JP2009272120A - Negative electrode material, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material and a negative electrode, capable of composing a lithium-ion secondary battery having a high charge/discharge efficiency and an excellent safety at a high temperature, and to provide a lithium-ion secondary battery equipped with the negative electrode. <P>SOLUTION: The negative electrode material contains a carbon material and a fluororesin and when a total of the carbon material and the fluororesin is 100 mass%, the fluororesin content is 0.5-10 mass% and at least a part of the fluororesin is deposited on a surface of the carbon material. The negative electrode for the lithium-ion secondary battery is provided on a surface of a collector with a negative electrode mixture layer formed with the negative electrode mixture containing styrene butadiene rubber or carboxymethyl cellulose as a binder, and the lithium-ion secondary battery is equipped with the above negative electrode for the lithium-ion secondary battery. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、充放電効率が高く、かつ高温での安全性が良好なリチウムイオン二次電池を構成し得る負極材料および負極、並びに該負極を有するリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a negative electrode material and a negative electrode capable of constituting a lithium ion secondary battery having high charge / discharge efficiency and good safety at high temperatures, and a lithium ion secondary battery having the negative electrode.

非水電解質電池の一種であるリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。   A lithium ion secondary battery, which is a type of nonaqueous electrolyte battery, is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density.

こうしたリチウムイオン二次電池では、使用される携帯機器の高性能化に伴って種々の改良が行われている。例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池の負極活物質として使用する黒鉛材料の表面を、フッ素ガス、NFなどのフッ素化剤で処理することで、リチウムイオン二次電池における高い電流密度での容量低下の抑制低下を図る技術が提案されている。 In such lithium ion secondary batteries, various improvements have been made along with the improvement in performance of portable devices used. For example, Patent Document 1 discloses that a high current in a lithium ion secondary battery is obtained by treating the surface of a graphite material used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery with a fluorinating agent such as fluorine gas or NF 3. Techniques have been proposed for reducing and suppressing the capacity drop due to density.

特開2000−306582号公報JP 2000-306582 A

ところで、リチウムイオン二次電池には、高温に曝された際の安全性も求められ、特に、近年のリチウムイオン二次電池における各種電池特性の向上の要請に伴って、要求される安全性もより高度になっている。こうしたことから、例えば、リチウムイオン二次電池が本来有する容量を良好に生かしつつ、安全性を向上させ得る技術の開発が求められる。   By the way, lithium ion secondary batteries are also required to have safety when exposed to high temperatures, and in particular, with the recent demand for improvement of various battery characteristics in lithium ion secondary batteries, the required safety is also required. It is becoming more advanced. For this reason, for example, development of a technology capable of improving safety while making good use of the capacity originally possessed by the lithium ion secondary battery is required.

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充放電効率が高く、かつ高温での安全性が良好なリチウムイオン二次電池を構成し得る負極材料および負極、並びに該負極を有するリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a negative electrode material and a negative electrode capable of constituting a lithium ion secondary battery having high charge / discharge efficiency and good safety at high temperature, and the negative electrode. It is providing the lithium ion secondary battery which has this.

前記目的を達成し得た本発明の負極材料は、リチウムイオン二次電池の負極に用いられる負極材料であって、炭素材料とフッ素樹脂とを含有しており、前記炭素材料と前記フッ素樹脂との合計を100質量%としたとき、前記フッ素樹脂の含有量が0.5〜10質量%であり、前記フッ素樹脂の少なくとも一部が前記炭素材料の表面に付着していることを特徴とするものである。   The negative electrode material of the present invention that has achieved the above object is a negative electrode material used for a negative electrode of a lithium ion secondary battery, and contains a carbon material and a fluororesin, and the carbon material and the fluororesin When the total amount is 100 mass%, the content of the fluororesin is 0.5 to 10 mass%, and at least a part of the fluororesin is attached to the surface of the carbon material. Is.

また、本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、活物質を含む負極材料と、バインダとしてスチレンブタジエンラバーまたはカルボキシメチルセルロースとを少なくとも含有する負極合剤層が、集電体の片面または両面に形成されたリチウムイオン二次電池用負極であって、前記負極材料に、本発明の負極材料を用いたことを特徴とするものである。   Further, in the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, a negative electrode material layer containing at least a negative electrode material containing an active material and styrene butadiene rubber or carboxymethyl cellulose as a binder is formed on one side or both sides of a current collector. A negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the negative electrode material of the present invention is used as the negative electrode material.

更に、本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用負極を有することを特徴とするものである。   Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention has the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention.

本発明によれば、充放電効率が高く、かつ高温での安全性が良好なリチウムイオン二次電池を構成し得る負極材料および負極、並びに該負極を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池は、充放電効率が高く、高温での安全性が良好である。   According to the present invention, it is possible to provide a negative electrode material and a negative electrode that can form a lithium ion secondary battery having high charge / discharge efficiency and good safety at high temperatures, and a lithium ion secondary battery having the negative electrode. it can. That is, the lithium ion secondary battery of the present invention has high charge / discharge efficiency and good safety at high temperatures.

本発明の負極材料は、リチウムイオン二次電池の負極に用いられるものであって、炭素材料とフッ素樹脂とを含有しており、フッ素樹脂の少なくとも一部が炭素材料の表面に付着しているものである。   The negative electrode material of the present invention is used for a negative electrode of a lithium ion secondary battery, contains a carbon material and a fluororesin, and at least a part of the fluororesin adheres to the surface of the carbon material. Is.

負極材料に係る炭素材料は、リチウムイオン二次電池において、負極活物質として機能するものである。そして、この炭素材料の表面にフッ素樹脂を付着させて負極材料を構成し、これをリチウムイオン二次電池に用いることで、その高温での安全性を高めることができ、また、電池の充放電効率を高めることもできる。   The carbon material according to the negative electrode material functions as a negative electrode active material in the lithium ion secondary battery. Then, a negative electrode material is formed by attaching a fluororesin to the surface of the carbon material, and by using this for a lithium ion secondary battery, safety at the high temperature can be improved, and charging / discharging of the battery is also possible. Efficiency can also be increased.

