:10
なお、「2質量%の炭素が被覆されたLiFePO」を、以下単に「LiFePO」とする。
LiFePO 4 : LiMn 2 O 4 = 90: 10 coated with 2% by mass of carbon
“LiFePO 4 coated with 2% by mass of carbon” is hereinafter simply referred to as “LiFePO 4 ”.

また、LiFePOとLiMnOとは、粉体同士を混合(粒子単純混合)し、実施例1の正極活物質とした。 LiFePO 4 and LiMn 2 O were mixed with each other (simple particle mixing) to obtain a positive electrode active material of Example 1.

はじめに分散用ミキサーに高純度無水NMPを投入した。次にPVdFを投入し、NMP溶媒に十分に溶解させた。この後、正極活物質、導電助剤を少しずつ投入することで、PVdFの溶解した溶媒になじませた。正極活物質、導電助剤がすべて投入された段階で溶媒を適宜加えて粘度を調節した。なお、当該正極活物質スラリー粘度は、20000cpsであった。   First, high purity anhydrous NMP was charged into a dispersing mixer. Next, PVdF was added and sufficiently dissolved in the NMP solvent. Thereafter, the positive electrode active material and the conductive auxiliary agent were added little by little to make it familiar with the solvent in which PVdF was dissolved. When all of the positive electrode active material and the conductive additive were added, the viscosity was adjusted by adding a solvent as appropriate. In addition, the said positive electrode active material slurry viscosity was 20000 cps.

上記で得られたスラリーを、コーティング装置を用い、正極集電体であるAl箔(膜厚20μm)の片面に31.1mg/cm塗布した。続いて、一定厚さのドクターブレードを用いて正極活物質層の厚さを調整し、ホットスターラー上で乾燥、ロールプレスで密度調整し、正極とした。得られた正極活物質層の厚さは、148μmであった。 The slurry obtained above was applied to 31.1 mg / cm 2 on one side of an Al foil (film thickness 20 μm) as a positive electrode current collector using a coating apparatus. Subsequently, the thickness of the positive electrode active material layer was adjusted using a doctor blade having a constant thickness, dried on a hot stirrer, and the density was adjusted by a roll press to obtain a positive electrode. The thickness of the obtained positive electrode active material layer was 148 μm.

(2)負極の作製工程
負極活物質として、平均粒径10μmのメソカーボンマイクロビーズ(MCMB:大阪ガスケミカル社製、型番MCMB10−28)を用いた。バインダとしてPVdF、溶媒としてNMPを用いた。負極の組成は、負極活物質:バインダ=90質量%:10質量%とした。
(2) Production process of negative electrode Mesocarbon microbeads (MCMB: manufactured by Osaka Gas Chemical Co., model number MCMB10-28) having an average particle diameter of 10 μm were used as the negative electrode active material. PVdF was used as the binder and NMP was used as the solvent. The composition of the negative electrode was negative electrode active material: binder = 90% by mass: 10% by mass.

はじめに分散用ミキサーに高純度無水NMPを投入した。次にPVdFを投入し、NMP溶媒に十分に溶解させた。この後、負極活物質を少しずつ投入することで、PVdFの溶解した溶媒になじませた。負極活物質がすべて投入された段階で溶媒を適宜加えて粘度を調節した。なお、当該負極活物質スラリー粘度は、5000cpsであった。   First, high purity anhydrous NMP was charged into a dispersing mixer. Next, PVdF was added and sufficiently dissolved in the NMP solvent. Thereafter, the negative electrode active material was added little by little to make it fit in the solvent in which PVdF was dissolved. When all of the negative electrode active material was charged, a solvent was appropriately added to adjust the viscosity. The negative electrode active material slurry viscosity was 5000 cps.

上記で得られたスラリーを、コーティング装置を用い、負極集電体であるCu箔(膜厚10μm)の片面に14.8mg/cm塗布した。続いて、一定厚さのドクターブレードを用いて負極活物質層の厚さを調整し、ホットスターラー上で乾燥、ロールプレスで密度調整し、負極とした。得られた負極活物質層の厚さは、104μmであった。 The slurry obtained above was applied to 14.8 mg / cm 2 on one side of a Cu foil (film thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector using a coating apparatus. Subsequently, the thickness of the negative electrode active material layer was adjusted using a doctor blade having a constant thickness, dried on a hot stirrer, and the density was adjusted by a roll press to obtain a negative electrode. The thickness of the obtained negative electrode active material layer was 104 μm.

