JP2009295383A - Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents

Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery which has a high capacity, especially, has a high current density and superior charge and discharge characteristics. <P>SOLUTION: A positive electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery includes: a current collector and an active material layer; the active material layer has a first active material layer containing scale-like active material particles; the scale-like active material particles have the bottom part on the current collector side; the head part on the surface side of the first active material layer; and a flat part between the bottom part and the head part. The direction toward the head part from the bottom part is orthogonal to the thickness direction of the flat part. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水電解質二次電池用正極に関し、特に高電流密度において良好な充放電特性を示す非水電解質二次電池用正極に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that exhibits good charge / discharge characteristics at a high current density.

近年、パソコン、携帯電話等の電子機器のモバイル化が急速に進んでいる。これらの電子機器の電源として、小型で軽量かつ高容量な二次電池が必要とされている。このような理由から高エネルギー密度化が可能な非水電解質二次電池の開発が広くなされている。   In recent years, mobile devices such as personal computers and mobile phones are rapidly becoming mobile. As a power source for these electronic devices, a small, light and high capacity secondary battery is required. For these reasons, development of non-aqueous electrolyte secondary batteries capable of increasing energy density has been widely performed.

非水電解質二次電池の更なる高エネルギー密度化を実現するために、高容量な活物質の開発が進められている。また、電極の活物質密度(充填率)を向上させるために様々な取り組みが行われている。例えば、電極の活物質密度を高めるために、導電剤や樹脂製の結着剤を用いずに、集電体表面に活物質を直接堆積させ、緻密な活物質層を形成することが提案されている。更に、高電流密度での充放電特性を向上させるために、活物質の構造を制御する研究が行われている。   In order to achieve higher energy density of nonaqueous electrolyte secondary batteries, development of high-capacity active materials has been underway. Various efforts have been made to improve the active material density (filling rate) of the electrodes. For example, in order to increase the active material density of an electrode, it has been proposed to form a dense active material layer by directly depositing an active material on the current collector surface without using a conductive agent or a resin binder. ing. Furthermore, in order to improve the charge / discharge characteristics at a high current density, research for controlling the structure of the active material has been conducted.

特許文献1は、活物質密度の高い電極を得るために、電子サイクロトロン共鳴スパッタ法により、正極活物質LiCoO2を集電体表面に直接堆積させることを提案しており、全固体電池用の電極として、厚さ2.6μm程度の活物質層を開示している。RF−スパッタ法の成膜速度が2.4nm/minであるのに対して、電子サイクロトロン共鳴スパッタ法の成膜速度は16.6nm/min程度と速くなる。また、電子サイクロトロン共鳴スパッタ法で得られる活物質は、RF−スパッタ法で得られるものより結晶性が比較的高くなり、電池の充放電特性が向上する。 Patent Document 1 proposes that a positive electrode active material LiCoO 2 is directly deposited on the surface of a current collector by an electron cyclotron resonance sputtering method in order to obtain an electrode having a high active material density. As an active material layer having a thickness of about 2.6 μm is disclosed. The film formation rate of the RF-sputtering method is 2.4 nm / min, whereas the film formation rate of the electron cyclotron resonance sputtering method is as high as about 16.6 nm / min. Moreover, the active material obtained by the electron cyclotron resonance sputtering method has a relatively higher crystallinity than that obtained by the RF-sputtering method, and the charge / discharge characteristics of the battery are improved.

特許文献2は、比表面積が大きい活物質粒子を用いて、高電流密度での充放電特性を向上させることを提案している。活物質粒子は、平均粒子径が0.1〜1μmである一次粒子の集合体であり、空隙を含む二次粒子である。この二次粒子は長手方向の平均長さが5〜15μmの棒状または板状である。このような活物質粒子は、比面積が大きく、リチウムイオン伝導パスを十分に確保でき、高電流密度での充放電特性とサイクル特性が良好となる。更に、二次粒子が大きいため、高充填が可能で高容量化が可能となる。   Patent Document 2 proposes to improve charge / discharge characteristics at a high current density by using active material particles having a large specific surface area. The active material particles are aggregates of primary particles having an average particle diameter of 0.1 to 1 μm, and are secondary particles including voids. These secondary particles are rod-shaped or plate-shaped with an average length in the longitudinal direction of 5 to 15 μm. Such active material particles have a large specific area, can sufficiently secure a lithium ion conduction path, and have good charge / discharge characteristics and cycle characteristics at a high current density. Furthermore, since the secondary particles are large, high filling is possible and high capacity is possible.

特許文献3は、気相または液相から集電体に堆積させて形成したFeを含有する柱状構造の膜を正極活物質層とする、高容量でサイクル特性の良好な正極を提案している。スパッタ法などによりK1.4Fe1117等の高容量な活物質を柱状構造で成膜し、充放電に伴う正極活物質の体積の膨張、収縮を膜厚方向へ変化しやすくしている。このようにすることで、充放電サイクルを繰り返しても膜構造が崩れにくく、容量低下を少なくすることが可能となる。
特開2007−5219号公報 特開2004−265806号公報 特開2002−298834号公報
Patent Document 3 proposes a positive electrode with a high capacity and good cycle characteristics using a columnar structure film containing Fe formed by deposition on a current collector from a gas phase or a liquid phase as a positive electrode active material layer. . A high-capacity active material such as K 1.4 Fe 11 O 17 is formed into a columnar structure by sputtering or the like, and the volume expansion and contraction of the positive electrode active material accompanying charge / discharge is easily changed in the film thickness direction. By doing in this way, even if it repeats a charging / discharging cycle, a film | membrane structure does not collapse easily and it becomes possible to reduce a capacity | capacitance fall.
JP 2007-5219 A JP 2004-265806 A JP 2002-29883 A

特許文献1は、全固体電池等に用いられる薄膜電極の製造方法に関する。一般的に、非水電解質二次電池用電極の活物質層は、10μm以上、例えば60μm程度の厚さを有する。特許文献1が提案している電子サイクロトロン共鳴スパッタ法は、RF−スパッタ法よりも成膜速度が速いものの、一般的な厚さの活物質層を形成するには成膜速度が不十分である。さらに、特許文献1の方法で得られる活物質層は緻密な膜であるため、イオン導電パスが形成されにくい。よって、活物質層の厚さが比較的大きい場合、電気化学的な反応が困難になる。   Patent document 1 is related with the manufacturing method of the thin film electrode used for an all-solid-state battery etc. In general, the active material layer of the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery has a thickness of 10 μm or more, for example, about 60 μm. Although the electron cyclotron resonance sputtering method proposed in Patent Document 1 has a higher film formation rate than the RF-sputtering method, the film formation rate is insufficient to form an active material layer having a general thickness. . Furthermore, since the active material layer obtained by the method of Patent Document 1 is a dense film, it is difficult to form an ion conductive path. Therefore, when the thickness of the active material layer is relatively large, the electrochemical reaction becomes difficult.

特許文献2のように、比表面積が大きい活物質粒子を用いた場合、電極を作製するためには導電剤と結着剤とを用いる必要がある。結着剤を用いると、電極の活物質密度が相対的に小さくなるため、電池容量が低下すると考えられる。   When active material particles having a large specific surface area are used as in Patent Document 2, it is necessary to use a conductive agent and a binder in order to produce an electrode. When the binder is used, the active material density of the electrode becomes relatively small, so that the battery capacity is considered to decrease.

特許文献3は、柱状構造を有する正極活物質層に関する。一般的な厚さを有する活物質層の場合、単純な柱状構造とするのみでは、比表面積が小さくなる。また、非水電解質の保液性が不充分であるため、高電流密度での充放電特性が低下すると考えられる。   Patent Document 3 relates to a positive electrode active material layer having a columnar structure. In the case of an active material layer having a general thickness, the specific surface area is reduced only by a simple columnar structure. Further, it is considered that the charge / discharge characteristics at a high current density are deteriorated because the liquid retention of the nonaqueous electrolyte is insufficient.

そこで、本発明は、高容量であり、かつ特に高電流密度で良好な充放電特性を有する非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery that have a high capacity and have particularly good charge / discharge characteristics at a high current density.

本発明は、集電体と、活物質層とを含み、活物質層は、鱗片状活物質粒子を含む第1活物質層を有し、鱗片状活物質粒子は、集電体側の底部、第1活物質層の表面側の頭部および底部と頭部との間の平坦部を有し、底部から頭部に向かう方向が、平坦部の厚さ方向と直交する、非水電解質二次電池用正極を提供する。   The present invention includes a current collector and an active material layer, and the active material layer has a first active material layer including scaly active material particles, and the scaly active material particles include a bottom portion on the current collector side, Non-aqueous electrolyte secondary having a head portion on the surface side of the first active material layer and a flat portion between the bottom portion and the head portion, and a direction from the bottom portion to the head portion is orthogonal to a thickness direction of the flat portion A positive electrode for a battery is provided.

上記のような鱗片状活物質粒子を含むことで、活物質層の比表面積が大きくなる。これにより、活物質層と非水電解質とが接する面積が大きくなるため、特に高電流密度での充放電特性が向上する。   By including the scaly active material particles as described above, the specific surface area of the active material layer is increased. As a result, the area where the active material layer and the non-aqueous electrolyte are in contact with each other increases, so that the charge / discharge characteristics particularly at a high current density are improved.

