JP2010097813A - Positive electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents

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Kenji Obara
健児 小原
Tsuguhiro Onuma
継浩 大沼
Takami Saito
崇実 齋藤
Junji Katamura
淳二 片村
Kyoichi Watanabe
恭一 渡邉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode to be used in a lithium ion secondary battery, which satisfies a capacitance characteristic and an output characteristic sufficient for power assist in start-up, departure, and acceleration. <P>SOLUTION: The positive electrode for lithium ion secondary battery includes a current collector, and a positive electrode active material layer formed on the current collector, the positive electrode active material layer including a positive electrode active material, a conductive aid, and a binder. The positive electrode active material is composed of a single aggregate of primary particles, the porosity in the positive active material layer is 40 to 60 vol.%, and the average particle size (D50) of the single aggregate is 10 μm or more. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池正極に関する。より詳しくは、一次粒子の単結合体構造を有する正極活物質を含むリチウムイオン二次電池正極に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery. More specifically, the present invention relates to a lithium ion secondary battery positive electrode including a positive electrode active material having a single-bond structure of primary particles.

近年、自動車の排気ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている。このような中で、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッド車、燃料電池を動力源とする燃料電池車などが注目を集めている。これらに搭載される高エネルギー密度、高出力密度の電池の開発が産業上重要な位置を占めている。さらにエンジンのみを動力とする自動車も、多種多様な電動機器の搭載を可能にする高電圧バッテリーを搭載する車両が実用化されている。リチウムイオン二次電池などの二次電池は、そのエネルギー密度や放電電圧の高さから、このような車両に適した電池であると考えられ、さまざまな開発が進められている。   In recent years, air pollution by automobile exhaust gas has become a global problem. Under such circumstances, electric vehicles using electricity as a power source, hybrid vehicles that run by combining an engine and a motor, and fuel cell vehicles that use a fuel cell as a power source are attracting attention. The development of high energy density and high power density batteries mounted on them occupies an important industrial position. In addition, automobiles powered only by an engine have been put into practical use with vehicles equipped with a high-voltage battery that enables various electric devices to be installed. Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are considered to be suitable for such vehicles because of their high energy density and high discharge voltage, and various developments are underway.

リチウム二次電池をハイブリッド電気自動車用電池として実用化するに際しては、良好な高率放電特性や大きな出力が要求される。そこで、電池の内部抵抗を小さくして大きな出力を取り出すために、電極厚みを薄くして電池内に収納する電極の面積をできるだけ大きくしたり、正極活物質や負極材料の粒径を小さくすることで電極の比表面積を大きくして電池の高出力化を図っていた。   When a lithium secondary battery is put to practical use as a battery for a hybrid electric vehicle, good high-rate discharge characteristics and a large output are required. Therefore, in order to reduce the internal resistance of the battery and take out a large output, the electrode area to be stored in the battery is made as small as possible by reducing the electrode thickness, or the particle size of the positive electrode active material or the negative electrode material is reduced. Therefore, the specific surface area of the electrode was increased to increase the output of the battery.

このように電池において、大電流で充放電するためには、活物質の粒子径を小さくして、その表面積を大きくする必要がある。しかし、負極材料よりも電子伝導性に劣る正極活物質の場合、活物質の粒子径を小さくしていくと、正極合剤中における単位質量当りの活物質の数が多くなる。そのため正極合剤中の導電性を高めるためには多量の導電助剤が必要になり、その分だけ単位体積当りの活物質量が少なくなって、電池の容量が小さくなるという問題が生じていた。   Thus, in a battery, in order to charge and discharge with a large current, it is necessary to reduce the particle diameter of the active material and increase its surface area. However, in the case of a positive electrode active material that is inferior in electronic conductivity to the negative electrode material, the number of active materials per unit mass in the positive electrode mixture increases as the particle size of the active material is reduced. Therefore, in order to increase the conductivity in the positive electrode mixture, a large amount of conductive auxiliary agent is required, and the amount of active material per unit volume is reduced by that amount, resulting in a problem that the battery capacity is reduced. .

このような問題点を解決するために、活物質一次粒子を焼結させて活物質二次粒子をつくり、活物質一次粒子間の電子伝導性を確保しようとする技術が開示されている(特許文献1)。
特開2002−270173号公報
In order to solve such problems, a technique is disclosed in which active material primary particles are sintered to produce active material secondary particles, and electron conductivity between the active material primary particles is secured (patent). Reference 1).
JP 2002-270173 A

しかしながら、特許文献1に開示される正極では、正極活物質層内の正極活物質二次粒子径が小さい為、正極活物質二次粒子間での電子伝導性が十分に確保できず(電子抵抗が増加)、正極の全体抵抗が高くなってしまう問題がある。   However, in the positive electrode disclosed in Patent Document 1, since the secondary particle diameter of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is small, sufficient electron conductivity cannot be ensured between the positive electrode active material secondary particles (electronic resistance). There is a problem that the overall resistance of the positive electrode is increased.

本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、粒径が所定の範囲にある正極活物質一次粒子の単結合体により構成され、空孔率が所定の範囲に制御された正極活物質層が形成されてなる正極を用いることで、前記課題を解決することができることを見出した。   The present inventor has intensively studied to solve the above problems. As a result, by using a positive electrode comprising a positive electrode active material primary particle having a particle size in a predetermined range and having a positive electrode active material layer in which the porosity is controlled in a predetermined range, It has been found that the above problems can be solved.

本発明によれば、正極活物質層内の空孔率が高い範囲で正極活物質層内の電子抵抗を低減することにより、正極の全体抵抗を小さくしたリチウム二次電池用正極を提供することが出来る。   According to the present invention, there is provided a positive electrode for a lithium secondary battery in which the overall resistance of the positive electrode is reduced by reducing the electronic resistance in the positive electrode active material layer in a range where the porosity in the positive electrode active material layer is high. I can do it.

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

本発明の電池の種類は、特に制限されないが、上記リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、上述した非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。双極型電池では、通常の電池に比べて単電池の電圧が高く、容量、出力特性に優れた電池を構成できる。また、積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。   The type of the battery of the present invention is not particularly limited. However, when the lithium ion secondary battery is distinguished by its form and structure, a conventionally known type such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery is known. It can be applied to any form / structure. Also, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion secondary battery, it applies to both the non-bipolar (internal parallel connection type) battery and the bipolar (internal series connection type) battery described above. It is possible. In the bipolar battery, a single cell voltage is higher than that of a normal battery, and a battery excellent in capacity and output characteristics can be configured. In addition, by adopting a laminated (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.

図1に、扁平型(積層型)の非双極型リチウムイオン二次電池の断面概略図を示す。図1に示すリチウムイオン二次電池31では、電池外装材32に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いる。そして、その周辺部の全部を熱融着にて接合する。そして、リチウムイオン二次電池31は、正極板、電解質層35、負極板を有する。正極板には、正極集電体33の両面(発電要素の最下層および最上層用は片面)に、本発明に係る正極を構成する正極活物質層34(以下、単に、「正極活物質層34」とも称する)が形成される。負極板には、負極集電体36の両面(発電要素の最下層および最上層用は片面)に負極活物質層37が形成される。リチウムイオン二次電池31は、これらが積層した発電要素38を収納し密封した構成を有している。   FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a flat (stacked) non-bipolar lithium ion secondary battery. In the lithium ion secondary battery 31 shown in FIG. 1, a laminate film in which a polymer-metal is combined with a battery exterior material 32 is used. Then, the entire peripheral portion is joined by heat fusion. The lithium ion secondary battery 31 includes a positive electrode plate, an electrolyte layer 35, and a negative electrode plate. The positive electrode plate has a positive electrode active material layer 34 (hereinafter simply referred to as “positive electrode active material layer”) on both sides of the positive electrode current collector 33 (one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element). 34 ") is formed. In the negative electrode plate, negative electrode active material layers 37 are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 36 (one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element). The lithium ion secondary battery 31 has a configuration in which a power generation element 38 in which these are stacked is housed and sealed.

また、上記の各電極板(正極板及び負極板)と導通される正極(端子)リード39および負極(端子)リード40が、各電極板の正極集電体33及び負極集電体36に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられる。このように、上記熱融着部に挟まれて上記の電池外装材32の外部に露出される構造を有している。   In addition, the positive electrode (terminal) lead 39 and the negative electrode (terminal) lead 40 that are electrically connected to the electrode plates (positive electrode plate and negative electrode plate) are connected to the positive electrode current collector 33 and the negative electrode current collector 36 of each electrode plate. It is attached by sonic welding or resistance welding. Thus, it has the structure which is pinched | interposed into the said heat-fusion part and exposed to the exterior of said battery exterior material 32. FIG.

図2に、双極型リチウムイオン二次電池(以下、単に双極型電池とも称する)の全体構造を模式的に表わした概略断面図を示す。図2に示す双極型電池2は、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素21が、外装であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。正極活物質層22と、負極活物質層23とが集電体(第1集電体と第2集電体とが同じもので1枚となっている)24のそれぞれの面に形成された双極型電極(図示せず)を複数個有する。各双極型電極は、電解質層25を介して積層されて電池要素21を形成する。この際、一の双極型電極の正極活物質層22と前記一の双極型電極に隣接する他の双極型電極の負極活物質層23とが電解質層25を介して向き合うように、各双極型電極および電解質層25が積層されている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of a bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a bipolar battery). The bipolar battery 2 shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular battery element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior. The positive electrode active material layer 22 and the negative electrode active material layer 23 were formed on the respective surfaces of the current collector 24 (the first current collector and the second current collector are the same one). A plurality of bipolar electrodes (not shown) are provided. Each bipolar electrode is stacked via an electrolyte layer 25 to form a battery element 21. At this time, each bipolar type is formed such that the positive electrode active material layer 22 of one bipolar electrode and the negative electrode active material layer 23 of another bipolar electrode adjacent to the one bipolar electrode face each other through the electrolyte layer 25. An electrode and an electrolyte layer 25 are laminated.

そして、隣接する正極活物質層22、電解質層25および負極活物質層23は、一つの単電池層26を構成する。したがって、双極型電池2は、単電池層26が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層26の外周には、隣接する集電体24間を絶縁するための絶縁層27が設けられている。なお、電池要素21の最外層に位置する集電体(最外層集電体)(24a、24b)には、片面のみに、正極活物質層22(正極側最外層集電体24a)または負極活物質層23(負極側最外層集電体24b)のいずれか一方が形成されている。   The adjacent positive electrode active material layer 22, electrolyte layer 25, and negative electrode active material layer 23 constitute one unit cell layer 26. Therefore, it can be said that the bipolar battery 2 has a configuration in which the single battery layers 26 are stacked. In addition, an insulating layer 27 for insulating the adjacent current collectors 24 is provided on the outer periphery of the unit cell layer 26. The current collector (outermost layer current collector) (24a, 24b) located in the outermost layer of the battery element 21 has a positive electrode active material layer 22 (positive electrode side outermost layer current collector 24a) or a negative electrode only on one side. One of the active material layers 23 (the negative electrode side outermost layer current collector 24b) is formed.

この最外層集電体24aおよび24bのさらに外側に集電板24a’、24b’が設けられている。これらは集電板24a’、24b’はそれぞれ延長されて負極タブ28bおよび正極タブ28aとなっている。また、集電板24a’、24b’は、集電体より厚く形成することで、積層された複数の単電池層26からの電流を取り出しやすくなるようにしている。   Current collector plates 24a 'and 24b' are provided on the outer sides of the outermost layer current collectors 24a and 24b. The current collector plates 24a 'and 24b' are extended to form a negative electrode tab 28b and a positive electrode tab 28a, respectively. Further, the current collector plates 24a 'and 24b' are formed thicker than the current collector so that the current from the plurality of stacked unit cell layers 26 can be easily taken out.

