JP2012204278A - Electrode for lithium secondary battery and secondary battery using the same - Google Patents

Electrode for lithium secondary battery and secondary battery using the same Download PDF

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崇 田村
Yosuke Aoki
陽介 青木
Toshiyuki Osawa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for a lithium ion secondary battery having high energy density and mounting energy density, superior cycle properties, and high potential flatness.SOLUTION: The electrode for the lithium secondary battery contains a transition metal compound having an olivine structure as a main electrode active material. A binding agent contained in an electrode mixture of the electrode for the lithium secondary battery is a high polymer material which shows high electron conductivity by occluding an electrolyte ion, and the density of the electrode mixture is 1.8 g/cm. As a result, high current collecting performance is given by improving the adhesion and density to a current collector of an electrode mixture layer containing the transition metal compound having the olivine structure as the main active material, and the energy density is improved.

Description

本発明は、オリビン構造を有する遷移金属化合物を主たる電極活物質とするリチウム二次電池用電極及びそれを用いたリチウムイオン二次電池に関し、特に、電極を形成する電極合剤に関する。   The present invention relates to an electrode for a lithium secondary battery using a transition metal compound having an olivine structure as a main electrode active material and a lithium ion secondary battery using the same, and particularly to an electrode mixture for forming an electrode.

1991年に高電圧であり且つ高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が実用化されて以来、電子機器の小型・軽量化、コードレス化が急速に進んでいる。一方において化石燃料の消費にともなう環境負荷物質の増加や、原油価格の高騰などを背景に、燃料電池、太陽電池などのクリーンエネルギーの導入、ニッケル−水素電池を搭載したハイブリッド自動車の普及が急速に進みつつある。特にリチウムイオン二次電池は、高電圧であり且つ高エネルギー密度を有するため、電力の貯蔵、電気自動車用の大型二次電池として、開発が活発化している。   Since a lithium ion battery having a high voltage and a high energy density was put into practical use in 1991, electronic devices have been rapidly reduced in size, weight, and cordlessness. On the other hand, against the backdrop of the increase in environmentally hazardous substances accompanying the consumption of fossil fuels and the rise in crude oil prices, the introduction of clean energy such as fuel cells and solar cells, and the spread of hybrid vehicles equipped with nickel-hydrogen batteries are rapidly spreading. Progressing. In particular, a lithium ion secondary battery has a high voltage and a high energy density, and therefore has been actively developed as a large-sized secondary battery for electric power storage and electric vehicles.

一般にリチウム二次電池は、正極と、負極と、正・負極間に電解質を備えている。正極及び/又は負極では、集電体の少なくとも一方の面に電極合剤層が形成されており、正・負極合剤層は、主に正極活物質又は負極活物質、結着剤及び導電剤から構成されている。例えば、18650サイズ規格の小型リチウムイオン二次電池の正極活物質には、コバルト酸リチウムを始め、リチウム,コバルト,ニッケル,マンガンなどの金属元素からなる複合酸化物が用いられ、小型電子機器用二次電池の高エネルギー密度化、低コスト化が進められでいる。一方、負極合剤にはリチウムが吸蔵可能なグラファイト、ハードカーボン、ポリアセンなどの炭素材料を活物質とする合剤が使用されているが、より高エネルギー密度化を達成するため、シリコン、酸化スズなどを活物質とする合剤電極や金属リチウム負極が検討されている。   Generally, a lithium secondary battery includes an electrolyte between a positive electrode, a negative electrode, and positive and negative electrodes. In the positive electrode and / or the negative electrode, an electrode mixture layer is formed on at least one surface of the current collector, and the positive / negative electrode mixture layer mainly includes a positive electrode active material or a negative electrode active material, a binder, and a conductive agent. It is composed of For example, as a positive electrode active material of a 18650 size standard small lithium ion secondary battery, a composite oxide made of a metal element such as lithium cobaltate, lithium, cobalt, nickel, and manganese is used. Higher energy density and lower cost of secondary batteries are being promoted. On the other hand, the negative electrode mixture uses a mixture of carbon materials such as graphite, hard carbon, and polyacene that can occlude lithium. However, in order to achieve higher energy density, silicon and tin oxide are used. Mixture electrodes and metal lithium negative electrodes using these as active materials have been studied.

小型リチウムイオン二次電池では、正極活物質はコバルト酸リチウムであり、負極活物質にはグラファイトをはじめとするカーボンが最も多く利用されている。しかし、正極のコバルト酸化物は高温下では、熱分解されて酸素を放出するなど熱に対して不安定であるため、これに替わる過充電状態で安全性が高いスピネル型マンガン酸リチウムが採用されている。しかし、実効エネルギー密度ではコバルト酸化物が150Ah/kgであるのに対して、スピネル型リチウムマンガン酸化物では110Ah/kgと大きく劣る。そのため、大型リチウム二次電池電極にはスピネル型リチウムマンガン酸化物以上の安全性、コバルト酸リチウム並みの実効エネルギー密度が求められている。こうしたスピネル型マンガン酸化物に対して例えばLiMPO(M:遷移金属元素)に代表されるオリビン型結晶構造を有する遷移金属化合物が安全性・耐久性に優れたリチウム二次電池用正極活物質として検討されている。 In a small lithium ion secondary battery, the positive electrode active material is lithium cobaltate, and carbon such as graphite is most frequently used as the negative electrode active material. However, since the cobalt oxide of the positive electrode is unstable against heat, such as being thermally decomposed and releasing oxygen at high temperatures, spinel lithium manganate, which is highly safe in an overcharged state, is used instead. ing. However, in terms of effective energy density, cobalt oxide is 150 Ah / kg, whereas spinel type lithium manganese oxide is significantly inferior to 110 Ah / kg. Therefore, large lithium secondary battery electrodes are required to be safer than spinel lithium manganese oxide and have an effective energy density comparable to that of lithium cobalt oxide. A transition metal compound having an olivine type crystal structure represented by, for example, LiMPO 4 (M: transition metal element) as a positive electrode active material for a lithium secondary battery excellent in safety and durability against such a spinel type manganese oxide. It is being considered.

特開2005−514304号公報JP 2005-514304 A 特開2006−032241号公報JP 2006-032241 A 特開2009−263222号公報JP 2009-263222 A 特開2005−302300号公報JP 2005-302300 A 特願平6−132028号公報Japanese Patent Application No. 6-132028

Zhaohui Chen and J. R. Dahn, "Reducing Carbon in LiFePO4/C Composite Electrodes to Maximize Specific Energy. Volumetric Energy, and Tap Density ", Journal of The Electrochemical Society, Vol. 149 (2002), pp. A1184- A1189Zhaohui Chen and J. R. Dahn, "Reducing Carbon in LiFePO4 / C Composite Electrodes to Maximize Specific Energy.Volumetric Energy, and Tap Density", Journal of The Electrochemical Society, Vol. 149 (2002), pp. A1184- A1189 Y-H.Huang, K-S.Park, J.B.Goodenough, "Improving Lithium Batteries by Tethering Carbon-Coated LiFePO4 to Polypyrrole", Journal of The Electrochemical Society, Vol.153 No.12 (2006), pp. A2282-A2286Y-H.Huang, K-S.Park, J.B.Goodenough, "Improving Lithium Batteries by Tethering Carbon-Coated LiFePO4 to Polypyrrole", Journal of The Electrochemical Society, Vol.153 No.12 (2006), pp. A2282-A2286