負極材料に用い得る炭素材料としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛)、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛;ピッチをか焼して得られるコークスなどの易黒鉛化性炭素材料;フルフリルアルコール樹脂(PFA)やポリパラフェニレン(PPP)およびフェノール樹脂を低温焼成して得られる非晶質炭素などの難黒鉛化性炭素材料;などが挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、単位質量あたりの容量や単位体積あたりの容量が大きいことから、黒鉛が特に好ましい。   Examples of carbon materials that can be used for the negative electrode material include graphite such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite, and expanded graphite; graphitizable carbon materials such as coke obtained by calcining pitch; and furfuryl alcohol. Non-graphitizable carbon materials such as amorphous carbon obtained by low-temperature firing of resin (PFA), polyparaphenylene (PPP) and phenol resin, and the like. These may be used alone. Two or more kinds may be used in combination. Among these, graphite is particularly preferable because of its large capacity per unit mass and large capacity per unit volume.

炭素材料が黒鉛の場合、その形態としては、例えば、002面の面間隔(d002 )が0.338nm以下であることが好ましい。これは、結晶性が高い方が後記の負極合剤層を高密度にしやすく、リチウムイオン二次電池の高容量が容易となるからである。 When the carbon material is graphite, for example, the plane spacing (d 002 ) of the 002 plane is preferably 0.338 nm or less. This is because the higher the crystallinity, the higher the density of the negative electrode mixture layer described later, and the higher the capacity of the lithium ion secondary battery.

また、炭素材料が黒鉛のc軸方向の結晶子サイズ(Lc)については、70nm以上が好ましく、80nm以上がより好ましく、90nm以上が更に好ましい。これは、Lcが大きいほうが、充電カーブが平坦になり正極の電位を制御しやすく、また、容量を大きくできるためである。他方、Lcが大きすぎると、特に負極合剤層を高密度にしたときに電池容量が低下する傾向にあるので、Lcは200nm未満であることが好ましい。   Further, the crystallite size (Lc) in the c-axis direction of graphite is preferably 70 nm or more, more preferably 80 nm or more, and further preferably 90 nm or more. This is because the larger the Lc, the flatter the charging curve, the easier to control the positive electrode potential, and the larger the capacity. On the other hand, if Lc is too large, the battery capacity tends to decrease particularly when the negative electrode mixture layer has a high density. Therefore, Lc is preferably less than 200 nm.

更に、炭素材料の平均粒子径は、小さすぎると不可逆容量が大きくなるので、5μm以上であることが好ましく、12μm以上であることがより好ましく、18μm以上であることが更に好ましい。また、負極合剤層の高密度化の観点からは、炭素材料の平均粒子径は、30μm以下であることが好ましく、25μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることが更に好ましい。   Furthermore, since the irreversible capacity | capacitance will become large if the average particle diameter of a carbon material is too small, it is preferable that it is 5 micrometers or more, It is more preferable that it is 12 micrometers or more, It is still more preferable that it is 18 micrometers or more. Moreover, from the viewpoint of increasing the density of the negative electrode mixture layer, the average particle size of the carbon material is preferably 30 μm or less, more preferably 25 μm or less, and further preferably 20 μm or less.

なお、前記の黒鉛の平均粒子径は、水に界面活性剤を入れた液に所定量の炭素材料を入れ、超音波処理を行って分散させ、この分散液を用いてレーザ回折散乱式粒度分布測定装置(Honeywell社製「MICROTRAC」)により測定した粒度分布の小さい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における50%径の値(メディアン径)である。   The average particle diameter of the graphite is determined by adding a predetermined amount of a carbon material to a liquid containing a surfactant in water and dispersing it by ultrasonic treatment, and using this dispersion liquid, a laser diffraction scattering particle size distribution This is a 50% diameter value (median diameter) in a volume-based integrated fraction when an integrated volume is determined from particles having a small particle size distribution measured by a measuring device (“MICROTRAC” manufactured by Honeywell).

負極材料に用い得るフッ素樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(E/TFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ素ゴムなどが挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、PVDFが特に好ましい。   Examples of the fluororesin that can be used for the negative electrode material include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and tetrafluoroethylene. -Hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (E / TFE), polychlorotrifluoroethylene, fluororubber, etc., may be used alone or in combination of two or more May be used in combination. Among these, PVDF is particularly preferable.

負極材料において、炭素材料とフッ素樹脂との合計100質量%中におけるフッ素樹脂の含有量は、フッ素樹脂の使用による作用、すなわち、リチウムイオン二次電池の高温での安全性向上作用や充放電効率の向上作用を確実に発揮させる観点から、0.5質量%以上であり、1質量%以上であることが好ましい。また、負極材料におけるフッ素樹脂量が多すぎると、リチウムイオン二次電池の充放電効率が低下し、電池の設計容量に対して、実際に得られる放電容量が小さくなるため、炭素材料とフッ素樹脂との合計を100質量%中におけるフッ素樹脂の含有量は、10質量%以下であり、8質量%以下であることが好ましい。   In the negative electrode material, the content of the fluororesin in the total of 100% by mass of the carbon material and the fluororesin is the effect of the use of the fluororesin, that is, the safety improving effect and the charge / discharge efficiency at a high temperature of the lithium ion secondary battery. From the viewpoint of reliably exhibiting the improving effect, it is 0.5% by mass or more, and preferably 1% by mass or more. In addition, if the amount of the fluororesin in the negative electrode material is too large, the charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery is reduced, and the actual discharge capacity is smaller than the design capacity of the battery. The content of the fluororesin in the total of 100% by mass is 10% by mass or less, and preferably 8% by mass or less.

なお、負極材料において、フッ素樹脂は、少なくとも一部が炭素材料の表面に付着していればよく、負極材料は、炭素材料の表面に付着していないフッ素樹脂を含んでいてもよいが、負極材料の含むフッ素樹脂の全てが炭素材料の表面に付着していることが好ましい。負極材料において、フッ素樹脂が炭素材料の表面に付着していることは、前記負極材料または前記負極材料を用いて構成した電極(負極)を、クロスセクションポリッシャー(CP)法により切削し、得られた断面を走査型電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分析装置で観察することにより確認することができる。   In the negative electrode material, it is sufficient that at least a part of the fluororesin is attached to the surface of the carbon material. The negative electrode material may include a fluororesin that is not attached to the surface of the carbon material. It is preferable that all of the fluororesin contained in the material adheres to the surface of the carbon material. In the negative electrode material, the fact that the fluororesin adheres to the surface of the carbon material is obtained by cutting the negative electrode material or an electrode (negative electrode) formed using the negative electrode material by a cross section polisher (CP) method. The cross section can be confirmed by observing the cross section with a scanning electron microscope and an energy dispersive X-ray analyzer.