そして、これらの正極タブ28aおよび負極タブ28bが外部に導出するように、発電要素21が、ラミネートシート29からなる外装材内に封止されている。   And the electric power generation element 21 is sealed in the exterior material which consists of the laminate sheet 29 so that these positive electrode tabs 28a and negative electrode tabs 28b may lead out outside.

なお、集電板に代えて、最外層集電体24aおよび24bを、そのまま正極タブ28aおよび負極タブ28bに電気的に接続してもよい。この際、最外層集電体(24a、24b)とタブ(28a、28b)との間を正極端子リード、負極端子リードを介して電気的に接続してもよい。また、集電板に代えて、最外層集電体24aおよび24bを厚くして、そのままラミネートシート29の外に延長して負極タブ28bおよび正極タブ28aとしてもよい。また、最外層集電体24aおよび24bと集電板24a’、24b’の間に電極活物質層があってもよい。すなわち、片面にのみ電極活物質を設けた最外層専用の集電体24a’、24b’とするのではなく、両面に電極活物質がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよいのである。この双極型電池2の基本構成は、複数積層した単電池層(単セル)が直列に接続された構成ともいえるものである。   Instead of the current collector plate, the outermost layer current collectors 24a and 24b may be electrically connected to the positive electrode tab 28a and the negative electrode tab 28b as they are. At this time, the outermost layer current collector (24a, 24b) and the tab (28a, 28b) may be electrically connected via a positive terminal lead and a negative terminal lead. Further, instead of the current collector plate, the outermost layer current collectors 24a and 24b may be thickened and directly extended outside the laminate sheet 29 to form the negative electrode tab 28b and the positive electrode tab 28a. Further, an electrode active material layer may be provided between the outermost layer current collectors 24a and 24b and the current collector plates 24a 'and 24b'. That is, the current collectors 24a ′ and 24b ′ dedicated to the outermost layer provided with the electrode active material only on one side are used as the current collector of the outermost layer as it is, instead of the current collector having the electrode active material on both sides. It is good. The basic configuration of the bipolar battery 2 can be said to be a configuration in which a plurality of stacked single battery layers (single cells) are connected in series.

下記に各構成要素につき以下にまとめて説明する。   The following is a summary of each component.

[集電体]
本発明で用いることのできる集電体としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができる。例えば、アルミニウム箔、ステンレス(SUS)箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、SUSとアルミニウムのクラッド材あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく使える。また、金属表面に、アルミニウムを被覆させた集電体であってもよい。また、場合によっては、2つ以上の金属箔を張り合わせた集電体を用いてもよい。複合集電体を用いる場合、正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、SUS、チタンなどの導電性金属を用いることができるが、アルミニウムが特に好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えば、銅、ニッケル、銀、SUSなどの導電性金属を用いることができるが、SUS及びニッケル等が特に好ましい。また、複合集電体においては、正極集電体と負極集電体とは、互いに直接あるいは第三の材料からなる導電性を有する中間層を介して電気的に接続していれば良い。また、正極集電体及び負極集電体には、平板(箔)のほか、ラスプレート、すなわちプレートに切目を入れたものをエキスパンドすることにより網目空間が形成されるプレートにより構成されているものを用いることもできる。集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は1〜100μm程度である。
[Current collector]
The current collector that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known current collectors can be used. For example, aluminum foil, stainless steel (SUS) foil, nickel-aluminum clad material, copper-aluminum clad material, SUS-aluminum clad material, or a plated material of a combination of these metals can be preferably used. Further, a current collector in which a metal surface is coated with aluminum may be used. Moreover, you may use the electrical power collector which bonded 2 or more metal foil depending on the case. When the composite current collector is used, as a material for the positive electrode current collector, for example, a conductive metal such as aluminum, an aluminum alloy, SUS, or titanium can be used, and aluminum is particularly preferable. On the other hand, as the material of the negative electrode current collector, for example, conductive metals such as copper, nickel, silver, and SUS can be used, and SUS and nickel are particularly preferable. Further, in the composite current collector, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be electrically connected to each other directly or via a conductive intermediate layer made of a third material. In addition to the flat plate (foil), the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are constituted by a lath plate, that is, a plate in which a mesh space is formed by expanding a plate with a cut. Can also be used. Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.

[正極]
本発明に係るリチウムイオン二次電池正極は、集電体と、前記集電体上に形成されてなる、正極活物質、導電助剤およびバインダを有する正極活物質層と、を含むリチウムイオン二次電池正極であって、前記正極活物質が、一次粒子の単結合体により構成され、前記正極活物質層内の空孔率が、40体積%〜60体積%であり、かつ、前記単結合体の平均粒径(D50)が、10μm以上である。
[Positive electrode]
A positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector and having a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder. It is a secondary battery positive electrode, wherein the positive electrode active material is composed of a single bond of primary particles, the porosity in the positive electrode active material layer is 40% by volume to 60% by volume, and the single bond The average particle size (D50) of the body is 10 μm or more.

上記の通り、反応場を増加させるために、従来は、活物質の粒子径が小さい電極活物質を用いることにより、電池の高出力化を図る試みが行われてきた。すると、正極合剤(正極活物質と、導電助剤と、バインダと、を含む)中における単位質量当りの活物質の数が多くなる。すると、導電性を高めるために多量の導電助剤が必要になり、また、多数の活物質を結着するために多量のバインダが必要になり、その分単位体積当りの活物質量が少なくなって、上記の問題が生じていた。   As described above, in order to increase the reaction field, conventionally, attempts have been made to increase the output of the battery by using an electrode active material having a small particle size of the active material. As a result, the number of active materials per unit mass in the positive electrode mixture (including the positive electrode active material, the conductive additive, and the binder) increases. As a result, a large amount of conductive aid is required to increase conductivity, and a large amount of binder is required to bind a large number of active materials, thereby reducing the amount of active material per unit volume. Thus, the above problem has occurred.

そこでバインダ、導電助剤等の量を減らすと、その分結着性や導電性等の特性が低下するため、正極合剤を、集電体に塗布した後、高圧でプレスをかける必要が生じることになる。その場合、電極活物質や導電助剤などの電極構成材料の密着性が向上するので、電子伝導性は向上するが、電極活物質層における電極活物質の充填率が高くなり電極活物質間の空隙(空孔)が潰れてしまう。すると、電極活物質層内に電解液を充分に含浸させることが困難となるという問題が生じてしまう。この結果、電解質と電極活物質との接触面積が著しく小さくなりLiイオンの拡散抵抗が大きくなるため、高出力の二次電池を得るのが困難となる問題があった。また一方で、過度の高圧条件にてプレスをかけると、正極合剤を含む正極活物質層に剥がれが生じる虞れがある。特にこの問題は、水溶液を含む電解質と比較してLiイオンの伝導度が低い非水電解質を用い、負極活物質と比較して電子伝導性が低い正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池における正極において特に顕著に生じ易い。したがって、リチウムイオン二次電池の高出力化を図るためには、リチウムイオン二次電池の正極において生じる上記問題を解決するのが有効な手段である。   Therefore, if the amount of the binder, the conductive auxiliary agent, etc. is reduced, the properties such as the binding property and the conductive property are reduced accordingly. Therefore, after applying the positive electrode mixture to the current collector, it is necessary to press at a high pressure. It will be. In that case, the adhesion of the electrode constituent materials such as the electrode active material and the conductive auxiliary agent is improved, so that the electron conductivity is improved, but the filling ratio of the electrode active material in the electrode active material layer is increased, and the electrode active materials are not separated. The voids (holes) are crushed. Then, there arises a problem that it becomes difficult to sufficiently impregnate the electrolyte solution in the electrode active material layer. As a result, since the contact area between the electrolyte and the electrode active material is remarkably reduced and the diffusion resistance of Li ions is increased, there is a problem that it is difficult to obtain a high output secondary battery. On the other hand, if the pressing is performed under an excessively high pressure condition, the positive electrode active material layer containing the positive electrode mixture may be peeled off. In particular, this problem is caused in a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte having a low Li ion conductivity compared to an electrolyte containing an aqueous solution and using a positive electrode active material having a low electronic conductivity compared to the negative electrode active material. This is particularly noticeable in the positive electrode. Therefore, in order to increase the output of the lithium ion secondary battery, it is an effective means to solve the above-mentioned problem occurring in the positive electrode of the lithium ion secondary battery.

本発明は、かような問題点に鑑みて完成され、以下(1)、(2)の点を主に特徴としている。すなわち、
(1)「小さな粒径を有する一次粒子」の「有意に大きな単結合体」で構成される正極活物質を使用する。
The present invention has been completed in view of such problems, and is characterized mainly by the following points (1) and (2). That is,
(1) A positive electrode active material composed of “significantly large single bonds” of “primary particles having a small particle size” is used.

かようにすることにより、表面積が増加し反応場が増加するとともに、一次粒子の凝集により、正極活物質としての単結合体が有意に大きくなる。よって、その分、導電助剤、バインダの量を減少させることができる。   By doing so, the surface area increases, the reaction field increases, and the single particles as the positive electrode active material become significantly larger due to the aggregation of the primary particles. Therefore, the amount of conductive auxiliary agent and binder can be reduced accordingly.

(2)正極活物質層内の空孔率を所定の範囲に制御する。   (2) The porosity in the positive electrode active material layer is controlled within a predetermined range.

かようにすることにより、電解質と電極活物質との接触面積が有意に上昇する。そのことにより、Liイオンの拡散抵抗を最小限にする(すなわち、拡散性を向上させる)。そして、上限値を所定の値に制御することにより、電極活物質や導電助剤などの電極構成材料の密着性を向上させ、電子伝導性を有意に上昇させることができる。   By doing so, the contact area between the electrolyte and the electrode active material is significantly increased. This minimizes the diffusion resistance of Li ions (that is, improves diffusibility). Then, by controlling the upper limit value to a predetermined value, it is possible to improve the adhesion of electrode constituent materials such as an electrode active material and a conductive additive, and to significantly increase the electron conductivity.

かような構成を採用する本発明に係る正極は、主に上記特徴を兼ね備えている。よって、ハイブリッドなどの自動車用電源に用いられる二次電池として、始動、発進、加速時にパワーアシストをするために十分な、容量特性・出力特性が向上したリチウムイオン二次電池に供される。   The positive electrode according to the present invention employing such a configuration mainly has the above characteristics. Therefore, as a secondary battery used for a power source for automobiles such as a hybrid, it is used for a lithium ion secondary battery with improved capacity characteristics and output characteristics sufficient for power assist at the time of starting, starting and accelerating.

(正極活物質)
本発明のリチウムイオン二次電池正極を構成する正極活物質に用いることのできる組成(材質)としては、特に制限されるものではないが、好ましくは下記化学式(1)に示すリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物である。
(Positive electrode active material)
Although it does not restrict | limit especially as a composition (material) which can be used for the positive electrode active material which comprises the lithium ion secondary battery positive electrode of this invention, Preferably the lithium nickel cobalt manganese composite shown by following Chemical formula (1) It is an oxide.

Figure 2010097813
Figure 2010097813

上記式において、0<a≦1.2、0.3≦b≦0.9、0≦c≦0.6、0.25≦d≦0.6、0≦e≦0.3、1.5≦f≦2.2、0≦g≦0.5である。MはAlまたは、Mg、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Gaからなる群から選択される少なくとも1種類であり、Xは、F、Cl、Sの少なくとも一種類である。これら正極活物質の組成は、ICP、原子吸光法、蛍光X線法、キレート滴定、パーティクルアナライザーにより測定できる。   In the above formula, 0 <a ≦ 1.2, 0.3 ≦ b ≦ 0.9, 0 ≦ c ≦ 0.6, 0.25 ≦ d ≦ 0.6, 0 ≦ e ≦ 0.3, 1. 5 ≦ f ≦ 2.2 and 0 ≦ g ≦ 0.5. M is at least one selected from the group consisting of Al or Mg, Ca, Ti, V, Cr, Fe, and Ga, and X is at least one of F, Cl, and S. The composition of these positive electrode active materials can be measured by ICP, atomic absorption method, fluorescent X-ray method, chelate titration, and particle analyzer.

