JP2012028177A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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曜 辻子
Yoshihiro Matsumura
祐宏 松村
Tetsuya Kume
哲也 久米
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery simultaneously achieving excellent output characteristics (in particular, low temperature output characteristics) and excellent durability even without an external unit.SOLUTION: The lithium ion secondary battery provided by the present invention includes a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueous electrolyte. The positive electrode contains a lithium-containing olivine type compound as a main constituent of a positive electrode active material. The positive electrode further contains 2-20 parts by mass of active carbon relative to 100 parts by mass of the positive electrode active material. The active carbon has an average grain size in a range of from 0.1 to 1 μm and a specific surface measured by a nitrogen absorption method in a range of from 0.1 to 1,000 m/g.

Description

本発明は、出力特性および耐久性に優れたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery excellent in output characteristics and durability.

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な正負の電極と、それら両電極間に介在された電解質とを備え、該電解質中のリチウムイオンが両電極間を行き来することにより充放電を行う。軽量でエネルギー密度が高いため、各種携帯機器の電源として普及している。また、ハイブリッド車両や電気自動車等のように大容量の電源を要する分野においても利用が期待されており、更なる性能向上が求められている。リチウムイオン二次電池に関する技術文献として、特許文献1〜4が挙げられる。   A lithium ion secondary battery includes positive and negative electrodes capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and an electrolyte interposed between the two electrodes, and the lithium ions in the electrolyte travel between the electrodes. To charge and discharge. Because it is lightweight and has high energy density, it is widely used as a power source for various portable devices. In addition, it is expected to be used in fields that require a large-capacity power source such as a hybrid vehicle and an electric vehicle, and further performance improvement is required. Patent documents 1-4 are mentioned as technical literature about a lithium ion secondary battery.

特開2003−323884号公報JP 2003-323984 A 特開2001−110418号公報JP 2001-110418 A 特開2008−112595号公報JP 2008-112595 A 特開2002−260634号公報JP 2002-260634 A 国際公開第2010/44447号International Publication No. 2010/44447

一般的なリチウムイオン二次電池は、低SOC(State of Charge)領域(低充電状態)において出力密度が低下する傾向にあり、特に低温では、低SOC領域における出力密度の低下がより顕著となり得る。低SOC領域において出力密度が低いことは、所定値以上の出力密度で使用できる電池容量(有効SOC領域)が理論容量よりもずっと小さくなることを意味する。したがって、低温(例えば、−10℃程度)においても、良好な出力特性を有するリチウムイオン二次電池があれば有用である。
出力特性を向上させる手段としては、電池をキャパシタ装置に並列接続することが一般的であるが、かかる手段によると、電池構成やシステムが複雑になりがちである。また、かかる外部装置を用いないで出力特性を向上した場合、耐久性の低下という別の課題が新たに発生することもある。なお、キャパシタ等に関連する技術文献として特許文献5が挙げられる。
In general lithium ion secondary batteries, the output density tends to decrease in a low SOC (State of Charge) region (low charge state), and the decrease in the output density in the low SOC region can be more remarkable particularly at low temperatures. . A low power density in the low SOC region means that the battery capacity (effective SOC region) that can be used at a power density equal to or higher than a predetermined value is much smaller than the theoretical capacity. Therefore, it is useful to have a lithium ion secondary battery having good output characteristics even at a low temperature (for example, about −10 ° C.).
As means for improving output characteristics, it is common to connect a battery in parallel with a capacitor device. However, such means tends to complicate the battery configuration and system. Further, when the output characteristics are improved without using such an external device, another problem of lowering durability may newly occur. Patent Document 5 is cited as a technical document related to capacitors and the like.

本発明は、外部装置に接続しなくても、優れた出力特性(特に低温出力特性)と良好な耐久性とが同時に実現され得るリチウムイオン二次電池を提供することを一つの目的とする。   An object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery that can realize excellent output characteristics (particularly, low temperature output characteristics) and good durability at the same time without being connected to an external device.

本発明者は、所定の材料を正極活物質層に含有させることにより、電池出力が向上し得ることに着目し、かかる材料の使用により起こり得る耐久性低下の回避手段を検討した。そして、所定形状を有する材料を用いることにより、出力特性の向上と耐久性の向上とが同時に実現され得ることを見出して、本発明を完成した。   The present inventor has paid attention to the fact that the battery output can be improved by including a predetermined material in the positive electrode active material layer, and has studied a means for avoiding durability deterioration that may occur due to the use of such a material. And it discovered that the improvement of output characteristics and the improvement of durability could be realized simultaneously by using the material which has a predetermined shape, and completed the present invention.

本発明によると、正極と、負極と、非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池が提供される。上記正極は、正極活物質の主成分として、リチウム含有オリビン型化合物を含む。上記正極は、上記正極活物質100質量部に対して、2〜20質量部の活性炭をさらに含む。該活性炭は、平均粒径が、0.1μm〜1μmの範囲にある。該活性炭は、さらに、窒素吸着法により測定される比表面積が、0.1〜1000m/gの範囲にある。なお、本明細書において、平均粒径とは、レーザー回折・散乱法に従った粒度分布測定によって求められる体積平均径を指す。また、窒素吸着法とは、一般にBET法と称される比表面積測定方法を指す。 According to the present invention, a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte is provided. The positive electrode contains a lithium-containing olivine type compound as a main component of the positive electrode active material. The positive electrode further includes 2 to 20 parts by mass of activated carbon with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. The activated carbon has an average particle size in the range of 0.1 μm to 1 μm. The activated carbon further has a specific surface area measured by a nitrogen adsorption method in the range of 0.1 to 1000 m 2 / g. In addition, in this specification, an average particle diameter refers to the volume average diameter calculated | required by the particle size distribution measurement according to the laser diffraction and scattering method. The nitrogen adsorption method refers to a specific surface area measurement method generally referred to as a BET method.

かかる電池は、オリビン型化合物を正極活物質として含むことから、より広いSOC範囲において安定した電圧が実現され得る。また、上記所定量の活性炭を含むことから、入出力の温度依存性が低減され、少なくとも低温における出力特性が向上され得る。該電池は、さらに、上記活性炭の平均粒径および比表面積が上記の所定範囲にあるので、低温環境における比較的高いレート(例えば、2C程度)での充放電サイクルに対しても耐久性に優れたものであり得る。なお、1Cは、正極の理論容量より予測した電池容量(Ah)を1時間で充電できる電流量を指す。   Since such a battery contains an olivine type compound as a positive electrode active material, a stable voltage can be realized in a wider SOC range. Moreover, since the predetermined amount of activated carbon is included, the temperature dependency of input / output can be reduced, and the output characteristics at least at low temperatures can be improved. Furthermore, since the average particle diameter and specific surface area of the activated carbon are within the predetermined ranges, the battery is excellent in durability against charge / discharge cycles at a relatively high rate (for example, about 2C) in a low temperature environment. Can be. In addition, 1C points out the electric current amount which can charge the battery capacity (Ah) estimated from the theoretical capacity | capacitance of the positive electrode in 1 hour.