底部から頭部に向かう方向と、集電体の法線方向とは、0〜45°の角度を成すことが好ましい。
鱗片状活物質粒子は、空間群R−3mに属する六方晶系の層状結晶構造を有することが好ましい。
鱗片状活物質粒子は、X線回折において、(003)面に帰属するピーク強度が、(101)面に帰属するピーク強度よりも小さいことが好ましい。
非水電解質二次電池用正極は、集電体と、第1活物質層との間に、更に、第2活物質層を有してもよい。第2活物質層の空隙率は、第1活物質層の空隙率よりも小さいことが好ましい。
活物質層は、更に、花弁および子房からなる花形状の活物質凝集体を含む場合がある。
The direction from the bottom to the head and the normal direction of the current collector preferably form an angle of 0 to 45 °.
The scaly active material particles preferably have a hexagonal layered crystal structure belonging to the space group R-3m.
The scale-like active material particles preferably have a peak intensity attributed to the (003) plane smaller than a peak intensity attributed to the (101) plane in X-ray diffraction.
The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery may further include a second active material layer between the current collector and the first active material layer. The porosity of the second active material layer is preferably smaller than the porosity of the first active material layer.
The active material layer may further contain flower-shaped active material aggregates composed of petals and ovary.

また、本発明は、正極、負極、非水電解質および正極と負極との間に介在する多孔質絶縁層を有し、正極が、上記の非水電解質二次電池用正極である、非水電解質二次電池を提供する。   The present invention also provides a nonaqueous electrolyte having a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a porous insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode is the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery described above. A secondary battery is provided.

本発明の正極を用いることにより、高容量であり、かつ特に高電流密度で良好な充放電特性を有する非水電解質二次電池を提供することができる。   By using the positive electrode of the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that has a high capacity and has particularly good charge / discharge characteristics at a high current density.

本発明の非水電解質二次電池用正極は、集電体と、活物質層とを含み、活物質層は、鱗片状活物質粒子を含む第1活物質層を有する。鱗片状活物質粒子は、集電体側の底部、第1活物質層の表面側の頭部および底部と頭部との間の平坦部を有する。
第1活物質層と集電体との間には、第2活物質層があってもよい。第2活物質層は、集電体を保護する保護層の役割を有する。
The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a current collector and an active material layer, and the active material layer includes a first active material layer including scaly active material particles. The scaly active material particles have a bottom on the current collector side, a head on the surface side of the first active material layer, and a flat part between the bottom and the head.
There may be a second active material layer between the first active material layer and the current collector. The second active material layer serves as a protective layer that protects the current collector.

鱗片状活物質粒子を含むことで、活物質層の比表面積が大きくなるため、特に高電流密度で良好な充放電特性を有する非水電解質二次電池用正極が得られる。鱗片状活物質粒子において、底部は、第1活物質層の集電体側である。頭部は、第1活物質層の表面側であり、負極または多孔質絶縁層と対向する面を含む。平坦部は、底部と頭部との間の部分である。平坦部の厚さ方向と、底部から頭部に向かう方向とは、略垂直であることが好ましい。   By including the scaly active material particles, the specific surface area of the active material layer is increased, so that a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having particularly good charge / discharge characteristics at a high current density can be obtained. In the scaly active material particles, the bottom is the current collector side of the first active material layer. The head is a surface side of the first active material layer and includes a surface facing the negative electrode or the porous insulating layer. The flat portion is a portion between the bottom portion and the head portion. It is preferable that the thickness direction of the flat part and the direction from the bottom part toward the head part are substantially perpendicular.

リチウムイオンの拡散抵抗は、非水電解質中より活物質中のほうが大きい。そのため、活物質中でのリチウムイオンの拡散距離を短くすることで、高電流密度での放電特性が向上する。また、活物質は、充放電容量に寄与しない樹脂製の結着剤を含まず、活物質層のみが表面に多く露出している。よって、高容量であり、かつ高電流密度での充放電特性が良好な非水電解質二次電池用正極が得られる。   The diffusion resistance of lithium ions is greater in the active material than in the nonaqueous electrolyte. Therefore, by shortening the diffusion distance of lithium ions in the active material, the discharge characteristics at a high current density are improved. Further, the active material does not include a resin binder that does not contribute to the charge / discharge capacity, and only the active material layer is exposed on the surface. Therefore, a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and good charge / discharge characteristics at a high current density can be obtained.

鱗片状活物質粒子の底部から頭部に向かう方向の長さ(長軸)は、1〜30μmであることが好ましく、長軸と直交する方向の長さ(短軸)は、0.5〜20μmであることが好ましい。鱗片状活物質粒子の厚さは、0.01〜10μmであることが好ましい。本発明においては、例えば、50個の粒子の長軸の長さ、短軸の長さおよび厚さを測定し、それぞれの平均値を求めることが好ましい。   The length (major axis) in the direction from the bottom to the head of the scaly active material particles is preferably 1 to 30 μm, and the length (minor axis) in the direction orthogonal to the major axis is 0.5 to It is preferably 20 μm. The thickness of the scaly active material particles is preferably 0.01 to 10 μm. In the present invention, for example, it is preferable to measure the length of the major axis, the length of the minor axis, and the thickness of 50 particles and determine the average value of each.

鱗片状活物質粒子の長軸の長さが1μmより小さいと、充分な比表面積が得られない場合がある。一方、長軸の長さが30μmを超えると、集電体との密着性が不充分となる場合がある。
短軸の長さが0.5μmより小さいと、集電体との密着性が不充分となる場合がある。
鱗片状活物質粒子の厚さが10μmを超えると、充分な比表面積が得られない場合がある。一方、厚さが0.01μmより薄いと、集電体との密着性が不充分となる場合がある。
If the length of the major axis of the scaly active material particles is less than 1 μm, a sufficient specific surface area may not be obtained. On the other hand, if the length of the long axis exceeds 30 μm, the adhesion with the current collector may be insufficient.
If the length of the short axis is smaller than 0.5 μm, the adhesion with the current collector may be insufficient.
If the thickness of the scaly active material particles exceeds 10 μm, a sufficient specific surface area may not be obtained. On the other hand, if the thickness is less than 0.01 μm, the adhesion to the current collector may be insufficient.

第1活物質層の空隙率は、20〜90%であることが好ましく、第2活物質層の空隙率は、10〜70%であることが好ましい。第2活物質層の空隙率が上記の範囲であることで、第1活物質層を形成する際に、集電体を良好に保護することができるため、第1活物質層の成膜速度を早くすることができる。   The porosity of the first active material layer is preferably 20 to 90%, and the porosity of the second active material layer is preferably 10 to 70%. Since the current collector can be well protected when the porosity of the second active material layer is in the above range when the first active material layer is formed, the deposition rate of the first active material layer Can be made faster.

第1活物質層の厚さは、1〜100μmであることが好ましく、第2活物質層の厚さは、第1活物質層の厚さの10分の1以下であることが好ましく、例えば、0.01〜10μmであることが好ましい。   The thickness of the first active material layer is preferably 1 to 100 μm, and the thickness of the second active material layer is preferably 1/10 or less of the thickness of the first active material layer, for example, 0.01 to 10 μm is preferable.

第2活物質層は、第1活物質層に含まれる鱗片状活物質粒子よりも小さい鱗片状活物質粒子を含んでいてもよい。これにより、活物質密度が大きくなるため、電池容量が向上する。また、第2活物質層を形成することで、集電体を保護することができるため、高い生産性を保ちつつ、良好な充放電特性を有する非水電解質二次電池用正極を得ることができる。   The second active material layer may include flaky active material particles smaller than the flaky active material particles contained in the first active material layer. Thereby, since the active material density is increased, the battery capacity is improved. In addition, since the current collector can be protected by forming the second active material layer, it is possible to obtain a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having good charge / discharge characteristics while maintaining high productivity. it can.

原料の供給速度を早くするために集電体を保護する効果と、集電体付近の保液性を確保する効果とを十分に発揮する観点から、第2活物質層に含まれる比較的小さい鱗片状活物質粒子の長軸は、0.05〜10μmであることが好ましい。短軸は、0.01〜5μmであることが好ましく、厚さは、0.01〜2.5μmであることが好ましい。   From the viewpoint of sufficiently exerting the effect of protecting the current collector in order to increase the supply speed of the raw material and the effect of ensuring the liquid retaining property in the vicinity of the current collector, it is relatively small contained in the second active material layer. The long axis of the scaly active material particles is preferably 0.05 to 10 μm. The minor axis is preferably from 0.01 to 5 μm, and the thickness is preferably from 0.01 to 2.5 μm.

鱗片状活物質粒子を含む非水電解質二次電池用正極は、例えば、熱プラズマを利用する成膜装置を用いて形成することができる。上記の正極が形成される詳細なメカニズムは不明だが、気相中である程度の粒子成長が生じた後に集電体に付着し、付着後、さらに熱プラズマからエネルギーが供給されつづけて、粒子成長が引き続いて起こると考えられる。そのため、熱源である熱プラズマ方向へと活物質が成長して、平板状の活物質片が形成されると考えられる。熱プラズマを利用して成膜することで、結着剤を含まない活物質層を容易に形成することができる。活物質層が結着剤を含まないことで、より高容量な電池が得られる。   The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery including the scaly active material particles can be formed using, for example, a film forming apparatus using thermal plasma. Although the detailed mechanism by which the positive electrode is formed is unknown, it adheres to the current collector after a certain amount of particle growth occurs in the gas phase. It is thought to occur subsequently. Therefore, it is considered that the active material grows in the direction of thermal plasma, which is a heat source, to form a flat active material piece. By forming a film using thermal plasma, an active material layer containing no binder can be easily formed. Since the active material layer does not contain a binder, a battery having a higher capacity can be obtained.

