JP2012243478A - Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液を備えた二次電池(非水電解液二次電池)に関する。 The present invention relates to a secondary battery (non-aqueous electrolyte secondary battery) provided with a non-aqueous electrolyte.
リチウムイオン二次電池その他の非水電解液二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。非水電解液二次電池の性能をさらに向上させるために、非水電解液に各種の添加剤を含有させることが提案されている。例えば特許文献1〜3には、オキサラトボレート型の化合物(例えば、リチウムビス(オキサラト)ボレート)を含むリチウムイオン二次電池用電解液が記載されている。 Lithium ion secondary batteries and other non-aqueous electrolyte secondary batteries are becoming increasingly important as on-vehicle power supplies or personal computers and portable terminals. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is expected to be preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle. In order to further improve the performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery, it has been proposed to add various additives to the non-aqueous electrolyte. For example, Patent Documents 1 to 3 describe an electrolyte solution for a lithium ion secondary battery containing an oxalatoborate type compound (for example, lithium bis (oxalato) borate).
しかし、本発明者の検討によれば、非水電解液二次電池におけるオキサラトボレート型化合物の使用は、電池の耐久性(保存や充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇の抑制等)に役立ち得る反面、他の電池性能を低下させる場合があった。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、電解液添加剤の効果がより適切に発揮され得る非水電解液二次電池の提供を目的とする。関連する他の目的は、かかる非水電解液二次電池の製造方法を提供することである。 However, according to the study of the present inventor, the use of an oxalatoborate type compound in a non-aqueous electrolyte secondary battery can be useful for battery durability (such as suppression of resistance increase due to repeated storage and charge / discharge). On the other hand, other battery performance may be reduced. This invention is made | formed in view of this situation, Comprising: It aims at provision of the nonaqueous electrolyte secondary battery with which the effect of electrolyte solution additive can be exhibited more appropriately. Another related object is to provide a method for manufacturing such a non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明者は、非水電解液中に含まれる添加剤が、電池性能にとって有利な効果を発揮し得る場所により多く配分(配置)されれば、上記有利な効果が発揮され難い場所あるいは不利な効果を生じ得る場所への配分量が相対的に減ることとなり、上記の課題が解決され得ると考えた。そこで本発明者は、非水電解液中の添加剤の正極および負極への配分比を把握するための指標として、正極活物質および負極活物質のDBP(ジブチルフタレート)吸収量に着目した。そして、正極の有する全正極活物質のDBP吸収量と負極の有する全負極活物質のDBP吸収量との比を調節することにより、電解液添加剤の機能をより適切に発揮させて高性能の非水電解液二次電池が得られることを見出して、本発明を完成した。 The present inventor has found that if the additive contained in the non-aqueous electrolyte is distributed (arranged) more in locations where it can exert an advantageous effect on the battery performance, the advantageous effect is less likely to be exhibited or disadvantageous. We thought that the amount of distribution to places where effects could be produced would be relatively reduced, and that the above problems could be solved. Therefore, the present inventor paid attention to the DBP (dibutyl phthalate) absorption amount of the positive electrode active material and the negative electrode active material as an index for grasping the distribution ratio of the additive in the non-aqueous electrolyte to the positive electrode and the negative electrode. And, by adjusting the ratio of the DBP absorption amount of the total positive electrode active material possessed by the positive electrode and the DBP absorption amount of the total negative electrode active material possessed by the negative electrode, the function of the electrolyte additive can be exhibited more appropriately and the high performance. The present invention was completed by finding that a non-aqueous electrolyte secondary battery can be obtained.