本発明の負極材料は、例えば、以下の方法により調製することができる。まず、炭素材料と、フッ素樹脂を含有する溶液[例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液]とを混練する。   The negative electrode material of the present invention can be prepared, for example, by the following method. First, a carbon material and a solution containing a fluororesin [for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution] are kneaded.

前記の混練は混練物の固形分濃度が高い状態で行うことが望ましく、また、デッドスペースの小さな装置で実施することが望ましく、具体的には、プラネタリーミキサー、ニーダー、二軸混練機などの装置で実施することが望ましい。なお、混練物の固形分濃度については、使用するフッ素樹脂や溶媒の種類、炭素材料粒子の粒度分布などによって変動し得るが、例えば、全体が均等に湿るまで混合したときの状態が粘土状になる程度とすることが望ましい。   The kneading is preferably carried out in a state where the solid content concentration of the kneaded product is high, and is preferably carried out in an apparatus having a small dead space. Specifically, a planetary mixer, a kneader, a twin-screw kneader, etc. It is desirable to implement with an apparatus. The solid content concentration of the kneaded product may vary depending on the type of fluororesin and solvent used, the particle size distribution of the carbon material particles, etc., but for example, the state when mixed until the whole is evenly moistened is clay-like. It is desirable that

次に、前記の混練物を60〜120℃で8〜15時間減圧下で乾燥して、フッ素樹脂溶液に係る溶媒成分を除去する。乾燥には、例えば、バッチ処理で行う場合には真空乾燥機を用いることができ、また、連続処理で行う場合には減圧ゾーンを備えた連続乾燥設備を用いることができる。   Next, the kneaded product is dried under reduced pressure at 60 to 120 ° C. for 8 to 15 hours to remove the solvent component related to the fluororesin solution. For drying, for example, a vacuum dryer can be used when performing batch processing, and a continuous drying facility equipped with a decompression zone can be used when performing continuous processing.

次に、前記の乾燥物を篩に通して粗大な粒子を除去し、本発明の負極材料を得ることができる。   Next, the dried product is passed through a sieve to remove coarse particles, and the negative electrode material of the present invention can be obtained.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、活物質を含む負極材料と、バインダとしてスチレンブタジエンラバー(SBR)またはカルボキシメチルセルロース(CMC)とを少なくとも含有する負極合剤層が、集電体の片面または両面に形成されたものであり、負極材料に本発明の負極材料を使用する。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention has a negative electrode material layer containing at least a negative electrode material containing an active material and styrene butadiene rubber (SBR) or carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder. Alternatively, it is formed on both surfaces, and the negative electrode material of the present invention is used as the negative electrode material.

バインダには、SBR、CMCのいずれか一方のみを使用してもよく、両者を併用してもよい。   As the binder, only one of SBR and CMC may be used, or both may be used in combination.

本発明の負極は、例えば、本発明の負極材料と、バインダと、必要に応じて導電助剤とを含む負極合剤を、溶剤に分散させて負極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を調製し、これを集電体の片面または両面に塗布し乾燥した後に、プレス処理により厚みや密度を調整しつつ負極合剤層を形成する工程を経て作製される。負極合剤含有組成物に用いる溶剤としては、例えば、水;NMP、トルエン、キシレンなどの有機溶剤;などが挙げられる。また、負極合剤含有組成物の調製に当たっては、バインダは予め有機溶剤や水に溶解させた溶液または分散させた懸濁液を用い、これらを負極材料などと混合することが好ましい。更に、負極には、導電助剤は使用してもよく、使用しなくてもよい。導電助剤としては、例えば、後述する正極用の導電助剤と同じものが使用できる。なお、負極の作製方法はこれに限定される訳ではなく、他の方法を採用しても構わない。   The negative electrode of the present invention is, for example, a negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.) by dispersing a negative electrode mixture containing the negative electrode material of the present invention, a binder, and, if necessary, a conductive additive in a solvent. Is prepared and applied to one or both sides of the current collector and dried, followed by a step of forming a negative electrode mixture layer while adjusting the thickness and density by pressing. Examples of the solvent used in the negative electrode mixture-containing composition include water; organic solvents such as NMP, toluene, and xylene; In preparing the negative electrode mixture-containing composition, it is preferable to use a solution previously dissolved or dispersed in an organic solvent or water as a binder, and mix these with a negative electrode material or the like. Furthermore, a conductive additive may or may not be used for the negative electrode. As a conductive support agent, the same thing as the conductive support agent for positive electrodes mentioned later can be used, for example. Note that the method for manufacturing the negative electrode is not limited to this, and other methods may be adopted.

負極合剤層を構成する負極合剤の組成としては、本発明の負極材料を97〜99質量%、バインダであるSBRまたはCMC(両者を併用する場合には、その合計)を1〜3質量%とし、導電助剤を使用する場合には、その量を0.5〜1質量%とすることが好ましく、例えば、前記の負極合剤含有組成物を調製する際に、これらの各成分の含有比率を調整することが推奨される。   The composition of the negative electrode mixture constituting the negative electrode mixture layer is 97 to 99% by mass of the negative electrode material of the present invention, and SBR or CMC as a binder (the total when both are used in combination) of 1 to 3% by mass. When the conductive auxiliary is used, the amount is preferably 0.5 to 1% by mass. For example, when preparing the above-mentioned negative electrode mixture-containing composition, It is recommended to adjust the content ratio.

負極合剤含有組成物を集電体に塗布する方法としては、例えば、押出しコーター、リバースローラー、ドクターブレード、アプリケーターなどの公知の各種塗布方法が挙げられる。   Examples of a method for applying the negative electrode mixture-containing composition to the current collector include various known application methods such as an extrusion coater, a reverse roller, a doctor blade, and an applicator.

負極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、銅などの金属性導電材料を、網、パンチドメタル、フォームメタルや、板状に加工した箔などが用いられる。負極集電体の厚みは、例えば、5〜30μmであることが好ましい。   As the negative electrode current collector, for example, a metal, a punched metal, a foam metal, a foil obtained by processing a metal conductive material such as aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or copper into a plate shape is used. The thickness of the negative electrode current collector is preferably, for example, 5 to 30 μm.