成膜速度を向上させるためには、活物質の原料の供給速度を早くする必要があるが、それに伴って必要なエネルギー量が大きくなる。しかし、エネルギー量が大きすぎると、活物質や集電体が変質し、電池容量が低下する場合がある。そこで、鱗片状活物質粒子を含む第1活物質層と、比較的小さい活物質粒子を含む第2活物質層とを形成することが好ましい。   In order to improve the film formation speed, it is necessary to increase the supply speed of the raw material of the active material, but the amount of energy required increases accordingly. However, if the amount of energy is too large, the active material and the current collector may be altered and the battery capacity may be reduced. Therefore, it is preferable to form a first active material layer containing scaly active material particles and a second active material layer containing relatively small active material particles.

まず、比較的小さいエネルギーで、第2活物質層を形成する。第2活物質層は、集電体を保護する役割を有するため、集電体の変質を抑制しつつ、原料の供給速度を早くすることができる。これにより、早い成膜速度で第1活物質層を形成することができる。   First, the second active material layer is formed with relatively small energy. Since the second active material layer has a role of protecting the current collector, the feed rate of the raw material can be increased while suppressing the deterioration of the current collector. Thereby, the first active material layer can be formed at a high deposition rate.

熱プラズマを利用する成膜装置の一例について、図面を参照しながら説明する。
図1は、成膜装置の概略を示す縦断面図である。成膜装置は、成膜のための空間を与えるチャンバー1と、熱プラズマ発生源とを備える。熱プラズマ発生源は、熱プラズマを発生させる空間を与えるトーチ10と、トーチ10を囲む誘導コイル2とを備える。誘導コイル2には、電源9が接続されている。
An example of a film forming apparatus using thermal plasma will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a film forming apparatus. The film forming apparatus includes a chamber 1 that provides a space for film formation and a thermal plasma generation source. The thermal plasma generation source includes a torch 10 that provides a space for generating thermal plasma, and an induction coil 2 that surrounds the torch 10. A power source 9 is connected to the induction coil 2.

チャンバー1は、必要に応じて、排気ポンプ5を備えてもよく、無くてもよい。排気ポンプ5でチャンバー1内に残存する空気を除去してから、熱プラズマを発生させることで、活物質のコンタミネーションを抑制することができる。排気ポンプ5を用いることで、プラズマのガス流の形状を制御しやすくなる。さらに、チャンバー1内の圧力等、成膜条件の制御が容易となる。チャンバー1は、粉塵を採取するためのフィルタ(図示せず)等を備えてもよい。   The chamber 1 may or may not include the exhaust pump 5 as necessary. By removing the air remaining in the chamber 1 with the exhaust pump 5 and then generating thermal plasma, contamination of the active material can be suppressed. By using the exhaust pump 5, the shape of the plasma gas flow can be easily controlled. Furthermore, it becomes easy to control the film forming conditions such as the pressure in the chamber 1. The chamber 1 may include a filter (not shown) for collecting dust.

トーチ10の鉛直下方には、ステージ3が設置されている。ステージ3の材質は特に限定されないが、耐熱性に優れたものであることが好ましく、例えばステンレス鋼等が挙げられる。ステージ3には、集電体4が配置される。ステージ3は、必要に応じて、集電体を冷却する冷却部(図示せず)を有してもよい。   A stage 3 is installed vertically below the torch 10. Although the material of the stage 3 is not specifically limited, It is preferable that it is excellent in heat resistance, for example, stainless steel etc. are mentioned. A current collector 4 is disposed on the stage 3. The stage 3 may have a cooling unit (not shown) that cools the current collector as necessary.

トーチ10の一方の端部は、チャンバー1側に解放されている。高周波電圧を用いる場合、トーチ10は、優れた耐熱性および絶縁性を有する材質からなることが好ましく、例えばセラミックス(石英や窒化珪素)等からなることが好ましい。トーチ10の内径は特に限定されない。トーチの内径を大きくすることで、反応場をより広くすることができる。よって、効率よく活物質層を形成することができる。   One end of the torch 10 is released to the chamber 1 side. When a high frequency voltage is used, the torch 10 is preferably made of a material having excellent heat resistance and insulation, and is preferably made of ceramics (quartz or silicon nitride), for example. The inner diameter of the torch 10 is not particularly limited. By increasing the inner diameter of the torch, the reaction field can be made wider. Therefore, an active material layer can be formed efficiently.

トーチ10の他端には、ガス供給口11と、原料供給口12とが配置されている。ガス供給口11は、バルブ7aおよび7bを介して、ガス供給源6aおよび6bとそれぞれ接続されている。原料供給口12は、原料供給源8と接続されている。ガス供給口11からトーチ10へガスを供給することで、熱プラズマを効率よく発生させることができる。   A gas supply port 11 and a raw material supply port 12 are arranged at the other end of the torch 10. The gas supply port 11 is connected to gas supply sources 6a and 6b through valves 7a and 7b, respectively. The raw material supply port 12 is connected to the raw material supply source 8. By supplying gas from the gas supply port 11 to the torch 10, thermal plasma can be generated efficiently.

熱プラズマを安定化させ、熱プラズマ中のガス流を制御する観点から、ガス供給口11は複数設けられていてもよい。ガス供給口11を複数設ける場合、ガスを導入する方向は特に限定されず、トーチ10の軸方向や、トーチ10の軸方向と垂直な方向等であってもよい。トーチ10の軸方向からのガス導入量と、トーチ10の軸方向と垂直な方向からのガス導入量との比は、100:0〜10:90であることが好ましい。トーチ10の軸方向からのガス導入量が多いほど、熱プラズマ中のガス流は細くなり、ガス流の中心部分が高温となるため、原料を気化、分解し易くなる。熱プラズマを安定化させる観点から、マスフローコントローラ(図示せず)等を用いてガス導入量を制御することが好ましい。   From the viewpoint of stabilizing the thermal plasma and controlling the gas flow in the thermal plasma, a plurality of gas supply ports 11 may be provided. When a plurality of gas supply ports 11 are provided, the direction in which the gas is introduced is not particularly limited, and may be the axial direction of the torch 10, a direction perpendicular to the axial direction of the torch 10, or the like. The ratio between the gas introduction amount from the axial direction of the torch 10 and the gas introduction amount from the direction perpendicular to the axial direction of the torch 10 is preferably 100: 0 to 10:90. As the amount of gas introduced from the axial direction of the torch 10 increases, the gas flow in the thermal plasma becomes thinner and the central portion of the gas flow becomes higher temperature, so that the raw material is easily vaporized and decomposed. From the viewpoint of stabilizing the thermal plasma, it is preferable to control the gas introduction amount using a mass flow controller (not shown) or the like.

電源9から誘導コイル2に電圧を印加すると、トーチ10内で熱プラズマが発生する。印加する電圧は、高周波電圧であってもよく、直流電圧であってもよい。もしくは、高周波電圧と直流電圧とを併用してもよい。高周波電圧を用いる場合、その周波数は、1000Hz以上であることが好ましい。誘導コイル2の材質は、特に限定されないが、銅等の抵抗の低い金属を用いればよい。   When a voltage is applied from the power source 9 to the induction coil 2, thermal plasma is generated in the torch 10. The voltage to be applied may be a high frequency voltage or a DC voltage. Alternatively, a high frequency voltage and a DC voltage may be used in combination. When a high frequency voltage is used, the frequency is preferably 1000 Hz or more. The material of the induction coil 2 is not particularly limited, but a metal having low resistance such as copper may be used.

熱プラズマを発生させる際、誘導コイル2およびトーチ10は高温となる。よって、誘導コイル2およびトーチ10の周囲には、冷却部(図示せず)を設けることが好ましい。冷却部としては、例えば水冷冷却装置等を用いればよい。   When the thermal plasma is generated, the induction coil 2 and the torch 10 become high temperature. Therefore, it is preferable to provide a cooling unit (not shown) around the induction coil 2 and the torch 10. For example, a water-cooled cooling device or the like may be used as the cooling unit.

図2は、本発明の非水電解質二次電池用正極の一例の断面を示す電子顕微鏡写真である。ただし、活物質層の表面は、熱硬化性樹脂でコーティングされている。正極は、集電体20と、活物質層21とを含む。活物質層は、鱗片状活物質粒子を含む。各粒子は平坦部を有する薄板状であり、集電体側から活物質層の表面側に向かって成長している。   FIG. 2 is an electron micrograph showing a cross section of an example of the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. However, the surface of the active material layer is coated with a thermosetting resin. The positive electrode includes a current collector 20 and an active material layer 21. The active material layer includes scaly active material particles. Each particle has a thin plate shape having a flat portion and grows from the current collector side toward the surface side of the active material layer.