(3)組み立て工程
正極と、負極とをPE製微多孔膜セパレータを介して積層し、電池外装材であるラミネートフィルム(最外層に表面保護用のPETフィルム、金属フィルム層としてAl箔、熱融着絶縁性フィルム層がポリプロピレンであるラミネートフィルム)の中に収納し、正極集電体、負極集電体をそれぞれセパレータの対向する辺から突出させ、Al製の電極端子、Ni製の端子リードを溶接し、外装のラミネートフィルムに挟み込み正極端子、負極端子をそれぞれ電池の対向する辺から突出させて、周縁部を加熱溶着し、電解質(支持塩:1M LiPF、溶媒:エチレンカーボネート(EC)+ジエチルカーボネート(DEC)(EC:DECの体積比=1:1)を注液し、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
(3) Assembly process A positive electrode and a negative electrode are laminated via a microporous membrane separator made of PE, and a laminate film as a battery exterior material (a PET film for surface protection as an outermost layer, an Al foil as a metal film layer, heat fusion) (Insulating film layer is a laminate film made of polypropylene) and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are projected from the opposing sides of the separator, and the Al electrode terminals and Ni terminal leads are provided. welded, the positive terminal sandwiched laminate film exterior, to project a negative terminal from opposite sides of each cell, and heat welding the peripheral portion, the electrolyte (support salt: 1M LiPF 6, solvent: ethylene carbonate (EC) + Diethyl carbonate (DEC) (EC: DEC volume ratio = 1: 1) was injected to prepare a laminate-coated flat battery.

<実施例2>
正極活物質の組成(質量比)を、LiFePO:LiMn=80:20とし、正極集電体の片面に32.4mg/cm塗布した以外は、実施例1と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Example 2>
The composition (mass ratio) of the positive electrode active material was LiFePO 4 : LiMn 2 O 4 = 80: 20, and the same method as in Example 1 was applied except that 32.4 mg / cm 2 was applied to one surface of the positive electrode current collector. In this way, a laminated exterior flat battery was produced.

<実施例3>
正極活物質の組成(質量比)を、LiFePO:LiMn=70:30とし、正極集電体の片面に33.8mg/cm塗布した以外は、実施例1と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Example 3>
The composition (mass ratio) of the positive electrode active material was LiFePO 4 : LiMn 2 O 4 = 70: 30, and the same method as in Example 1 was applied except that 33.8 mg / cm 2 was applied to one side of the positive electrode current collector. In this way, a laminated exterior flat battery was produced.

<実施例4>
メカノフージョンを用いて複合マンガン酸リチウムの表面にオリビン型複合燐酸鉄リチウムを添着させて正極活物質を作製し、正極集電体の片面に41.0mg/cm塗布した以外は、実施例3と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Example 4>
Example 3 except that a positive electrode active material was prepared by attaching olivine-type composite lithium iron phosphate to the surface of the composite lithium manganate using mechano-fusion, and 41.0 mg / cm 2 was applied to one side of the positive electrode current collector. The laminated exterior flat type battery was produced in the same manner as described above.

ここで、メカノフージョンの条件を記載する。   Here, the conditions of mechano-fusion are described.

ホソカワミクロン社製のAMS−LAB−GMP
・回転数:2500rpm
<実施例5>
正極活物質として、平均粒径1.6μmのLiFePOおよび平均粒径2.0μmのLiMnを用いた以外は、実施例4と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
AMS-LAB-GMP manufactured by Hosokawa Micron
・ Rotation speed: 2500rpm
<Example 5>
A laminated exterior flat battery is manufactured in the same manner as in Example 4 except that LiFePO 4 having an average particle diameter of 1.6 μm and LiMn 2 O 4 having an average particle diameter of 2.0 μm are used as the positive electrode active material. did.

<実施例6>
正極活物質として、平均粒径1.0μmのLiFePOおよび平均粒径2.0μmのLiMnを用いた以外は、実施例4と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Example 6>
A laminated exterior flat battery is manufactured in the same manner as in Example 4 except that LiFePO 4 having an average particle diameter of 1.0 μm and LiMn 2 O 4 having an average particle diameter of 2.0 μm are used as the positive electrode active material. did.