負極合剤層の厚み(集電体の片面あたりの厚み)は、乾燥後の厚みで、例えば、90〜120μmであることが好ましい。   The thickness of the negative electrode mixture layer (the thickness per one side of the current collector) is the thickness after drying, and is preferably 90 to 120 μm, for example.

また、負極合剤層は、密度が、1.4g/cm以上であることが好ましく、1.5g/cm以上であることがより好ましい。負極合剤層をこのように高密度とすることで、活物質である炭素材料の負極合剤層における充填量を高め、負極の高容量化、すなわちリチウムイオン二次電池の高容量化を図ることができる。ただし、負極合剤層の密度は、高すぎると負極表面に金属リチウムが析出して充放電容量や充放電サイクル特性の低下を引き起こすことがあるため、1.8g/cm以下であることが好ましく、1.7g/cm以下であることがより好ましい。 Further, the negative electrode mixture layer preferably has a density of 1.4 g / cm 3 or more, and more preferably 1.5 g / cm 3 or more. By increasing the density of the negative electrode mixture layer in this manner, the filling amount of the active material carbon material in the negative electrode mixture layer is increased, and the capacity of the negative electrode is increased, that is, the capacity of the lithium ion secondary battery is increased. be able to. However, if the density of the negative electrode mixture layer is too high, metallic lithium may precipitate on the negative electrode surface and cause a decrease in charge / discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics, and therefore may be 1.8 g / cm 3 or less. Preferably, it is 1.7 g / cm 3 or less.

なお、本明細書でいう負極合剤層の密度は、以下の方法により測定される値である。負極を所定面積に切り取り、その質量を最小目盛1mgの電子天秤を用いて測定し、集電体の質量を差し引いて負極合剤層の質量を算出する。一方、前記負極の全厚を最小目盛1μmのマイクロメーターで10点測定し、これらの測定値から集電体の厚みを差し引いた値の平均値と、面積とから、負極合剤層の体積を算出する。そして、前記負極合剤層の質量を前記体積で割ることにより負極合剤層の密度を算出する。   In addition, the density of the negative mix layer as used in this specification is a value measured by the following method. The negative electrode is cut into a predetermined area, the mass is measured using an electronic balance with a minimum scale of 1 mg, and the mass of the negative electrode mixture layer is calculated by subtracting the mass of the current collector. On the other hand, the total thickness of the negative electrode was measured at 10 points with a micrometer having a minimum scale of 1 μm, and the volume of the negative electrode mixture layer was determined from the average value obtained by subtracting the thickness of the current collector from these measured values and the area. calculate. Then, the density of the negative electrode mixture layer is calculated by dividing the mass of the negative electrode mixture layer by the volume.

本発明のリチウムイオン二次電池は、前記の負極を有していればよく、その他の構成・構造については特に制限されず、従来公知のリチウムイオン二次電池で採用されている構成・構造を適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention only needs to have the above-mentioned negative electrode, and other configurations and structures are not particularly limited, and the configurations and structures employed in conventionally known lithium ion secondary batteries are the same. Can be applied.

正極としては、例えば、正極集電体の片面または両面に、正極活物質、導電助剤、およびバインダなどを含有する正極合剤層を形成してなるものが使用できる。正極活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムなど、また、前記各々の化合物のニッケル、コバルト、マンガンの一部を他の元素で置換した化合物、オリビン化合物など、従来公知のリチウム二次電池で用いられている正極活物質を特に制限無く使用することができる。これらの正極活物質は、1種のみで用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   As the positive electrode, for example, one formed by forming a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and the like on one surface or both surfaces of a positive electrode current collector can be used. Examples of the positive electrode active material include lithium cobaltate, nickel cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, nickel cobalt lithium manganate, and the like. A positive electrode active material used in a conventionally known lithium secondary battery, such as a substituted compound or an olivine compound, can be used without particular limitation. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

正極に使用する導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト、カーボンファイバーなどの炭素材料が好ましい。前記の炭素材料の中でも、添加量と導電性の効果、および正極合剤層含有組成物(後述する)の製造性の点から、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイトが特に好ましい。   As the conductive auxiliary agent used for the positive electrode, for example, carbon materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, graphite, and carbon fiber are preferable. Among the carbon materials described above, acetylene black, ketjen black, and graphite are particularly preferable from the viewpoint of the amount of addition and conductivity, and the productivity of the positive electrode mixture layer-containing composition (described later).

正極に使用するバインダとしては、例えば、ポリビニリデンフルオライド系ポリマー(主成分モノマーであるビニリデンフルオライドを80質量%以上含有する含フッ素モノマー群の重合体)、ゴム系ポリマーなどが好適に用いられる。これらのバインダは、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、バインダは、例えば、粉末状のものの他、分散媒に分散した分散体や溶媒に溶解した溶液の形態で供されるものであってもよい。   As the binder used for the positive electrode, for example, a polyvinylidene fluoride polymer (a polymer of a fluorine-containing monomer group containing 80% by mass or more of the main component monomer) is a rubber polymer. . These binders may use only 1 type and may use 2 or more types together. The binder may be provided in the form of a dispersion in a dispersion medium or a solution dissolved in a solvent, in addition to a powdery one.

前記のポリビニリデンフルオライド系ポリマーを合成するための含フッ素モノマー群としては、ビニリデンフルオライド;ビニリデンフルオライドと他のモノマーとの混合物で、ビニリデンフルオライドを80質量%以上含有するモノマー混合物;などが挙げられる。前記の他のモノマーとしては、例えば、ビニルフルオライド、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フルオロアルキルビニルエーテルなどが挙げられる。   Examples of the fluorine-containing monomer group for synthesizing the polyvinylidene fluoride-based polymer include vinylidene fluoride; a mixture of vinylidene fluoride and another monomer, and a monomer mixture containing 80% by mass or more of vinylidene fluoride; Is mentioned. Examples of the other monomer include vinyl fluoride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and fluoroalkyl vinyl ether.

前記のゴム系ポリマーとしては、例えば、SBR、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。   Examples of the rubber-based polymer include SBR, ethylene propylene diene rubber, and fluorine rubber.