図3は、球状の一次粒子13が複数集まって単結合体11を構成する状態を模式的に表したものである。無論、一次粒子の形状としては、特に制限されるものではない。立方体形状であっても、直方体、楕円球状、針状、板状、角状ないし柱状であってもよく、球状や立方体形状でない不定形状の形態であってもよい(図4、図5参照)。   FIG. 3 schematically shows a state in which a plurality of spherical primary particles 13 are collected to form a single bond 11. Of course, the shape of the primary particles is not particularly limited. Even if it is a cube shape, it may be a rectangular parallelepiped, an elliptical sphere, a needle shape, a plate shape, a square shape or a column shape, or may be a non-spherical shape or a non-cubic shape (see FIGS. 4 and 5). .

なお、本発明の作用効果を損なわない範囲であれば、正極活物質層中に一次粒子のまま存在する正極活物質が含まれていてもよい。   In addition, as long as the effect of this invention is not impaired, the positive electrode active material layer may contain the positive electrode active material which exists as a primary particle.

(全体の空孔率)
本発明における正極活物質層内の空孔率(全体の空孔率)とは、正極活物質層の体積に対する、正極活物質層内の空孔(空隙)の総体積である。
(Total porosity)
The porosity (total porosity) in the positive electrode active material layer in the present invention is the total volume of the voids (voids) in the positive electrode active material layer with respect to the volume of the positive electrode active material layer.

本発明に係る電極における正極活物質層内の空孔率が、40体積%〜60体積%である。正極活物質層内の空孔率が、40体積%〜60体積%であると、電子伝導性と、拡散性の両方を向上させ、容量特性・出力特性が有意に向上した電池に供される電極を提供することができる。一方で、40体積%未満であると、拡散性という点で、本発明の効果を奏することができない虞れがある。一方で、60体積%を超えると、電子抵抗が急激に上がり、電子導電性を確保することができず、ひいては、出力特性・容量特性に優れた電池に供される正極を提供できないといった結果に繋がる虞れがある。   The porosity in the positive electrode active material layer in the electrode according to the present invention is 40% by volume to 60% by volume. When the porosity in the positive electrode active material layer is 40% by volume to 60% by volume, both electron conductivity and diffusivity are improved, and the battery is provided with a significantly improved capacity characteristic / output characteristic. An electrode can be provided. On the other hand, if it is less than 40% by volume, the effect of the present invention may not be achieved in terms of diffusibility. On the other hand, if it exceeds 60% by volume, the electronic resistance increases rapidly, the electronic conductivity cannot be secured, and as a result, a positive electrode used for a battery having excellent output characteristics and capacity characteristics cannot be provided. There is a risk of being connected.

本発明においては、正極活物質層内の空孔率が、40体積%〜60体積%であるが、好ましくは40〜50体積%、より好ましくは40〜45体積%の範囲である。かような範囲で好ましいのは、体積当りのエネルギ密度という観点からである。   In the present invention, the porosity in the positive electrode active material layer is 40 to 60% by volume, preferably 40 to 50% by volume, more preferably 40 to 45% by volume. In such a range, it is preferable from the viewpoint of energy density per volume.

なお、上記全体の空孔率の制御方法および測定方法は、下記にて詳説する。   The overall porosity control method and measurement method will be described in detail below.

(平均粒径)
<単結合体の平均粒径>
本発明に係る正極における単結合体の平均粒径(D50)は、10μm以上である。単結合体の平均粒径(D50)の値として、10μm未満であると、正極活物質層の剥がれが生じる虞れがある。また、50μm超であると、正極活物質が大きいため、正極活物質層に凹凸が発生し、平坦な電極を得ることができない虞れがある。なお、単結合体の平均粒径(D50)は、電極膜厚の自由度といった観点から、好ましくは10〜25μm、より好ましくは10〜20μmである。
(Average particle size)
<Average particle size of single bond>
The average particle diameter (D50) of the single bond in the positive electrode according to the present invention is 10 μm or more. If the average particle size (D50) of the single bond is less than 10 μm, the positive electrode active material layer may be peeled off. If it exceeds 50 μm, since the positive electrode active material is large, the positive electrode active material layer may be uneven, and a flat electrode may not be obtained. In addition, the average particle diameter (D50) of the single bond is preferably 10 to 25 μm, more preferably 10 to 20 μm, from the viewpoint of the degree of freedom of the electrode film thickness.

かかる単結合体の平均粒径は、例えば、SEM観察、TEM観察により測定することができる。上記でいう平均粒径は、粒子の形状が一様でない場合もあるため、絶対最大長で表すものとする。ここで、絶対最大長とは、単結合体の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の長さLの平均をとるものとする。なお、値は単結合体10個から求めた平均値とする。   The average particle diameter of such a single bond can be measured by, for example, SEM observation or TEM observation. The average particle diameter mentioned above is expressed by an absolute maximum length because the shape of the particles may not be uniform. Here, the absolute maximum length is an average of the maximum length L among the distances between any two points on the outline of the single bond. The value is an average value obtained from 10 single bonds.

また単結合体の平均粒径の制御方法は、後述する「単結合体の製造方法」にて説明を行う。   The method for controlling the average particle size of the single bond will be described in “Method for producing single bond” described later.

本発明では、正極活物質の単結合体の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なるが、概ね球状に形成されるものである。但し、この他にも球状に近い不定形状などに形成される場合もあるなど、特に限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   In the present invention, the shape of the single bond of the positive electrode active material is formed in a substantially spherical shape, although the shape that can be taken varies depending on the type and manufacturing method. However, in addition to this, it may be formed into an indefinite shape close to a spherical shape, etc., and is not particularly limited, and any shape can be used without any problem, and it is possible to improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics. It is desirable to select the shape appropriately.

<一次粒子の平均粒径>
上記単結合体を構成する一次粒子の平均粒径(D50)は、反応に寄与する表面積を増加させるという観点から、0.3〜10μmの範囲であるのが好ましく、より好ましくは0.3〜3.0μmの範囲である。
<Average particle size of primary particles>
The average particle diameter (D50) of the primary particles constituting the single bond is preferably in the range of 0.3 to 10 μm, more preferably 0.3 to 10 m from the viewpoint of increasing the surface area contributing to the reaction. The range is 3.0 μm.

一次粒子の平均粒径の測定方法は、上述の「単結合体の平均粒径」の測定方法が同様に妥当するので、ここでの説明は割愛する。なお、一次粒子の平均粒径の制御方法は、後述する「単結合体の製造方法」にて説明を行う。   As the measuring method of the average particle size of the primary particles, the measuring method of the above-mentioned “average particle size of the single bond” is similarly valid, and the description here is omitted. In addition, the control method of the average particle diameter of primary particle | grains is demonstrated in "the manufacturing method of a single bond" mentioned later.

(粒間空孔率)
本発明における粒間空孔率とは、正極活物質が単結合体(多孔体)でないと仮定したときに、つまり、一次粒子のみによって形成すると仮定したときに、正極活物質層の体積における、正極活物質、導電助剤およびバインダが占める以外の部分(つまり、粒間空孔)の体積の割合である。
(Intergranular porosity)
Intergranular porosity in the present invention, when it is assumed that the positive electrode active material is not a single bond (porous body), that is, when it is assumed to be formed only by primary particles, in the volume of the positive electrode active material layer, This is the volume ratio of the portion other than the positive electrode active material, the conductive additive and the binder (that is, intergranular voids).

本発明に係る電極における単結合体間の空孔率(粒間空孔率)は、9〜40体積%であると好ましい。粒間空孔率が、9体積%以上であると、拡散性が向上し、40体積%以下であると、単結合体同士の接触抵抗が軽減される(電子抵抗が軽減する)。かような範囲に制御することにより、容量特性・出力特性が有意に向上した電池に供される電極を提供することができる。一方で、粒間空孔率を、9体積%未満に制御しようとすると、正極活物質層が、集電体から剥れる虞がある(すなわち、ロールプレスによっては正極活物質層を、集電体に形成することができない虞れがある。)。つまり、粒間空孔率を、9体積%未満に制御しようとすると、電極が箔から剥がれ落ち、電池が組めなくなる虞れがある。また、単結合体の形状に崩れが生じる虞れがある。一方で、40体積%超であると、単結合体同士の接触抵抗が高くなり、電子伝導性が低くなる虞れがある。   The porosity (intergranular porosity) between single bonds in the electrode according to the present invention is preferably 9 to 40% by volume. When the intergranular porosity is 9% by volume or more, the diffusibility is improved, and when it is 40% by volume or less, the contact resistance between single bonds is reduced (the electronic resistance is reduced). By controlling in such a range, it is possible to provide an electrode for use in a battery having significantly improved capacity characteristics and output characteristics. On the other hand, if it is attempted to control the intergranular porosity to less than 9% by volume, the positive electrode active material layer may peel off from the current collector (that is, the positive electrode active material layer may be collected depending on the roll press). May not be able to form on the body.) That is, if it is attempted to control the intergranular porosity to less than 9% by volume, the electrode may be peeled off from the foil and the battery may not be assembled. Moreover, there exists a possibility that collapse may arise in the shape of a single bond. On the other hand, if it exceeds 40% by volume, the contact resistance between the single bonds increases, and the electron conductivity may decrease.

本発明においては、上記のとおり、粒間空孔率が、9〜40体積%であると好ましいが、より好ましくは15〜30体積%、さらに好ましくは15〜28体積%、特に好ましくは20〜25体積%の範囲である。かような範囲で好ましいのは、体積当りのエネルギ密度と粒間の電子導電性という観点からである。   In the present invention, as described above, the intergranular porosity is preferably 9 to 40% by volume, more preferably 15 to 30% by volume, still more preferably 15 to 28% by volume, and particularly preferably 20 to 20%. It is in the range of 25% by volume. What is preferable in such a range is from the viewpoint of energy density per volume and electronic conductivity between grains.

また、上記粒間空孔率の制御方法および測定方法は、下記にて詳説する。   The control method and measurement method of the intergranular porosity will be described in detail below.

(粒内空孔率)
本発明における粒内空孔率とは、正極活物質層の体積において、複数の一次粒子で構成された1つの単結合体の体積における空孔部(つまり、粒内空孔)の体積の割合である。
(Intragranular porosity)
The intragranular porosity in the present invention is the ratio of the volume of pores (that is, intragranular vacancies) in the volume of one single bond composed of a plurality of primary particles in the volume of the positive electrode active material layer. It is.

本発明に係る電極における単結合体内の空孔率(粒内空孔率)は、20体積%〜30体積%であると好ましい。粒内空孔率が、20体積%以上であると、単結合体の反応場を有意に確保され、電子伝導性が向上する効果に繋がる。そして、40体積%以下に制御すると、拡散性が向上し、さらには、単結合体の強度が向上し、体積当りの容量維持という効果に繋がる。よって、単位体積あたりの容量が確保され、容量特性が向上し、ひいては、出力特性が有意に向上した電池に供される電極を提供することができる。   The porosity (intragranular porosity) in the single bond in the electrode according to the present invention is preferably 20% by volume to 30% by volume. When the intragranular porosity is 20% by volume or more, a reaction field of a single bond is significantly ensured, which leads to an effect of improving electron conductivity. And if it controls to 40 volume% or less, a diffusivity will improve, Furthermore, the intensity | strength of a single bond will improve and it will lead to the effect of the capacity maintenance per volume. Therefore, the capacity | capacitance per unit volume is ensured, a capacity | capacitance characteristic improves, and by extension, the electrode used for the battery which improved the output characteristic significantly can be provided.