<実施例7>
正極活物質として、平均粒径0.7μmのLiFePOおよび平均粒径2.0μmのLiMnを用いた以外は、実施例4と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Example 7>
A laminated exterior flat battery is manufactured in the same manner as in Example 4 except that LiFePO 4 having an average particle size of 0.7 μm and LiMn 2 O 4 having an average particle size of 2.0 μm are used as the positive electrode active material. did.

<比較例1>
正極活物質として、LiMnを使用せず、平均粒径1.9μmのLiFePOのみを用い、正極集電体の片面に30.0mg/cm塗布した以外は、実施例1と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Comparative Example 1>
The same as Example 1 except that LiMn 2 O 4 was not used as the positive electrode active material, LiFePO 4 having an average particle diameter of 1.9 μm was used, and 30.0 mg / cm 2 was applied to one surface of the positive electrode current collector. Thus, a laminate-coated flat battery was produced.

<比較例2>
正極活物質の組成(質量比)を、LiFePO:LiMn=20:80とした以外は、実施例1と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Comparative example 2>
A laminated exterior flat battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the composition (mass ratio) of the positive electrode active material was LiFePO 4 : LiMn 2 O 4 = 20: 80.

<比較例3>
正極活物質の組成(質量比)を、LiFePO:LiMn=30:70とした以外は、実施例1と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Comparative Example 3>
A laminated exterior flat battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition (mass ratio) of the positive electrode active material was changed to LiFePO 4 : LiMn 2 O 4 = 30: 70.

<比較例4>
正極活物質の組成(質量比)を、LiFePO:LiMn=65:35とした以外は、実施例7と同様の方法を行って、ラミネート外装扁平型電池を作製した。
<Comparative example 4>
A laminated exterior flat battery was produced in the same manner as in Example 7 except that the composition (mass ratio) of the positive electrode active material was changed to LiFePO 4 : LiMn 2 O 4 = 65: 35.

なお、下記に、実施例1〜実施例7、比較例1〜比較例4を纏めたものを表1として示す。   Table 1 shows a summary of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4.

Figure 2009093924
Figure 2009093924

2.評価
(1)初期クーロン効率の測定
<実施例8>
実施例1により、作製されたラミネート外装扁平型電池(以下、単に「電池」とも称する)の初期クーロン効率を測定した。初期クーロン効率の測定は以下の通り行った。
2. Evaluation (1) Measurement of initial coulomb efficiency <Example 8>
According to Example 1, the initial coulomb efficiency of the manufactured laminated exterior flat battery (hereinafter also simply referred to as “battery”) was measured. The initial coulomb efficiency was measured as follows.

70mAで4.20Vまでの定電流定電圧充電を8時間実施して、70mAで2.0Vまでの定電流放電を行った。そして、「初期クーロン効率」は、充電電気量に対する放電電気量の割合として算出した。   Constant current and constant voltage charging up to 4.20 V at 70 mA was performed for 8 hours, and constant current discharging up to 2.0 V at 70 mA was performed. The “initial coulomb efficiency” was calculated as the ratio of the discharge electricity amount to the charge electricity amount.

<実施例9>
実施例2により、作製された電池を用いた以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 9>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8 except that the battery produced according to Example 2 was used.

<実施例10>
実施例3により、作製された電池を用いた以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 10>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8 except that the battery produced according to Example 3 was used.

<実施例11>
実施例2により、作製された電池を用い、4.15Vまでの定電流定電圧充電を実施した以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 11>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8, except that the battery prepared in Example 2 was used and constant current and constant voltage charging up to 4.15 V was performed.

<実施例12>
実施例1により、作製された電池を用い、4.10Vまでの定電流定電圧充電を実施した以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 12>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8, except that the battery prepared according to Example 1 was used and constant current and constant voltage charging up to 4.10 V was performed.

<実施例13>
実施例4により、作製された電池を用いた以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 13>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8 except that the battery produced according to Example 4 was used.

<実施例14>
実施例5により、作製された電池を用いた以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 14>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8 except that the battery produced according to Example 5 was used.