正極合剤層における正極活物質の含有量は、好ましくは96質量%以上、より好ましくは97.0質量%以上であって、好ましくは99.4質量%以下、より好ましくは98.0質量%以下である。   The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is preferably 96% by mass or more, more preferably 97.0% by mass or more, preferably 99.4% by mass or less, more preferably 98.0% by mass. It is as follows.

また、正極合剤層中における導電助剤の含有量は、例えば、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.8質量%以上であって、好ましくは18質量%以下、より好ましくは15質量%以下である。正極合剤層中の導電助剤量が少なすぎると、正極の電子伝導性が不十分となって電池の負荷特性が低下することがあり、正極合剤層中の導電助剤量が多すぎると、正極合剤層における活物質の充填量を減少させることになるため、電池の容量が小さくなる虞がある。   Further, the content of the conductive additive in the positive electrode mixture layer is, for example, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8% by mass or more, and preferably 18% by mass or less, more preferably It is 15 mass% or less. If the amount of the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture layer is too small, the electron conductivity of the positive electrode may be insufficient and the load characteristics of the battery may be deteriorated, and the amount of the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture layer is too large. In addition, since the amount of the active material in the positive electrode mixture layer is reduced, the battery capacity may be reduced.

更に、正極合剤層中におけるバインダの含有量は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であって、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。正極合剤層中のバインダの含有量が少なすぎると、正極合剤層の機械的強度が不足し、正極合剤層が集電体から剥離する虞があり、正極合剤層中のバインダの含有量が多すぎると、正極合剤層中の活物質量が減少して、電池の容量が小さくなる虞がある。   Further, the binder content in the positive electrode mixture layer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and preferably 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. It is. If the content of the binder in the positive electrode mixture layer is too small, the mechanical strength of the positive electrode mixture layer is insufficient, and the positive electrode mixture layer may be peeled off from the current collector. If the content is too large, the amount of the active material in the positive electrode mixture layer is decreased, and the capacity of the battery may be reduced.

前記正極合剤層を有する正極は、例えば、前記の正極活物質、導電助剤およびバインダなどを溶剤に分散(一部の成分は溶解してもよい)させて調製した正極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を、集電体の片面または両面に塗布し乾燥した後に、必要に応じてプレス処理をして正極合剤層の厚みや密度を調整することにより作製できる。なお、正極の作製方法はこれに限定される訳ではなく、他の方法を採用しても構わない。正極合剤含有組成物に使用できる溶剤としては、例えば、水;NMP、トルエン、キシレンなどの有機溶剤;が挙げられる。   The positive electrode having the positive electrode mixture layer is, for example, a positive electrode mixture-containing composition prepared by dispersing the positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and the like in a solvent (some components may be dissolved). After applying (paste, slurry, etc.) on one or both sides of the current collector and drying, it can be produced by pressing as necessary to adjust the thickness and density of the positive electrode mixture layer. Note that the method for manufacturing the positive electrode is not limited to this, and other methods may be adopted. Examples of the solvent that can be used in the positive electrode mixture-containing composition include water; organic solvents such as NMP, toluene, and xylene.

正極合剤含有組成物を正極集電体表面に塗布する方法には、前記の負極合剤含有組成物を負極集電体の表面に塗布する方法として例示した各種方法を採用することができる。   As the method for applying the positive electrode mixture-containing composition to the surface of the positive electrode current collector, various methods exemplified as the method for applying the negative electrode mixture-containing composition to the surface of the negative electrode current collector can be employed.

正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンなどの金属性導電材料を、網、パンチドメタル、フォームメタルや、板状に加工した箔などが用いられる。正極集電体の厚みは、例えば、8〜16μmであることが好ましい。   As the positive electrode current collector, for example, a metal, a punched metal, a foam metal, a foil obtained by processing a metal conductive material such as aluminum, stainless steel, or titanium into a plate shape is used. The thickness of the positive electrode current collector is preferably, for example, 8 to 16 μm.

また、正極集電体表面に形成される正極合剤層の厚み(集電体片面あたりの厚み)は、乾燥後の厚みで、例えば、40〜150μmであることが好ましい。   In addition, the thickness of the positive electrode mixture layer formed on the surface of the positive electrode current collector (thickness per side of the current collector) is the thickness after drying, and is preferably 40 to 150 μm, for example.

正極合剤層の密度は、3.75g/cm以上であることが好ましく、3.80g/cm以上であることがより好ましい。このような高密度の正極合剤層を有する正極を用いることで、電池の高容量化を図ることができる。ただし、正極合剤層に関しても密度が大きすぎると、電解液に濡れにくくなり、電池の生産性が低下することがあるため、その密度は、4.1g/cm以下であることが好ましい。正極合剤層の密度は、例えば、正極製造時の前記プレス処理におけるプレス条件の調節により調整できる。ここでいう正極合剤層の密度は、前記の負極合剤層の密度と同じ測定法により測定される価である。 The density of the positive electrode mixture layer is preferably 3.75 g / cm 3 or more, and more preferably 3.80 g / cm 3 or more. By using a positive electrode having such a high-density positive electrode mixture layer, the capacity of the battery can be increased. However, if the density of the positive electrode mixture layer is too large, it is difficult to get wet with the electrolytic solution, and the productivity of the battery may be lowered. Therefore, the density is preferably 4.1 g / cm 3 or less. The density of the positive electrode mixture layer can be adjusted, for example, by adjusting the press conditions in the press process during positive electrode manufacture. The density of the positive electrode mixture layer here is a value measured by the same measurement method as the density of the negative electrode mixture layer.

本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、本発明の負極と前記の正極との間にセパレータを介在させて積層した積層電極体や、更にこの積層電極体を渦巻状に巻回した巻回電極体を、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルメッキを施した鉄やステンレス鋼製などの電池ケース内に挿入し、電解液を注入した後に封口する工程を経て製造される。また、本発明の電池には、通常、電池内部に発生したガスをある一定圧力まで上昇した段階で電池外部に排出して、電池の高圧下での破裂を防止するための従来公知の防爆機構が取り入れられる。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes, for example, a laminated electrode body in which a separator is interposed between the negative electrode of the present invention and the positive electrode, and a winding in which the laminated electrode body is wound in a spiral shape. The electrode body is manufactured by inserting it into a battery case made of aluminum, aluminum alloy, nickel-plated iron or stainless steel, injecting an electrolytic solution, and sealing the battery body. The battery of the present invention usually has a conventionally known explosion-proof mechanism for discharging the gas generated in the battery to the outside of the battery at a stage where the pressure has risen to a certain pressure, and preventing the battery from bursting under high pressure. Is adopted.