一態様において、上記活性炭は、以下の特性(A)を有することが好ましい。
(A)上記活性炭の細孔直径をX(nm)、Xの関数としての細孔容積をY(cm)、単位質量当たりのXに対するYの微分値をΔY/ΔX(cm/g・nm)とし、ΔY/ΔXをXに対してプロットした細孔分布において、Xが10nm〜100nmの範囲におけるΔY/ΔXの最大値M1の、Xが2nm〜10nmの範囲におけるΔY/ΔXの最大値M2に対する比の値(M1/M2)が、1.5以上、10以下である。M1/M2の値がかかる範囲にある活性炭を用いてなるリチウムイオン二次電池では、低温においても、優れた出力特性と良好な耐久性とが同時に実現され得る。なお、ここで上記細孔とは、活性炭粒子表面に存在する細孔を意味する。
In one aspect, the activated carbon preferably has the following property (A).
(A) The pore diameter of the activated carbon is X (nm), the pore volume as a function of X is Y (cm 3 ), and the differential value of Y with respect to X per unit mass is ΔY / ΔX (cm 3 / g · In the pore distribution in which ΔY / ΔX is plotted against X, the maximum value M1 of ΔY / ΔX in the range of 10 nm to 100 nm and the maximum value of ΔY / ΔX in the range of X from 2 nm to 10 nm The ratio value (M1 / M2) to M2 is 1.5 or more and 10 or less. In a lithium ion secondary battery using activated carbon having a value of M1 / M2 in such a range, excellent output characteristics and good durability can be realized at the same time even at low temperatures. In addition, the said pore means here the pore which exists in the activated carbon particle surface.

上述のとおり、ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、低温環境でも出力特性に優れ、且つハイレートでの充放電に対する耐久性にもより優れるので、車載用電池として好適である。したがって、本発明によると、更に他の側面として、ここに開示されるリチウムイオン二次電池を備えた車両1(図3)が提供される。特に、該車両においてかかるリチウムイオン二次電池を動力源(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源)とする態様が好ましい。   As described above, the lithium ion secondary battery disclosed herein is excellent as an output characteristic even in a low temperature environment, and more excellent in durability against charge / discharge at a high rate. Therefore, according to the present invention, as yet another aspect, a vehicle 1 (FIG. 3) provided with the lithium ion secondary battery disclosed herein is provided. In particular, a mode in which such a lithium ion secondary battery is used as a power source (typically, a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle) in the vehicle is preferable.

本発明に係るリチウムイオン二次電池の一実施形態を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing one embodiment of a lithium ion secondary battery according to the present invention. 図1におけるII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line in FIG. 本発明のリチウムイオン二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the lithium ion secondary battery of this invention. 例1〜5の電池につき、SOC50%出力比およびサイクル試験後の容量維持率を、比表面積に対してプロットした図である。It is the figure which plotted SOC50% output ratio and the capacity maintenance rate after a cycle test with respect to the specific surface area about the battery of Examples 1-5. 例6〜10の電池につき、SOC50%出力比およびサイクル試験後の容量維持率を、比表面積に対してプロットした図である。It is the figure which plotted SOC50% output ratio and the capacity maintenance rate after a cycle test with respect to the specific surface area about the batteries of Examples 6-10. 例1〜10の電池につき、SOC50%出力比およびサイクル試験後の容量維持率を、M1/M2に対してプロットした図である。It is the figure which plotted SOC50% output ratio and the capacity maintenance rate after a cycle test with respect to M1 / M2 about the batteries of Examples 1-10.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここに開示される正極は、主たる正極活物質として、リチウムを可逆的に吸蔵・放出可能で、オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有化合物を主成分として含む。例えば、一般式:LiMPO;で表されるオリビン型化合物の使用が好ましい。ここで、Mは、Fe,Co,Mn,Niからなる群より選択される少なくとも一種である。かかるオリビン型化合物としては、LiFePO,LiFeMn1−xPO,LiMnPO,LiFeCo1−xPO等が挙げられる。特に好ましい例として、LiFePOが挙げられる。これらオリビン型化合物は、一種を単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。ここで、正極活物質の主成分とは、全正極活物質中に占める割合が、最も大きい正極活物質をさす。一態様では、上記オリビン型化合物の量は、全正極活物質の50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。 The positive electrode disclosed here contains, as a main positive electrode active material, a lithium-containing compound that can reversibly store and release lithium and has an olivine crystal structure as a main component. For example, use of an olivine type compound represented by the general formula: LiM 1 PO 4 ; is preferable. Here, M 1 is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Mn, and Ni. Examples of the olivine type compound include LiFePO 4 , LiFe x Mn 1-x PO 4 , LiMnPO 4 , LiFe x Co 1-x PO 4, and the like. A particularly preferred example is LiFePO 4 . These olivine type compounds can be used singly or in combination of two or more. Here, the main component of the positive electrode active material refers to the positive electrode active material having the largest ratio in the total positive electrode active material. In one aspect, the amount of the olivine-type compound is preferably 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more of the total positive electrode active material.

上記正極活物質は、上記オリビン型化合物に加えて、任意成分として、層状岩塩型やスピネル型等、他の結晶構造を有するリチウム含有化合物(非オリビン型化合物ともいう。)をさらに含んでもよい。層状岩塩型リチウム含有化合物としては、一般式:LiM;で表される化合物が例示される。ここで、Mは、Co,Ni,Mnからなる群より選択される少なくとも一種である。かかる層状岩塩型化合物の具体例としては、LiNiMn1−x,LiNi1−xーyMnCo等が挙げられる。スピネル型リチウム含有化合物としては、一般式:LiM ;で表される化合物が例示される。ここで、Mは、Mn,Co,Ni,Cr,Feからなる群より選択される少なくとも一種である。かかるスピネル型化合物の具体例としては、LiM Mn2−x等が挙げられる。特に好ましい非オリビン型化合物として、LiNiO,LiCoO,LiMnO,LiCoNiMnO,LiNi0.5Mn1.5等が例示される。これら非オリビン型化合物は、一種を単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。かかる非オリビン型化合物を使用する場合、その使用量は、上述のΔVSOC15−95が0.5V以下となる範囲で適宜選択すればよい。例えば、正極活物質に含まれる非オリビン型化合物の総量は、50質量%以下とすることが好ましく、20質量%以下とすることがより好ましい。該任意成分の量が多すぎると、活性炭添加による低温出力特性の向上効果が十分に実現されない場合がある。上記正極活物質は、これら非オリビン型化合物を実質的に含まない構成であってもよい。 In addition to the olivine type compound, the positive electrode active material may further include a lithium-containing compound (also referred to as a non-olivine type compound) having another crystal structure such as a layered rock salt type or a spinel type as an optional component. Examples of the layered rock salt type lithium-containing compound include compounds represented by the general formula: LiM 2 O 2 ; Here, M 2 is at least one selected from the group consisting Co, Ni, from Mn. Specific examples of such layered rock salt type compounds include LiNi x Mn 1-x O 2 and LiNi 1-xy Mn x Co y O 2 . Examples of the spinel-type lithium-containing compound include compounds represented by the general formula: LiM 3 2 O 4 ; Here, M 3 is at least one selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, Cr, and Fe. Specific examples of such spinel type compounds include LiM 3 x Mn 2-x O 2 . Particularly preferable non-olivine type compounds include LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiCoNiMnO 2 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and the like. These non-olivine type compounds can be used singly or in combination of two or more. When such a non-olivine type compound is used, the amount used may be appropriately selected within a range where the above-mentioned ΔV SOC15-95 is 0.5 V or less. For example, the total amount of non-olivine type compounds contained in the positive electrode active material is preferably 50% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less. If the amount of the optional component is too large, the effect of improving the low-temperature output characteristics by adding activated carbon may not be sufficiently realized. The positive electrode active material may have a configuration that does not substantially contain these non-olivine type compounds.