<実施例15>
実施例6により、作製された電池を用いた以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 15>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8 except that the battery produced according to Example 6 was used.

<実施例16>
実施例7により、作製された電池を用いた以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Example 16>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8 except that the battery produced in Example 7 was used.

<比較例5>
比較例1により、作製された電池を用いた以外は、実施例8と同様の方法を用いて初期クーロン効率を測定した。
<Comparative Example 5>
The initial coulomb efficiency was measured using the same method as in Example 8 except that the battery produced in Comparative Example 1 was used.

以下、表2に、実施例8〜16、比較例5の初期クーロン効率を測定した結果をそれぞれ示す。   Hereinafter, Table 2 shows the results of measuring the initial Coulomb efficiency of Examples 8 to 16 and Comparative Example 5, respectively.

Figure 2009093924
Figure 2009093924

(2)サイクル特性の測定
<実施例17>
実施例3により、作製された電池のサイクル特性を測定した。初期クーロン効率の測定は、以下の通り行った。
(2) Measurement of cycle characteristics <Example 17>
According to Example 3, the cycle characteristics of the produced battery were measured. The initial coulomb efficiency was measured as follows.

70mAで4.20Vまでの定電流定電圧充電を8時間実施して、70mAで2.0Vまでの定電流放電を行った。60℃で300サイクル後のサイクル特性(容量維持率:1サイクル目の放電電気量に対する300サイクル目の放電電気量の割合)を測定した。   Constant current and constant voltage charging up to 4.20 V at 70 mA was performed for 8 hours, and constant current discharging up to 2.0 V at 70 mA was performed. Cycle characteristics after 300 cycles at 60 ° C. (capacity retention ratio: ratio of discharge electricity quantity at 300th cycle to discharge electricity quantity at the first cycle) were measured.

<実施例18>
実施例4により、作製された電池のサイクル特性を測定した以外は、実施例17と同様の方法を用いてサイクル特性を測定した。
<Example 18>
The cycle characteristics were measured using the same method as in Example 17 except that the cycle characteristics of the fabricated battery were measured according to Example 4.

<実施例19>
実施例5により、作製された電池のサイクル特性を測定した以外は、実施例17と同様の方法を用いてサイクル特性を測定した。
<Example 19>
The cycle characteristics were measured using the same method as in Example 17 except that the cycle characteristics of the fabricated battery were measured according to Example 5.

<実施例20>
実施例6により、作製された電池のサイクル特性を測定した以外は、実施例17と同様の方法を用いてサイクル特性を測定した。
<Example 20>
The cycle characteristics were measured using the same method as in Example 17 except that the cycle characteristics of the fabricated battery were measured according to Example 6.

<実施例21>
実施例7により、作製された電池のサイクル特性を測定した以外は、実施例17と同様の方法を用いてサイクル特性を測定した。
<Example 21>
The cycle characteristics were measured using the same method as in Example 17 except that the cycle characteristics of the fabricated battery were measured according to Example 7.

<比較例6>
比較例4により、作製された電池のサイクル特性を測定した以外は、実施例17と同様の方法を用いてサイクル特性を測定した。
<Comparative Example 6>
The cycle characteristics were measured using the same method as in Example 17 except that the cycle characteristics of the fabricated battery were measured according to Comparative Example 4.

以下の表4に、実施例17〜実施例21および比較例6の容量維持率を測定した結果をそれぞれ示す。   Table 4 below shows the results of measuring the capacity retention ratios of Examples 17 to 21 and Comparative Example 6, respectively.

Figure 2009093924
Figure 2009093924

(3)初期容量の測定
<実施例22>
実施例1により、作製された電池の初期容量を測定した。初期容量の測定は、以下の通り行った。
(3) Measurement of initial capacity <Example 22>
According to Example 1, the initial capacity of the fabricated battery was measured. The initial capacity was measured as follows.

70mAで4.20Vまでの定電流定電圧充電を8時間実施して、70mAで2.0Vまでの定電流放電を行った。そして、「初期容量」は、70mAで2.0Vまでの定電流放電した際の電気量を算出した。   Constant current and constant voltage charging up to 4.20 V at 70 mA was performed for 8 hours, and constant current discharging up to 2.0 V at 70 mA was performed. And "initial capacity" calculated the electric quantity at the time of constant current discharge to 2.0V at 70mA.