本発明において、鱗片状活物質粒子の底部から頭部に向かう方向と、集電体の法線方向とは、0〜45°の角度を成すことが好ましい。
非水電解質二次電池用正極において、複数の鱗片状活物質粒子が直立していることが好ましい。複数の鱗片状活物質粒子が直立している状態とは、活物質層20μm四方あたり、20%以上の鱗片状活物質粒子の底部から頭部に向かう方向と、集電体の法線方向とが、0〜45°の角度を成す状態をいう。なかでも、単位面積あたり40%以上の鱗片状活物質粒子が、上記を満たすことが好ましい。
In the present invention, the direction from the bottom to the head of the scaly active material particles and the normal direction of the current collector preferably form an angle of 0 to 45 °.
In the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, it is preferable that the plurality of scaly active material particles are upright. The state in which the plurality of scaly active material particles are upright means that the direction from the bottom to the head of 20% or more scaly active material particles per 20 μm square of the active material layer, and the normal direction of the current collector Is a state that forms an angle of 0 to 45 °. Especially, it is preferable that 40% or more of scaly active material particles per unit area satisfy the above.

鱗片状活物質粒子は、(003)面に帰属するピーク強度I(003)が、(101)面に帰属するピーク強度I(101)よりも小さいことが好ましく、I(101)/I(003)>0.91を満たすことがより好ましい。このとき、鱗片状活物質粒子は、平坦部の表面よりも、頭部に多くの結晶学的エッジ面が露出していると思われる。結晶学的エッジ面では、リチウムイオンを吸蔵および放出し易い。よって、負極と対向する頭部に多くの結晶学的エッジ面が露出していることで、特に高電流密度での充放電特性が向上する。   The scaly active material particles preferably have a peak intensity I (003) attributed to the (003) plane smaller than a peak intensity I (101) attributed to the (101) plane, and I (101) / I (003). )> 0.91 is more preferable. At this time, it is considered that the scaly active material particles have more crystallographic edge surfaces exposed at the head than at the surface of the flat part. At the crystallographic edge surface, lithium ions are easily occluded and released. Therefore, many crystallographic edge surfaces are exposed at the head portion facing the negative electrode, so that the charge / discharge characteristics at a particularly high current density are improved.

ここで、エッジ面とは、結晶格子であるa、b軸が突出している面をいう。一方、c軸に垂直な方向の面をベーサル面という。例えば、六方晶構造を有し、空間群R−3mに属する層状岩塩構造化合物(LiCoO2など)は、ベーサル面である(003)面を多く有する。ベーサル面は、頭部よりも平坦部の表面に多く露出していることが好ましい。 Here, the edge surface refers to a surface from which the a and b axes which are crystal lattices protrude. On the other hand, a plane perpendicular to the c-axis is called a basal plane. For example, a layered rock salt structure compound (such as LiCoO 2 ) having a hexagonal crystal structure and belonging to the space group R-3m has many (003) planes that are basal planes. The basal surface is preferably exposed more on the surface of the flat part than the head.

例えば、LiCoO2であれば、ベーサル面である(003)面よりも、エッジ面である(104)、(101)、(110)面が、負極と対向する活物質層の表面(すなわち、鱗片状活物質粒子の頭部)に多く露出していることが好ましい。これにより、リチウムイオンの吸蔵、放出が起こりやすくなるため、特に高電流密度での充放電特性が向上する。 For example, in the case of LiCoO 2 , the surface (104), (101), (110), which is the edge surface, rather than the (003) surface, which is the basal surface, is the surface of the active material layer facing the negative electrode (that is, scale It is preferable that a large amount of the active material particles are exposed on the head). Thereby, since insertion and extraction of lithium ions are likely to occur, the charge / discharge characteristics particularly at a high current density are improved.

本発明の非水電解質二次電池用正極は、集電体と、第1活物質層との間に、更に、第2活物質層を有することが好ましい。図3は、本発明の非水電解質二次電池用正極の他の一例の断面を示す電子顕微鏡写真である。図3の正極は、集電体20と、第1活物質層22と、第2活物質層23とを含む。第2活物質層の空隙率は、第1活物質層の空隙率よりも小さいことが好ましい。   The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably further has a second active material layer between the current collector and the first active material layer. FIG. 3 is an electron micrograph showing a cross section of another example of the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. The positive electrode in FIG. 3 includes a current collector 20, a first active material layer 22, and a second active material layer 23. The porosity of the second active material layer is preferably smaller than the porosity of the first active material layer.

活物質層は、更に、花弁および子房からなる花形状の活物質凝集体を含んでもよい。花形状の活物質凝集体のうち、子房の部分は、電池容量の向上に寄与すると考えられる。子房の直径は、電池容量を確保する観点から0.5〜10μmであることが好ましい。子房の直径が10μmを超えると、密着性が不充分となり、活物質凝集体が集電体から剥がれる場合がある。   The active material layer may further include flower-shaped active material aggregates composed of petals and ovaries. Among the flower-shaped active material aggregates, the ovary portion is considered to contribute to the improvement of the battery capacity. The diameter of the ovary is preferably 0.5 to 10 μm from the viewpoint of securing the battery capacity. When the diameter of the ovary exceeds 10 μm, the adhesion is insufficient, and the active material aggregate may peel off from the current collector.

花形状の活物質凝集体のうち、花弁の部分は、比表面積が比較的大きいため、高電流密度での充放電特性の向上に寄与すると考えられる。花弁の形状は特に限定されず、例えば、上記の鱗片状活物質粒子が花弁であってもよい。活物質凝集体は、花弁を複数含むことが好ましい。これにより、電池の高電流密度での充放電特性が更に向上する。   Among the flower-shaped active material aggregates, the petal portion has a relatively large specific surface area, which is considered to contribute to the improvement of charge / discharge characteristics at a high current density. The shape of the petals is not particularly limited, and for example, the scaly active material particles may be petals. The active material aggregate preferably includes a plurality of petals. This further improves the charge / discharge characteristics of the battery at a high current density.

花弁は、長軸が1〜30μmであることが好ましく、短軸が0.5〜20μmであることが好ましい。花弁の厚さは、0.01〜10μmであることが好ましい。花弁の長軸が1μmより小さい場合、短軸が20μmを超える場合、または花弁の厚さが10μmを超える場合、充分な比表面積が得られないことがある。一方、花弁の長軸が30μmを超える場合、花弁の短軸が0.5μmより小さい場合、または花弁の厚さが0.01μmより薄い場合、花弁と子房との密着性が不充分となることがある。   The petal preferably has a major axis of 1 to 30 μm and a minor axis of 0.5 to 20 μm. The petal thickness is preferably 0.01 to 10 μm. When the petal major axis is less than 1 μm, the minor axis exceeds 20 μm, or the petal thickness exceeds 10 μm, a sufficient specific surface area may not be obtained. On the other hand, when the petal major axis exceeds 30 μm, when the petal minor axis is smaller than 0.5 μm, or when the petal thickness is thinner than 0.01 μm, the adhesion between the petal and the ovary becomes insufficient. Sometimes.

正極活物質は、リチウム含有複合酸化物を含む。リチウム含有複合酸化物は、空間群R−3mに属する六方晶系の層状結晶構造を有することが好ましい。リチウム含有複合酸化物は、Co、Ni、Mn、Feなどの遷移金属を含むことが好ましい。具体的には、LiCoO2、LiNi1/2Mn1/22、LiNi1/2Co1/22、LiNiO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/32、LiNi1/2Fe1/22、LiMn24、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4、Li4/3Ti5/34等が挙げられる。正極活物質は1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The positive electrode active material includes a lithium-containing composite oxide. The lithium-containing composite oxide preferably has a hexagonal layered crystal structure belonging to the space group R-3m. The lithium-containing composite oxide preferably contains a transition metal such as Co, Ni, Mn, and Fe. Specifically, LiCoO 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , LiNi 1/2 Co 1/2 O 2 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 1 / 2 Fe 1/2 O 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4 and the like. Only one type of positive electrode active material may be used alone, or two or more types may be used in combination.

正極用集電体は、特に限定されず、例えば一般的に電気化学素子で使用される導電性材料を用いることができる。具体的には、Al、Ti、ステンレス鋼(SUS)、Au、Pt等を用いることが望ましい。これらの集電体は、3.5〜4.5V(vs. Li/Li+)程度までLiの脱離反応を行っても、集電体からの金属の溶出が比較的少ない点で好ましい。 The positive electrode current collector is not particularly limited, and for example, a conductive material generally used in an electrochemical element can be used. Specifically, it is desirable to use Al, Ti, stainless steel (SUS), Au, Pt, or the like. These current collectors are preferable in that the elution of metal from the current collector is relatively small even when the Li desorption reaction is performed to about 3.5 to 4.5 V (vs. Li / Li + ).

本発明の非水電解質二次電池について説明する。
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極、非水電解質および正極と負極との間に介在する多孔質絶縁層を有する。本発明の非水電解質二次電池は、上記の非水電解質二次電池用正極を含むものであり、その他の構成は特に限定されない。
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte, and a porous insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery described above, and other configurations are not particularly limited.