上記正極は、上記正極活物質に加えて、活性炭をさらに含む。該活性炭としては、平均粒径が0.1μm〜1μm(好ましくは0.4μm〜0.9μm;例えば、0.4μm〜0.8μm)の範囲にあり、且つ窒素吸着法により測定される比表面積が0.1〜1000m/g(好ましくは、100〜1000m/g)の範囲にあるものを使用する。かかる比表面積を有する活性炭であっても、平均粒径がミクロンレベルのもの(1μmを超えるもの)では、平均粒径がサブミクロンレベルのもの(0.1μm〜1μm程度のもの)で得られるような優れた出力特性向上効果が実現されない場合がある。また、平均粒径がミクロンレベルであってもサブミクロンレベルであっても、上記範囲よりも比表面積が大きすぎる活性炭では、耐久性が低下する場合がある。換言すれば、平均粒径がミクロンレベルの活性炭では、比表面積が大きくなるにつれ、低温での出力特性は向上するものの、耐久性(例えば、充放電サイクル後の容量維持率)は低下する傾向にある。一方、平均粒径がサブミクロンレベルの活性炭では、比表面積が小さいもののほうが出力特性向上効果が高く、且つ耐久性にも優れる傾向にある。すなわち、理由は明らかではないが、平均粒径がミクロンレベルの活性炭とサブミクロンレベルの活性炭とでは、比表面積が大きくなるにつれ耐久性が低下する傾向は変わらない一方、比表面積の大きさが出力特性に及ぼす効果は逆転する傾向にある。 The positive electrode further includes activated carbon in addition to the positive electrode active material. The activated carbon has an average particle diameter in the range of 0.1 μm to 1 μm (preferably 0.4 μm to 0.9 μm; for example, 0.4 μm to 0.8 μm), and has a specific surface area measured by a nitrogen adsorption method. In the range of 0.1 to 1000 m 2 / g (preferably 100 to 1000 m 2 / g). Even activated carbon having such a specific surface area can be obtained with an average particle size of micron level (over 1 μm) and an average particle size of submicron level (about 0.1 μm to 1 μm). In some cases, an excellent output characteristic improvement effect may not be realized. In addition, even if the average particle size is at the micron level or the submicron level, the activated carbon having a specific surface area that is larger than the above range may deteriorate the durability. In other words, activated carbon with an average particle size of micron level tends to decrease durability (for example, capacity retention rate after charge / discharge cycle), although the output characteristics at low temperature improve as the specific surface area increases. is there. On the other hand, in the case of activated carbon having an average particle size of submicron, those having a smaller specific surface area tend to have higher output characteristics improvement effect and better durability. In other words, the reason is not clear, but activated carbon with an average particle diameter of micron level and activated carbon with a submicron level do not change the tendency of the durability to decrease as the specific surface area increases, while the size of the specific surface area is output. The effect on properties tends to reverse.

好ましい一態様では、上記活性炭は、下記方法によって得られる細孔分布から求められるM1/M2が1.5以上、10以下(より好ましくは、1.5以上、6以下)であるという特性を有する。M1/M2がかかる範囲にある活性炭によると、低温において、出力特性の向上に相反して耐久性が低下する現象が抑制され、これら二つの特性が同時に好ましく向上され得る。M1/M2が小さすぎると、内部抵抗が大きくなり、低温出力特性が十分に向上されない場合や、低下してしまう場合がある。M1/M2が大きすぎると、十分なエネルギー密度が得られない場合がある。   In a preferred embodiment, the activated carbon has a characteristic that M1 / M2 obtained from the pore distribution obtained by the following method is 1.5 or more and 10 or less (more preferably, 1.5 or more and 6 or less). . According to the activated carbon in which M1 / M2 falls within such a range, a phenomenon in which durability is lowered at the low temperature against the improvement of output characteristics is suppressed, and these two characteristics can be preferably improved at the same time. If M1 / M2 is too small, the internal resistance increases, and the low-temperature output characteristics may not be sufficiently improved or may deteriorate. If M1 / M2 is too large, a sufficient energy density may not be obtained.

[細孔分布測定方法]
各活性炭の試料につき、温度77.4K(窒素の沸点)の窒素ガス雰囲気下にて、該窒素ガスの圧力P(mmHg)を徐々に高めながら、各圧力Pにおいて、活性炭に対する窒素ガスの吸着が平衡状態に達したときの窒素ガス吸着量(cm/g)を測定する。各圧力Pにおいて測定された窒素ガス吸着量を、相対圧P/P(Pは、温度77.4Kにおける窒素ガスの飽和蒸気圧(mmHg))に対する吸着等温線としてプロットする。この吸着等温線から、BJH(Barrett−Joyner−Halenda)法に従って、細孔分布(細孔直径X(nm)に対するΔY/ΔX(cm/g・nm)のプロット)を求める。なお、BJH法は、例えば、「J.Am.Chem.Soc.(1951),73,373−380」等に記載されている。
[Pore distribution measurement method]
For each activated carbon sample, the nitrogen gas was adsorbed on the activated carbon at each pressure P while gradually increasing the pressure P (mmHg) of the nitrogen gas in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 77.4K (the boiling point of nitrogen). The nitrogen gas adsorption amount (cm 3 / g) when the equilibrium state is reached is measured. The nitrogen gas adsorption amount measured at each pressure P is plotted as an adsorption isotherm with respect to the relative pressure P / P 0 (P 0 is the saturated vapor pressure (mmHg) of nitrogen gas at a temperature of 77.4K). From this adsorption isotherm, the pore distribution (plot of ΔY / ΔX (cm 3 / g · nm) against pore diameter X (nm)) is determined according to the BJH (Barrett-Joyner-Halenda) method. The BJH method is described in, for example, “J. Am. Chem. Soc. (1951), 73, 373-380”.

上記活性炭は、X線回折法により測定される結晶格子面間隔d002が0.365nm〜0.380nm程度のものであり得る。 The activated carbon may have a crystal lattice spacing d 002 measured by an X-ray diffraction method of about 0.365 nm to 0.380 nm.