リン酸鉄リチウム(LiFePO)をはじめオリビン構造を有する遷移金属化合物は、安全性・熱安定性に優れ、高電位を有し、二次電池電極としてのサイクル特性が良好で,
リチウムイオンが抜けたFePOも熱安定性にすぐれる点から、スピネル型マンガン酸リチウム化物に代わる大型電池の正極活物質として注目されている。しかしながら、リン酸鉄リチウムは電子伝導性が低いためにそのままでは充放電における電極反応が困難である。実際、リン酸鉄リチウムの導電率はスピネル型マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム等の25℃における導電率が10−1S/cm〜10−6S/cm程度であるのに対して、10−8S/cm以下である。またリン酸鉄リチウムを初めとするオリビン型結晶構造を有する遷移金属化合物は粉体状で、複数の一次粒子が互いに密に凝集することなく、二次粒子を形成するため、多数の空間が存在している。このため電極合剤層の集電体への密着性、電極密度の向上が難しいという問題がある。
従って、オリビン構造を有する遷移金属化合物を主たる粒子状活物質とする合剤の集電体への密着性、電極層の密度を向上させると共に、エネルギー密度の向上、高い集電性を付与することにより、ハイレート放電における出力特性の向上を図ることが望まれている。
Transition metal compounds having an olivine structure such as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) are excellent in safety and thermal stability, have a high potential, and have good cycle characteristics as a secondary battery electrode.
FePO 4 from which lithium ions have been released is also attracting attention as a positive electrode active material for large batteries that replace spinel lithiated manganates because of its excellent thermal stability. However, since lithium iron phosphate has low electron conductivity, it is difficult to perform electrode reaction in charge and discharge as it is. In fact, the conductivity of lithium iron phosphate is about 10 −1 S / cm to 10 −6 S / cm, while the conductivity at 25 ° C. of spinel type lithium manganate, lithium cobaltate and the like is about 10 − 8 S / cm or less. In addition, transition metal compounds having an olivine-type crystal structure such as lithium iron phosphate are in powder form, and multiple primary particles form secondary particles without agglomerating closely with each other, so there are many spaces. is doing. For this reason, there is a problem that it is difficult to improve the adhesion of the electrode mixture layer to the current collector and the electrode density.
Therefore, it is possible to improve the adhesion of the mixture containing the transition metal compound having an olivine structure as the main particulate active material to the current collector, the density of the electrode layer, the improvement of the energy density, and the high current collection. Therefore, it is desired to improve output characteristics in high rate discharge.

こうしたオリビン構造を有する遷移金属化合物の電極活物質としての課題に対して、リン酸鉄リチウムでは実用化レベルの開発が行われている。例えば特許文献1にはオリビン型構造のLiFePOに異種金属元素を添加し、電気抵抗を低減する技術が開示されている。非特許文献1及び特許文献2にはオリビン型LiFePOの製造時にタップ密度を向上させ、粒径を数10nm〜数μm以下のカーボンとの複合体を形成する技術が開示されている。また特許文献3にはオリビン型結晶構造を有するリチウム複合酸化物の表面を導電性炭素材料で被覆した活物質が開示されている。 In response to the problem of the transition metal compound having an olivine structure as an electrode active material, lithium iron phosphate has been developed to a practical level. For example, Patent Document 1 discloses a technique for reducing electrical resistance by adding a different metal element to LiFePO 4 having an olivine structure. Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a technique for improving the tap density during the production of olivine-type LiFePO 4 and forming a composite with carbon having a particle size of several tens of nm to several μm or less. Patent Document 3 discloses an active material in which the surface of a lithium composite oxide having an olivine type crystal structure is coated with a conductive carbon material.

リチウムイオン電池の電極は、一般に、活物質、バインダー(結着剤)、導電助剤、溶媒からなる合剤を調製してスラリーとし、集電体シート上に塗布・乾燥してシート電極とし、密度調整などの目的でプレスすることにより作製する。オリビン型結晶構造を有する遷移金族化合物を用いた合剤スラリーでは、二次粒子の空間内に正極の結着剤等が入り込み、その結果、結着剤の結着能力が低下したり、電極密度の向上が難しいという問題がある。これを解決するため特許文献4には、従来のポリフッ化ビニリデンバインダー(PVdF:poly(vinylidene fluoride)に代わり分子量が37万〜100万のポリフッ化ビニリデンを使用し粒子間の結着力を高め、正極の集電体への密着を高める方法が開示されている。
一方、ポリアセチレンを初めとする導電性高分子が電極活物質としてポリマー電極として検討されたが、体積エネルギー密度が低く、二次電池の正極としては実用化に至っていない。こうした導電性高分子電極の問題を解決するため、特許文献5には、遷移金属化合物と導電性高分子の複合電極が開示されている。即ち遷移金属化合物には五酸化バナジウム、導電性高分子にはポリアニリンを用いた複合正極が開示されているが、エネルギー密度はスピネル型マンガン酸リチウムを超えるものではない。また非特許文献2にはオリビン型リン酸鉄リチウムについては表面をポリピロールで被覆し、あるいは被覆した後に導電化する事例が開示されているが、オリビン構造を有する活物質に対して結着剤としての機能を容易に予測することは困難であった。
In general, an electrode of a lithium ion battery is a slurry prepared by preparing a mixture comprising an active material, a binder (binder), a conductive additive, and a solvent, and applied to a current collector sheet and dried to form a sheet electrode. It is produced by pressing for the purpose of density adjustment. In a mixture slurry using a transition metal compound having an olivine type crystal structure, the binder of the positive electrode enters into the space of the secondary particles, and as a result, the binding capacity of the binder decreases or the electrode There is a problem that it is difficult to improve the density. In order to solve this problem, Patent Document 4 describes using polyvinylidene fluoride having a molecular weight of 370,000 to 1,000,000 instead of the conventional polyvinylidene fluoride binder (PVdF: poly (vinylidene fluoride)) to increase the binding force between the particles. A method for improving the adhesion of the material to the current collector is disclosed.
On the other hand, a conductive polymer such as polyacetylene has been studied as a polymer electrode as an electrode active material, but has a low volumetric energy density and has not yet been put into practical use as a positive electrode of a secondary battery. In order to solve the problem of such a conductive polymer electrode, Patent Document 5 discloses a composite electrode of a transition metal compound and a conductive polymer. That is, although a composite positive electrode using vanadium pentoxide as a transition metal compound and polyaniline as a conductive polymer is disclosed, the energy density does not exceed spinel type lithium manganate. Non-Patent Document 2 discloses a case where the surface of olivine-type lithium iron phosphate is coated with polypyrrole or made conductive after coating, but as a binder for an active material having an olivine structure. It was difficult to easily predict the function of.

本発明は、こうした実情の下、エネルギー密度、実装エネルギー密度が高くサイクル特性に優れ、電位平坦性の高い高エネルギー密度電極および当該電極を用いた二次電池の提供を目的とする。   Under such circumstances, an object of the present invention is to provide a high energy density electrode having high energy density and mounting energy density, excellent cycle characteristics, and high potential flatness, and a secondary battery using the electrode.

本発明者らは、こうした課題に対して鋭意検討した結果、オリビン構造を有する遷移金属化合物を主たる電極活物質とするリチウム二次電池用電極合剤において、当該電極合剤の結着剤に、電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料を用いることに着目し、リチウム二次電池用電極の実装エネルギー密度を飛躍的に向上させることに成功した。   As a result of earnestly examining these problems, the inventors of the present invention, in an electrode mixture for lithium secondary batteries using a transition metal compound having an olivine structure as a main electrode active material, in the binder of the electrode mixture, Focusing on the use of a polymer material that exhibits high electronic conductivity by occluding electrolyte ions, we succeeded in dramatically improving the mounting energy density of the electrode for a lithium secondary battery.