非水電解質二次電池の一例について、図面を参照しながら説明する。
図4は、コイン型の非水電解質二次電池を概略的に示す縦断面図である。コイン型の非水電解質二次電池は、正極活物質層33と、負極36と、これらの間に介在する多孔質絶縁層35と、非水電解質(図示せず)とを含む。正極は、正極集電体34と、正極集電体に形成される正極活物質層33とを含む。正極集電体34には、皿バネ37が接続されている。皿バネ37は、正極、負極および多孔質絶縁層を圧縮している。多孔質絶縁層35には、非水電解質が含浸されている。正極端子を兼ねるケース31と負極端子を兼ねる封口板38とは、ガスケット32によって互いに絶縁されている。
An example of the nonaqueous electrolyte secondary battery will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery. The coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery includes a positive electrode active material layer 33, a negative electrode 36, a porous insulating layer 35 interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte (not shown). The positive electrode includes a positive electrode current collector 34 and a positive electrode active material layer 33 formed on the positive electrode current collector. A disc spring 37 is connected to the positive electrode current collector 34. The disc spring 37 compresses the positive electrode, the negative electrode, and the porous insulating layer. The porous insulating layer 35 is impregnated with a nonaqueous electrolyte. The case 31 that also serves as the positive terminal and the sealing plate 38 that also serves as the negative terminal are insulated from each other by the gasket 32.

負極活物質としては、炭素材料、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物などが用いられる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛などが好ましい。金属もしくは合金としては、リチウム単体、リチウム合金、ケイ素単体、ケイ素合金、スズ単体、スズ合金などが好ましい。金属酸化物としては、SiOx(0<x<2、好ましくは0.1≦x≦1.2)などが好ましい。 As the negative electrode active material, a carbon material, a metal, an alloy, a metal oxide, a metal nitride, or the like is used. As the carbon material, natural graphite, artificial graphite and the like are preferable. As the metal or alloy, lithium alone, lithium alloy, silicon alone, silicon alloy, tin alone, tin alloy and the like are preferable. The metal oxide is preferably SiO x (0 <x <2, preferably 0.1 ≦ x ≦ 1.2).

負極用集電体としては、Cu、Ni、ステンレス鋼(SUS)等を用いることが望ましい。これらの集電体は、0〜3.5V (vs. Li/Li+)程度までLiの挿入反応を行っても、集電体からの金属溶出が比較的少ない点で好ましい。   As the negative electrode current collector, it is desirable to use Cu, Ni, stainless steel (SUS) or the like. These current collectors are preferable in that the metal elution from the current collector is relatively small even when Li insertion reaction is performed up to about 0 to 3.5 V (vs. Li / Li +).

多孔質絶縁層には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、アミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド等からなる不織布や微多孔膜を用いることができる。不織布や微多孔膜は、単層であってもよく、多層構造であってもよい。多孔質絶縁層の内部または表面には、アルミナ、マグネシア、シリカ、チタニア等の耐熱性フィラーが含まれていてもよい。   For the porous insulating layer, for example, a nonwoven fabric or a microporous film made of polyethylene, polypropylene, aramid resin, amideimide, polyphenylene sulfide, polyimide, or the like can be used. The nonwoven fabric or microporous film may be a single layer or a multilayer structure. The inside or the surface of the porous insulating layer may contain a heat resistant filler such as alumina, magnesia, silica, titania.

非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した溶質とを含む。溶質は、特に限定されず、活物質の酸化還元電位等を考慮して適宜選択すればよい。好ましい溶質としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiOCOCF3、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiF、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウム等のホウ酸塩類、LiN(CF3SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)、LiN(C25SO2、テトラフェニルホウ酸リチウム等が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent and a solute dissolved in the non-aqueous solvent. The solute is not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of the redox potential of the active material. Preferred solutes include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiOCOCF 3 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , lower aliphatic lithium carboxylate, LiF, LiCl , LiBr, LiI, chloroborane lithium, bis (1,2-benzenediolate (2-)-O, O ') lithium borate, bis (2,3-naphthalenedioleate (2-)-O, O' ) Lithium borate, bis (2,2′-biphenyldiolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfonic acid-O, O ′) borates of lithium borate, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, Te Lithium Rafeniruhou acid and the like.

非水溶媒も特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシメタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のテトラヒドロフラン誘導体、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等のジオキソラン誘導体、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、スルホラン、3−メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、エチルエーテル、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソール、フルオロベンゼン等を用いればよい。これらは1種のみ単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。   The non-aqueous solvent is not particularly limited. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate , Tetrahydrofuran derivatives such as dimethoxymethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, trimethoxymethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, dioxolane derivatives such as 4-methyl-1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, a Cetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, acetic acid ester, propionic acid ester, sulfolane, 3-methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, A propylene carbonate derivative, ethyl ether, diethyl ether, 1,3-propane sultone, anisole, fluorobenzene, or the like may be used. These may be used alone or in combination of two or more.

非水電解質は、添加剤を含んでもよい。添加剤は特に限定されないが、例えば、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、酢酸ビニル、エチレンサルファイト、プロパンサルトン、トリフルオロプロピレンカーボネート、ジベンゾフラン、2,4−ジフルオロアニソール、o−ターフェニル、m−ターフェニル等が挙げられる。   The non-aqueous electrolyte may contain an additive. The additive is not particularly limited. For example, vinylene carbonate, cyclohexyl benzene, biphenyl, diphenyl ether, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, diallyl carbonate, fluoroethylene carbonate, catechol carbonate, vinyl acetate, ethylene sulfite, propane Examples include sultone, trifluoropropylene carbonate, dibenzofuran, 2,4-difluoroanisole, o-terphenyl, and m-terphenyl.

非水電解質は、高分子材料を含む固体電解質であってもよく、更に非水溶媒を含むゲル状電解質であってもよい。高分子材料としては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン等が挙げられる。
さらに、リチウム窒化物、リチウムハロゲン化物、リチウム酸素酸塩、Li4SiO4、Li4SiO4−LiI−LiOH、Li3PO4−Li4SiO4、Li2SiS3、Li3PO4−Li2S−SiS2、硫化リン化合物等の無機材料を固体電解質としてもよい。
The nonaqueous electrolyte may be a solid electrolyte containing a polymer material, or may be a gel electrolyte containing a nonaqueous solvent. Examples of the polymer material include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polyaziridine, polyethylene sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and polyhexafluoropropylene.
Further, lithium nitride, lithium halide, lithium oxyacid salt, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 4 SiO 4, Li 2 SiS 3, Li 3 PO 4 -Li An inorganic material such as 2 S—SiS 2 or a phosphorus sulfide compound may be used as the solid electrolyte.

以下、実施例および比較例を用いて、本発明を具体的に説明する。なお、これらの実施例および比較例は、本発明を限定するものではない。
《実施例1》
(1)正極の作製
成膜装置として、内容積6250m3のチャンバーと、熱プラズマ発生源とを備える日本電子(株)製の高周波誘導熱プラズマ発生装置(TP−12010)を用いた。熱プラズマ発生源には、Φ42mmの窒化珪素管からなるトーチと、トーチを囲む銅製の誘導コイルとを用いた。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. These examples and comparative examples do not limit the present invention.
Example 1
(1) Production of positive electrode As a film forming apparatus, a high frequency induction thermal plasma generator (TP-12010) manufactured by JEOL Ltd. having a chamber with an internal volume of 6250 m 3 and a thermal plasma generation source was used. As the thermal plasma generation source, a torch made of a silicon nitride tube having a diameter of 42 mm and a copper induction coil surrounding the torch were used.

チャンバー内のトーチの下端から345mmの位置にステージを配置した。ステージ上には、SUS板からなる集電体(厚さ0.1mm)を配置した。その後、アルゴンガスを用いてチャンバー内の空気を置換した。   A stage was placed at a position of 345 mm from the lower end of the torch in the chamber. A current collector (thickness: 0.1 mm) made of a SUS plate was placed on the stage. Thereafter, the air in the chamber was replaced with argon gas.

チャンバーにアルゴンガスを流量50L/minで導入し、酸素ガスを流量30L/minで導入した。チャンバー内の圧力は18kPaとした。誘導コイルに42kW、周波数3.5MHzの高周波電圧を印加し、熱プラズマを発生させた。   Argon gas was introduced into the chamber at a flow rate of 50 L / min, and oxygen gas was introduced at a flow rate of 30 L / min. The pressure in the chamber was 18 kPa. A high frequency voltage of 42 kW and a frequency of 3.5 MHz was applied to the induction coil to generate thermal plasma.

原料には、Li2OとCo34との混合物を用いた。Li2Oは30μm以下に分級した。Co34の(体積基準の)平均粒径D50は5μmとした。Li2OとCo34は、化学量論比でLi:Co=1.5:1となるように混合した。アルゴンガスを50L/min、酸素ガスを30L/minで一本の流路に導入し、これらの混合ガスを2方向からチャンバーに導入した。ここでは、トーチの軸方向からのガス導入量と、トーチの軸方向と略垂直な方向からのガス導入量との比率(以下、Dx:Dyとする)を35:45とした。原料の熱プラズマ中への供給速度は0.11g/minとした(条件A)。 As a raw material, a mixture of Li 2 O and Co 3 O 4 was used. Li 2 O was classified to 30 μm or less. The average particle diameter D50 (based on volume) of Co 3 O 4 was 5 μm. Li 2 O and Co 3 O 4 were mixed so that the stoichiometric ratio was Li: Co = 1.5: 1. Argon gas was introduced into one flow path at 50 L / min and oxygen gas at 30 L / min, and these mixed gases were introduced into the chamber from two directions. Here, the ratio of the gas introduction amount from the axial direction of the torch and the gas introduction amount from the direction substantially perpendicular to the axial direction of the torch (hereinafter referred to as D x : D y ) was set to 35:45. The supply rate of the raw material into the thermal plasma was set to 0.11 g / min (Condition A).