一方で、粒内空孔率を20体積%未満に制御しようとすると、正極活物質層が、電解液の含浸率の低下の虞がある。40体積%超であると、電極内における体積当りのエネルギ密度低下という虞がある。   On the other hand, if it is attempted to control the intragranular porosity to less than 20% by volume, the positive electrode active material layer may have a decrease in the electrolyte impregnation rate. If it exceeds 40% by volume, the energy density per volume in the electrode may be lowered.

本発明においては、粒内空孔率が、20体積%〜30体積%であるが、体積当りの容量維持という観点から、好ましくは22〜30体積%、より好ましくは24〜26体積%の範囲である。   In the present invention, the intragranular porosity is 20% by volume to 30% by volume, but from the viewpoint of maintaining the capacity per volume, it is preferably in the range of 22-30% by volume, more preferably 24-26% by volume. It is.

<粒内空孔率の測定方法>
粒内空孔率の測定方法としては、例えば、水銀圧入法が挙げられる。水銀圧入法とは、どれくらいの圧力をかけたときに、どれくらいの大きさの孔に水銀が入っていくかを、理論的に計算する方法であり、かける圧力を連続的に増加させながら、水銀液面の表面の変化(つまり細孔への水銀侵入量)を検出することにより、試料表面の細孔の大きさとその体積を測定する方法である。
<Measurement method of intragranular porosity>
Examples of the method for measuring the intragranular porosity include a mercury intrusion method. The mercury intrusion method is a method of theoretically calculating how much pressure is applied to how much mercury enters the pores. This is a method of measuring the size and volume of the pores on the sample surface by detecting changes in the surface of the liquid surface (that is, the amount of mercury entering the pores).

具体的には、本発明に係る単結合体を形成する。この単結合体を測定セルに投入し、この試料が投入された測定セルに水銀を充填し、セル内部を加圧し、その過程での水銀侵入容積(W(cm))を静電容量検出器で検知する。これが単結合体の空孔容積であり、単結合体の質量(g)を水銀侵入容積(W(cm))で除した値が、粒内空孔率である。なお、粒内空孔率の値は、単結合体10個から求めた平均値である。 Specifically, a single bond according to the present invention is formed. This single bond is put into a measurement cell, the measurement cell containing this sample is filled with mercury, the inside of the cell is pressurized, and the mercury intrusion volume (W (cm 3 )) in the process is detected by capacitance. Detect with instrument. This is the pore volume of the single bond, and the value obtained by dividing the mass (g) of the single bond by the mercury intrusion volume (W (cm 3 )) is the intragranular porosity. In addition, the value of the intragranular porosity is an average value obtained from 10 single bonds.

なお、上記粒内空孔率の制御方法は、下記にて詳説する。   In addition, the control method of the said intragranular porosity is explained in full detail below.

<単結合体の製造方法>
本発明の電極は、前記正極活物質が、一次粒子の単結合体により構成される。本発明の一次粒子を含んで構成された単結合体を有する正極活物質の合成方法は、一次粒子が複数集合(凝集)するように単結合体(二次粒子)が形成される方法である。
<Method for producing single bond>
In the electrode of the present invention, the positive electrode active material is composed of a single bond of primary particles. The method for synthesizing a positive electrode active material having a single bond composed of primary particles of the present invention is a method in which single bonds (secondary particles) are formed so that a plurality of primary particles aggregate (aggregate). .

例えば、以下の方法が挙げられる。すなわち、マンガン酸リチウム粉を一般的な粉砕機等で平均粒径0.3〜1.0μmに粉砕する。好ましくは、D50=0.5μmである。   For example, the following method is mentioned. That is, the lithium manganate powder is pulverized to an average particle size of 0.3 to 1.0 μm with a general pulverizer or the like. Preferably, D50 = 0.5 μm.

ここで、一般的な粉砕機とは、特に制限はないが、ジェットミル、円盤型ミル、振動ボールミル等が一例として挙げられる。   Here, although there is no restriction | limiting in particular with a general grinder, A jet mill, a disk type mill, a vibration ball mill etc. are mentioned as an example.

続いて、上記粉体を水に溶かしスラリを作製する。粘度は、好ましくは100cp〜1000cp、より好ましくは200〜500cpに調節する。固形分濃度は、好ましくは10〜50%、より好ましくは20〜40%に調製する。アトマイザー方式のスプレードライヤーに上記スラリを投入する。微粒子(10μm未満)は、サイクロン方式や篩で除去することができる。   Subsequently, the powder is dissolved in water to produce a slurry. The viscosity is preferably adjusted to 100 cp to 1000 cp, more preferably 200 to 500 cp. The solid concentration is preferably adjusted to 10 to 50%, more preferably 20 to 40%. Put the slurry in an atomizer spray dryer. Fine particles (less than 10 μm) can be removed by a cyclone method or a sieve.

<全体の空孔率、粒間空孔率および粒内空孔率の制御方法>
1.粒内空孔率の制御方法
粒内空孔率の制御方法としては、様々な方法が挙げられる。一例を挙げると、上記方法により製造した単結合体を大気雰囲気炉で焼成する方法が挙げられる。具体的には、好ましくは800℃〜900℃で、好ましくは5時間〜15時間、より好ましくは830℃〜860℃で7時間〜10時間、大気雰囲気炉で焼成することにより所望の粒内空孔率を有する単結合体を得ることができる。無論、当業者であれば、例えば、水銀圧入法を用いて、所望の粒内空孔率になったかどうかを確認することができるため、これらの範囲を参考にすれば、所望の粒内空孔率に制御できるため、これらの焼成条件に制限されることない。
<Control method of overall porosity, intergranular porosity and intragranular porosity>
1. Control Method of Intragranular Porosity There are various methods for controlling the intragranular porosity. As an example, there may be mentioned a method of firing a single bond produced by the above method in an air atmosphere furnace. Specifically, it is preferably 800 to 900 ° C., preferably 5 to 15 hours, more preferably 830 to 860 ° C. for 7 to 10 hours by firing in an air atmosphere furnace to obtain a desired intragranular space. A single bond having a porosity can be obtained. Of course, a person skilled in the art can confirm whether or not the desired intragranular porosity has been achieved by using, for example, a mercury intrusion method. Since it can control to a porosity, it is not restrict | limited to these baking conditions.

2.全体の空孔率、粒間空孔率の制御方法
全体の空孔率、粒間空孔率の制御方法としては、様々な方法が挙げられる。一例を挙げて、下記に詳説する。
2. Methods for controlling overall porosity and intergranular porosity There are various methods for controlling the overall porosity and intergranular porosity. An example will be described in detail below.

まず、上記方法により粒内空孔率を制御した単結合体を使用して電極を作製する。ここでは、例えば、粒内空孔率25体積%のものを用いるとする。   First, an electrode is produced using a single bond whose intragranular porosity is controlled by the above method. Here, it is assumed that, for example, one having an intragranular porosity of 25 volume% is used.

続いて、正極合剤密度を配合比より算出する。例えば、Mn系材料の単結合体85質量%,導電助剤としてハードカーボン10質量%,バインダ(結着剤)として、PVdF5%を使用する場合、下記式(1):   Subsequently, the positive electrode mixture density is calculated from the blending ratio. For example, when using 85% by mass of a single bond of Mn-based material, 10% by mass of hard carbon as a conductive additive, and 5% of PVdF as a binder (binder), the following formula (1):

Figure 2010097813
Figure 2010097813

により求めることができる。 It can ask for.

活物質は、化学分析により、組成を推定する。XRF、XRD、XPS等により活物質の真密度を推定する。Mn系活物質であれば、4.2g/cm、Ni系活物質であれば、4.8g/cm、3元系活物質であれば、4.75g/cm、オリビン系であれば、3.5g/cmである。 The composition of the active material is estimated by chemical analysis. The true density of the active material is estimated by XRF, XRD, XPS or the like. If Mn based active material, if 4.2 g / cm 3, Ni-based active material, if 4.8 g / cm 3, 3-way-based active material, 4.75 g / cm 3, there in olivine For example, 3.5 g / cm 3 .

ここで、例えば、a:マンガン酸リチウム粉の真密度=4.2(g/cm)、b:ハードカーボン(HC)の真密度=1.5(g/cm)、c:PVdFの真密度=1.7(g/cm)であると、正極合剤密度は、3.81(g/cm)となる。 Here, for example, a: true density of lithium manganate powder = 4.2 (g / cm 3 ), b: true density of hard carbon (HC) = 1.5 (g / cm 3 ), c: of PVdF When the true density is 1.7 (g / cm 3 ), the positive electrode mixture density is 3.81 (g / cm 3 ).

一方、単位面積当りの正極合剤量をA(mg/cm)とし、所望の正極活物質層の厚み方向の厚さをB(μm)とすると、 On the other hand, when the positive electrode mixture amount per unit area is A (mg / cm 2 ) and the thickness of the desired positive electrode active material layer in the thickness direction is B (μm),

Figure 2010097813
Figure 2010097813

であり、 And

Figure 2010097813
Figure 2010097813

であり、 And

Figure 2010097813
Figure 2010097813

である。 It is.

より具体的に説明すると、正極単結合体の含有率は、85質量%であり、「単位面積当りの正極合剤量」を20.5(mg/cm)とし、狙いの「全体の空孔率」を51体積%とすると、 More specifically, the content of the positive electrode single bond is 85% by mass, and the “positive electrode mixture amount per unit area” is 20.5 (mg / cm 2 ). When the “porosity” is 51% by volume,

Figure 2010097813
Figure 2010097813

となり、上式を解いて、B=110μmとなる。 Then, solving the above equation, B = 110 μm.

すなわち、B=110(μm)を、所望の正極活物質層の厚み方向の厚さとする。   That is, B = 110 (μm) is the desired thickness in the thickness direction of the positive electrode active material layer.

上記方法により膜厚を決定した場合、単結合体間の空孔率は、   When the film thickness is determined by the above method, the porosity between single bonds is

Figure 2010097813
Figure 2010097813

となる。 It becomes.

以上の操作により、全体の空孔率:51体積%、粒間空孔率:30体積%、粒内空孔率:25体積%という値に制御することができる。   By the above operation, it is possible to control the whole porosity: 51% by volume, intergranular porosity: 30% by volume, and intragranular porosity: 25% by volume.

以上述べた通り、所望の「全体の空孔率」「粒内空孔率」「粒間空孔率」を得ることができる。   As described above, desired “total porosity”, “intragranular porosity”, and “intergranular porosity” can be obtained.

<全体の空孔率、粒間空孔率および粒内空孔率の測定方法>
一方で、全体の空孔率、粒間空孔率および粒内空孔率を測定する方法も上記を応用して行うことができる。
<Measurement method of overall porosity, intergranular porosity and intragranular porosity>
On the other hand, the method of measuring the whole porosity, intergranular porosity, and intragranular porosity can also be performed by applying the above.

仮に、正極と、負極とが組み合わされて電極として形成された後であっても、セパレータや負極等を除く分解を行って正極を取り出すことができる。また、仮に、正極を構成する正極活物質層に、電解液等が含浸している場合であっても、それをジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の溶媒で洗浄を行い、正極活物質、導電助剤およびバインダから構成される正極活物質層と、集電体と、からなる正極として取り出すこともできる。   Even after the positive electrode and the negative electrode are combined and formed as an electrode, the positive electrode can be taken out by disassembling the separator and the negative electrode. Further, even if the positive electrode active material layer constituting the positive electrode is impregnated with an electrolytic solution or the like, it is washed with a solvent such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), etc. It can also be taken out as a positive electrode comprising a positive electrode active material layer composed of an active material, a conductive additive and a binder, and a current collector.