正極と負極の間に介在させるセパレータについては特に制限は無く、従来公知のものが適用できる。例えば、厚みが5〜30μmで、開孔率が30〜70%の微多孔性ポリエチレンフィルムまたは微多孔性ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンポリプロピレン複合フィルムなどが好適に用いられる。   There is no restriction | limiting in particular about the separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, A conventionally well-known thing is applicable. For example, a microporous polyethylene film having a thickness of 5 to 30 μm and a porosity of 30 to 70%, a microporous polypropylene film, a polyethylene polypropylene composite film, or the like is preferably used.

電解液としては、有機溶媒にリチウム塩などの電解質を溶解させたものが用いられる。その電解質としては、例えば、一般式LiXF(式中、XはP、As、SbまたはBであり、nはXがP、AsまたはSbのときは6で、XがBのときは4である)で表される無機リチウム塩や含フッ素有機リチウムイミド塩などが挙げられる。これらの電解質は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the electrolytic solution, an organic solvent in which an electrolyte such as a lithium salt is dissolved is used. Examples of the electrolyte include a general formula LiXF n (wherein X is P, As, Sb or B, n is 6 when X is P, As or Sb, and 4 when X is B). Inorganic lithium salts represented by (A) and fluorine-containing organic lithium imide salts. These electrolytes may be used alone or in combination of two or more.

前記電解質を溶解させるため使用する有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、1,2−ジメトキシエタン、1.2−ジエトキシエタン、ジメトキシプロパン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのエステル類;スルフォランなどの含イオウ化合物;フッ化鎖状カーボネート(トリフルオロメチルエチルカーボネートなど)、フッ化環状カーボネート(パーフルオロエチレンカーボネートなど)、フッ化鎖状エーテル(パーフルオロブチルメチルエーテルなど)などの含フッ素溶媒;が挙げられる。これらの有機溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を含む混合溶媒として用いてもよい。前記有機溶媒の中でも、エステル類は、高電圧下においても正極活物質との反応性が少なく貯蔵特性を向上させる効果が大きいことから好ましい。充電時の電解液の安定性向上の観点から、このエステル類は、全電解液溶媒中20体積%以上であることが好ましい。   The organic solvent used for dissolving the electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include 1,2-dimethoxyethane, 1.2-diethoxyethane, dimethoxypropane, 1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, Ethers such as 2-methyltetrahydrofuran; esters such as propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate; sulfur-containing compounds such as sulfolane; fluorinated chain carbonate (trifluoromethylethyl) Carbonates), fluorinated solvents such as fluorinated cyclic carbonates (such as perfluoroethylene carbonate), and fluorinated chain ethers (such as perfluorobutyl methyl ether). These organic solvents may be used alone or as a mixed solvent containing two or more kinds. Among the organic solvents, esters are preferable because they are less reactive with the positive electrode active material even under a high voltage and have a large effect of improving storage characteristics. From the viewpoint of improving the stability of the electrolyte during charging, the esters are preferably 20% by volume or more in the total electrolyte solvent.

電解液中における電解質の濃度としては、異なる2種類以上の電解質を含んでいても、全体として0.4〜1.8mol/lであることが好ましく、0.6〜1.6mol/lであることが特に好ましい。   The concentration of the electrolyte in the electrolyte solution is preferably 0.4 to 1.8 mol / l as a whole, even if two or more different types of electrolytes are included, and is 0.6 to 1.6 mol / l. It is particularly preferred.

本発明のリチウムイオン二次電池は、従来公知のリチウムイオン二次電池と同様の用途に適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention can be applied to the same use as a conventionally known lithium ion secondary battery.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<負極材料の調製>
黒鉛(d002=0.3356nm)にPVDFのNMP溶液[呉羽化学株式会社製「L#1120(商品名)」、固形分濃度12質量%]を、黒鉛とPVDFとの合計中、PVDFが0.5質量%となるように添加し、更に混練が可能になるように適量のNMPを加え、プラネタリーミキサーを用いて減圧状態で1時間混練した。得られた混練物を金属バット上に取り出し、80℃で12時間減圧乾燥した。得られた乾燥物を解砕し、200メッシュ(篩目開き75μm)の篩に通して、負極材料を得た。
Example 1
<Preparation of negative electrode material>
An NMP solution of PVDF [“L # 1120 (trade name) manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd., solid content concentration: 12% by mass]] is added to graphite (d 002 = 0.3356 nm), and PVDF is 0 in the total of graphite and PVDF. The NMP was added so as to be 5% by mass, and an appropriate amount of NMP was added so that kneading was possible, and the mixture was kneaded for 1 hour under reduced pressure using a planetary mixer. The obtained kneaded material was taken out on a metal vat and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 12 hours. The obtained dried product was crushed and passed through a 200 mesh (75 μm sieve opening) sieve to obtain a negative electrode material.

<負極の作製>
SBR懸濁液およびCMC水溶液を、それぞれ固形分が1質量部(すなわち、バインダ固形分全体として2質量部)となるように用意し、前記の負極材料98質量部と混合して負極合剤含有組成物を調製した。この負極合剤含有組成物を、厚みが8μmの銅箔の両面に、アプリケーターを用いて均一に塗布し、その後、ロールプレスで圧延処理して、集電体の両面に負極合剤層を有し、全厚が128μmのシート状負極を作製した。このようにして作製した負極の負極合剤層密度は1.6g/cmであった。
<Production of negative electrode>
Prepare the SBR suspension and the CMC aqueous solution so that the solid content is 1 part by mass (that is, 2 parts by mass as a whole of the binder solid content), and mix with 98 parts by mass of the negative electrode material to contain the negative electrode mixture A composition was prepared. This negative electrode mixture-containing composition was uniformly applied to both sides of a copper foil having a thickness of 8 μm using an applicator, and then rolled with a roll press to have a negative electrode mixture layer on both sides of the current collector. Then, a sheet-like negative electrode having a total thickness of 128 μm was produced. The negative electrode mixture layer density of the negative electrode thus produced was 1.6 g / cm 3 .