このとき、集電体付近における熱プラズマの温度は、600〜700℃であると考えられる。熱プラズマ中で生成した粒子は、集電体の表面の略法線方向から供給されて集電体上に堆積した。条件Aで8分間活物質を堆積させて、厚さ3μmの活物質層を形成した。これにより、鱗片状活物質粒子を含む活物質層を形成した。
活物質層のICP分析を行ったところ、活物質層における元素比は、Li:Co=1.2:1(モル比)であることが確認された。
At this time, the temperature of the thermal plasma in the vicinity of the current collector is considered to be 600 to 700 ° C. The particles generated in the thermal plasma were supplied from a substantially normal direction of the surface of the current collector and deposited on the current collector. An active material was deposited under condition A for 8 minutes to form a 3 μm thick active material layer. This formed the active material layer containing scaly active material particles.
When ICP analysis of the active material layer was performed, it was confirmed that the element ratio in the active material layer was Li: Co = 1.2: 1 (molar ratio).

ICP分析では、極板を全溶解してLiとCoの絶対量を求めた後、Coの物質量を算出した。CoはすべてLiCoO2となっていると仮定し、極板中のLiCoO2活物質重量をCoの物質量より算出した。 In the ICP analysis, the electrode plate was completely dissolved to determine the absolute amounts of Li and Co, and then the amount of Co was calculated. Assuming that all Co is LiCoO 2 , the weight of the LiCoO 2 active material in the electrode plate was calculated from the amount of Co.

(2)非水電解質の調製
非水溶媒に対して、溶質であるLiPF6を1.25mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。非水溶媒には、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との体積比1:3の混合液を用いた。
(2) Preparation of non-aqueous electrolyte A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 as a solute at a concentration of 1.25 mol / L in a non-aqueous solvent. As the non-aqueous solvent, a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1: 3 was used.

(3)電池の作製
図4に示すようなコイン型電池を作製した。
封口板38の内側に、厚さ0.3mmのリチウム箔を負極36として貼り付けた。その上に多孔質絶縁層35を配置した。多孔質絶縁層35の上に、正極活物質層33が多孔質絶縁層と対面するように正極を配置した。正極集電体34の上には皿バネ37を配置した。非水電解質を封口板が満たされるまで注液した後、ガスケット32を介してケース31を封口板にはめ込み、コイン型電池を完成させた。
(3) Production of Battery A coin type battery as shown in FIG. 4 was produced.
A lithium foil having a thickness of 0.3 mm was attached as the negative electrode 36 inside the sealing plate 38. A porous insulating layer 35 was disposed thereon. A positive electrode was disposed on the porous insulating layer 35 such that the positive electrode active material layer 33 faced the porous insulating layer. A disc spring 37 is disposed on the positive electrode current collector 34. After injecting the nonaqueous electrolyte until the sealing plate was filled, the case 31 was fitted into the sealing plate via the gasket 32 to complete the coin-type battery.

《実施例2》
成膜装置には、実施例1と同様の高周波誘導熱プラズマ装置を用いた。実施例1と同様にして熱プラズマを発生させた。
Example 2
The same high frequency induction thermal plasma apparatus as in Example 1 was used as the film forming apparatus. Thermal plasma was generated in the same manner as in Example 1.

原料には、実施例1と同じLi2OとCo34との混合物を用いた。
x:Dyのガス流量比を、30:50として、チャンバーに実施例1と同様のガスを導入した。原料の熱プラズマ中への供給速度を0.035g/minとして、5分間成膜を行った。それ以外、実施例1と同様の条件として、第2活物質層を形成した(条件B)。
As a raw material, the same mixture of Li 2 O and Co 3 O 4 as in Example 1 was used.
D x: the gas flow ratio of D y, 30: as 50, was introduced the gases as in Example 1 to the chamber. Film formation was performed for 5 minutes at a feed rate of the raw material into the thermal plasma of 0.035 g / min. Other than that, the second active material layer was formed under the same conditions as in Example 1 (Condition B).

次に、Dx:Dyのガス流量比を、35:45として、チャンバーにガスを導入した。原料の熱プラズマ中への供給速度を0.11g/min(実施例1の条件A)として、5分間成膜を行った。それ以外、実施例1と同様の条件として、第1活物質層を形成した。得られた活物質層の合計の厚さは3.5μmであった。
活物質層のICP分析を行ったところ、活物質層における元素比は、Li:Co=1.2:1であることが確認された。
上記の正極を用いたこと以外、実施例1と同様にしてコイン型電池を作製した。
Next, gas was introduced into the chamber at a gas flow ratio of D x : D y of 35:45. Film formation was performed for 5 minutes at a supply rate of the raw material into the thermal plasma of 0.11 g / min (condition A of Example 1). Other than that, the first active material layer was formed under the same conditions as in Example 1. The total thickness of the obtained active material layers was 3.5 μm.
When ICP analysis of the active material layer was performed, it was confirmed that the element ratio in the active material layer was Li: Co = 1.2: 1.
A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode was used.

《実施例3》
成膜装置には、実施例1と同様の高周波誘導熱プラズマ装置を用いた。実施例1と同様にして熱プラズマを発生させた。
Example 3
The same high frequency induction thermal plasma apparatus as in Example 1 was used as the film forming apparatus. Thermal plasma was generated in the same manner as in Example 1.

原料には、実施例1と同じLi2OとCo34との混合物を用いた。実施例2の条件Bと同様の条件で、第2活物質層の成膜を行った。 As a raw material, the same mixture of Li 2 O and Co 3 O 4 as in Example 1 was used. The second active material layer was formed under the same conditions as in Condition B of Example 2.

次に、Dx:Dyのガス流量比を、35:45として、チャンバーにガスを導入した。原料の熱プラズマ中への供給速度を0.11g/min(実施例1の条件A)として5分間成膜を行った。このとき、チャンバー上部の熱プラズマのフレームの近傍より、LiCoO2を0.05g/minで供給した。LiCoO2のD50は10μmとした。これにより、第1活物質層を形成した。得られた活物質層の合計の厚さは、3.5μmであった。活物質層には、花弁および子房からなる花形状の活物質凝集体が形成されていた。
活物質層のICP分析を行ったところ、活物質層における元素比は、Li:Co=1.2:1であることが確認された。
上記の正極を用いたこと以外、実施例1と同様にしてコイン型電池を作製した。
Next, gas was introduced into the chamber at a gas flow ratio of D x : D y of 35:45. Film formation was performed for 5 minutes at a supply rate of the raw material into the thermal plasma of 0.11 g / min (condition A of Example 1). At this time, LiCoO 2 was supplied at 0.05 g / min from the vicinity of the flame of the thermal plasma at the top of the chamber. The D50 of LiCoO 2 was 10 μm. Thereby, the first active material layer was formed. The total thickness of the obtained active material layers was 3.5 μm. In the active material layer, flower-shaped active material aggregates composed of petals and ovaries were formed.
When ICP analysis of the active material layer was performed, it was confirmed that the element ratio in the active material layer was Li: Co = 1.2: 1.
A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode was used.

《比較例1》
ステージ上にAu板からなる集電体(厚さ1mm)を配置し、マグネトロンスパッタリング装置を用いて、集電体上に活物質層を形成した。ターゲットには、LiCoO2を用いた。ターゲットの径は3インチとした。ステージ上の集電体とターゲットとの距離は、3.5cmとした。
<< Comparative Example 1 >>
A current collector (thickness 1 mm) made of an Au plate was placed on the stage, and an active material layer was formed on the current collector using a magnetron sputtering apparatus. LiCoO 2 was used as a target. The target diameter was 3 inches. The distance between the current collector on the stage and the target was 3.5 cm.

ロータリーポンプと拡散ポンプとを用いて、チャンバー内の真空度を5×10-2Paとした。その後、チャンバー内の真空度が1Paとなるように、チャンバー内にアルゴンガスを流量8×10-2L/minで導入し、酸素ガスを流量2×10-2L/minで導入した。ターゲットに80W、周波数13.56MHzの高周波電圧を印加し、プラズマを発生させた。集電体付近の温度を25℃とし、成膜時間を8時間として、活物質層を形成した。その後、活物質層を形成した集電体を、マッフル炉を用いて800℃で1時間焼成した。得られた活物質層の厚さは3.5μmであった。 The degree of vacuum in the chamber was set to 5 × 10 −2 Pa using a rotary pump and a diffusion pump. Thereafter, argon gas was introduced into the chamber at a flow rate of 8 × 10 −2 L / min and oxygen gas was introduced at a flow rate of 2 × 10 −2 L / min so that the degree of vacuum in the chamber was 1 Pa. A high frequency voltage of 80 W and a frequency of 13.56 MHz was applied to the target to generate plasma. The temperature in the vicinity of the current collector was 25 ° C., the film formation time was 8 hours, and the active material layer was formed. Thereafter, the current collector on which the active material layer was formed was fired at 800 ° C. for 1 hour using a muffle furnace. The thickness of the obtained active material layer was 3.5 μm.