その後、粒内空孔率を測定すべく、単結合体の粒子を複数個(例えば、10個)取り出し、上記にて説明した水銀入圧法にて、粒内空孔率を測定する。   Thereafter, in order to measure the intragranular porosity, a plurality (for example, 10) of single-bonded particles are taken out, and the intragranular porosity is measured by the mercury pressure method described above.

次に、活物質・導電助剤・バインダの配合比を推定する。TG−MASS等によりその割合を推定することができる。バインダは、発生するガスをガスクロマトグラフにかけて成分を推定する。その成分から真密度を推定できる。また、導電助剤(カーボン)については、XRDやSEMから結晶状態や形状を観察する。使用しているカーボンから真密度を推定する。以上より、構成する活物質と導電助剤とバインダの割合と真密度がわかる。あとは前述のとおり、膜厚と水銀ポロシ結果から全体空孔率・粒間空孔率・粒内空孔率がわかる。   Next, the compounding ratio of the active material / conductive aid / binder is estimated. The ratio can be estimated by TG-MASS or the like. The binder estimates the components by applying the generated gas to a gas chromatograph. The true density can be estimated from the component. Moreover, about a conductive support agent (carbon), a crystal state and a shape are observed from XRD or SEM. Estimate the true density from the carbon used. From the above, the ratio and the true density of the active material, the conductive additive, and the binder to be formed can be understood. After that, as described above, the total porosity, intergranular porosity, and intragranular porosity can be found from the film thickness and mercury porosimetry results.

[正極活物質の含有率]
本発明に係る正極は、一次粒子の単結合体で構成される正極活物質を使用し、単結合体の平均粒径を所定の大きさに制御する。かようにすることにより、反応場を増加させながらも、正極合剤中の導電性を高めるための導電助剤の量、結着性を高めるための、バインダの量を有意に減少させることができる。
[Positive electrode active material content]
The positive electrode according to the present invention uses a positive electrode active material composed of a single bond of primary particles, and controls the average particle size of the single bond to a predetermined size. By doing so, it is possible to significantly reduce the amount of the conductive auxiliary for increasing the conductivity in the positive electrode mixture and the amount of the binder for increasing the binding property while increasing the reaction field. it can.

前記正極活物質の含有率が、前記正極活物質層を構成する全成分の総質量に対し、84質量%以上であると、容量特性が向上し、出力特性が有意に向上した電池に供される電極を提供することができる点で好ましい。容量特性がさらに向上し、出力特性がさらに向上した正極を供給できる点で、前記正極活物質の含有率が、前記正極活物質層を構成する全成分の総質量に対し、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは93質量%以上、特に好ましくは95質量%である。   When the content of the positive electrode active material is 84% by mass or more with respect to the total mass of all the components constituting the positive electrode active material layer, the capacity characteristics are improved and the battery is provided with significantly improved output characteristics. This is preferable in that an electrode can be provided. The positive electrode active material content is more preferably 90% by mass with respect to the total mass of all components constituting the positive electrode active material layer in that a positive electrode having further improved capacity characteristics and further improved output characteristics can be supplied. % Or more, more preferably 93% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass.

[バインダ]
本発明で用いることのできるバインダとしては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)とCMC、アクリロニトリル、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。
[Binder]
The binder that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known binders can be used. Examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene butadiene rubber (SBR) and CMC, acrylonitrile, and a synthetic rubber binder.

[導電助剤]
本発明で用いることのできる導電助剤としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを利用することができる。
[Conductive aid]
The conductive auxiliary agent that can be used in the present invention is not particularly limited, and conventionally known ones can be used.

導電助剤とは、導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維、黒鉛などの炭素材料が挙げられる。また、金属粉も導電助剤として好適に用いられうる。   A conductive assistant means the additive mix | blended in order to improve electroconductivity. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, vapor-grown carbon fiber, and graphite. Moreover, metal powder can also be used suitably as a conductive support agent.

[負極活物質層]
負極活物質層は、負極活物質を含む。この他にも、他の負極材料としては、電解液(電解質支持塩および可塑剤)、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などの電解質が挙げられる。負極活物質の種類以外は、上記で説明した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material. Other examples of the negative electrode material include electrolytes such as an electrolytic solution (electrolyte supporting salt and plasticizer), a polymer gel or a solid electrolyte (host polymer, electrolytic solution, etc.). Since the contents other than the type of the negative electrode active material are the same as described above, the description thereof is omitted here.

負極材料活物質としては、従来公知の溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、アモルファスカーボン、コークスおよびメソフェーズピッチ系炭素繊維、グラファイト、非晶質炭素であるハードカーボンなどの炭素材料から選ばれてなる少なくとも1種を主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されない。この他にも金属酸化物(特に遷移金属酸化物、具体的にはチタン酸化物)、金属(特に遷移金属、具体的にはチタン)とリチウムとの複合酸化物などを用いることもできる。   As the negative electrode material active material, a negative electrode active material that is also used in a conventionally known solution-type lithium ion battery can be used. Specifically, a negative electrode mainly composed of at least one selected from carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, coke and mesophase pitch carbon fiber, graphite, and hard carbon which is amorphous carbon. Although it is desirable to use an active material, it is not particularly limited. In addition, a metal oxide (particularly a transition metal oxide, specifically titanium oxide), a composite oxide of a metal (particularly a transition metal, specifically titanium) and lithium, or the like can also be used.

[電解質層]
本発明では、その使用目的に応じて、(a)電解液を染み込ませたセパレータ、(b)高分子ゲル電解質、(c)高分子固体電解質のいずれにも適用し得るものである。中でも、(a)が特に好ましい。
[Electrolyte layer]
The present invention can be applied to any of (a) a separator impregnated with an electrolytic solution, (b) a polymer gel electrolyte, and (c) a polymer solid electrolyte depending on the purpose of use. Among these, (a) is particularly preferable.

(a)電解液を染み込ませたセパレータ
(電解液)
本発明に係るリチウムイオン二次電池正極を構成する正極活物質層に用いることのできる他の正極合剤としては、電解液(電解質支持塩および可塑剤)、高分子ゲルないし固体電解質(ホストポリマー、電解液など)などの電解質が挙げられる。なお、本願の電解質としては、単結合体への浸透性といった観点から、電解液(電解質支持塩および可塑剤)により構成されることが特に好ましい。
(A) Separator soaked with electrolyte (electrolyte)
Other positive electrode mixtures that can be used for the positive electrode active material layer constituting the positive electrode of the lithium ion secondary battery according to the present invention include an electrolyte solution (electrolyte supporting salt and plasticizer), a polymer gel or a solid electrolyte (host polymer). Electrolytes) and the like. The electrolyte of the present application is particularly preferably composed of an electrolytic solution (electrolyte supporting salt and plasticizer) from the viewpoint of permeability to a single bond.

電解液(電解質支持塩および可塑剤)としては、特に制限されるべきものではなく、従来既知の各種電解液を適宜使用することができるものである。   The electrolyte solution (electrolyte supporting salt and plasticizer) is not particularly limited, and various conventionally known electrolyte solutions can be used as appropriate.

例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩(電解質支持塩)を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類または2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の可塑剤(有機溶媒)を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。 For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) selected from organic acid anion salts such as 2 N, wherein at least one lithium salt (electrolyte support salt), propylene carbonate, cyclic carbonates such as ethylene carbonate; dimethyl carbonate Chain carbonates such as methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; γ-butyrolactone, etc. Lactones; Nitto such as acetonitrile Lyls; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide; Plasticizers such as aprotic solvents (organic) mixed with at least one selected from methyl acetate and methyl formate Those using a solvent) can be used. However, it is not necessarily limited to these.

(セパレータ)
上記セパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、上記電解液を吸収保持するポリマーからなる多孔性シート(例えば、ポリオレフィン系微多孔質セパレータなど)、不織布セパレータなどを用いることができる。有機溶媒に対して化学的に安定であるという性質を持つ上記ポリオレフィン系微多孔質セパレータは、電解質(電解液)との反応性を低く抑えることができるという優れた効果を有するものである。
(Separator)
The separator is not particularly limited, and a conventionally known separator can be used. For example, a porous sheet made of a polymer that absorbs and holds the electrolytic solution (for example, a polyolefin-based microporous separator), a nonwoven fabric separator, or the like can be used. The polyolefin microporous separator having the property of being chemically stable to an organic solvent has an excellent effect that the reactivity with the electrolyte (electrolytic solution) can be kept low.

上記ポリオレフィン系微多孔質セパレータなどの多孔性シートの材質としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリイミドなどが挙げられる。   Examples of the material for the porous sheet such as the polyolefin-based microporous separator include a laminate having a three-layer structure of polyethylene (PE), polypropylene (PP), PP / PE / PP, and polyimide.

不織布セパレータの材質としては、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを用いることができる。使用目的(電解質層に要求される機械強度など)に応じて、単独または混合して用いる。   As a material of the nonwoven fabric separator, for example, conventionally known materials such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polypropylene, polyethylene such as polyethylene, polyimide, and aramid can be used. Depending on the purpose of use (such as mechanical strength required for the electrolyte layer), these are used alone or in combination.

また、不織布の嵩密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性を得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。すなわち、あまり不織布の嵩密度が大きすぎると、電解質層中の非電解質材料が占める割合が大きくなりすぎ、電解質層におけるイオン伝導度などを損なうおそれがあるためである。   The bulk density of the non-woven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. That is, if the bulk density of the nonwoven fabric is too large, the proportion of the non-electrolyte material in the electrolyte layer becomes too large, and the ionic conductivity and the like in the electrolyte layer may be impaired.

上記セパレータへの電解液の含浸量は、セパレータの保液能力範囲まで含浸させればよいが、当該保液能力範囲を超えて含浸させてもよい。これは、電解質シール部に樹脂を注入して電解質層からの電解液の染み出しを防止できるため、該電解質層に保液できる範囲であれば含浸可能である。該電解液は、真空注液法などにより注液した後、完全にシールすることができるなど、従来公知の方法でセパレータに電解液を含浸させることができる。   The amount of the electrolytic solution impregnated in the separator may be impregnated to the range of the liquid retention capacity of the separator, but may be impregnated beyond the liquid retention capacity range. This can prevent impregnation of the electrolyte from the electrolyte layer by injecting a resin into the electrolyte seal portion, and therefore can be impregnated as long as the electrolyte layer can be retained. The electrolyte can be impregnated in the separator by a conventionally known method, for example, the electrolyte can be completely sealed after being injected by a vacuum injection method or the like.

[絶縁層]
絶縁層は、主に双極型電池の場合に用いられる。この絶縁層は、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こるのを防止する目的で、各電極の周囲に形成されてなるものである。本発明では、必要に応じて、電極の周囲に絶縁層を設けてもよい。これは、車両駆動用ないし補助用電源として利用するような場合には、電解液による短絡(液落)を完全に防止する必要がある。さらに、電池への振動や衝撃が長期にわたり負荷される。そのため、電池寿命の長期化の観点からは、絶縁層を設置することがより長期間の信頼性、安全性を確保する上で望ましく、高品質の大容量電源を提供できる点で望ましいためである。
[Insulation layer]
The insulating layer is mainly used in the case of a bipolar battery. This insulating layer is formed around each electrode for the purpose of preventing adjacent collectors in the battery from contacting each other and short-circuiting due to slight unevenness at the end of the laminated electrode. It is. In this invention, you may provide an insulating layer around an electrode as needed. When this is used as a vehicle driving or auxiliary power source, it is necessary to completely prevent a short circuit (liquid drop) due to the electrolytic solution. Furthermore, vibrations and impacts on the battery are loaded for a long time. Therefore, from the viewpoint of prolonging battery life, it is desirable to install an insulating layer in order to ensure longer-term reliability and safety, and to provide a high-quality, large-capacity power supply. .