本発明に係るリチウム二次電池用電極の一態様は、オリビン構造を有する遷移金属化合物を主たる電極活物質とする。リチウム二次電池用電極の電極合剤に含まれる結着剤が、電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料であり、電極合剤の密度が、1.8g/cm以上である。結着剤として高い電子伝導性を示す高分子材料を用いることにより、導電化剤として活物質の粒子間に浸透し、複合化する。加えて、活物質の粒子間のみならず集電体表面との結着における密着性を向上させる。さらに本高分子材料は、電解質イオンと可逆なドーピング、脱ドーピングによりそれ自身も活物質としてエネルギーを蓄えることができる。これにより電極合剤の導電性を向上させ、電極としての出力特性、集電性能、エネルギー密度を高めるとともに、電極合成剤層の厚膜化を可能とし、その結果、リチウム二次電池用電極の実装エネルギー密度を向上させることができる。 One embodiment of the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention uses a transition metal compound having an olivine structure as a main electrode active material. The binder contained in the electrode mixture of the electrode for the lithium secondary battery is a polymer material exhibiting high electron conductivity by occluding electrolyte ions, and the density of the electrode mixture is 1.8 g / cm 3. That's it. By using a polymer material exhibiting high electronic conductivity as a binder, it penetrates between active material particles as a conductive agent and is combined. In addition, it improves adhesion not only between the particles of the active material but also in binding with the current collector surface. Further, the polymer material itself can store energy as an active material by reversible doping and dedoping with electrolyte ions. This improves the conductivity of the electrode mixture, increases the output characteristics, current collection performance, and energy density as an electrode, and enables the electrode composition layer to be thicker. As a result, the lithium secondary battery electrode Mounting energy density can be improved.

オリビン型結晶構造を有する遷移金属化合物粒子は、一次粒子により二次粒子を形成して多数の空間が存在しているため、この空孔に他の活物質を充填することができれば、電極としての密度及びエネルギー密度を向上させることができる。
上述した電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料が、酸化又は還元状態で水又は有機溶媒に溶解及び/または均一に分散することが好ましい。当該高分子材料は結着剤として溶解及び/または均一に分散して使用することが望ましく、活物質の粒子間に均一に浸透し、これにより、電極合剤の密着性、密度を向上させることができる。
さらに、上述した電極合剤をリチウム二次電池用電極の正極として用いる場合、リチウム遷移金属化合物が鉄及びリンを含有するリチウム複合酸化物であって、正極の充電時の電気化学的電位が、高分子材料の最も貴側の酸化還元電位に対し卑であることが好ましい。
Since transition metal compound particles having an olivine type crystal structure form secondary particles by primary particles and there are many spaces, if this hole can be filled with other active materials, Density and energy density can be improved.
It is preferable that the polymer material exhibiting high electron conductivity by occlusion of the electrolyte ions described above is dissolved and / or uniformly dispersed in water or an organic solvent in an oxidized or reduced state. The polymer material is desirably used as a binder by being dissolved and / or uniformly dispersed, and uniformly penetrates between the particles of the active material, thereby improving the adhesion and density of the electrode mixture. Can do.
Further, when the electrode mixture described above is used as a positive electrode of a lithium secondary battery electrode, the lithium transition metal compound is a lithium composite oxide containing iron and phosphorus, and the electrochemical potential at the time of charging the positive electrode is It is preferable to be base on the most noble side redox potential of the polymer material.

本発明に係るリチウム二次電池用電極において、電極合剤が導電助剤として導電性を有する炭素又は金属酸化物を電極合剤層の5重量%以下の範囲内で含有することが好ましい。導電助剤を適切量含有することにより、電極合剤層の導電性を向上させることができる。また、本発明に係るリチウムイオン二次電池の一態様は、上述したオリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を主たる活物質とする電極合剤が、厚みが100μm以上の電極合剤層として集電体シート上に形成したものである。   In the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention, the electrode mixture preferably contains carbon or a metal oxide having conductivity as a conductive assistant within a range of 5% by weight or less of the electrode mixture layer. By containing a suitable amount of conductive aid, the conductivity of the electrode mixture layer can be improved. Further, according to one aspect of the lithium ion secondary battery according to the present invention, an electrode mixture containing the above-described lithium transition metal compound having an olivine structure as a main active material is used as an electrode mixture layer having a thickness of 100 μm or more as a current collector. It is formed on a sheet.

本発明によれば、エネルギー密度、実装エネルギー密度が高くサイクル特性に優れ、電位平坦性の高い高エネルギー密度電極および当該電極を用いた二次電池を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a high energy density electrode having high energy density and mounting energy density, excellent cycle characteristics, high potential flatness, and a secondary battery using the electrode.

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明のリチウム二次電池用電極合剤の一態様は、オリビン構造を有する遷移金属化合物(1)を主たる電極活物質とする。当該電極合剤の結着剤に電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料(2)を用いるものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. One aspect of the electrode mixture for a lithium secondary battery of the present invention uses a transition metal compound (1) having an olivine structure as a main electrode active material. A polymer material (2) that exhibits high electron conductivity by occluding electrolyte ions in the binder of the electrode mixture is used.

まず、本発明に係るリチウム二次電池用電極の電極合剤(活物質、バインダー、導電助剤等)について説明する。
[活物質:オリビン構造を有する遷移金属化合物]
本発明に使用されるオリビン構造を有する遷移金属化合物(1)とは、LiFePO、LiCoPO、LiVPO、LiVPOF、LiMnPO、LiNiVO、LiFeP、LiTePO、LiMnSiO、LiMnSiO、Li(PO、LiFeSiO、LiMnBO、LiFeBOが挙げられるが、一般式LiFe1−yC(0≦x、y≦1)で現わされる化合物が好適であり、特に、xは0.9以上、yは0.9≦y≦1.0が好適である。一般式において、"B"はCo、Mn、Ni、Te、Mo、Cu、Crなどから選ばれる。また、"C"はPO、SiO、VO、BOで表される。さらに、本発明におけるバインダーとのマッチング性能からはLiFePO、LiFe1−yPOが特に好ましい。遷移金属化合物(1)は、粒子の製造工程において導電化剤と複合体を形成したもの、あるいは表面を金属酸化物、カーボン等で導電性コーティングされたものであってもよい。
First, the electrode mixture (active material, binder, conductive additive, etc.) of the electrode for a lithium secondary battery according to the present invention will be described.
[Active material: transition metal compound having olivine structure]
The transition metal compound (1) having an olivine structure used in the present invention is LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiVPO 4 , LiVPO 4 F, LiMnPO 4 , LiNiVO 4 , LiFeP 2 O 7 , LiTePO 4 , Li 2 MnSiO 4. , Li 2 MnSiO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 FeSiO 4 , LiMnBO 3 , LiFeBO 3 , and general formulas Li x Fe 1-y B y C (0 ≦ x, y ≦ 1) ) Is preferable, and in particular, x is preferably 0.9 or more, and y is preferably 0.9 ≦ y ≦ 1.0. In the general formula, “B” is selected from Co, Mn, Ni, Te, Mo, Cu, Cr and the like. “C” is represented by PO 4 , SiO 4 , VO 4 , and BO 3 . Furthermore, LiFePO 4 and LiFe y B 1-y PO 4 are particularly preferable from the viewpoint of matching performance with the binder in the present invention. The transition metal compound (1) may be one obtained by forming a complex with a conductive agent in the particle production process, or one whose surface is conductively coated with a metal oxide, carbon or the like.