活物質層のICP分析を行ったところ、活物質層における元素比は、Li:Co=0.98:1であることが確認された。
上記の正極を用いたこと以外、実施例1と同様にしてコイン型電池を作製した。
When ICP analysis of the active material layer was performed, it was confirmed that the element ratio in the active material layer was Li: Co = 0.98: 1.
A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode was used.

実施例1〜3および比較例1の電池の充放電を行った。Li/Li+を基準として3.05〜4.25Vの範囲で充放電を行い、0.2C、2Cの放電容量を測定した。温度条件は20℃とした。結果を表1に示す。なお、実施例3のみ、0.2C、0.5C、1C、2Cの放電容量を測定した。実施例3で作製した非水電解質二次電池の充放電特性を図5に示す。 The batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were charged and discharged. Charging / discharging was performed in the range of 3.05 to 4.25 V with respect to Li / Li +, and the discharge capacities of 0.2C and 2C were measured. The temperature condition was 20 ° C. The results are shown in Table 1. In Example 3 only, the discharge capacities of 0.2C, 0.5C, 1C, and 2C were measured. The charge / discharge characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery produced in Example 3 are shown in FIG.

実施例1〜実施例3の電池の放電容量が、比較例1の電池の放電容量よりも大きいことがわかった。特に、実施例1〜3はいずれも、高電流密度である2Cでの放電容量が大きかった。   It turned out that the discharge capacity of the battery of Examples 1 to 3 is larger than the discharge capacity of the battery of Comparative Example 1. In particular, all of Examples 1 to 3 had a large discharge capacity at 2C, which is a high current density.

図2は、実施例1の正極の活物質層の断面を示す電子顕微鏡写真である。
実施例1は、複数の鱗片状活物質粒子が形成されていた。実施例1において、16個の鱗片状活物質粒子の平坦部の長軸の長さの平均値は、2.8μmであり、短軸の長さの平均値は、2.6μmであった。また、鱗片状活物質粒子の厚さの平均値は、0.3μmであった。実施例1において、単位面積あたり57%の鱗片状活物質粒子の底部から頭部に向かう方向と、集電体の法線方向とは、0〜15°の角度を成していた。(003)面に帰属するピーク強度I(003)と、(101)面に帰属するピーク強度I(101)との比I(101)/I(003)は、1.4であった。
2 is an electron micrograph showing a cross section of the positive electrode active material layer of Example 1. FIG.
In Example 1, a plurality of scaly active material particles were formed. In Example 1, the average value of the major axis length of the flat portion of the 16 scaly active material particles was 2.8 μm, and the average value of the minor axis length was 2.6 μm. The average thickness of the scaly active material particles was 0.3 μm. In Example 1, the direction from the bottom of the scaly active material particles of 57% per unit area toward the head and the normal direction of the current collector formed an angle of 0 to 15 °. The ratio I (101) / I (003) between the peak intensity I (003) attributed to the (003) plane and the peak intensity I (101) attributed to the (101) plane was 1.4.

図3は、実施例2の正極の活物質層の断面を示す電子顕微鏡写真である。
実施例2の正極においても、実施例1と同様に複数の鱗片状活物質粒子が形成されていた。実施例2では、厚さ0.5μm程度の第2活物質層と、第2活物質層の上に形成された厚さ3μm程度の第1活物質層とを含む活物質層が形成されていた。第1活物質層は、鱗片状活物質粒子を含んでいた。第1活物質層において、10個の鱗片状活物質粒子の平坦部の長軸の長さの平均値は、2.8μmであり、短軸の長さの平均値は、2.6μmであった。また、鱗片状活物質粒子の厚さの平均値は、0.2μmであった。第2活物質層は、比較的小さい活物質粒子を含んでいた。実施例2において、単位面積あたり40%の鱗片状活物質粒子の底部から頭部に向かう方向と、集電体の法線方向とは、0〜15°の角度を成していた。(003)面に帰属するピーク強度I(003)と、(101)面に帰属するピーク強度I(101)との比I(101)/I(003)は、1.5であった。
FIG. 3 is an electron micrograph showing a cross section of the active material layer of the positive electrode of Example 2.
Also in the positive electrode of Example 2, a plurality of scaly active material particles were formed as in Example 1. In Example 2, an active material layer including a second active material layer having a thickness of about 0.5 μm and a first active material layer having a thickness of about 3 μm formed on the second active material layer is formed. It was. The first active material layer contained scaly active material particles. In the first active material layer, the average value of the major axis length of the flat portions of the 10 scale-like active material particles was 2.8 μm, and the average value of the minor axis length was 2.6 μm. It was. Further, the average thickness of the scaly active material particles was 0.2 μm. The second active material layer contained relatively small active material particles. In Example 2, the direction from the bottom of the scaly active material particles of 40% per unit area to the head and the normal direction of the current collector formed an angle of 0 to 15 °. The ratio I (101) / I (003) between the peak intensity I (003) attributed to the (003) plane and the peak intensity I (101) attributed to the (101) plane was 1.5.

図6は、実施例3の正極の活物質層の表面を示す電子顕微鏡写真である。図6より、実施例3の正極の活物質層は、複数の鱗片状活物質粒子を含み、更に、花形状の活物質凝集体が形成されていた。実施例3において、16個の鱗片状活物質粒子の平坦部の長軸の長さの平均値は、4μmであり、短軸の長さの平均値は、2.8μmであった。また、鱗片状活物質粒子の厚さの平均値は、0.2μmであった。実施例3において、単位面積あたり40%の鱗片状活物質粒子の底部から頭部に向かう方向と、集電体の法線方向とは、0〜15°の角度を成していた。   6 is an electron micrograph showing the surface of the active material layer of the positive electrode of Example 3. FIG. From FIG. 6, the active material layer of the positive electrode of Example 3 contained a plurality of scaly active material particles, and further, flower-shaped active material aggregates were formed. In Example 3, the average value of the major axis length of the flat portion of the 16 scale-like active material particles was 4 μm, and the average value of the minor axis length was 2.8 μm. Further, the average thickness of the scaly active material particles was 0.2 μm. In Example 3, the direction from the bottom of the scaly active material particles of 40% per unit area to the head and the normal direction of the current collector formed an angle of 0 to 15 °.

図7は、比較例1の正極の活物質層の表面を示す電子顕微鏡写真である。図7に示すように、比較例1の正極活物質層は、鱗片状活物質粒子が形成されておらず、緻密な構造であった。   7 is an electron micrograph showing the surface of the active material layer of the positive electrode of Comparative Example 1. FIG. As shown in FIG. 7, the positive electrode active material layer of Comparative Example 1 had a dense structure with no scaly active material particles formed.

図8は、実施例3の正極の活物質層の断面を示す電子顕微鏡写真である。実施例3では、厚さ0.5μm程度の第2活物質層と、第2活物質層の上に形成された厚さ3μm程度の第2活物質層とを含む活物質層が形成されていた。第1活物質層は、比較的大きい鱗片状活物質粒子と、花形状の活物質凝集体とを含んでいた。第2活物質層は、比較的小さい活物質粒子を含んでいた。花形状の活物質凝集体は、直径2μm程度の子房の部分に、長軸4μm程度の花弁(鱗片状活物質粒子)が複数付着した構造であった。   8 is an electron micrograph showing a cross section of the positive electrode active material layer of Example 3. FIG. In Example 3, an active material layer including a second active material layer having a thickness of about 0.5 μm and a second active material layer having a thickness of about 3 μm formed on the second active material layer is formed. It was. The first active material layer contained relatively large scaly active material particles and flower-shaped active material aggregates. The second active material layer contained relatively small active material particles. The flower-shaped active material aggregate had a structure in which a plurality of petals (scale-like active material particles) having a major axis of about 4 μm adhered to the ovary portion having a diameter of about 2 μm.

図6および8(実施例3)と、図7(比較例1)とを比較すると、比較例1よりも実施例3の方が活物質の比表面積が大きく、集電体付近まで非水電解質が十分に浸透していたことがわかった。よって、実施例3の活物質層は、良好なリチウムイオンの導電パスが確保され、高電流密度での充放電特性が向上したと考えられる。   When comparing FIGS. 6 and 8 (Example 3) and FIG. 7 (Comparative Example 1), Example 3 has a larger specific surface area of the active material than Comparative Example 1, and the non-aqueous electrolyte reaches the vicinity of the current collector. Was found to have penetrated sufficiently. Therefore, it is considered that the active material layer of Example 3 secured a good lithium ion conductive path and improved charge / discharge characteristics at a high current density.

以上より、実施例1〜実施例3の活物質層は、複数の鱗片状活物質粒子を含むため、高電流密度で良好な充放電特性を示すことがわかった。   From the above, it was found that the active material layers of Examples 1 to 3 show a good charge / discharge characteristic at a high current density because they contain a plurality of scaly active material particles.