ここに開示される非水電解液二次電池は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、前記正極活物質および前記負極活物質の双方に接して配置された非水電解液とを備える。前記非水電解液としては、非水溶媒と、B元素(ホウ素)およびP元素(リン)の少なくとも一方を含有するオキサラト錯体化合物(以下「BP−オキサラト化合物」ともいう。)と、を含む非水電解液が用いられる。前記電池に含まれる前記正極活物質の全量についてのDBP吸収量(以下、「全正極活物質DBP吸収量」ともいう。)X(mL)と、該電池に含まれる前記負極活物質の全量についてのDBP吸収量(以下、「全負極活物質DBP吸収量」ともいう。)Y(mL)との関係は、次式:0.60≦X/Y≦1.25;を満たす。 The non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and non-aqueous electrolysis arranged in contact with both the positive electrode active material and the negative electrode active material. Liquid. The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent and an oxalato complex compound (hereinafter also referred to as “BP-oxalato compound”) containing at least one of element B (boron) and element P (phosphorus). A water electrolyte is used. About the DBP absorption amount (hereinafter also referred to as “total positive electrode active material DBP absorption amount”) X (mL) with respect to the total amount of the positive electrode active material contained in the battery, and the total amount of the negative electrode active material contained in the battery The DBP absorption amount (hereinafter also referred to as “total negative electrode active material DBP absorption amount”) Y (mL) satisfies the following formula: 0.60 ≦ X / Y ≦ 1.25.
本発明者の知見によれば、電解液に添加されたBP−オキサラト化合物は、正極に吸着する(例えば、正極表面で酸化分解して膜を形成する)ことにより、正極活物質を電解液から保護するとともに、電池の耐久性を向上させる効果(例えば、保存や充放電の繰り返しによる抵抗上昇を抑制する等)を発揮し得る。一方、負極に吸着したBP−オキサラト化合物は、電池の初期特性(例えば、初期効率、初期抵抗等)を低下させる要因となり得る。また、従来の一般的な構成の非水電解液二次電池では、電解液に添加された添加剤は、正極側に比べて負極側に3倍以上多く配分される(換言すれば、正極側には負極側の凡そ0.33倍以下しか配分されない)傾向にあり、典型的には、正極側に比べて負極側に10倍以上多く配分されると言われている。 According to the knowledge of the present inventors, the BP-oxalato compound added to the electrolytic solution is adsorbed on the positive electrode (for example, oxidatively decomposes on the positive electrode surface to form a film), thereby removing the positive electrode active material from the electrolytic solution. While protecting, the effect of improving the durability of the battery (for example, suppressing an increase in resistance due to repeated storage and charge / discharge) can be exhibited. On the other hand, the BP-oxalato compound adsorbed on the negative electrode can be a factor of reducing the initial characteristics (for example, initial efficiency, initial resistance, etc.) of the battery. In addition, in a conventional non-aqueous electrolyte secondary battery having a general configuration, the additive added to the electrolyte is distributed more than three times more on the negative electrode side than on the positive electrode side (in other words, on the positive electrode side). In general, it is said that only about 0.33 times or less of the negative electrode side is distributed to the negative electrode side). Typically, it is said that 10 times or more of the negative electrode side is distributed compared to the positive electrode side.
本発明に係る非水電解液二次電池では、電解液に添加されたBP−オキサラト化合物が、従来の一般的な電池よりも多く正極側に配分されるように、正極および負極の特性が調整されている。具体的には、全正極活物質DBP吸収量Xが、全負極活物質DBP吸収量Yの少なくとも0.60倍以上である。これにより、電解液に添加されたBP−オキサラト化合物をより有効に利用するとともに、該化合物による弊害を抑制することができる。その結果、より高性能な非水電解液二次電池が実現され得る。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the characteristics of the positive electrode and the negative electrode are adjusted so that more BP-oxalato compound added to the electrolyte is distributed to the positive electrode side than the conventional general battery. Has been. Specifically, the total positive electrode active material DBP absorption amount X is at least 0.60 times the total negative electrode active material DBP absorption amount Y. As a result, the BP-oxalato compound added to the electrolytic solution can be used more effectively, and adverse effects caused by the compound can be suppressed. As a result, a higher performance non-aqueous electrolyte secondary battery can be realized.
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウム二次電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、「非水電解液二次電池」とは、非水電解液(典型的には、非水溶媒中に支持塩(支持電解質)を含む電解液)を備えた電池をいう。また、「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動により充放電する二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。また、電極活物質とは、電荷担体となる化学種(リチウム二次電池ではリチウムイオン)を可逆的に吸蔵および放出し得る材料をいう。 In the present specification, the “secondary battery” refers to a general power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term including a so-called storage battery such as a lithium secondary battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor. The “non-aqueous electrolyte secondary battery” refers to a battery provided with a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolyte containing a supporting salt (supporting electrolyte) in a non-aqueous solvent). The “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally referred to as a lithium ion battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification. The electrode active material refers to a material that can reversibly occlude and release chemical species (lithium ions in a lithium secondary battery) serving as a charge carrier.