[バインダー:電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料]
本発明におけるバインダーである、電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料(2)とは、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセンなど、電子電導性が発現する高分子材料、ポリジフェニルベンジジン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミンなどのRedox活性導電性高分子材料を挙げることができる。
[Binder: A polymer material that exhibits high electronic conductivity by occlusion of electrolyte ions]
The polymer material (2), which is a binder in the present invention and exhibits high electron conductivity by occluding electrolyte ions, is a polymer material that exhibits electronic conductivity, such as polypyrrole, polythiophene, polyaniline, polyacene, Examples include Redox active conductive polymer materials such as polydiphenylbenzidine, polyvinylcarbazole, and polytriphenylamine.

(バインダーの導電性)
これらの電子電導性高分子材料は、ドナーあるいはアクセプターと錯体を形成することにより高い電気伝導性を発現するが、本発明におけるバインダーとしてはこれにより1S/cm以上の電気伝導度を有することが望ましい。またポリマー内の高いイオンの拡散性も要求される。これらの高分子は、導電性が高く集電能を有し、高分子として集電体への結着性能に優れる他、さらには活物質としての機能も有することが好ましい。これらの中でも汎用非水電解液中で、比較的安定に充放電を行うことのできる点で正極バインダーにはポリピロール、ポリアニリンあるいはこれらの誘導体体など電子親和性が高いπ電子共役系高分子が好ましい。またポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレンあるいはこれらの誘導体などイオン化ポテンシャルの高いπ電子共役系高分子は負極バインダーとしても好適である。例えば正極合剤の活物質にオリビン構造のリン酸鉄リチウムをポリアニリンを結着剤とした電池系では充電により電解液中の支持電解質アニオンがポリアニリンにドーピングされると同時に、リン酸鉄リチウムのリチウムイオンはデインターカレートとして負極に移動し、結着剤と活物質に同時にエネルギーが蓄積される。この反応は可逆に進行するため放電では、リン酸鉄にリチウムイオンがインターカレートすると同時にポリアニリンからはアニオンが脱ドーピングして結着剤の導電性は低下する。
(Conductivity of binder)
These electronically conductive polymer materials exhibit high electrical conductivity by forming a complex with a donor or acceptor, but as a binder in the present invention, it is desirable to have an electrical conductivity of 1 S / cm or more. . In addition, high ion diffusibility in the polymer is also required. These polymers preferably have high electrical conductivity and current collecting ability, and are excellent in binding performance to a current collector as a polymer, and further have a function as an active material. Among these, π-electron conjugated polymers having high electron affinity such as polypyrrole, polyaniline, or derivatives thereof are preferable for the positive electrode binder in that it can be charged and discharged relatively stably in a general-purpose non-aqueous electrolyte. . In addition, a π-electron conjugated polymer having a high ionization potential such as polyphenylene, polythiophene, polyphenylene vinylene, or a derivative thereof is suitable as a negative electrode binder. For example, in a battery system in which the active material of the positive electrode mixture is lithium iron phosphate with an olivine structure and polyaniline as a binder, the supporting electrolyte anion in the electrolytic solution is doped into the polyaniline by charging, and at the same time the lithium iron lithium phosphate Ions move to the negative electrode as deintercalation, and energy is simultaneously accumulated in the binder and the active material. Since this reaction proceeds reversibly, during discharge, lithium ions intercalate with iron phosphate, and at the same time, anions are dedoped from polyaniline, and the conductivity of the binder decreases.

これらの高分子の内、特に正極バインダーに用いられる電子親和性が高い高分子は、外部回路を通して電子の移動がなくても脱ドープ状態から電解質アニオンの能動的ドーピングが起こり、安定的に導電性状態になる。
これらの高分子の中でも、特に可溶性または溶融性高分子では分散性に優れた高分子がバインダーとして好適である。正極バインダーとしては、還元型ポリアニリン、2又は5位をアルキル化したポリピロール、ドーパントにスチレンアルキルスルフォン酸をドープしたポリピロール、ポリフェニレンビニレン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)などが挙げられる。
Among these polymers, especially those with high electron affinity used for the positive electrode binder, active doping of the electrolyte anion occurs from the undoped state even if there is no electron transfer through the external circuit, and it is stably conductive. It becomes a state.
Among these polymers, polymers having excellent dispersibility are particularly suitable as binders, particularly soluble or meltable polymers. Examples of the positive electrode binder include reduced polyaniline, polypyrrole alkylated at the 2 or 5 position, polypyrrole doped with styrene alkyl sulfonic acid as a dopant, polyphenylene vinylene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), and the like. It is done.

バインダーとオリビン構造を有する遷移金属化合物との組み合わせは極めて重要で、コバルト酸リチウムやスピネル二酸化マンガンとポリアニリンのコンポジットでは動作が難しく、これはバインダーであるポリアニリンとこれらの無機活物質との酸化還元電位の違いによるものと考えられるが詳しいことは不明である。   The combination of a binder and a transition metal compound having an olivine structure is extremely important, and it is difficult to operate with a composite of lithium cobaltate or spinel manganese dioxide and polyaniline, which is the redox potential of polyaniline as a binder and these inorganic active materials. It is thought that this is due to the difference, but the details are unknown.

(バインダーの密着性、密度)
オリビン構造を有する粉体は二次粒子の多数の空間が多く密度の向上が難しかったが、本発明によりバインダーは導電化剤として均一に浸透し、複合化ができると共にバインダーとして、活物質の粒子間のみならず集電体表面との結着においても極めて高い密着性が得られる。従来使用されているPVdF、水系結着剤として使われるSBR(スチレンブタジエンゴム)エマルジョンでは従来アルミニウム集電体への密着性は十分とは言えないが、本発明では極めて高い密着性が得られる。
その結果、合剤層のプレス後の厚膜が60ミクロン以上であっても90度の折曲げ試験で剥離することがない。さらに従来の電極膜の密度に対して充放電後の密度は2.0g/cm以上で従来の体積エネルギー密度を10%以上向上せしめることができる。またバインダーである高分子材料(2)も充放電に寄与するため、電極そのもののエネルギー密度の向上にもつながる。
合剤層密度は例えばリン酸鉄リチウムの場合、リン酸鉄リチウム自身の密度が2.7g/cmであるため、それ超えることはないが、1.8g/cm以下では従来技術のエネルギー密度を超えることはできず、特に大型電池では、実装密度を向上させるためには2.0g/cm以上の密度が好ましい。
(Binder adhesion, density)
Although the powder having an olivine structure has a large number of spaces of secondary particles and it is difficult to improve the density, according to the present invention, the binder uniformly penetrates as a conductive agent, can be combined, and the active material particles are used as the binder. Extremely high adhesion can be obtained not only in the interval but also in binding to the current collector surface. Conventionally used PVdF and SBR (styrene butadiene rubber) emulsion used as a water-based binder cannot be said to have sufficient adhesion to an aluminum current collector, but in the present invention, extremely high adhesion is obtained.
As a result, even if the thick film after pressing the mixture layer is 60 microns or more, it does not peel in the 90-degree bending test. Furthermore, the density after charge / discharge is 2.0 g / cm 3 or more with respect to the density of the conventional electrode film, and the conventional volume energy density can be improved by 10% or more. Moreover, since the polymer material (2) which is a binder also contributes to charging / discharging, it leads also to the improvement of the energy density of the electrode itself.
If the mixture layer density, for example of the lithium iron phosphate, the density of the lithium iron phosphate itself is 2.7 g / cm 3, but it does not exceed it, the energy of 1.8 g / cm 3 in the following prior art The density cannot be exceeded, and in particular for large batteries, a density of 2.0 g / cm 3 or more is preferred in order to improve the mounting density.