上記活性炭は、例えば樹脂、ヤシ殻、石炭、コークス、ピッチ等の原料を炭化・活性化し、必要に応じて粉砕(例えば、湿式遠心力粉砕)、篩分等の処理を施すことによって調製することができる。上記原料の炭化および活性化は、従来公知の方法によって実施することができる。炭化および活性化は、同時に行ってもよく、段階的に行ってもよい。上記正極に含まれる活性炭の量は、上記正極活物質100質量部に対して、2〜20質量部(好ましくは5〜15質量部)とする。活性炭の添加量が少なすぎると、十分な出力向上効果が実現されない場合がある。活性炭量が多すぎると、耐久性が低下したり、エネルギー密度の低下を招いたりする場合がある。   The activated carbon is prepared by, for example, carbonizing and activating raw materials such as resin, coconut shell, coal, coke, and pitch, and performing treatment such as pulverization (for example, wet centrifugal pulverization) and sieving as necessary. Can do. Carbonization and activation of the raw material can be performed by a conventionally known method. Carbonization and activation may be performed simultaneously or stepwise. The amount of activated carbon contained in the positive electrode is 2 to 20 parts by mass (preferably 5 to 15 parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. If the amount of activated carbon added is too small, a sufficient output improvement effect may not be realized. If the amount of activated carbon is too large, the durability may decrease or the energy density may decrease.

好ましい一態様において、ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、上記正極から上記活性炭を除いた構成の対応評価用電池(すなわち、活性炭を含まない他は本発明に係るリチウムイオン二次電池と同等の構成を有するリチウムイオン二次電池)が、当該評価用電池を、温度25℃にて0.5Cのレートで両端子間電圧が4.1Vとなるまで定電流充電し(このときのSOCを100%とする。)、続いて同電圧(4.1V)にて電流値0.02C以下を終了条件として(典型的には、充電電流が次第に小さくなって0.02Cに到達するまで)定電圧充電した後、0.5Cのレートで両端子間電圧が2.5Vとなるまで定電流放電させ、続いて同電圧(2.5V)にて電流値0.02C以下を終了条件として(典型的には、放電電流が次第に小さくなって0.02Cに到達するまで)定電圧放電させた場合において、SOC15〜95%の範囲における電圧変動幅ΔVSOC15−95が0.5V以下である;という特性を満たすことが好ましい。すなわち、ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、かかる特性を有する評価用電池の正極に活性炭を添加した構成を有することが好ましい。かかる構成のリチウムイオン二次電池では、適当量の活性炭添加による低温出力特性の向上効果が好適に実現され得る。なお、上記電圧変動幅ΔVSOC15−95は、SOCが15〜95%の範囲における電池電圧の上限値と下限値との差として求められる。 In a preferred embodiment, the lithium ion secondary battery disclosed herein is a battery for evaluation of correspondence having a configuration in which the activated carbon is removed from the positive electrode (that is, the lithium ion secondary battery according to the present invention except that the activated carbon is not included). The lithium ion secondary battery having the same configuration is charged with a constant current at a temperature of 25 ° C. at a rate of 0.5 C until the voltage between both terminals becomes 4.1 V (SOC at this time). Next, with the same voltage (4.1V), the current value is 0.02C or less as an end condition (typically, until the charging current gradually decreases to reach 0.02C). After charging at a constant voltage, a constant current is discharged at a rate of 0.5 C until the voltage between both terminals reaches 2.5 V, and then the current value of 0.02 C or less is set as an end condition at the same voltage (2.5 V) ( Typically, the discharge current In the case of progressively until it reaches the 0.02C smaller) to a constant voltage discharge, it is below the voltage fluctuation width ΔV SOC15-95 0.5V in the range SOC15~95%; preferably satisfies the property that. That is, the lithium ion secondary battery disclosed herein preferably has a configuration in which activated carbon is added to the positive electrode of the evaluation battery having such characteristics. In the lithium ion secondary battery having such a configuration, the effect of improving the low-temperature output characteristics by adding an appropriate amount of activated carbon can be suitably realized. The voltage fluctuation range ΔV SOC15-95 is obtained as the difference between the upper limit value and the lower limit value of the battery voltage in the SOC range of 15 to 95%.

ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、正極活物質100質量部に対して上記活性炭10質量部を含む態様とした場合において、以下の方法により求められるSOC50%出力比が、1.15以上(例えば、1.20以上)のものであり得る。   When the lithium ion secondary battery disclosed herein is configured to include 10 parts by mass of the activated carbon with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, the SOC 50% output ratio obtained by the following method is 1.15 or more. (For example, 1.20 or more).

[SOC50%出力比測定方法]
初期SOCが50%となるように調整した評価用電池を、温度−10℃にて、所定範囲(例えば、0.1W〜190W)で異ならせた各電力値(例えば、0.1W,0.3W,1W,5W,・・・,190Wなど)で放電させる。このとき、各電力値において、両端子間電圧が2.5Vに到達するまでの放電時間(秒)を測定する。電力値(Y軸)を充電時間(X軸)に対してプロットし、放電時間が5秒のときの電力値を読み取る。これをSOC50%における出力密度Dout[0](単位質量当たりの入力量)(W/kg)に換算し、この換算値を出力参照値とする。
上記測定対象電池(正極活物質100質量部当たり活性炭10質量部を含む対応リチウムイオン二次電池)につき、同様の手順にて、SOC50%における出力密度Dout[10]を測定し、上記出力参照値に対する比(Dout[10]/Dout[0])を、SOC50%出力比として求める。例えば、測定対象電池のSOC50%出力比が1.15以上であることは、当該測定対象電池のSOC50%出力が、対応評価用電池のSOC50%出力より15%以上高いこと(すなわち、活性炭添加によって、出力が15%以上向上したこと)を意味する。
[SOC 50% output ratio measurement method]
Each power value (for example, 0.1 W, 0,...) Obtained by varying the evaluation battery adjusted so that the initial SOC is 50% within a predetermined range (for example, 0.1 W to 190 W) at a temperature of −10 ° C. 3W, 1W, 5W, ..., 190W, etc.). At this time, at each power value, the discharge time (seconds) until the voltage between both terminals reaches 2.5 V is measured. The power value (Y axis) is plotted against the charging time (X axis), and the power value when the discharging time is 5 seconds is read. This is converted into an output density D out [0] (input amount per unit mass) (W / kg) at 50% SOC, and this converted value is used as an output reference value.
For the measurement target battery (corresponding lithium ion secondary battery containing 10 parts by mass of activated carbon per 100 parts by mass of the positive electrode active material), the output density D out [10] at 50% SOC is measured in the same procedure, and the above output is referred. The ratio (Dout [10] / Dout [0] ) to the value is obtained as the SOC 50% output ratio. For example, if the SOC 50% output ratio of the measurement target battery is 1.15 or more, the SOC 50% output of the measurement target battery is 15% or more higher than the SOC 50% output of the corresponding evaluation battery (that is, by adding activated carbon). This means that the output is improved by 15% or more).