<正極の作製>
活物質であるコバルト酸リチウム98質量部、導電助剤であるアセチレンブラック1質量部、およびバインダであるPVDF1質量部と、溶剤であるNMPとを用いて正極合剤含有組成物を調製した。正極合剤含有組成物の調製は、PVDFをNMPに予め溶解しておき、この溶液に前記活物質混合物とアセチレンブラックを加え、攪拌しながら更にNMPを加え、十分に分散させつつ粘度を調整することによって行った。この正極合剤含有組成物を、厚みが15μmのアルミニウム箔の両面に、アプリケーターを用いて均一に塗布し、その後、ロールプレスで圧延処理して、集電体の両面に正極合剤層を有し、全厚が130μmのシート状正極を得た。このようにして作製した正極の正極合剤層密度は、3.85g/cmであった。
<Preparation of positive electrode>
A positive electrode mixture-containing composition was prepared using 98 parts by mass of lithium cobaltate as an active material, 1 part by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, 1 part by mass of PVDF as a binder, and NMP as a solvent. The positive electrode mixture-containing composition is prepared by previously dissolving PVDF in NMP, adding the active material mixture and acetylene black to this solution, adding NMP while stirring, and adjusting the viscosity while sufficiently dispersing. Was done by. This positive electrode mixture-containing composition was uniformly applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm using an applicator, and then rolled with a roll press to have a positive electrode mixture layer on both sides of the current collector. Thus, a sheet-like positive electrode having a total thickness of 130 μm was obtained. The positive electrode mixture layer density of the positive electrode thus prepared was 3.85 g / cm 3 .

<電池の組み立て>
前記の負極および正極にリード体を取り付け、これらを厚みが14μmの微孔性ポリエチレン−ポリプロピレン複合フィルムからなるセパレータを介して重ね、渦巻状に巻回した後加圧して、扁平状の巻回電極体を得た。この巻回電極体に絶縁テープを取り付けた後、外寸が、高さ50mm×幅34mm×厚み4mmの角形(角筒形)の電池ケース内に挿入し、リード体の溶接と、電池ケースの開口端部への封口用蓋板のレーザー溶接を行った。その後、封口用蓋板に設けた電解液注入口から、電池ケース内に電解液を注入し、電解液がセパレータなどに十分に浸透した後、電解液注入口を封止して密閉状態とした。なお、電解液には、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートの1:2(体積比)混合溶媒に、LiPFを1.0mol/lの濃度で溶解したものを用いた。その後、予備充電およびエイジングを行い、図1に示す構造で図2に示す外観を有する角形のリチウムイオン二次電池を得た。
<Battery assembly>
A lead body is attached to the negative electrode and the positive electrode, and these are overlapped via a separator made of a microporous polyethylene-polypropylene composite film having a thickness of 14 μm, wound in a spiral shape, and pressurized to form a flat wound electrode Got the body. After the insulating tape is attached to this wound electrode body, the outer dimensions are inserted into a rectangular (square tube) battery case having a height of 50 mm, a width of 34 mm, and a thickness of 4 mm. Laser welding of the sealing cover plate to the opening end was performed. Thereafter, the electrolyte solution is injected into the battery case from the electrolyte solution injection port provided on the sealing lid plate, and after the electrolyte solution sufficiently penetrates into the separator and the like, the electrolyte solution injection port is sealed and sealed. . Note that the electrolytic solution 1 of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate: 2 (volume ratio) mixed solvent was used LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol / l. Thereafter, precharging and aging were performed to obtain a prismatic lithium ion secondary battery having the structure shown in FIG. 1 and the appearance shown in FIG.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、正極1と負極2は前記のようにセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角形の電池ケース4に電解液と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液などは図示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. The positive electrode 1 and the negative electrode 2 are wound in a spiral shape through the separator 3 as described above, and then pressed so as to become a flat shape. The rotating electrode body 6 is accommodated in a rectangular battery case 4 together with an electrolytic solution. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, an electrolytic solution, and the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated.

電池ケース4はアルミニウム合金製で電池の外装材を構成するものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース4の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状の巻回電極体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The battery case 4 is made of an aluminum alloy and constitutes a battery exterior material. The battery case 4 also serves as a positive electrode terminal. And the insulator 5 which consists of a polyethylene sheet is arrange | positioned at the bottom part of the battery case 4, and from the flat wound electrode body 6 which consists of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3, it is to each one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 The connected positive electrode lead body 7 and negative electrode lead body 8 are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the battery case 4 via a polypropylene insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、この蓋板9は電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に電解液注入口14が設けられており、この電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、電解液注入口14は、電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、電解液注入口14として示している)。更に、蓋板9には、防爆ベント15が設けられている。   And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the battery case 4, and the opening part of the battery case 4 is sealed by welding the joint part of both, and the inside of the battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, an electrolyte solution inlet 14 is provided in the lid plate 9, and the electrolyte solution inlet 14 is welded and sealed by, for example, laser welding or the like with a sealing member inserted. Thus, the sealing property of the battery is ensured (therefore, in the battery of FIGS. 1 and 2, the electrolyte inlet 14 is actually the electrolyte inlet and the sealing member, but the explanation is easy. In order to achieve this, it is shown as an electrolyte inlet 14). Further, the cover plate 9 is provided with an explosion-proof vent 15.

この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって電池ケース4と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery of Example 1, the battery case 4 and the cover plate 9 function as positive terminals by directly welding the positive electrode lead body 7 to the cover plate 9, and the negative electrode lead body 8 is welded to the lead plate 13, The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by conducting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the battery case 4, the sign may be reversed. There is also.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図2では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.

実施例2〜4および比較例1〜4
黒鉛とPVDFのNMP溶液との混合時における黒鉛とPVDFとの合計100質量%中のPVDFの含有量を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして負極材料を調製し、これらの負極材料を用いた以外は実施例1と同様にして負極およびリチウムイオン二次電池を作製した。
Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 4
A negative electrode material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the content of PVDF in the total of 100% by mass of graphite and PVDF at the time of mixing graphite and PVDF with NMP solution was changed as shown in Table 1. A negative electrode and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that these negative electrode materials were used.