[導電助剤]
正極合剤成分として導電助剤を添加することができる。導電助剤としてはアセチレンブラック、アニリンブラック、活性炭、ケッチェンブラック、グラファイト粉末などの導電性炭素粉末、ポリアクリロニトリル、ピッチ、セルロース、フェノールなどの樹脂原料を出発原料とした炭素体、炭素繊維の他、Ti、Sn、Inなどの金属酸化物粉末、ステンレス、ニッケルなどの金属粉末・繊維が挙げられる。これらの導電助剤に要求される特性として高い電気伝導度に加え少ない添加量での効果が要求される。一般に電極合剤には導電助剤が5〜8重量%(wt%)程度添加されるが、オリビン構造を有する遷移金属化合物では多く添加する必要があり、特にカーボン助剤は嵩密度が高く電極の密着強度を低下させたり、またエネルギー蓄積に直接寄与しないためエネルギー密度の低下を招く。これに対して、本発明では基本的な電池動作には導電助剤を必要とせず、バインダー高分子が導電性を付与するため、導電助剤を添加する場合、その添加量は最小限にとどめることができる。即ち、エネルギー密度の低下を極力抑制しつつ電極の出力特性の向上には1〜5重量%以下の添加量が好ましい。さらに好ましくは2〜4重量%以下である。
[Conductive aid]
A conductive additive can be added as a positive electrode mixture component. Conductive aids include conductive carbon powders such as acetylene black, aniline black, activated carbon, ketjen black and graphite powder, carbon bodies and carbon fibers starting from resin raw materials such as polyacrylonitrile, pitch, cellulose and phenol. , Ti, Sn, In and other metal oxide powders, stainless steel, nickel and other metal powders and fibers. In addition to high electrical conductivity, an effect with a small addition amount is required as a characteristic required for these conductive aids. In general, about 5 to 8% by weight (wt%) of a conductive additive is added to the electrode mixture. However, it is necessary to add a large amount of a transition metal compound having an olivine structure. This decreases the energy density because it does not directly reduce the adhesion strength of the material and does not directly contribute to energy storage. On the other hand, in the present invention, the conductive battery is not required for basic battery operation, and the binder polymer imparts conductivity. Therefore, when the conductive assistant is added, the addition amount is kept to a minimum. be able to. That is, an addition amount of 1 to 5% by weight or less is preferable for improving the output characteristics of the electrode while suppressing a decrease in energy density as much as possible. More preferably, it is 2 to 4% by weight or less.

[その他]
本発明の正極合剤中における高分子材料(2)の量は1重量%以上、20重量%未満である。さらに好ましくは3重量%以上、10重量%未満である。1重量%未満では、結着力、導電性ともに効果を期待することは難しく、本発明を達成するものではない。また、他の結着剤をブレンドすることで電極としての密着性は保管できるが、それ以外の効果はない。一方、高分子材料(2)の量が20重量%以上では、電極密度は1.8g/cm未満となり、オリビン構造の高い体積エネルギー密度を活かすことが困難である。
正極合剤層の厚みとしては60μm以上、300μm未満、さらに好ましくは100μm以上、200μm未満である。100μm未満では大型電池の実装エネルギー密度の向上に不利である500μm以上では密着性を維持することは難しく集電効率の点でも不利である。
[Others]
The amount of the polymer material (2) in the positive electrode mixture of the present invention is 1% by weight or more and less than 20% by weight. More preferably, it is 3% by weight or more and less than 10% by weight. If it is less than 1% by weight, it is difficult to expect both the binding force and the conductivity, and the present invention is not achieved. Moreover, the adhesiveness as an electrode can be stored by blending other binders, but there is no other effect. On the other hand, when the amount of the polymer material (2) is 20% by weight or more, the electrode density is less than 1.8 g / cm 3, and it is difficult to make use of the high volume energy density of the olivine structure.
The thickness of the positive electrode mixture layer is 60 μm or more and less than 300 μm, more preferably 100 μm or more and less than 200 μm. If it is less than 100 μm, it is disadvantageous for improving the mounting energy density of a large battery, and if it is 500 μm or more, it is difficult to maintain the adhesion, which is also disadvantageous in terms of current collection efficiency.

上述したように、本発明のリチウム二次電池用電極によれば、オリビン構造を有する遷移金属化合物を主たる粒子状活物質とする合剤電極層の集電体への密着性、密度向上を向上させると共に、高い集電性を付与することができる。これにより、ハイレートの放電においてもリチウム二次電池用電極のエネルギー密度を向上させることができる。   As described above, according to the lithium secondary battery electrode of the present invention, the improvement in the adhesion and density improvement of the mixture electrode layer comprising the transition metal compound having an olivine structure as the main particulate active material to the current collector is improved. In addition, a high current collecting property can be imparted. Thereby, the energy density of the electrode for lithium secondary batteries can be improved even in high-rate discharge.

次に、上述したリチウム二次電池用電極を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
このようにして得られた電極を使用し、二次電池の他の要素としては電解質、セパレーターなどの要素を組み合わせることにより二次電池を組むことができる。
セパレーターとしては、紙、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラス、セラミックなどの多孔質膜、あるいは繊維の織布あるいは不織布などを用いることができる。また、セパレーターに代わる構成要素として固体電解質を用いることもできるが、正・負極を隔離する目的で必要に応じて使用されるものであって、これらに限定されるものではない。
Next, a lithium ion secondary battery using the above-described electrode for a lithium secondary battery will be described.
A secondary battery can be assembled by using the electrode thus obtained and combining elements such as an electrolyte and a separator as other elements of the secondary battery.
As the separator, a porous film such as paper, polypropylene, polyethylene, glass, or ceramic, or a woven or non-woven fabric of fibers can be used. In addition, a solid electrolyte can be used as a constituent element instead of the separator, but it is used as needed for the purpose of isolating the positive and negative electrodes, and is not limited thereto.

電解液は溶媒に支持電解質を溶解したものである。
これらの非水系有機溶媒は、一般に用いられる電解液を用いることができるがこれに限定されるものではない。溶媒は1種単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。中でも、誘電率が大きく、電気化学的安定で電位窓が広く、また使用温度範囲が広く、且つ安全性に優れるものが好ましい。
The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting electrolyte in a solvent.
As these non-aqueous organic solvents, commonly used electrolytic solutions can be used, but the invention is not limited thereto. A solvent may be used individually by 1 type and may be used in mixture of 2 or more types. Among them, those having a large dielectric constant, electrochemical stability, a wide potential window, a wide use temperature range, and excellent safety are preferable.

有機溶媒の具体例としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、3−メチル−1,3−オキサゾリン−2−オン等のラクトン類;N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン等のアミド類;ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、スチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート類;1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のイミダゾリジノン類又はこれらの各種有機溶媒の水素原子やアルキル基がフルオロアルキル基に置換されたフッ素系溶媒等が挙げられる。   Specific examples of the organic solvent include lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, 3-methyl-1,3-oxazolin-2-one; N-methylformamide, N, N-dimethyl Amides such as formamide, N-methylacetamide, N-methylpyrrolidinone; carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, styrene carbonate, vinylene carbonate; 1,3-dimethyl-2- Examples thereof include imidazolidinones such as imidazolidinone or fluorine-based solvents in which hydrogen atoms or alkyl groups of these various organic solvents are substituted with fluoroalkyl groups.

支持電解質塩としては、リチウム塩が挙げられ、リチウム電池又はリチウムイオン電池の作動電圧範囲で安定なリチウム塩であれば、特に制限はない。
本発明で用いられるリチウム塩として、具体的には、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(LiN(SOCF)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)アミド(LiN(SO)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)が挙げられる。
これらのリチウム塩は、1種単独で用いることも、2種以上混合して用いることもできる。
The supporting electrolyte salt includes a lithium salt, and is not particularly limited as long as it is a stable lithium salt in the operating voltage range of a lithium battery or a lithium ion battery.
Specific examples of the lithium salt used in the present invention include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium bis (trifluoromethane). Sulfonyl) amide (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ), lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) amide (LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and the like. .
These lithium salts can be used singly or in combination of two or more.