以下、図面を参照しつつ、ここに開示される技術の適用対象たるリチウムイオン二次電池について、電極体と非水電解液とが角型形状の電池ケースに収容された態様のリチウムイオン二次電池100(図1)を例にして更に詳しく説明するが、本発明の適用対象をかかる実施形態に限定することを意図したものではない。すなわち、本発明に係るリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されず、その電池ケース、電極体等は、用途や容量に応じて、素材、形状、大きさ等を適宜選択することができる。例えば、電池ケースは、直方体状、扁平形状、円筒形状等であり得る。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。   Hereinafter, with reference to the drawings, for a lithium ion secondary battery to which the technology disclosed herein is applied, a lithium ion secondary battery in which an electrode body and a non-aqueous electrolyte are housed in a rectangular battery case The battery 100 (FIG. 1) will be described in more detail as an example, but the application target of the present invention is not intended to be limited to such an embodiment. That is, the shape of the lithium ion secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and the battery case, electrode body, and the like can be appropriately selected in terms of material, shape, size, and the like according to the application and capacity. For example, the battery case may have a rectangular parallelepiped shape, a flat shape, a cylindrical shape, or the like. In addition, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description may be abbreviate | omitted or simplified. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.

本実施形態に係る電池100は、図1,2に示されるように、捲回電極体20を、図示しない電解液とともに、該電極体20の形状に対応した扁平な箱状の電池ケース10の開口部12より内部に収容し、該ケース10の開口部12を蓋体14で塞ぐことによって構築することができる。また、蓋体14には、外部接続用の正極端子38および負極端子48が、それら端子の一部が蓋体14の表面側に突出するように設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the battery 100 according to this embodiment includes a wound electrode body 20 and a flat box-shaped battery case 10 corresponding to the shape of the electrode body 20 together with an electrolyte (not shown). It can be constructed by being housed inside the opening 12 and closing the opening 12 of the case 10 with a lid 14. The lid body 14 is provided with a positive terminal 38 and a negative terminal 48 for external connection so that a part of the terminals protrudes to the surface side of the lid body 14.

上記電極体20は、長尺シート状の正極集電体32の表面に正極活物質層34が形成された正極シート30と、長尺シート状の負極集電体42の表面に負極活物質層44が形成された負極シート40とを、2枚の長尺シート状のセパレータ50と共に重ね合わせて捲回し、得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に成形されている。セパレータ50には、予め非水電解液を含浸させておく。これにより、電極間のイオン伝導パス(導電経路)が形成される。   The electrode body 20 includes a positive electrode sheet 30 in which a positive electrode active material layer 34 is formed on the surface of a long sheet-like positive electrode current collector 32, and a negative electrode active material layer on the surface of a long sheet-like negative electrode current collector 42. The negative electrode sheet 40 on which the electrode 44 is formed is rolled up with two long sheet-like separators 50, and the obtained wound body is crushed from the side surface and ablated to form a flat shape. ing. The separator 50 is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution in advance. Thereby, an ion conduction path (conduction path) between the electrodes is formed.

上記正極シート30の長手方向に沿う一方の端部は、正極集電体32が露出している。すなわち、該端部には、正極活物質層34が形成されていないか、形成後に除去されている。同様に、捲回される負極シート40の長手方向に沿う一方の端部は、負極集電体42が露出している。そして、正極集電体32の該露出端部に正極端子38が、負極集電体42の該露出端部には負極端子48がそれぞれ接合され、上記扁平形状に形成された捲回電極体20の正極シート30または負極シート40と電気的に接続されている。正負極端子38,48と正負極集電体32,42とは、例えば超音波溶接、抵抗溶接等によりそれぞれ接合することができる。   The positive electrode current collector 32 is exposed at one end portion along the longitudinal direction of the positive electrode sheet 30. That is, the positive electrode active material layer 34 is not formed at the end, or is removed after the formation. Similarly, the negative electrode current collector 42 is exposed at one end portion along the longitudinal direction of the wound negative electrode sheet 40. Then, the positive electrode terminal 38 is joined to the exposed end portion of the positive electrode current collector 32, and the negative electrode terminal 48 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 42, respectively. The positive electrode sheet 30 or the negative electrode sheet 40 is electrically connected. The positive and negative terminals 38 and 48 and the positive and negative current collectors 32 and 42 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

上記正極活物質層34は、例えば、上記正極活物質を、必要に応じて導電材、結着剤(バインダ)等とともに適当な溶媒に分散させたペーストまたはスラリー状の組成物(正極合材)を正極集電体32に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。   The positive electrode active material layer 34 is, for example, a paste or slurry composition (positive electrode mixture) in which the positive electrode active material is dispersed in a suitable solvent together with a conductive material, a binder (binder) or the like as necessary. Is preferably applied to the positive electrode current collector 32 and the composition is dried.

導電材としては、カーボン粉末や炭素繊維等の導電性材料が好ましく用いられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、グラファイト粉末等が好ましい。導電材は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。上記正極活物質層に含まれる導電材の量は、正極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよい。   As the conductive material, a conductive material such as carbon powder or carbon fiber is preferably used. As the carbon powder, various carbon blacks such as acetylene black, furnace black, ketjen black, and graphite powder are preferable. A conductive material can be used alone or in combination of two or more. What is necessary is just to select the quantity of the electrically conductive material contained in the said positive electrode active material layer suitably according to the kind and quantity of a positive electrode active material.

結着剤としては、例えば、水に溶解する水溶性ポリマーや、水に分散するポリマー、非水溶媒(有機溶媒)に溶解するポリマー等から適宜選択して用いることができる。また、一種のみを単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
水溶性ポリマーとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(HPMCP)、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられる。
水分散性ポリマーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂、酢酸ビニル共重合体、スチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)、アラビアゴム等のゴム類等が挙げられる。
非水溶媒(有機溶媒)に溶解するポリマーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリプロピレンオキサイド(PPO)、ポリエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体(PEO−PPO)等が挙げられる。
結着剤の添加量は、正極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよい。
As the binder, for example, a water-soluble polymer that dissolves in water, a polymer that disperses in water, a polymer that dissolves in a non-aqueous solvent (organic solvent), and the like can be appropriately selected and used. Moreover, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used in combination.
Examples of the water-soluble polymer include carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP), and polyvinyl alcohol (PVA). It is done.
Examples of the water-dispersible polymer include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and ethylene-tetra. Fluorine resin such as fluoroethylene copolymer (ETFE), vinyl acetate copolymer, styrene butadiene block copolymer (SBR), acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex), rubbers such as gum arabic, etc. It is done.
Examples of the polymer dissolved in the non-aqueous solvent (organic solvent) include, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and polyethylene oxide-propylene oxide copolymer. (PEO-PPO) and the like.
What is necessary is just to select the addition amount of a binder suitably according to the kind and quantity of a positive electrode active material.