該絶縁層としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、エポキシ樹脂、ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどが使用できるが、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点からは、エポキシ樹脂が好ましい。   The insulating layer only needs to have insulating properties, sealing properties against falling off of the solid electrolyte, sealing properties against moisture permeation from the outside (sealing properties), heat resistance at the battery operating temperature, and the like. For example, epoxy resin, rubber, polyethylene, polypropylene, polyimide and the like can be used, but epoxy resin is preferable from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economy, and the like.

[正極および負極リード]
正極および負極リードに関しては、双極型に限らず、従来公知の非双極型リチウムイオン電池で用いられるリードと同様のものを用いることができる。なお、電池外装材(電池ケース)から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆しておくのが好ましい。
[Positive electrode and negative electrode lead]
The positive electrode and the negative electrode lead are not limited to the bipolar type, and the same leads as those used in conventionally known non-bipolar lithium ion batteries can be used. In addition, the part taken out from the battery exterior material (battery case) does not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic devices, etc.) by contacting with peripheral devices or wiring and leaking electricity. It is preferable to coat with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like.

[電池外装材(電池ケース)]
双極型に限らず、リチウムイオン電池では、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、電池本体である電池積層体ないし電池巻回体全体を電池外装材ないし電池ケースに収容するのが望ましい。軽量化の観点からは、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)の両面をポリプロピレンフィルム等の絶縁体(好ましく耐熱性の絶縁体)で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなど、従来公知の電池外装材を用いるとよい。そして、その周辺部の一部または全部を熱融着にて接合することにより、電池積層体を収納し密封した構成とするのが好ましい。この場合、上記正極および負極リードは、上記熱融着部に挟まれて上記電池外装材の外部に露出される構造とすればよい。また熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムなどを用いることが、自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を電池動作温度まですばやく加熱することができる点で好ましい。高分子−金属複合ラミネートフィルムとしては、特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。具体例としては、例えば、高分子フィルムからなる外装保護層(ラミネート最外層)、金属フィルム層、高分子フィルムからなる熱融着層(ラミネート最内層)のように配置し全体を積層一体化してなるものが挙げられる。詳しくは、外装材に用いられる高分子−金属複合ラミネートフィルムは、上記金属フィルムの両面に、高分子フィルムとして、まず耐熱絶縁樹脂フィルムを形成し、少なくとも片面側の耐熱絶縁樹脂フィルム上に熱融着絶縁性フィルムが積層されたものである。かかるラミネートフィルムは、適当な方法にて熱融着させることにより、熱融着絶縁性フィルム部分が融着して接合し熱融着部が形成される。上記金属フィルムとしては、アルミニウムフィルム等が例示できる。また、絶縁性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテトラフタレートフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ナイロンフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ポリエチレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)、ポリプロピレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)が例示できる。ただし、本発明の外装材は、これらに制限されるべきものではない。こうしたラミネートフィルムでは、超音波溶着等により熱融着絶縁性フィルムを利用して1対ないし1枚(袋状)のラミネートフィルムの熱融着による接合を、容易かつ確実に行うことができる。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、ラミネートシートの構成要素である金属フィルム同士を直接接合してもよい。金属フィルム間にある熱融着性樹脂を除去もしくは破壊して金属フィルム同士を接合するには超音波溶着を用いることができる。
[Battery exterior material (battery case)]
Lithium-ion batteries are not limited to bipolar types, and the entire battery stack or battery winding body, which is the main body of the battery, is housed in a battery case or battery case in order to prevent external impact and environmental degradation during use. It is desirable to do. From the viewpoint of weight reduction, a polymer-metal composite laminate film in which both surfaces of metals (including alloys) such as aluminum, stainless steel, nickel, and copper are covered with an insulator (preferably a heat-resistant insulator) such as a polypropylene film. A conventionally known battery exterior material may be used. And it is preferable to make it the structure which accommodated and sealed the battery laminated body by joining a part or all of the peripheral part by heat sealing | fusion. In this case, the positive electrode and the negative electrode lead may be structured to be sandwiched between the heat-sealed portions and exposed to the outside of the battery exterior material. In addition, it is preferable to use a polymer-metal composite laminate film having excellent thermal conductivity because heat can be efficiently transmitted from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be quickly heated to the battery operating temperature. The polymer-metal composite laminate film is not particularly limited, and a conventionally known film in which a metal film is disposed between polymer films and the whole is laminated and integrated can be used. As specific examples, for example, an outer protective layer made of a polymer film (laminate outermost layer), a metal film layer, a heat-sealing layer made of a polymer film (laminate innermost layer), and the whole is laminated and integrated. The thing which becomes. Specifically, in the polymer-metal composite laminate film used for the exterior material, a heat-resistant insulating resin film is first formed as a polymer film on both surfaces of the metal film, and heat fusion is performed on at least one heat-resistant insulating resin film. An insulating insulating film is laminated. Such a laminate film is heat-sealed by an appropriate method, whereby the heat-welding insulating film portion is fused and joined to form a heat-sealing portion. An example of the metal film is an aluminum film. Insulating resin films include polyethylene tetraphthalate film (heat insulation film), nylon film (heat insulation film), polyethylene film (heat fusion insulation film), polypropylene film (heat fusion insulation film). Can be illustrated. However, the exterior material of the present invention should not be limited to these. In such a laminate film, it is possible to easily and surely join one to one (bag-like) laminate films by heat fusion using a heat fusion insulating film by ultrasonic welding or the like. In order to maximize the long-term reliability of the battery, metal films that are constituent elements of the laminate sheet may be directly joined. Ultrasonic welding can be used to join the metal films by removing or destroying the heat-fusible resin between the metal films.

[リチウムイオン電池の外観構成]
図6は、本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な(非双極型の)リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[External structure of lithium-ion battery]
FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of a laminated flat (non-bipolar) lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the lithium ion battery according to the present invention.

図6に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれる。その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58及び負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図3に示す非双極型の非双極型リチウムイオン二次電池10aの発電要素(電池要素)17に相当するものである。正極(正極活物質層)12、電解質層13および負極(負極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)16が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 6, the laminated flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power from both sides thereof. Has been pulled out. The power generation element (battery element) 57 is encased in the battery exterior material 52 of the lithium ion secondary battery 50. The surroundings are heat-sealed, and the power generation element (battery element) 57 is sealed with the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 pulled out to the outside. Here, the power generation element (battery element) 57 corresponds to the power generation element (battery element) 17 of the non-bipolar non-bipolar lithium ion secondary battery 10a shown in FIG. A plurality of single battery layers (single cells) 16 composed of a positive electrode (positive electrode active material layer) 12, an electrolyte layer 13, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 15 are laminated.

なお、本発明のリチウムイオン電池は、図6に示すような積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよい。こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよい。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。   Note that the lithium ion battery of the present invention is not limited to the stacked flat shape as shown in FIG. 6, and the wound lithium ion battery may have a cylindrical shape. Good. Such a cylindrical shape may be deformed into a rectangular flat shape. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit.

また、図6に示すタブ68、69の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ68と負極タブ69とを同じ辺から引き出すようにしてもよい。正極タブ68と負極タブ69をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図6に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Further, the removal of the tabs 68 and 69 shown in FIG. 6 is not particularly limited, and the positive electrode tab 68 and the negative electrode tab 69 may be pulled out from the same side. The positive electrode tab 68 and the negative electrode tab 69 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side, and the present invention is not limited to the one shown in FIG. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

本発明に係るリチウムイオン二次電池の用途としては、以下が挙げられる。例えば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)や燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高エネルギー密度、高出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。この場合には、本発明のリチウムイオン二次電池を複数個接続して構成した組電池とすることが望ましい。すなわち、本実施形態においては、本発明に係るリチウムイオン二次を、複数個、並列接続または直列接続または並列−直列接続または直列−並列接続の少なくとも一つを用いて組電池(車両用サブモジュール)とすることができる。これにより、種々の車両用ごとの容量・電圧の要望を基本の電池の組み合わせで対応が可能になる。その結果、必要エネルギー、出力の設計選択性を容易にすることが可能になる。そのため種々の車両用ごとに異なる電池を設計、生産する必要がなく、基本となる電池の大量生産が可能となり、量産化によるコスト削減が可能となる。以下に、当該組電池(車両用サブモジュール)の代表的な実施形態につき、図面を用いて簡単に説明する。   The following are mentioned as a use of the lithium ion secondary battery which concerns on this invention. For example, as a large-capacity power source for an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, etc., suitable for a vehicle driving power source or an auxiliary power source that requires high energy density and high output density Can be used. In this case, it is desirable that the assembled battery is constructed by connecting a plurality of lithium ion secondary batteries of the present invention. That is, in the present embodiment, a plurality of lithium ion secondary batteries according to the present invention are assembled using at least one of a parallel connection, a series connection, a parallel-series connection, or a series-parallel connection. ). This makes it possible to meet the demands for capacity and voltage for various types of vehicles by combining basic batteries. As a result, it becomes possible to facilitate the design selectivity of required energy and output. For this reason, it is not necessary to design and produce different batteries for various vehicles, and it becomes possible to mass-produce basic batteries and to reduce costs by mass production. Hereinafter, a representative embodiment of the assembled battery (vehicle submodule) will be briefly described with reference to the drawings.

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

図7は、本発明に係る組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図7Aは組電池の平面図であり、図7Bは組電池の正面図であり、図7Cは組電池の側面図である。   7 is an external view of a typical embodiment of the assembled battery according to the present invention, FIG. 7A is a plan view of the assembled battery, FIG. 7B is a front view of the assembled battery, and FIG. 7C is an assembled battery. FIG.

図7に示すように、本発明に係る組電池300は、本発明のリチウムイオン電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成している。この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続している。これにより、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図7Aは、組電池の平面図、図7Aは正面図、図7Cは側面図を示している。作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の非双極型ないし双極型のリチウムイオン電池を接続して組電池250を作成するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   As shown in FIG. 7, an assembled battery 300 according to the present invention forms a small assembled battery 250 in which a plurality of lithium ion batteries of the present invention are connected in series or in parallel and can be attached and detached. A plurality of the detachable small assembled batteries 250 are further connected in series or in parallel. Thereby, the assembled battery 300 having a large capacity and a large output suitable for a power source for driving a vehicle and an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density can be formed. 7A is a plan view of the assembled battery, FIG. 7A is a front view, and FIG. 7C is a side view. The small assembled battery 250 that can be attached and detached is connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled battery 250 is stacked in a plurality of stages using a connection jig 310. How many non-bipolar or bipolar lithium-ion batteries are connected to create the assembled battery 250, and how many assembled batteries 250 are stacked to produce the assembled battery 300 depends on the vehicle mounted. What is necessary is just to determine according to the battery capacity and output of (electric vehicle).

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

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

図8は、本発明の組電池を搭載した車両の概念図である。   FIG. 8 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery of the present invention.

図8に示したように、組電池70を電気自動車80のような車両に搭載するには、電気自動車80の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池70を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池70を用いた電気自動車80は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。本発明の組電池を搭載した車両としては、図8に示すような電気自動車のほか、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに幅広く適用できるものである。   As shown in FIG. 8, in order to mount the assembled battery 70 on a vehicle such as the electric vehicle 80, the battery pack 70 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 80. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 70 is mounted is not limited to under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. The electric vehicle 80 using the assembled battery 70 as described above has high durability and can provide sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance. A vehicle equipped with the assembled battery of the present invention can be widely applied to a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like in addition to an electric vehicle as shown in FIG.

以上、本発明の実施形態につき、その効果を以下に纏める。   The effects of the embodiments of the present invention are summarized as follows.