非水電解液が使用されている現在のリチウム電池システムは電解液が可燃性液体であることから、難燃化剤、イオン液体の利用もある。またポリマー電解質は無機系ではNASICON、LISICONなどのイオン電導性ガラスの他、最近ではLiS−PS系ガラスセラミックスのリチウムイオン伝導体が10ジーメンスの伝導度を記録している。 In the current lithium battery system in which a non-aqueous electrolyte is used, since the electrolyte is a flammable liquid, a flame retardant and an ionic liquid are also used. In addition, as for polymer electrolytes, in addition to ion-conducting glasses such as NASICON and LISICON in the inorganic system, a lithium ion conductor of Li 2 S—P 2 S-based glass ceramics has recently recorded a conductivity of 10 3 Siemens.

上述したオリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物(1)を主たる活物質とする電極合剤を、厚みが60μm以上の電極合剤層として集電体シート上に形成することによって、エネルギー密度、実装エネルギー密度が高くサイクル特性に優れ、電位平坦性の高い高エネルギー密度電極を有する大型リチウムイオン二次電池を提供することができる。ここで、大型リチウムイオン二次電池とは、例えば、電力の貯蔵、自動車(電気自動車、ハイブリット自動車など)、ノート型のコンピュータなどに用いられるリチウムイオン二次電池が含まれる。   By forming an electrode mixture mainly composed of the above-described lithium transition metal compound (1) having an olivine structure on the current collector sheet as an electrode mixture layer having a thickness of 60 μm or more, energy density and mounting energy A large-sized lithium ion secondary battery having a high energy density electrode with high density, excellent cycle characteristics, and high potential flatness can be provided. Here, the large-sized lithium ion secondary battery includes, for example, a lithium ion secondary battery used for power storage, automobiles (electric cars, hybrid cars, etc.), notebook computers, and the like.

なお、本発明の電極は特に正極材料として有利であるがこれに限定されるものではない。負極材料としてはオリビン構造を有する遷移金属のほか、炭素負材料、金属酸化物などの負極が例示できる。例えば炭素材料としては、ピッチ、コークス、石炭などの天然炭化物あるいは、これらの焼成体、合成高分子、天然高分子の焼成体である炭素体、グラファイトなどが挙げられる。ケイ素、スズ、チタン(Li4+zTi12)などの酸化物も負極材料として優れる。しかし本発明において負極はコスト等の面からも炭素あるいはシリコン負極が好ましい。 The electrode of the present invention is particularly advantageous as a positive electrode material, but is not limited thereto. Examples of the negative electrode material include negative electrodes such as carbon negative materials and metal oxides in addition to transition metals having an olivine structure. For example, examples of the carbon material include natural carbides such as pitch, coke, and coal, or a fired body, synthetic polymer, carbon body that is a fired body of natural polymer, graphite, and the like. Oxides such as silicon, tin, and titanium (Li 4 + z Ti 5 O 12 ) are also excellent as negative electrode materials. However, in the present invention, the negative electrode is preferably a carbon or silicon negative electrode from the viewpoint of cost.

以下に実施例と比較例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。
−正極の作製−
実施例及び比較例の正極合成剤層電極の構成を表1に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
-Production of positive electrode-
Table 1 shows the configurations of the positive electrode synthesis agent layer electrodes of Examples and Comparative Examples.

Figure 2012204278
Figure 2012204278

[実施例1]
(バインダー合成例)
300mLナスフラスコに蒸留して精製した5mL(55mmol)のアニリン、100mLの1MHSOを加え、食塩水を入れた氷浴で0℃以下に冷やした。50mLの0.25M(NHを1時間かけてゆっくり滴下した後終夜攪拌した。得られた緑色の沈殿をろ過し、1MHSO、水、メタノールでよく洗浄し、硫酸アニオンがドープされたポリアニリン3.24g得た。試薬はすべて和光純薬株式会社製のものを使用した。
硫酸アニオンがドープされたポリアニリンを5wt%ヒドラジン−メタノール溶液に加え、窒素雰囲気下で終夜攪拌した。得られた紫色粉末をろ過し、メタノールでよく洗浄した後、80℃で加熱真空乾燥し、白色の還元されたポリアニリン2.11g得た。還元されたポリアニリンは乾燥後すぐに不活性ガス雰囲気下のグローブボックス内に保管した。
[Example 1]
(Binder synthesis example)
5 mL (55 mmol) of aniline purified by distillation into a 300 mL eggplant flask and 100 mL of 1 MH 2 SO 4 were added, and the mixture was cooled to 0 ° C. or lower in an ice bath containing saline. 50 mL of 0.25 M (NH 4 ) 2 S 2 O 8 was slowly added dropwise over 1 hour, followed by stirring overnight. The obtained green precipitate was filtered and washed well with 1MH 2 SO 4 , water and methanol to obtain 3.24 g of polyaniline doped with sulfate anions. All reagents used were manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
Polyaniline doped with sulfate anions was added to a 5 wt% hydrazine-methanol solution and stirred overnight under a nitrogen atmosphere. The obtained purple powder was filtered, washed well with methanol, and then heated and dried in vacuum at 80 ° C. to obtain 2.11 g of white reduced polyaniline. The reduced polyaniline was stored in a glove box under an inert gas atmosphere immediately after drying.

(実施例正極の作製)
バインダー合成例で合成したポリアニリン20重量部を80重量部のN−メチルピロリドン(以下、NMPとも称する)に溶解したバインダー溶液に正極活物質としてリン酸鉄リチウムLiFePO(住友大阪セメント株式会社製)81重量部を分散してペースト状にし、NMPを適当量加え粘度調整した後、幅10cm、長さ30cm、厚み20μmのアルミ箔(日本蓄電器工業株式会社製)にブレードコーターを用いて所定の厚みで塗布し、100℃のオーブンで10分間乾燥した後、110℃でさらに10分乾燥、減圧下85℃で12時間放置させ、100kgf・cmの圧力で1軸プレスを行った後、不活性ガス雰囲気下で保存し、トムソン刃で14mmφの円盤上に打ち抜いた。実施例1では、活物質(オリビン型リン酸鉄リチウム):バインダーの割合は、81:19であり、導電助剤(カーボン助剤)を添加しなかった。
(Preparation of Example Positive Electrode)
Lithium iron phosphate LiFePO 4 (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) as a positive electrode active material in a binder solution prepared by dissolving 20 parts by weight of polyaniline synthesized in the binder synthesis example in 80 parts by weight of N-methylpyrrolidone (hereinafter also referred to as NMP) Disperse 81 parts by weight to make a paste, adjust the viscosity by adding an appropriate amount of NMP, and then use a blade coater on a 10 cm wide, 30 cm long, 20 μm thick aluminum foil (manufactured by Nippon Denki Kogyo Kogyo Co., Ltd.). And then dried in an oven at 100 ° C. for 10 minutes, further dried at 110 ° C. for 10 minutes, allowed to stand at 85 ° C. for 12 hours under reduced pressure, uniaxially pressed at a pressure of 100 kgf · cm 2 , and inert It preserve | saved under gas atmosphere and it punched on the 14 mm diameter disk with the Thomson blade. In Example 1, the ratio of the active material (olivine-type lithium iron phosphate): binder was 81:19, and no conductive auxiliary agent (carbon auxiliary agent) was added.