<実施例23>
実施例2により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Example 23>
The initial capacity was measured in the same manner as described in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Example 2.

<実施例24>
実施例3により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Example 24>
The initial capacity was measured in the same manner as described in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Example 3.

<実施例25>
実施例2により、作製された電池を用い、4.15Vまでの定電流定電圧充電を実施した以外は、実施例22と同様の方法を用いて初期容量を測定した。
<Example 25>
The initial capacity was measured using the same method as in Example 22 except that the battery prepared in Example 2 was used and constant current and constant voltage charging up to 4.15 V was performed.

<実施例26>
実施例1により、作製された電池を用い、4.10Vまでの定電流定電圧充電を実施した以外は、実施例22と同様の方法を用いて初期容量を測定した。
<Example 26>
The initial capacity was measured using the same method as in Example 22 except that the battery prepared in Example 1 was used and constant current and constant voltage charging up to 4.10 V was performed.

<実施例27>
実施例4により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Example 27>
The initial capacity was measured in the same manner as in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Example 4.

<実施例28>
実施例5により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Example 28>
The initial capacity was measured in the same manner as in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Example 5.

<実施例29>
実施例6により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Example 29>
The initial capacity was measured in the same manner as in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Example 6.

<実施例30>
実施例7により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Example 30>
The initial capacity was measured in the same manner as in Example 22 except that the initial capacity of the produced battery was measured according to Example 7.

<比較例7>
比較例1により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Comparative Example 7>
The initial capacity was measured in the same manner as described in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Comparative Example 1.

<比較例8>
比較例2により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Comparative Example 8>
The initial capacity was measured in the same manner as described in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Comparative Example 2.

<比較例9>
比較例3により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Comparative Example 9>
The initial capacity was measured in the same manner as described in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Comparative Example 3.

<比較例10>
比較例4により、作製された電池の初期容量を測定した以外は実施例22に記載の方法と同様にして、初期容量の測定を行った。
<Comparative Example 10>
The initial capacity was measured in the same manner as described in Example 22 except that the initial capacity of the fabricated battery was measured according to Comparative Example 4.

以下の表4に、実施例22〜実施例30および比較例7〜比較例10の容量維持率を測定した結果をそれぞれ示す。   Table 4 below shows the results of measuring the capacity retention rates of Example 22 to Example 30 and Comparative Example 7 to Comparative Example 10, respectively.

Figure 2009093924
Figure 2009093924

複合マンガン酸リチウムの表面の一部にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる電極を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the electrode by which the olivine type composite lithium iron phosphate was attached to a part of surface of the composite lithium manganate. 複合マンガン酸リチウムの表面の全体にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる電極を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the electrode by which the olivine type composite lithium iron phosphate was attached to the whole surface of composite lithium manganate. 本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である積層型の扁平な非双極型リチウムイオン二次電池の概要を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an outline of a laminated flat non-bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a lithium ion battery of the present invention. 本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view schematically showing an appearance of a stacked flat lithium ion secondary battery that is a typical embodiment of a lithium ion battery according to the present invention. 本発明のリチウムイオン電池の代表的な一実施形態である積層型の扁平な双極型リチウムイオン二次電池での概要を模式的に表した断面概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an outline of a laminated flat bipolar lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a lithium ion battery of the present invention. 本発明に係る組電池の代表的な実施形態を模式的に表した外観図であって、図6Aは組電池の平面図であり、図6Bは組電池の正面図であり、図6Cは組電池の側面図である。FIG. 6A is an external view schematically showing a typical embodiment of an assembled battery according to the present invention, FIG. 6A is a plan view of the assembled battery, FIG. 6B is a front view of the assembled battery, and FIG. It is a side view of a battery. 本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。It is a conceptual diagram of the vehicle carrying the assembled battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