実施例2、3に比べて、実施例1の放電容量が低い理由の詳細は不明であるが、実施例1では、成膜の際に予め第2活物質層(保護層)を設けていないため、集電体と活物質層との間になんらかの変質層が生じ、放電容量がやや小さくなったと考えられる。また、実施例1は、実施例2、3に比べて、非水電解質の保持が十分ではなかったと考えられる。   Although the details of the reason why the discharge capacity of Example 1 is low compared to Examples 2 and 3 are unclear, in Example 1, the second active material layer (protective layer) is not provided in advance at the time of film formation. Therefore, it is considered that some deteriorated layer is formed between the current collector and the active material layer, and the discharge capacity is slightly reduced. In addition, it is considered that Example 1 did not have sufficient retention of the nonaqueous electrolyte as compared with Examples 2 and 3.

実施例3で作製したLiCoO2/SUS正極と、以下の方法で作製したLiCoO2粉のX線回折パターンとを図9に示す。LiCoO2粉は、まず、Li2CO3とCo34とを混合し、600℃で5時間焼成した後、粉砕した。その後、1000℃で5時間焼成して、さらに粉砕して、LiCoO2粉を作製した。実施例3で作製した正極は、R−3mの結晶構造であるLiCoO2がメインピークとして確認されたが、LiCoO2粉とピークの強度比が異なっていた。図9において19°のピークは(003)面からの回折であり、37.5°のピークは、(101)面からの回折である。実施例3の正極は、(101)面からの回折がLiCoO2粉よりも大きかった。 FIG. 9 shows the LiCoO 2 / SUS positive electrode produced in Example 3 and the X-ray diffraction pattern of LiCoO 2 powder produced by the following method. LiCoO 2 powder was first pulverized after mixing Li 2 CO 3 and Co 3 O 4 , calcining at 600 ° C. for 5 hours. Then calcined 5 hours at 1000 ° C., was further pulverized to prepare a LiCoO 2 powder. In the positive electrode produced in Example 3, LiCoO 2 having a crystal structure of R-3m was confirmed as a main peak, but the intensity ratio of LiCoO 2 powder and the peak was different. In FIG. 9, the peak at 19 ° is diffraction from the (003) plane, and the peak at 37.5 ° is diffraction from the (101) plane. In the positive electrode of Example 3, diffraction from the (101) plane was larger than that of the LiCoO 2 powder.

一方、比較例1の正極のXRDパターン(図示せず)は、LiCoO2がメインピークとして確認でき、LiCoO2粉とピークの強度比は同程度であった。以上より、本発明の正極は、リチウムイオンの吸蔵および放出をしやすい結晶面(結晶学的エッジ面)が、鱗片状活物質粒子の頭部に多く露出していると思われる。このことは、本発明の正極が、特に高電流密度で良好な充放電特性を示す理由の一つと考えられる。 On the other hand, in the XRD pattern (not shown) of the positive electrode of Comparative Example 1, LiCoO 2 was confirmed as the main peak, and the intensity ratio between the LiCoO 2 powder and the peak was comparable. From the above, it is considered that the positive electrode of the present invention has many crystal planes (crystallographic edge surfaces) that are liable to occlude and release lithium ions exposed at the heads of the scaly active material particles. This is considered to be one of the reasons why the positive electrode of the present invention exhibits good charge / discharge characteristics particularly at a high current density.

測定温度20℃で、実施例3と比較例1のコイン電池の交流インピーダンスを測定した。複素インピーダンスプロットを図10に示す。
実施例3では交流インピーダンスを示す円弧が小さくなっていた。実施例3の活物質層は、比較例1の活物質層よりも比表面積が大きいため、交流インピーダンスが小さくなったと考えられる。このことは、本発明の正極が、高容量である理由の一つと考えられる。
The AC impedance of the coin batteries of Example 3 and Comparative Example 1 was measured at a measurement temperature of 20 ° C. A complex impedance plot is shown in FIG.
In Example 3, the arc indicating the AC impedance was small. Since the active material layer of Example 3 has a larger specific surface area than the active material layer of Comparative Example 1, it is considered that the AC impedance is reduced. This is considered to be one of the reasons why the positive electrode of the present invention has a high capacity.

以上より、本発明の非水電解質二次電池用正極を用いることで、高容量であり、かつ特に高電流密度で良好な充放電特性を有する非水電解質二次電池が得られることがわかった。   From the above, it was found that by using the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and particularly good charge / discharge characteristics at a high current density can be obtained. .

本発明によれば、高容量であり、かつ特に高電流密度で良好な充放電特性を有する非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池を提供することができる。本発明の非水電解質二次電池は、携帯電話などの小型電子機器や、大型の電子機器等の電源として有用である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries and nonaqueous electrolyte secondary batteries which are high capacity | capacitance and have favorable charging / discharging characteristics by especially a high current density can be provided. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is useful as a power source for small electronic devices such as mobile phones and large electronic devices.

成膜装置の一例を概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the film-forming apparatus roughly. 本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池用正極の断面を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the cross section of the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非水電解質二次電池用正極の断面を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the cross section of the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries which concerns on other embodiment of this invention. コイン型の非水電解質二次電池を概略的に示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery. 本発明の非水電解質二次電池の充放電特性を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging characteristic of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention. 本発明の実施例に係る正極の活物質層の表面を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the surface of the active material layer of the positive electrode which concerns on the Example of this invention. 比較例に係る正極の活物質層の表面を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the surface of the active material layer of the positive electrode which concerns on a comparative example. 本発明の実施例に係る正極の活物質層の断面を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the cross section of the active material layer of the positive electrode which concerns on the Example of this invention. 本発明の正極のX線回折パターンと、LiCoO2粉のX線回折パターンとを示す図である。And X-ray diffraction pattern of the positive electrode of the present invention, showing an X-ray diffraction pattern of LiCoO 2 powder. 実施例3および比較例1の非水電解質二次電池の交流インピーダンス特性を示す複素インピーダンスプロット図である。6 is a complex impedance plot diagram showing AC impedance characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 チャンバー
2 誘導コイル
3 ステージ
4 集電体
5 排気ポンプ
6a、6b ガス供給源
7a、7b バルブ
8 原料供給源
9 電源
10 トーチ
11 ガス供給口
12 原料供給口
20 集電体
21、22 第1活物質層
23 第2活物質層
31 外装ケース
32 ガスケット
33 正極活物質層
34 正極集電体
35 多孔質絶縁層
36 負極
37 皿バネ
38 封口板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Induction coil 3 Stage 4 Current collector 5 Exhaust pump 6a, 6b Gas supply source 7a, 7b Valve 8 Raw material supply source 9 Power supply 10 Torch 11 Gas supply port 12 Raw material supply port 20 Current collector 21, 22 Material layer 23 Second active material layer 31 Exterior case 32 Gasket 33 Positive electrode active material layer 34 Positive electrode current collector 35 Porous insulating layer 36 Negative electrode 37 Disc spring 38 Sealing plate

Claims (7)

集電体と、活物質層とを含み、
前記活物質層は、鱗片状活物質粒子を含む第1活物質層を有し、
前記鱗片状活物質粒子は、前記集電体側の底部、前記第1活物質層の表面側の頭部および前記底部と前記頭部との間の平坦部を有し、
前記底部から前記頭部に向かう方向が、前記平坦部の厚さ方向と直交する、非水電解質二次電池用正極。
Including a current collector and an active material layer;
The active material layer has a first active material layer containing scaly active material particles,
The scaly active material particles have a bottom part on the current collector side, a head part on the surface side of the first active material layer, and a flat part between the bottom part and the head part,
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a direction from the bottom to the head is orthogonal to a thickness direction of the flat portion.
前記底部から前記頭部に向かう方向と、前記集電体の法線方向とが、0〜45°の角度を成す、請求項1記載の非水電解質二次電池用正極。   The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a direction from the bottom to the head and a normal direction of the current collector form an angle of 0 to 45 °. 前記鱗片状活物質粒子は、空間群R−3mに属する六方晶系の層状結晶構造を有する、請求項1または2記載の非水電解質二次電池用正極。   The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the scaly active material particles have a hexagonal layered crystal structure belonging to the space group R-3m. X線回折において、(003)面に帰属するピーク強度が、(101)面に帰属するピーク強度よりも小さい、請求項3記載の非水電解質二次電池用正極。   The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein in X-ray diffraction, the peak intensity attributed to the (003) plane is smaller than the peak intensity attributed to the (101) plane. 前記集電体と、前記第1活物質層との間に、更に、第2活物質層を有し、
前記第2活物質層の空隙率が、前記第1活物質層の空隙率よりも小さい、請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極。
A second active material layer is further provided between the current collector and the first active material layer,
The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the porosity of the second active material layer is smaller than the porosity of the first active material layer.
前記活物質層が、更に、花弁および子房からなる花形状の活物質凝集体を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極。   The positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the active material layer further includes a flower-shaped active material aggregate composed of petals and ovaries. 正極、負極、非水電解質および前記正極と前記負極との間に介在する多孔質絶縁層を有し、
前記正極が、請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解質二次電池用正極である、非水電解質二次電池。
A positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a porous insulating layer interposed between the positive electrode and the negative electrode;
The nonaqueous electrolyte secondary battery whose said positive electrode is a positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries in any one of Claims 1-6.
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