正極集電体32には、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体32の形状は、リチウムイオン二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。本実施形態ではシート状のアルミニウム製の正極集電体32が用いられ、捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100に好ましく使用され得る。かかる実施形態では、例えば、厚みが10μm〜30μm程度のアルミニウムシートが好ましく使用され得る。   For the positive electrode current collector 32, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used. For example, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used. The shape of the positive electrode current collector 32 may vary depending on the shape of the lithium ion secondary battery, and is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. . In the present embodiment, a sheet-like aluminum positive electrode current collector 32 is used, and can be preferably used for the lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20. In such an embodiment, for example, an aluminum sheet having a thickness of about 10 μm to 30 μm can be preferably used.

また、上記負極活物質層44は、例えば、負極活物質を、結着剤(バインダ)等ともに適当な溶媒に分散させたペーストまたはスラリー状の組成物(負極合材)を負極集電体42に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。   The negative electrode active material layer 44 includes, for example, a negative electrode current collector 42 made of a paste or slurry composition (negative electrode mixture) in which a negative electrode active material is dispersed in an appropriate solvent together with a binder (binder) and the like. And the composition can be preferably prepared by drying.

負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、好適な負極活物質としてカーボン粒子が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が好ましく用いられる。いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもののいずれの炭素材料も好適に使用され得る。中でも特に、天然黒鉛等の黒鉛粒子を好ましく使用することができる。黒鉛粒子は、電荷担体としてのリチウムイオンを好適に吸蔵することができるため導電性に優れる。また、粒径が小さく単位体積当たりの表面積が大きいことからより急速充放電(例えば高出力放電)に適した負極活物質となり得る。
上記負極活物質層に含まれる負極活物質の量は特に限定されず、好ましくは90〜99質量%程度、より好ましくは95〜99質量%程度とすることができる。
As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, a carbon particle is mentioned as a suitable negative electrode active material. A particulate carbon material (carbon particles) containing a graphite structure (layered structure) at least partially is preferably used. Any carbon material of a so-called graphitic material (graphite), non-graphitizable carbon material (hard carbon), easily graphitized carbon material (soft carbon), or a combination of these materials is preferably used. obtain. Among these, graphite particles such as natural graphite can be preferably used. Since the graphite particles can suitably occlude lithium ions as charge carriers, they are excellent in conductivity. Moreover, since the particle size is small and the surface area per unit volume is large, it can be a negative electrode active material more suitable for rapid charge / discharge (for example, high output discharge).
The amount of the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited, and is preferably about 90 to 99% by mass, more preferably about 95 to 99% by mass.

結着剤には、上述の正極と同様のものを、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。結着剤の添加量は、負極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよい。   As the binder, the same positive electrode as that described above can be used alone or in combination of two or more. What is necessary is just to select the addition amount of a binder suitably according to the kind and quantity of a negative electrode active material.

負極集電体42としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、銅または銅を主成分とする合金を用いることができる。また、負極集電体42の形状は、リチウムイオン二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。本実施形態ではシート状の銅製の負極集電体42が用いられ、捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100に好ましく使用され得る。かかる実施形態では、例えば、厚みが5μm〜30μm程度の銅製シートが好ましく使用され得る。   As the negative electrode current collector 42, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used. For example, copper or an alloy containing copper as a main component can be used. In addition, the shape of the negative electrode current collector 42 may vary depending on the shape of the lithium ion secondary battery and the like, and thus is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. possible. In the present embodiment, a sheet-like copper negative electrode current collector 42 is used, and can be preferably used for the lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20. In this embodiment, for example, a copper sheet having a thickness of about 5 μm to 30 μm can be preferably used.

また、正極シート30および負極シート40と重ね合わせて使用されるセパレータ50としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる各種セパレータを特に制限することなく使用することができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂から成る多孔質フィルムを好適に使用し得る。該フィルムは単層であってもよく多層であってもよい。かかる樹脂フィルムにチタニア(酸化チタン;TiO)、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化鉄、セリア、イットリア等のセラミックス粒子を一種または二種以上含む無機フィラー層が付与されたものを使用してもよい。セパレータの厚みは適宜選択すればよい。 Moreover, as the separator 50 used by overlapping with the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40, various separators used for a general lithium ion secondary battery can be used without any particular limitation. For example, a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene can be suitably used. The film may be a single layer or a multilayer. A resin film provided with an inorganic filler layer containing one or more ceramic particles such as titania (titanium oxide; TiO 2 ), alumina, silica, magnesia, zirconia, zinc oxide, iron oxide, ceria, and yttria. May be used. The thickness of the separator may be selected as appropriate.

上記セパレータ50に含浸させる非水電解液は、適当な電解質を非水溶媒に溶解して調製することができる。電解質としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる電解質を特に制限なく使用することができる。例えば、LiPF,LiBF,LiClO,LiAsF,LiCFSO,LiCSO,LiN(CFSO,LiC(CFSO,LiI等から選択される一種または二種以上のリチウム塩を用いることができる。電解液中の電解質の濃度は特に制限されず、例えば従来のリチウムイオン二次電池に用いられる電解液の濃度と同等とすることができる。また、上記電解液には、上記電解質に加えて、各種添加剤等を加えてもよい。 The nonaqueous electrolytic solution impregnated in the separator 50 can be prepared by dissolving an appropriate electrolyte in a nonaqueous solvent. As the electrolyte, an electrolyte used for a general lithium ion secondary battery can be used without particular limitation. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiI, etc. are selected. One or more lithium salts can be used. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited, and can be, for example, equivalent to the concentration of the electrolytic solution used in a conventional lithium ion secondary battery. Moreover, you may add various additives etc. to the said electrolyte solution in addition to the said electrolyte.

また、上記非水電解液に用いられる有機溶媒(非水溶媒)としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を好ましく用いることができる。例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン(BL)等の、一般にリチウムイオン二次電池に用いられる有機溶媒を、一種のみを単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。   In addition, as the organic solvent (nonaqueous solvent) used in the nonaqueous electrolytic solution, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, and lactones can be preferably used. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane , Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone (BL), etc. The organic solvents generally used for lithium ion secondary batteries can be used alone or in combination of two or more.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to the specific examples.

例1〜10において使用した活性炭A〜Jにつき、以下の測定を行った。それらの結果を表1に示す。   The following measurements were performed for activated carbon AJ used in Examples 1-10. The results are shown in Table 1.

[平均粒径測定]
活性炭A〜Jの平均粒径(体積平均径)は、分散媒として純水を使用し、屈折率2.00−0.20iにて、レーザー回折式粒度分布装置「SALD−3000」を用いて測定した。
[Average particle size measurement]
The average particle diameter (volume average diameter) of the activated carbons A to J uses pure water as a dispersion medium, and has a refractive index of 2.00-0.20i, using a laser diffraction particle size distribution device “SALD-3000”. It was measured.

[比表面積測定]
活性炭A〜Jの比表面積は、窒素吸着法に従い、Quantachrome社製のNOVA−3000を用いて測定した。
[Specific surface area measurement]
The specific surface areas of the activated carbons A to J were measured using NOVA-3000 manufactured by Quantachrome in accordance with the nitrogen adsorption method.