X 複合マンガン酸リチウム
Y オリビン型複合燐酸鉄リチウム
1 集電体、
10a 非双極型リチウムイオン電池、
10b 双極型リチウムイオン電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12 正極(正極活物質層)、
13 電解質層、
14 負極集電体、
14a 最外層負極集電体、
15 負極(負極活物質層)、
16 単電池層(=電池単位ないし単セル)、
17、57 発電要素(電池要素;積層体)、
18、58 正極タブ、
19、59 負極タブ、
20 正極端子リード、
21 負極端子リード、
22、52 電池外装材(たとえばラミネートフィルム)、
31 絶縁層31、
50 リチウムイオン電池、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
X composite lithium manganate Y olivine-type composite lithium iron phosphate 1 current collector,
10a non-bipolar lithium ion battery,
10b Bipolar lithium ion battery,
11 positive electrode current collector,
11a Outermost layer positive electrode current collector,
12 positive electrode (positive electrode active material layer),
13 electrolyte layer,
14 negative electrode current collector,
14a outermost layer negative electrode current collector,
15 negative electrode (negative electrode active material layer),
16 single cell layer (= battery unit or single cell),
17, 57 Power generation element (battery element; laminate),
18, 58 positive electrode tab,
19, 59 negative electrode tab,
20 positive terminal lead,
21 negative terminal lead,
22, 52 Battery exterior material (for example, laminate film),
31 Insulating layer 31,
50 lithium ion battery,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 Electric car.

Claims (9)

正極集電体および前記正極集電体上に形成されてなる正極活物質を含む正極と、負極集電体および前記負極集電体上に形成されてなる負極活物質を含む負極と、を含むリチウムイオン二次電池用電極であって、
前記負極活物質は、黒鉛であり、
前記正極活物質は、複合マンガン酸リチウムおよびオリビン型複合燐酸鉄リチウムであり、
前記複合マンガン酸リチウムの含有量が、前記オリビン型複合燐酸鉄リチウムと前記複合マンガン酸リチウムの総量に対して30質量%以下である、リチウムイオン二次電池用電極。
A positive electrode including a positive electrode current collector and a positive electrode active material formed on the positive electrode current collector; and a negative electrode including a negative electrode current collector and a negative electrode active material formed on the negative electrode current collector. An electrode for a lithium ion secondary battery,
The negative electrode active material is graphite,
The positive electrode active material is composite lithium manganate and olivine-type composite lithium iron phosphate,
The lithium ion secondary battery electrode, wherein a content of the composite lithium manganate is 30% by mass or less based on a total amount of the olivine-type composite lithium iron phosphate and the composite lithium manganate.
前記正極活物質は、複合マンガン酸リチウムの表面の少なくとも一部にオリビン型複合燐酸鉄リチウムが添着されてなる、請求項1に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the positive electrode active material is formed by attaching olivine-type composite lithium iron phosphate to at least a part of the surface of the composite lithium manganate. 前記オリビン型複合燐酸鉄リチウムの平均粒径A(μm)が、前記複合マンガン酸リチウムの平均粒径B(μm)より小さい、請求項1または2に記載の電極。   The electrode according to claim 1 or 2, wherein an average particle size A (µm) of the olivine-type composite lithium iron phosphate is smaller than an average particle size B (µm) of the composite lithium manganate. 前記平均粒径A(μm)と、前記平均粒径B(μm)との関係が、下記式(1):
Figure 2009093924
を満足する、請求項3に記載の電極。
The relationship between the average particle diameter A (μm) and the average particle diameter B (μm) is expressed by the following formula (1):
Figure 2009093924
The electrode according to claim 3, wherein:
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極を用いてなる、リチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery which uses the electrode of any one of Claims 1-4. 前記リチウムイオン二次電池の充電が、定電流定電圧または多段定電流によって行われる、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein charging of the lithium ion secondary battery is performed by a constant current constant voltage or a multistage constant current. 請求項5または6に記載のリチウムイオン二次電池を用いてなる、組電池。   An assembled battery comprising the lithium ion secondary battery according to claim 5. 前記組電池の充電が、定電流定電圧方式または多段定電流によって行われる、請求項7に記載の組電池。   The assembled battery according to claim 7, wherein charging of the assembled battery is performed by a constant current constant voltage method or a multistage constant current. 請求項5もしくは6に記載のリチウムイオン二次電池または請求項7もしくは8に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両。   A vehicle equipped with the lithium ion secondary battery according to claim 5 or 6 or the assembled battery according to claim 7 or 8 as a motor driving power source.
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