実施例1〜4および比較例1〜4のリチウムイオン二次電池について、下記の充放電効率測定、および安全性評価を行った。これらの結果を表1に併記する。   The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were subjected to the following charge / discharge efficiency measurement and safety evaluation. These results are also shown in Table 1.

<充放電効率測定>
実施例1〜4および比較例1〜4のリチウムイオン二次電池について、以下の条件で充放電を行って充電容量および放電容量をそれぞれ求め、充電容量に対する放電容量の割合を初回充放電効率(以下、「充放電効率」という)として評価した。まず各電池を4.2Vまで180mA(0.2C)の定電流で充電後、総充電時間が8時間となるまで4.2Vで定電圧充電し、続いて180mA(0.2C)の定電流で電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電を行った。
<Measurement of charge / discharge efficiency>
About the lithium ion secondary battery of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4, charging / discharging was performed on the following conditions, charge capacity and discharge capacity were calculated | required, respectively, and the ratio of discharge capacity with respect to charge capacity is the initial charge / discharge efficiency ( Hereinafter, it was evaluated as “charge / discharge efficiency”. First, each battery was charged at a constant current of 180 mA (0.2 C) to 4.2 V, then charged at a constant voltage of 4.2 V until the total charging time was 8 hours, and then a constant current of 180 mA (0.2 C). Then, constant current discharge was performed until the battery voltage reached 3.0V.

<安全性評価>
実施例1〜4および比較例1〜4のリチウムイオン二次電池(各5個)について、前記充放電効率測定時と同じ条件で充電を行った。その後、これらの電池を恒温槽に入れ、30℃から150℃まで、毎分5℃の割合で昇温し、その後引き続き150℃で3時間保持し、電池の表面温度を測定した。この試験では、表面の最高温度が180℃以上となった電池を、安全性が劣るものと評価した。
<Safety evaluation>
About the lithium ion secondary battery (each 5 pieces) of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4, it charged on the same conditions as the time of the said charging / discharging efficiency measurement. Thereafter, these batteries were placed in a thermostatic bath, heated from 30 ° C. to 150 ° C. at a rate of 5 ° C. per minute, and then kept at 150 ° C. for 3 hours to measure the surface temperature of the batteries. In this test, a battery having a maximum surface temperature of 180 ° C. or higher was evaluated as inferior in safety.

Figure 2009272120
Figure 2009272120

なお、表1では、負極材料について、黒鉛とPVDFのNMP溶液との混合時における黒鉛とPVDFとの合計100質量%中のPVDFの含有量を、「負極材料におけるフッ素樹脂量」と記載している。   In Table 1, regarding the negative electrode material, the content of PVDF in 100% by mass of graphite and PVDF at the time of mixing graphite and PVDF with an NMP solution is described as “amount of fluororesin in negative electrode material”. Yes.

表1に示すように、実施例1〜4のリチウムイオン二次電池は、充放電効率が高く、また、150℃で3時間保持しても表面温度が180℃を超えることはなく、安全性が良好である。   As shown in Table 1, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 have high charge / discharge efficiency, and even when held at 150 ° C. for 3 hours, the surface temperature does not exceed 180 ° C. and is safe. Is good.

これに対し、フッ素樹脂を含有しないか、またはフッ素樹脂量が少ない負極材料を用いて構成した比較例1〜3のリチウムイオン二次電池は、150℃で3時間保持した際に表面温度が180℃を超えるものがあって安全性が劣っており、また、充放電効率も低い。更に、フッ素樹脂量が多い負極材料を用いて構成した比較例4のリチウムイオン二次電池は、充放電効率が低い。   In contrast, the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 configured using a negative electrode material that does not contain a fluororesin or has a small amount of fluororesin have a surface temperature of 180 when held at 150 ° C. for 3 hours. Some of them exceed ℃, and safety is inferior, and charge / discharge efficiency is low. Furthermore, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 configured using a negative electrode material having a large amount of fluororesin has low charge / discharge efficiency.

本発明のリチウムイオン二次電池の一例を模式的に示す図で、(a)はその平面図、(b)はその部分縦断面図である。It is a figure which shows typically an example of the lithium ion secondary battery of this invention, (a) is the top view, (b) is the fragmentary longitudinal cross-sectional view. 図1に示すリチウムイオン二次電池の斜視図である。It is a perspective view of the lithium ion secondary battery shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (3)

リチウムイオン二次電池の負極に用いられる負極材料であって、
炭素材料とフッ素樹脂とを含有しており、前記炭素材料と前記フッ素樹脂との合計を100質量%としたとき、前記フッ素樹脂の含有量が0.5〜10質量%であり、前記フッ素樹脂の少なくとも一部が前記炭素材料の表面に付着していることを特徴とする負極材料。
A negative electrode material used for a negative electrode of a lithium ion secondary battery,
A carbon material and a fluororesin are contained, and when the total of the carbon material and the fluororesin is 100% by mass, the content of the fluororesin is 0.5 to 10% by mass, and the fluororesin At least a part of which adheres to the surface of the carbon material.
活物質を含む負極材料と、バインダとしてスチレンブタジエンラバーまたはカルボキシメチルセルロースとを少なくとも含有する負極合剤層が、集電体の片面または両面に形成されたリチウムイオン二次電池用負極であって、
前記負極材料に、請求項1に記載の負極材料を用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。
A negative electrode material containing an active material and a negative electrode mixture layer containing at least styrene butadiene rubber or carboxymethyl cellulose as a binder is a negative electrode for a lithium ion secondary battery formed on one or both sides of a current collector,
A negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the negative electrode material according to claim 1 is used as the negative electrode material.
請求項2に記載のリチウム二次電池用負極を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode for a lithium secondary battery according to claim 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103647040A (en) * 2013-11-12 2014-03-19 江苏华东锂电技术研究院有限公司 Electrode slurry, negative electrode and lithium ion battery using negative electrode
CN104201331A (en) * 2014-07-29 2014-12-10 江西世纪长河新电源有限公司 Pole piece of negative pole in lithium ion secondary battery
JP2019523973A (en) * 2016-06-07 2019-08-29 ユニヴェルシテ ド リエージュUniversite De Liege Method for producing an electrode for an electrochemical storage device

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