[M1/M2測定]
活性炭A〜Jにつき、上述した細孔分布測定方法に従い、上記比表面積測定に用いた装置により、細孔分布を得て、M1/M2を求めた。
[M1 / M2 measurement]
About activated carbon AJ, according to the pore distribution measuring method mentioned above, with the apparatus used for the said specific surface area measurement, pore distribution was obtained and M1 / M2 was calculated | required.

[d002の測定]
活性炭A〜Jにつき、X線回折装置(リガク社製、型式「RINT−2000」)を用いて、002面の結晶格子面間隔を求めた。
[Measurement of d002 ]
For the activated carbons A to J, the crystal lattice spacing of the 002 plane was determined using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, model “RINT-2000”).

<例1>
カーボンブラック35.0g、PVDF35.0g(5%NMP溶液を700g)、活性炭A70gを混練し、LiFePO700gをさらに加えて混練した後、NMP400gを加え、一晩混練してペースト状の正極合材を調製した。この正極合材を、厚さ15μmのアルミ箔の一方の面に、塗付量が12.5g/cmとなるように塗付し、乾燥後、3tロールプレス機でプレスして正極シートを得た。なお、LiFePO,カーボンブラックについては、120℃で10時間真空乾燥させたものを用いた。
人造黒鉛600g、PVDF30.0g(5%NMP溶液を600g)を混練し、NMPを少しずつ加えながらさらに混練した。これを、真空下で脱泡してペースト状の負極合材を調製した。この負極合材を、厚さ10μmの銅箔の各面に、塗付量が5.0g/cmとなるように塗付し、乾燥後、3tロールプレス機でプレスして負極シートを得た。
上記負極シート(7cm×5cm)一枚を、1.0MのLiPF溶液(EC:EMC=3:7(体積比))を含浸させたセパレータ(ポリプロピレン製多孔質膜)二枚で挟み、さらに上記正極シート(6cm×4cm)二枚で挟んだ。これを用いてラミネート型電池を作製した。
<Example 1>
Kneaded 35.0 g of carbon black, 35.0 g of PVDF (700 g of 5% NMP solution) and 70 g of activated carbon A, added 700 g of LiFePO 4 and kneaded, added 400 g of NMP, kneaded overnight, and pasted positive electrode mixture Was prepared. This positive electrode mixture was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the amount applied was 12.5 g / cm 2 , dried, and then pressed with a 3 t roll press to obtain a positive electrode sheet. Obtained. Incidentally, LiFePO 4, the carbon black, was used by 10 hours by vacuum drying at 120 ° C..
600 g of artificial graphite and 30.0 g of PVDF (600 g of 5% NMP solution) were kneaded, and further kneaded while adding NMP little by little. This was degassed under vacuum to prepare a paste-like negative electrode mixture. This negative electrode mixture was applied to each surface of a copper foil having a thickness of 10 μm so that the amount applied was 5.0 g / cm 2 , dried and then pressed with a 3t roll press to obtain a negative electrode sheet. It was.
One negative electrode sheet (7 cm × 5 cm) is sandwiched between two separators (polypropylene porous membrane) impregnated with 1.0 M LiPF 6 solution (EC: EMC = 3: 7 (volume ratio)), and The positive electrode sheet (6 cm × 4 cm) was sandwiched between two sheets. A laminate type battery was produced using this.

<例2>
活性炭Aに代えて、活性炭Bを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<Example 2>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon B was used instead of activated carbon A.

<例3>
活性炭Aに代えて、活性炭Cを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<例4>
活性炭Aに代えて、活性炭Dを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<例5>
活性炭Aに代えて、活性炭Eを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<例6>
活性炭Aに代えて、活性炭Fを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<Example 3>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon C was used instead of activated carbon A.
<Example 4>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon D was used instead of activated carbon A.
<Example 5>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon E was used instead of activated carbon A.
<Example 6>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon F was used instead of activated carbon A.

<例7>
活性炭Aに代えて、活性炭Gを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<例8>
活性炭Aに代えて、活性炭Hを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<例9>
活性炭Aに代えて、活性炭Iを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<例10>
活性炭Aに代えて、活性炭Jを用いた他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池を作製した。
<例11>
活性炭Aを使用しなかった他は例1と同様にして、本例のラミネート型電池(例1〜10の電池の対応評価用電池)を作製した。
<Example 7>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon G was used instead of activated carbon A.
<Example 8>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon H was used instead of activated carbon A.
<Example 9>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon I was used instead of activated carbon A.
<Example 10>
A laminated battery of this example was produced in the same manner as in Example 1 except that activated carbon J was used instead of activated carbon A.
<Example 11>
A laminated battery of this example (a battery for evaluation of the battery of Examples 1 to 10) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the activated carbon A was not used.

[エージング処理]
各電池に対し、温度25℃にて、0.33Cのレートで4.1Vまで定電流(CC)充電を行い(所要時間約3時間)、次いで同電圧(4.1V)にて定電圧充電を行った。その際、電流値0.02C以下を定電圧充電の終了条件とした。続いて、0.33Cのレートで電圧が2.5Vとなるまで定電流放電し(所要時間約3時間)、続いて同電圧(2.5V)にて定電圧放電させた。その際、電流値0.02C以下を定電圧放電の終了条件とした。上記条件での充電および放電を3サイクル行った。
[Aging process]
Each battery is charged at a constant current (CC) up to 4.1 V at a rate of 0.33 C at a temperature of 25 ° C. (required time is about 3 hours), and then charged at the same voltage (4.1 V). Went. At that time, a current value of 0.02 C or less was set as a constant voltage charging termination condition. Subsequently, constant current discharge was performed at a rate of 0.33 C until the voltage became 2.5 V (required time: about 3 hours), and then constant voltage discharge was performed at the same voltage (2.5 V). At that time, a current value of 0.02 C or less was set as a constant voltage discharge termination condition. Charging and discharging under the above conditions were performed for 3 cycles.

[電圧変動幅ΔVSOC15−95の測定]
例11(例1〜10の電池の対応評価用電池)の電池を、温度25℃にて0.5Cのレートで両端子間電圧が4.1Vとなるまで充電し、続いて同電圧にて電流値0.02C以下を終了条件として充電した後、0.5Cのレートで電圧が2.5Vとなるまで放電させ、続いて同電圧にて電流値0.02C以下を終了条件として放電させ、このときのSOCレベルに対する電圧変化をモニタリングした。SOCが15〜95%の範囲における最大電圧と最小電圧との差から、例11の電池のΔVSOC15−95は、0.15Vであった。
[Measurement of voltage fluctuation range ΔV SOC15-95 ]
The battery of Example 11 (the battery for evaluation of the battery of Examples 1 to 10) was charged at a temperature of 25 ° C. at a rate of 0.5 C until the voltage between both terminals reached 4.1 V, and then at the same voltage. After charging with a current value of 0.02 C or less as an end condition, the battery is discharged at a rate of 0.5 C until the voltage becomes 2.5 V, and subsequently discharged at the same voltage with a current value of 0.02 C or less as an end condition. The voltage change with respect to the SOC level at this time was monitored. From the difference between the maximum voltage and the minimum voltage in the SOC range of 15 to 95%, the ΔV SOC15-95 of the battery of Example 11 was 0.15V.