・測定した全体抵抗値は、分類すると電子抵抗、拡散抵抗、反応抵抗などに区分される。本発明で述べる電子抵抗とは、電子の流れにくさを示す。正極活物質層内の空孔率を大きくすると所定の導電助剤量では導通パスが離れて抵抗が増加する。従って、正極活物質層内で、空孔率をできるだけ低く設定する必要がある。一方、拡散抵抗はイオンの流れにくさを示す。正極活物質層内の空孔率を小さくすると、電解液の含侵状態が悪く、拡散抵抗が増加するので空孔率をできるだけ大きく設定する必要がある。つまり、電子抵抗と拡散抵抗はトレード・オフの関係にある。しかしながら、実施例に示すように、単結晶の粒径と正極の空効率を所定の範囲に制御することによって、比較例と同じ空効率でも電子抵抗を低下させることができるので、全体抵抗を低下させることができる。   ・ The measured total resistance value is classified into electronic resistance, diffusion resistance, reaction resistance, etc. The electronic resistance described in the present invention indicates a difficulty in the flow of electrons. When the porosity in the positive electrode active material layer is increased, the conduction path is separated and the resistance is increased with a predetermined amount of the conductive auxiliary agent. Therefore, it is necessary to set the porosity as low as possible in the positive electrode active material layer. On the other hand, diffusion resistance indicates difficulty in ion flow. If the porosity in the positive electrode active material layer is reduced, the impregnation state of the electrolyte is poor and the diffusion resistance increases. Therefore, it is necessary to set the porosity as large as possible. In other words, electronic resistance and diffusion resistance are in a trade-off relationship. However, as shown in the examples, by controlling the grain size of the single crystal and the empty efficiency of the positive electrode within a predetermined range, the electronic resistance can be reduced even with the same empty efficiency as in the comparative example, so the overall resistance is reduced. Can be made.

・前記正極活物質が、一次粒子の単結合体により構成されているため、表面積が増加し反応場が増加し、容量特性・出力特性が有意に向上した電池を提供することができる。   -Since the said positive electrode active material is comprised by the single bond of the primary particle, the surface area increases, the reaction field increases, and the battery which the capacity | capacitance characteristic and the output characteristic improved significantly can be provided.

・前記単結合体の平均粒径が、上記所定の範囲に制御されているため、導電助剤、バインダの量が有意に減少させることができ、容量特性・出力特性が有意に向上した電池を提供することができる。   -Since the average particle size of the single bond is controlled within the predetermined range, the amount of the conductive auxiliary agent and the binder can be significantly reduced, and the battery having significantly improved capacity characteristics and output characteristics can be obtained. Can be provided.

・前記正極活物質層内の空孔率が、上記所定の範囲に制御されているため、Liイオンの拡散抵抗を最小限にする(すなわち、拡散性を向上させる)。よって、電極活物質や導電助剤などの電極構成材料の密着性を向上させ、電子伝導性を有意に上昇され、容量特性・出力特性が有意に向上した電池を提供することができる。   -Since the porosity in the positive electrode active material layer is controlled within the predetermined range, the diffusion resistance of Li ions is minimized (that is, the diffusibility is improved). Therefore, it is possible to provide a battery in which the adhesion of electrode constituent materials such as an electrode active material and a conductive additive is improved, the electron conductivity is significantly increased, and the capacity characteristics and output characteristics are significantly improved.

・つまり、ハイブリッドなどの自動車用電源に用いられる二次電池として、始動、発進、加速時にパワーアシストをするために十分な、容量特性・出力特性が向上した電池を提供することができる。   That is, as a secondary battery used for a power source for automobiles such as a hybrid, it is possible to provide a battery with improved capacity characteristics and output characteristics sufficient to perform power assist during starting, starting, and acceleration.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の内容を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the content of the present invention will be described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

1. 電極の作製
<実施例1>
マンガン酸リチウム粉(LiMn)をジェットミルで、平均粒径0.3〜1.0μmに粉砕し、一次粒子がD50=1μmのものを準備した。
1. Production of Electrode <Example 1>
Lithium manganate powder (LiMn 2 O 4 ) was pulverized with a jet mill to an average particle size of 0.3 to 1.0 μm, and primary particles having D50 = 1 μm were prepared.

続いて、粉体を水に入れ、スラリを作製した。なお、粘度は、3000cpに調節し、固形分濃度は、43%に調製した。   Subsequently, the powder was put into water to prepare a slurry. The viscosity was adjusted to 3000 cp and the solid content concentration was adjusted to 43%.

アトマイザー方式のスプレードライヤーに上記スラリを投入した。微粒子(10μm未満)は、サイクロン方式や篩で除去して、単結合体(D50=10μm)の作製を作製した。   The slurry was put into an atomizer spray dryer. Fine particles (less than 10 μm) were removed by a cyclone method or a sieve to prepare a single bond (D50 = 10 μm).

製造した単結合体を、大気雰囲気炉で、850℃、10時間焼成し、粒内空孔率を25体積%に制御した。   The produced single bond was fired at 850 ° C. for 10 hours in an air atmosphere furnace, and the intragranular porosity was controlled to 25% by volume.

正極活物質として、上記で作製した単結合体 84質量%、バインダとして、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)6質量%、導電助剤としてハードカーボン10質量%、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用い、正極合剤を調製した(固形分濃度 43.4%)。   As a positive electrode active material, 84% by mass of the single bond prepared above, 6% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, 10% by mass of hard carbon as a conductive additive, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP as a solvent) ) To prepare a positive electrode mixture (solid content concentration: 43.4%).

具体的には、分散用ミキサーにNMPを投入し、次にPVdFを投入し、NMP溶媒に十分に溶解させた。この後、単結合体、ハードカーボンを少しずつ投入することで、PVdFの溶解した溶媒になじませた。単結合体、ハードカーボンがすべて投入された段階で溶媒を適宜加えて粘度(10000cp)を調節した。   Specifically, NMP was charged into the dispersing mixer, and then PVdF was charged and sufficiently dissolved in the NMP solvent. Thereafter, the single bond and hard carbon were added little by little to make it familiar with the solvent in which PVdF was dissolved. When all of the single bond and hard carbon were added, a solvent was appropriately added to adjust the viscosity (10000 cp).

上記で得られたスラリーを、コーティング装置を用い、正極集電体であるAl箔(膜厚20μm)の片面に塗布した。   The slurry obtained above was applied to one side of an Al foil (film thickness: 20 μm) as a positive electrode current collector using a coating apparatus.

塗布の際、単位面積あたりの目付量を20.5mg/cmとなるようコーティング装置のスキージ高さを調節した。スキージ高さはペースト粘度や固形分比に左右されるものであり、溶媒を揮発させた後の電極をポンチ抜き等でくりぬき、箔を引いた電極の重さを測定して狙いの塗布量を決定した。 At the time of application, the squeegee height of the coating apparatus was adjusted so that the basis weight per unit area was 20.5 mg / cm 2 . The height of the squeegee depends on the paste viscosity and the solid content ratio. Punch the electrode after volatilizing the solvent, etc., and measure the weight of the electrode with the foil pulled. Were determined.

続いて、一定厚さのドクターブレードを用いて正極活物質層の厚さを調整し、ホットスターラー上で乾燥、全体の空孔率を54体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ117μm)を設定し、ロールプレスでプレスすることにより、粒間空孔率を33%とし、所定の全体の空孔率を有する正極活物質層から構成される正極とした。   Subsequently, the thickness of the positive electrode active material layer is adjusted by using a doctor blade having a constant thickness, and is dried on a hot stirrer, so that the total porosity is set to 54% by volume. By setting the film thickness (the desired thickness of the positive electrode active material layer of 117 μm) and pressing with a roll press, the intergranular porosity is set to 33%, and the positive electrode active material layer having a predetermined overall porosity is used. It was set as the comprised positive electrode.

<実施例2>
全体の空孔率を45体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ98μm)を設定し、粒間空孔率を(23.8体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。
<Example 2>
In order to set the overall porosity to 45% by volume, a target film thickness (desired thickness of the positive electrode active material layer is 98 μm) is set for the positive electrode active material layer, and the intergranular porosity is set to (23.8 volume). %) Except that the positive electrode was produced in the same manner as in Example 1.

<実施例3>
全体の空孔率を60体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ135μm)を設定し、粒間空孔率を(38.8体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。
<Example 3>
In order to set the total porosity to 60% by volume, a target film thickness (desired thickness of the positive electrode active material layer is 135 μm) is set for the positive electrode active material layer, and the intergranular porosity is set to (38.8 volume). %) Except that the positive electrode was produced in the same manner as in Example 1.

<比較例1>
全体の空孔率を30体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ77μm)を設定し、粒間空孔率を(8.8体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製しようとしたが、後述する負極と、電池が組めなかった。
<Comparative Example 1>
In order to set the total porosity to 30% by volume, a target film thickness (desired thickness of the positive electrode active material layer 77 μm) is set for the positive electrode active material layer, and the intergranular porosity is set to 8.8 volumes. %) Except that the positive electrode was made in the same manner as in Example 1, but the battery could not be assembled with the negative electrode described later.

<比較例2>
全体の空孔率を34.3体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ82μm)を設定し、粒間空孔率を(13.0体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。
<Comparative example 2>
In order to set the total porosity to 34.3% by volume, a target film thickness (a desired positive electrode active material layer thickness of 82 μm) is set for the positive electrode active material layer, and the intergranular porosity is set to (13. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the volume was changed to 0% by volume.

<比較例3>
全体の空孔率を38.0体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ87μm)を設定し、粒間空孔率を(16.8体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。
<Comparative Example 3>
In order to set the total porosity to 38.0% by volume, a target film thickness (desired thickness of the positive electrode active material layer: 87 μm) is set for the positive electrode active material layer, and the intergranular porosity is set to (16. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the volume was 8% by volume.

<比較例4>
全体の空孔率を69体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ174μm)を設定し、粒間空孔率を(47.8体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。
<Comparative example 4>
In order to set the entire porosity to 69% by volume, a target film thickness (desired thickness of the positive electrode active material layer 174 μm) is set for the positive electrode active material layer, and the intergranular porosity is set to (47.8 volume). %) Except that the positive electrode was produced in the same manner as in Example 1.

<実施例4>
D50=0.5μmのものを準備し、粘度は、3500cpに調節し、固形分濃度は、44%に調製し、850℃、10時間焼成し、粒内空孔率を25体積%に制御し、単結合体84、PVdF6、HC4の配合比で作製した。全体の空孔率を45体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ98μm)を設定し、粒間空孔率を(24体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。
<Example 4>
D50 = 0.5 μm was prepared, the viscosity was adjusted to 3500 cp, the solid content concentration was adjusted to 44%, baked at 850 ° C. for 10 hours, and the intra-granular porosity was controlled to 25% by volume. , Single bond 84, PVdF6, and HC4. In order to set the overall porosity to 45% by volume, the target film thickness (desired thickness of the positive electrode active material layer is 98 μm) is set, and the intergranular porosity is set to 24% by volume. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that.

<実施例5>
D50=0.5μmのものを準備し、粘度は、3000cpに調節し、固形分濃度は、45%に調製し、800℃、10時間焼成し、粒内空孔率を35体積%に制御し、全体の空孔率を56.5体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ125μm)を設定し,粒間空孔率を(27体積%)とした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。
<Example 5>
D50 = 0.5 μm is prepared, the viscosity is adjusted to 3000 cp, the solid content concentration is adjusted to 45%, and calcined at 800 ° C. for 10 hours, and the intra-granular porosity is controlled to 35% by volume. In order to set the overall porosity to 56.5% by volume, a target film thickness (a desired positive electrode active material layer thickness 125 μm) is set for the positive electrode active material layer, and the intergranular porosity is set to (27 A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the volume%).