(負極の作製)
負極活物質としてグラファイト(日本黒鉛株式会社製)と、バインダーとして平均分子量が60万〜70万のPVdF(株式会社クレハ製)と、塗工溶媒としてN−メチルピロリドンを、負極活物質:バインダー:NMP所定の割合(質量比率、但しバインダーは固形分換算)で混合してペースト状にし、幅10cm長さ30cmの銅箔(福田金属箔株式会社製)に所定の厚みで塗布し、80℃のオーブンで10分間乾燥した後、100℃でさらに10分乾燥、減圧下85℃で12時間放置させ、1軸プレスを行った後、不活性ガス雰囲気下で保存し、トムソン刃で16mmφの円盤上に打ち抜いた。
(Preparation of negative electrode)
Graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) as the negative electrode active material, PVdF (manufactured by Kureha Co., Ltd.) having an average molecular weight of 600,000 to 700,000 as the binder, N-methylpyrrolidone as the coating solvent, negative electrode active material: binder: NMP is mixed at a predetermined ratio (mass ratio, but the binder is converted into a solid content) to form a paste, applied to a copper foil (made by Fukuda Metal Foil Co., Ltd.) having a width of 10 cm and a length of 30 cm, with a predetermined thickness. After drying in an oven for 10 minutes, drying at 100 ° C. for another 10 minutes, allowing to stand at 85 ° C. under reduced pressure for 12 hours, uniaxial pressing, storing in an inert gas atmosphere, and on a 16 mmφ disc with a Thomson blade Punched out.

(非水電解液の調製)
ジエチルカーボネート:エチレンカーボネート=1:1の混合液1リットルに対しLiPFが1モルの割合で溶解したものを非水電解液とした。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
A solution obtained by dissolving LiPF 6 at a ratio of 1 mol per liter of a mixed solution of diethyl carbonate: ethylene carbonate = 1: 1 was used as a non-aqueous electrolyte.

(リチウムイオン二次電池の作製)
不活性雰囲気下で2極式簡易型評価セル(東洋システム株式会社製)に16mmφの大きさに打ち抜いた負極金属リチウム(本城金属株式会社製)、ポリオレフィン系セパレーター(セルガード株式会社製)、複合正極という順番で重ね合わせ、電解液として用いた。
(Production of lithium ion secondary battery)
Negative electrode metal lithium (Honjo Metal Co., Ltd.), polyolefin separator (Celgard Co., Ltd.), composite punched into a 16mmφ size in a bipolar simple evaluation cell (Toyo System Co., Ltd.) under inert atmosphere They were superposed in the order of positive electrode and used as an electrolyte.

[実施例2]
活物質、バインダー及び導電助剤として、(オリビン型リン酸鉄リチウム):(化学重合で合成したポリアニリン):(アセチレンブラック)の重量比が85:10:5になるように塗料を調整した以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 2]
As an active material, a binder, and a conductive assistant, except that the paint was adjusted so that the weight ratio of (olivine lithium iron phosphate) :( polyaniline synthesized by chemical polymerization) :( acetylene black) was 85: 10: 5 Produced a lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

[実施例3]
活物質、バインダー及び導電助剤として、(オリビン型リン酸鉄リチウム):(化学重合で合成したポリアニリン):(アセチレンブラック)の重量比が90:6:4になるように塗料を調整した以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 3]
As an active material, a binder and a conductive additive, except that the paint was adjusted so that the weight ratio of (olivine type lithium iron phosphate) :( polyaniline synthesized by chemical polymerization) :( acetylene black) was 90: 6: 4 Produced a lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

[実施例4]
活物質、バインダー及び導電助剤として、(オリビン型リン酸鉄リチウム):(化学重合で合成したポリアニリン):(アセチレンブラック)の重量比が92:5:3になるように塗料を調整した以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 4]
Other than adjusting the paint so that the weight ratio of (olivine type lithium iron phosphate) :( polyaniline synthesized by chemical polymerization) :( acetylene black) is 92: 5: 3 as the active material, binder and conductive assistant Produced a lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

[実施例5]
活物質、バインダー及び導電助剤として、(オリビン型リン酸鉄リチウム):(化学重合で合成したポリピロール−ポリスチレンスルホン酸):(アセチレンブラック)の重量比が85:10:5になるようにバインダーのN−メチルピロリドン溶液に分散した以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 5]
As an active material, a binder, and a conductive auxiliary agent, a binder such that the weight ratio of (olivine type lithium iron phosphate) :( polypyrrole-polystyrenesulfonic acid synthesized by chemical polymerization) :( acetylene black) is 85: 10: 5. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the N-methylpyrrolidone solution was dispersed.

[比較例1]
(比較例1の正極の作製)
平均分子量が60万〜70万のPVdF(株式会社クレハ製)10重量部を塗工溶媒としてN−メチルピロリドン90重量部に溶解し、正極活物質としてリン酸鉄リチウムLiFePO(住友大阪セメント株式会社製)と、アセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)と、PVdFが、88:6:6の割合(質量比率、但しバインダーは固形分換算)で混合してペースト状にし、NMPを適当量加え粘度調整した後、幅10cm長さ30cm、厚み20μmのアルミ箔(日本蓄電器工業株式会社製)に所定の厚みで塗布し、100℃のオーブンで10分間乾燥した後、110℃でさらに10分乾燥、減圧下85℃で12時間放置させ、100kgf・cmの圧力で1軸プレスを行った後、不活性ガス雰囲気下で保存し、トムソン刃で14mmφの円盤上に打ち抜いた。上述した正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
(Preparation of the positive electrode of Comparative Example 1)
10 parts by weight of PVdF (manufactured by Kureha Co., Ltd.) having an average molecular weight of 600,000 to 700,000 is dissolved in 90 parts by weight of N-methylpyrrolidone as a coating solvent, and lithium iron phosphate LiFePO 4 (Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) as a positive electrode active material Company), acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and PVdF in a ratio of 88: 6: 6 (mass ratio, but the binder is solid content conversion) to make a paste, and an appropriate amount of NMP In addition, after adjusting the viscosity, it was applied to an aluminum foil having a width of 10 cm, a length of 30 cm, and a thickness of 20 μm (manufactured by Nippon Denki Kogyo Co., Ltd.) with a predetermined thickness, dried in an oven at 100 ° C. for 10 minutes, and further at 110 ° C. for 10 minutes. dried and left for 12 hours under reduced pressure 85 ° C., after uniaxial pressing at a pressure of 100 kgf · cm 2, and stored in an inert gas atmosphere, Thomson blade He was punched on the disk of 14mmφ. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode described above was used.

[比較例2]
平均分子量が60万〜70万のPVdF(株式会社クレハ製)10重量部を塗工溶媒としてN−メチルピロリドン90重量部に溶解し、正極活物質としてリン酸鉄リチウムLiFePO(住友大阪セメント株式会社製)と、アセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)と、PVdFが、84:8:8の割合にした以外は比較例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
10 parts by weight of PVdF (manufactured by Kureha Co., Ltd.) having an average molecular weight of 600,000 to 700,000 is dissolved in 90 parts by weight of N-methylpyrrolidone as a coating solvent, and lithium iron phosphate LiFePO 4 (Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) as a positive electrode active material Lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the ratio was 84: 8: 8.