[SOC50%出力比の測定]
評価用電池(例11の電池)につき、上述したSOC50%出力比測定方法に従って、温度−10℃における5秒出力密度から、出力参照値Pout[0](W/kg)を求めた。
例1〜10の各電池を測定対象として、同様の手順にて、SOC50%における出力密度Pout[10](W/kg)を測定し、上記出力参照値に対する比(Pout[10]/Pout[0])を、SOC50%出力比として求めた。
[Measurement of SOC 50% output ratio]
For the evaluation battery (the battery of Example 11), the output reference value P out [0] (W / kg) was determined from the power density at 5 ° C. for 5 seconds according to the SOC 50% output ratio measurement method described above.
Using each battery of Examples 1 to 10 as a measurement target, the output density P out [10] (W / kg) at 50% SOC is measured in the same procedure, and the ratio (P out [10] / Pout [0] ) was determined as the SOC 50% output ratio.

[充放電サイクル試験]
エージング処理した後、両端子間の電圧を4.1Vに調整した例1〜10の各電池を、−10℃で1時間保持した後、上限電圧を4.1V、下限電圧を2.5Vとして、2Cのレートで0.5時間放電させる操作と、同レートで0.5時間充電する操作とを1サイクルとして、これを500サイクル繰り返した。容量維持率として、初期放電容量に対する500サイクル後の放電容量の割合を求めた。
[Charge / discharge cycle test]
After the aging treatment, each battery of Examples 1 to 10 in which the voltage between both terminals was adjusted to 4.1 V was held at −10 ° C. for 1 hour, and then the upper limit voltage was 4.1 V and the lower limit voltage was 2.5 V. The operation of discharging at a rate of 2C for 0.5 hour and the operation of charging at the same rate for 0.5 hour were taken as one cycle, and this was repeated 500 cycles. As the capacity retention rate, the ratio of the discharge capacity after 500 cycles to the initial discharge capacity was determined.

例1〜10の電池につき、上記評価試験の結果を活性炭の物性と併せて表1に示す。また、SOC50%出力比および上記サイクル試験後の容量維持率について、比表面積に対するプロットを図4(例1〜5)および図5(例6〜10)に、また、M1/M2に対するプロットを図6に示す。   For the batteries of Examples 1 to 10, the results of the evaluation tests are shown in Table 1 together with the properties of the activated carbon. Also, with respect to the SOC 50% output ratio and the capacity retention rate after the cycle test, plots with respect to the specific surface area are shown in FIGS. 4 (Examples 1 to 5) and FIG. 5 (Examples 6 to 10), and plots with respect to M1 / M2 are shown. It is shown in FIG.

Figure 2012028177
Figure 2012028177

表1および図5から明らかなように、平均粒径がミクロンレベルの活性炭F〜Jを用いてなる例6〜10の電池では、比表面積の増加に伴って、例11の評価用電池と比べSOC50%出力は向上しても、容量維持率(耐久性)は概ね低下する傾向となることが認められた。
これに対し、表1および図4に示されるとおり、平均粒径がサブミクロンレベルの活性炭A〜Eを用いてなる例1〜5の電池では、例6〜10の電池に見られた出力特性と耐久性との相反する傾向が認められず、比表面積が1000m/g以下の例1〜3の電池は、例11の評価用電池と比べSOC50%出力が顕著に向上し、且つ容量維持率も高い傾向にあることが認められた。図6に示されるとおり、SOC50%出力比および容量維持率をM1/M2に対してプロットした場合においても、これら二つの群について同様の差異が認められた。
As is clear from Table 1 and FIG. 5, the batteries of Examples 6 to 10 using activated carbon F to J having an average particle diameter of micron level are compared with the evaluation battery of Example 11 as the specific surface area increases. It was recognized that even when the SOC 50% output was improved, the capacity retention rate (durability) generally tended to decrease.
On the other hand, as shown in Table 1 and FIG. 4, in the batteries of Examples 1 to 5 using the activated carbons A to E having an average particle size of submicron level, the output characteristics observed in the batteries of Examples 6 to 10 In the batteries of Examples 1 to 3 having a specific surface area of 1000 m 2 / g or less, the SOC 50% output is remarkably improved as compared with the evaluation battery of Example 11, and the capacity is maintained. The rate was also found to be high. As shown in FIG. 6, when the SOC 50% output ratio and the capacity retention ratio were plotted against M1 / M2, the same difference was observed for these two groups.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 車両(自動車)
20 捲回電極体
30 正極シート(正極)
32 正極集電体
35 正極合材層
40 負極シート(負極)
42 負極集電体
45 負極合材層
50 セパレータ
100 リチウムイオン二次電池
1 Vehicle (Automobile)
20 wound electrode body 30 positive electrode sheet (positive electrode)
32 Positive electrode current collector 35 Positive electrode mixture layer 40 Negative electrode sheet (negative electrode)
42 Anode current collector 45 Anode mixture layer 50 Separator 100 Lithium ion secondary battery

Claims (3)

正極と、負極と、非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極は、正極活物質の主成分として、リチウム含有オリビン型化合物を含み、
前記正極は、前記正極活物質100質量部に対して、2〜20質量部の活性炭をさらに含み、
前記活性炭は、平均粒径が0.1μm〜1μmの範囲にあり、且つ窒素吸着法により測定される比表面積が0.1〜1000m/gの範囲にある、リチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The positive electrode includes a lithium-containing olivine type compound as a main component of the positive electrode active material,
The positive electrode further includes 2 to 20 parts by mass of activated carbon with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material,
The activated carbon is a lithium ion secondary battery having an average particle size in a range of 0.1 μm to 1 μm and a specific surface area measured by a nitrogen adsorption method in a range of 0.1 to 1000 m 2 / g.
前記活性炭が、以下の特性:
その細孔直径をX(nm)、Xの関数としての細孔容積をY(cm)、単位質量当たりのXに対するYの微分値をΔY/ΔX(cm/g・nm)とし、ΔY/ΔXをXに対してプロットした場合において、Xが10nm〜100nmの範囲におけるΔY/ΔXの最大値M1の、Xが2nm〜10nmの範囲におけるΔY/ΔXの最大値M2に対する比の値(M1/M2)が、1.5以上、10以下である;
を有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
The activated carbon has the following characteristics:
The pore diameter is X (nm), the pore volume as a function of X is Y (cm 3 ), the differential value of Y with respect to X per unit mass is ΔY / ΔX (cm 3 / g · nm), and ΔY / ΔX is plotted against X, the ratio value (M1) of the maximum value M1 of ΔY / ΔX in the range of X from 10 nm to 100 nm to the maximum value M2 of ΔY / ΔX in the range of X from 2 nm to 10 nm / M2) is 1.5 or more and 10 or less;
The lithium ion secondary battery according to claim 1, comprising:
請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池を備える、車両。   A vehicle comprising the lithium ion secondary battery according to claim 1.
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