<比較例5>
正極活物質としてマンガン酸リチウム粉(LiMn)D50=5μm 84質量%、バインダとして、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)6質量%、導電助剤としてハードカーボン10質量%、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用い、正極合剤を調製した(固形分濃度 50.0%)。
<Comparative Example 5>
Lithium manganate powder (LiMn 2 O 4 ) D50 = 5 μm 84% by mass as a positive electrode active material, 6% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, 10% by mass of hard carbon as a conductive additive, N-methyl- A positive electrode mixture was prepared using 2-pyrrolidone (NMP) (solid content concentration 50.0%).

具体的には、分散用ミキサーにNMPを投入し、次にPVdFを投入し、NMP溶媒に十分に溶解させた。この後、単結合体、ハードカーボンを少しずつ投入することで、PVdFの溶解した溶媒になじませた。単結合体、ハードカーボンがすべて投入された段階で溶媒を適宜加えて粘度(6000cp)を調節した。   Specifically, NMP was charged into the dispersing mixer, and then PVdF was charged and sufficiently dissolved in the NMP solvent. Thereafter, the single bond and hard carbon were added little by little to make it familiar with the solvent in which PVdF was dissolved. When all of the single bond and hard carbon were added, a solvent was appropriately added to adjust the viscosity (6000 cp).

上記で得られたスラリーを、コーティング装置を用い、正極集電体であるAl箔(膜厚20μm)の片面に塗布した。   The slurry obtained above was applied to one side of an Al foil (film thickness: 20 μm) as a positive electrode current collector using a coating apparatus.

続いて、一定厚さのドクターブレードを用いて正極活物質層の厚さを調整し、ホットスターラー上で乾燥し、全体の空孔率を23体積%に設定すべく(単結合体ではないので、粒内の空孔率は存在しない)、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ70.5μm)を設定し、所定の全体空孔率を有する正極活物質層から構成される正極とした。   Subsequently, the thickness of the positive electrode active material layer is adjusted using a doctor blade having a constant thickness, dried on a hot stirrer, and the total porosity should be set to 23% by volume (since it is not a single bond) And there is no intra-granular porosity), a positive active material having a predetermined overall porosity with a target positive active material layer thickness (desired positive active material layer thickness: 70.5 μm) It was set as the positive electrode comprised from a layer.

<比較例6>
全体の空孔率(粒間空孔率)を31体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ78.5μm)を設定した以外は、比較例5と同様に正極を作製した。
<Comparative Example 6>
In order to set the overall porosity (intergranular porosity) to 31% by volume, except for setting the target thickness of the positive electrode active material layer (the desired thickness of the positive electrode active material layer 78.5 μm), A positive electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 5.

<比較例7>
全体の空孔率(粒間空孔率)を35体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ83.5μm)を設定した以外は、比較例5と同様に正極を作製した。
<Comparative Example 7>
In order to set the overall porosity (intergranular porosity) to 35% by volume, except for setting the target thickness of the positive electrode active material layer (the desired thickness of the positive electrode active material layer 83.5 μm), A positive electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 5.

<比較例8>
全体の空孔率(粒間空孔率)を43体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ95μm)を設定した以外は、比較例5と同様に正極を作製した。
<Comparative Example 8>
Comparative Example, except that the target positive electrode active material layer (thickness of the desired positive electrode active material layer 95 μm) was set in order to set the overall porosity (intergranular porosity) to 43% by volume. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 5.

<比較例9>
全体の空孔率(粒間空孔率)を55体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ120.5μm)を設定した以外は、比較例5と同様に正極を作製した。
<Comparative Example 9>
In order to set the overall porosity (intergranular porosity) to 55% by volume, except for setting a target film thickness (a desired positive electrode active material layer thickness of 120.5 μm), A positive electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 5.

<比較例10>
全体の空孔率(粒間空孔率)を70体積%に設定すべく、正極活物質層を狙いの膜厚(所望の正極活物質層の厚さ180μm)を設定した以外は、比較例5と同様に正極を作製した。
<Comparative Example 10>
Comparative Example, except that the thickness of the positive electrode active material layer (desired thickness of the positive electrode active material layer is 180 μm) was set to set the overall porosity (intergranular porosity) to 70% by volume. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 5.

2. 電池の作製と評価
上記得られた正極をφ16mmの打ち抜き冶具で型抜き、φ17mmのセパレータ(5μm)と、負極として、厚さ1mm、φ16mmの金属Liを用いて、LiPF EC/PC/DECの電解液を加えてコインセルを作製し評価を行った。
2. Production and Evaluation of Battery The positive electrode obtained above was die-cut with a φ16 mm punching jig, and using a separator (5 μm) with φ17 mm and a metal Li with a thickness of 1 mm and φ16 mm as the negative electrode, LiPF 6 EC / PC / DEC A coin cell was prepared by adding an electrolytic solution and evaluated.

(1)電子抵抗測定
実施例1〜3、比較例1〜10について、SOC50%時から交流インピーダンス法によりナイキストプロット表示の高週数側の実軸との交点より電子抵抗値を算出した。
(1) Electronic resistance measurement About Examples 1-3 and Comparative Examples 1-10, the electronic resistance value was computed from the intersection with the real axis on the high-weeks side of the Nyquist plot display by the AC impedance method from SOC 50%.

(2)全体抵抗測定
実施例1〜3、比較例1〜10について、任意のSOC(50%)から一定レート(1C)で一定時間(10秒)放電し、電圧降下量からΩの法則よりR=V/Iを算出した。
(2) Total resistance measurement For Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 10, discharge was performed from an arbitrary SOC (50%) at a constant rate (1C) for a fixed time (10 seconds). R = V / I was calculated.

(3)エネルギ密度測定
実施例4、5について、放電容量を測定は、以下の通り測定し、エネルギ密度を測定した。CC−CVモードで1.0Cで4.2Vまでの充電を1.5時間実施して、0.2Cで2.5Vまでの放電を行った。その際の電気量を算出した。
(3) Energy density measurement For Examples 4 and 5, the discharge capacity was measured as follows, and the energy density was measured. Charging up to 4.2V at 1.0C in CC-CV mode was performed for 1.5 hours and discharging up to 2.5V at 0.2C. The amount of electricity at that time was calculated.

結果を以下の表に示す。なお、表中の単位は、粒間、粒内、全体空孔率にあっては、体積%であり、電子抵抗、全体抵抗にあっては、Ωcmであり、単位当り活物質容量にあては、mAh/cmである。 The results are shown in the table below. The unit in the table is volume% for intergranular, intragranular, and overall porosity, and is Ωcm 2 for electronic resistance and overall resistance, and is assigned to the active material capacity per unit. Is mAh / cm 3 .

Figure 2010097813
Figure 2010097813

Figure 2010097813
Figure 2010097813

上記の通り、単結合体を使用した活物質を使うと、空孔率40体積%未満で単結合体間の空孔がなくなり、拡散性の悪化から拡散抵抗の増加があり、全体抵抗値が上昇したと考えられる。   As described above, when an active material using a single bond is used, there is no void between the single bonds when the porosity is less than 40% by volume, there is an increase in diffusion resistance due to deterioration of diffusivity, and the overall resistance value is It is thought that it rose.

扁平型(積層型)の非双極型リチウムイオン二次電池の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of a flat (stacked) non-bipolar lithium ion secondary battery. 双極型リチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表わした概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which represented typically the whole structure of the bipolar lithium ion secondary battery. 球状の一次粒子が複数集まって単結合体を構成する状態を模式的に表したものである。A state in which a plurality of spherical primary particles are collected to form a single bond is schematically shown. 楕円球状の一次粒子が複数集まって単結合体を構成する状態を模式的に表したものである。This is a schematic representation of a state in which a plurality of elliptical primary particles gather to form a single bond. 不定形状の一次粒子が複数集まって単結合体を構成する状態を模式的に表したものである。This is a schematic representation of a state in which a plurality of irregularly shaped primary particles are collected to form a single bond. 本発明に係るリチウムイオン電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な(非双極型の)リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。1 is a perspective view showing an appearance of a stacked flat (non-bipolar) lithium ion secondary battery that is a typical embodiment of a lithium ion battery according to the present invention. 図7Aは、本発明に係る組電池の平面図であり、図7Bは、本発明に係る組電池の正面図であり、図7Cは、本発明に係る組電池の側面図である。FIG. 7A is a plan view of the assembled battery according to the present invention, FIG. 7B is a front view of the assembled battery according to the present invention, and FIG. 7C is a side view of the assembled battery according to the present invention. 本発明の組電池を搭載した車両を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vehicle carrying the assembled battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

31 非双極型リチウムイオン二次電池、
32 電池外装材、
33 正極集電体、
34 正極活物質層、
35 電解質層、
36 負極集電体、
37 負極活物質層、
38 発電要素、
39 正極(端子)リード、
2 双極型電池、
21 電池要素、
22 正極活物質層、
23 負極活物質層、
24 集電体、
24a、24b 最外層集電体、
24a’、24b’ 集電板、
25 電解質層、
26 単電池層、
27 絶縁層、
28a 正極タブ、
28b 負極タブ、
29 ラミネートシート、
50 電池外装材(外装パッケージ)、
67 発電要素(電池要素;積層体)、
68 正極タブ、
69 負極タブ、
60 リチウムイオン電池、
11 単結合体、
13 一次粒子、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
70 組電池
80 電気自動車。
31 Non-bipolar lithium ion secondary battery,
32 Battery exterior material,
33 positive electrode current collector,
34 positive electrode active material layer,
35 electrolyte layer,
36 negative electrode current collector,
37 negative electrode active material layer,
38 Power generation elements,
39 Positive electrode (terminal) lead,
2 Bipolar battery,
21 battery elements,
22 positive electrode active material layer,
23 negative electrode active material layer,
24 current collector,
24a, 24b outermost layer current collector,
24a ', 24b' current collector plate,
25 electrolyte layer,
26 cell layer,
27 insulating layer,
28a positive electrode tab,
28b negative electrode tab,
29 Laminate sheet,
50 Battery exterior material (exterior package),
67 Power generation element (battery element; laminate),
68 positive electrode tab,
69 negative electrode tab,
60 lithium ion battery,
11 single bond,
13 primary particles,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
70 battery pack 80 electric car.

Claims (7)

集電体と、前記集電体上に形成されてなる、正極活物質、導電助剤およびバインダを有する正極活物質層と、を含むリチウムイオン二次電池用正極であって、
前記正極活物質が、一次粒子の単結合体により構成され、
前記正極活物質層内の空孔率が、40体積%〜60体積%であり、かつ、
前記単結合体の平均粒径(D50)が、10μm以上である、リチウムイオン二次電池用正極。
A positive electrode for a lithium ion secondary battery, comprising: a current collector; and a positive electrode active material layer formed on the current collector and having a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder,
The positive electrode active material is composed of a single bond of primary particles,
The porosity in the positive electrode active material layer is 40 vol% to 60 vol%, and
The positive electrode for lithium ion secondary batteries whose average particle diameter (D50) of the said single bond is 10 micrometers or more.
単結合体間の空孔率が、9体積%〜40体積%である、請求項1に記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein a porosity between single bonds is 9% by volume to 40% by volume. 単結合体内の空孔率が、20体積%〜30体積%である、請求項1または2に記載の正極。   The positive electrode according to claim 1 or 2, wherein a porosity in the single bond is 20% by volume to 30% by volume. 前記正極活物質の含有率が、前記正極活物質層を構成する成分の総質量に対し、84質量%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の正極。   The positive electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the positive electrode active material is 84% by mass or more based on a total mass of components constituting the positive electrode active material layer. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の正極を用いてなる、リチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery which uses the positive electrode of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載のリチウムイオン二次電池を用いてなる、組電池。   An assembled battery comprising the lithium ion secondary battery according to claim 5. 請求項5に記載のリチウムイオン二次電池または請求項6に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両。   A vehicle equipped with the lithium ion secondary battery according to claim 5 or the assembled battery according to claim 6 as a motor driving power source.
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