−正極の評価−
充放電試験測定方法は、北斗電工株式会社製HJ−1005SH8A充放電測定装置を用い、まず、充電方向に0.2の電流で電池電圧が3.9Vになるまで充電し、10分間の休止後、0.2の電流で電池電圧が2.5Vになるまで放電し、10分間休止した。以下所定の電流値で充放電の繰り返しを行い、電池特性を評価した。この時それぞれの初期特性データは、5サイクル目のデータとし、複合化した電極トータルの容量として、電極全体の活物質及び不活物質(結着剤や導電助剤)の重量から放電容量を計算した。エネルギー容量、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度、出力特性、ショート時、加熱時のシャットダウン特性、サイクル特性(100サイクル後の容量)を調べた。
-Evaluation of positive electrode-
The charge / discharge test measurement method uses HJ-1005SH8A charge / discharge measurement device manufactured by Hokuto Denko Corporation. First, the battery is charged with a current of 0.2 in the charge direction until the battery voltage becomes 3.9 V, and after 10 minutes of rest. The battery was discharged at a current of 0.2 until the battery voltage became 2.5 V, and rested for 10 minutes. Thereafter, charging and discharging were repeated at a predetermined current value, and battery characteristics were evaluated. At this time, the initial characteristic data of each is the data of the fifth cycle, and the discharge capacity is calculated from the weight of the active material and the inactive material (binder and conductive aid) of the entire electrode as the combined electrode total capacity. did. The energy capacity, volumetric energy density, weight energy density, output characteristics, shutdown characteristics at the time of short-circuiting, and cycle characteristics (capacity after 100 cycles) were examined.

表1に示すリチウムイオン二次電池それぞれの評価結果を表2に記載した。

Figure 2012204278
The evaluation results of the lithium ion secondary batteries shown in Table 1 are shown in Table 2.
Figure 2012204278

表2には次の項目を示している。
・密着性:90度折り曲げ試験
◎:亀裂・剥がれなし、○:折り目部分に亀裂、
△:折り目に部分剥がれ、×:折り目部周辺まで剥がれ
・エネルギー密度:
0.2Cで充電後、0.2C、1C、3C、5Cの各レートで放電した時の容量
・100サイクル後のエネルギー容量:
100サイクル充放電後の初期容量に対する容量比
・ショートテスト:外部回路で短絡したときの変化
◎:全く変化なし、再利用可能、
○:外観・温度変化なし、容量劣化50%以内、
△:外観変化なし、使用不可、
×:外観変化あり・温度上昇あり、使用不可
・オリビン鉄重量エネルギー密度(mAh/g):
オリビン構造化合物の発現エネルギー密度(活物質比換算)
Table 2 shows the following items.
-Adhesion: 90 degree bend test ◎: No crack / peeling, ○: Crack at the crease,
Δ: Partial peeling at the crease, ×: Peeling to the periphery of the crease
・ Energy density:
Capacity when discharged at 0.2C, then discharged at each rate of 0.2C, 1C, 3C, 5C ・ Energy capacity after 100 cycles:
Capacitance ratio to initial capacity after 100 cycles of charge / discharge: Short test: Change when short-circuited by external circuit ◎: No change, reusable,
○: No change in appearance and temperature, capacity degradation within 50%,
Δ: No change in appearance, unusable,
×: Appearance change, Temperature rise, Unusable • Olivine iron weight energy density (mAh / g):
Expression energy density of olivine structural compound (active material ratio conversion)

以上説明した通り、本発明に関わるオリビン型構造を有するリン含有酸化物は、低コストで環境負荷が小さく製造でき、これを正極活物質として用いた二次電池は、電流負荷特性においても高容量が得られる。また、電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料を結着剤として用いることにより、導電性が向上し且つ高速充放電用正極材料としても使える。   As described above, the phosphorus-containing oxide having an olivine structure according to the present invention can be manufactured at a low cost with a low environmental load, and the secondary battery using this as a positive electrode active material has a high capacity even in the current load characteristics. Is obtained. Further, by using a polymer material exhibiting high electronic conductivity by occluding electrolyte ions as a binder, the conductivity is improved and it can be used as a positive electrode material for high-speed charge / discharge.

なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。   In addition, this invention is not limited to embodiment shown above. Within the scope of the present invention, it is possible to change, add, or convert each element of the above-described embodiment to a content that can be easily considered by those skilled in the art.

Claims (5)

オリビン構造を有する遷移金属化合物を主たる電極活物質とするリチウム二次電池用電極であって、
電極合剤に含まれる結着剤が、電解質イオンを吸蔵することにより高い電子伝導性を示す高分子材料であり、
前記電極合剤の密度が、1.8g/cm以上であるリチウム二次電池用電極。
An electrode for a lithium secondary battery having a transition metal compound having an olivine structure as a main electrode active material,
The binder contained in the electrode mixture is a polymer material that exhibits high electron conductivity by occluding electrolyte ions,
The electrode for a lithium secondary battery, wherein the density of the electrode mixture is 1.8 g / cm 3 or more.
前記電極合剤が導電助剤として導電性を有する炭素又は金属酸化物を電極合剤層の5重量%以下の範囲内で含有することを特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池用電極。   2. The electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the electrode mixture contains carbon or metal oxide having conductivity as a conductive assistant within a range of 5% by weight or less of the electrode mixture layer. . 前記高分子材料が、酸化又は還元状態で水又は有機溶媒に溶解及び/または均一に分散することを特徴とする請求項1または2記載のリチウム二次電池用電極。   3. The electrode for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the polymer material is dissolved and / or uniformly dispersed in water or an organic solvent in an oxidized or reduced state. 当該リチウム二次電池用電極が正極であり、
前記リチウム遷移金属化合物が鉄及びリンを含有するリチウム複合酸化物であって、前記正極の充電時の電気化学的電位が、前記高分子材料の最も貴側の酸化還元電位に対し卑であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用電極。
The lithium secondary battery electrode is a positive electrode,
The lithium transition metal compound is a lithium composite oxide containing iron and phosphorus, and the electrochemical potential during charging of the positive electrode is lower than the most noble-side redox potential of the polymer material. The electrode for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のオリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を主たる活物質とする電極合剤が、厚みが60μm以上の電極合剤層として集電体シート上に形成されたリチウムイオン二次電池。   An electrode mixture comprising the lithium transition metal compound having an olivine structure according to any one of claims 1 to 4 as a main active material is formed on a current collector sheet as an electrode mixture layer having a thickness of 60 µm or more. Lithium ion secondary battery.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014026868A (en) * 2012-07-27 2014-02-06 Denso Corp Cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2014051020A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Tdk株式会社 Lithium ion secondary battery
WO2017195332A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 エリーパワー株式会社 Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
CN112186197A (en) * 2019-07-01 2021-01-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 Positive current collector, positive pole piece and electrochemical device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340165A (en) * 2004-03-23 2005-12-08 Shirouma Science Co Ltd Positive electrode material for lithium secondary cell
JP2006236809A (en) * 2005-02-25 2006-09-07 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2010219047A (en) * 2009-03-12 2010-09-30 Swatch Group Research & Development Ltd Electroconductive nanocomposite containing sacrificial nanoparticles, and open porous nanocomposite generated from the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340165A (en) * 2004-03-23 2005-12-08 Shirouma Science Co Ltd Positive electrode material for lithium secondary cell
JP2006236809A (en) * 2005-02-25 2006-09-07 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2010219047A (en) * 2009-03-12 2010-09-30 Swatch Group Research & Development Ltd Electroconductive nanocomposite containing sacrificial nanoparticles, and open porous nanocomposite generated from the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014026868A (en) * 2012-07-27 2014-02-06 Denso Corp Cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2014051020A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Tdk株式会社 Lithium ion secondary battery
JPWO2014051020A1 (en) * 2012-09-28 2016-08-22 Tdk株式会社 Lithium ion secondary battery
WO2017195332A1 (en) * 2016-05-12 2017-11-16 エリーパワー株式会社 Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JPWO2017195332A1 (en) * 2016-05-12 2019-03-07 エリーパワー株式会社 Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
CN112186197A (en) * 2019-07-01 2021-01-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 Positive current collector, positive pole piece and electrochemical device

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