ここに開示される技術におけるBP−オキサラト化合物の一好適例として、下記式(I)で表されるリチウムビス(オキサラト)ボレートが挙げられる。 As a preferred example of the BP-oxalato compound in the technology disclosed herein, lithium bis (oxalato) borate represented by the following formula (I) can be given.
前記電池に含まれるBP−オキサラト化合物の全モル数A(mmol)と、前記全正極活物質DBP吸収量X(mL)との関係は、次式:0.02≦A/X(mmol/mL)≦0.30;を満たすことが好ましい。かかる態様の電池によると、上記オキサラト化合物の機能がより適切に発揮され、より高い性能が実現され得る。A/Xが小さすぎると、正極活物質の実反応面積当たりに供給されるオキサラト化合物の量が少なくなりすぎて、該オキサラト化合物の添加効果(例えば、保存や充放電の繰り返しに伴う抵抗上昇を抑制する効果)が小さくなる傾向にある。A/Xが大きすぎると、負極に配分されるオキサラト化合物の量が多くなりすぎ、この負極に配分されたオキサラト化合物の影響によって電池の初期特性が低下しがちとなることがあり得る。 The relationship between the total mole number A (mmol) of the BP-oxalato compound contained in the battery and the total positive electrode active material DBP absorption amount X (mL) is expressed by the following formula: 0.02 ≦ A / X (mmol / mL) ) ≦ 0.30; According to the battery of this aspect, the function of the oxalato compound is more appropriately exhibited, and higher performance can be realized. If A / X is too small, the amount of the oxalato compound supplied per actual reaction area of the positive electrode active material becomes too small, and the addition effect of the oxalato compound (for example, resistance increase due to repeated storage and charge / discharge) The suppression effect tends to be small. When A / X is too large, the amount of the oxalato compound allocated to the negative electrode becomes too large, and the initial characteristics of the battery may tend to be deteriorated due to the influence of the oxalato compound allocated to the negative electrode.
前記正極活物質の100g当たりのDBP吸収量x(mL/100g)は、25mL/100g以上(典型的には25〜75mL/100g)であることが好ましい。DBP吸収量xが小さすぎると、負極活物質の質量に対する正極活物質の質量が多くなりすぎて、電池のエネルギー密度が低下しやすくなることがあり得る。また、上記X/Yを満たすために、100g当たりのDBP吸収量y(mL/100g)が小さすぎる負極活物質を使用することとなって、負極の反応抵抗が上昇しやすくなることがあり得る。 The DBP absorption amount x (mL / 100 g) per 100 g of the positive electrode active material is preferably 25 mL / 100 g or more (typically 25 to 75 mL / 100 g). If the DBP absorption amount x is too small, the mass of the positive electrode active material relative to the mass of the negative electrode active material increases so that the energy density of the battery may easily decrease. In addition, in order to satisfy the above X / Y, a negative electrode active material having a DBP absorption amount y (mL / 100 g) per 100 g that is too small may be used, and the reaction resistance of the negative electrode may easily increase. .
前記負極活物質の100g当たりのDBP吸収量y(mL/100g)は、35〜75mL/100gであることが好ましい。DBP吸収量yが小さすぎると、負極の実反応面積が小さくなって、電池の出力抵抗が上昇しやすくなる場合がある。yが大きすぎると、上記X/Yを満たすために使用可能な負極活物質の量が正極活物質に対して少なくなりすぎて、電池の使用条件によっては金属リチウムが析出しやすくなる等の不都合が生じ得る。 The DBP absorption amount y (mL / 100 g) per 100 g of the negative electrode active material is preferably 35 to 75 mL / 100 g. If the DBP absorption y is too small, the actual reaction area of the negative electrode may be reduced, and the output resistance of the battery may be easily increased. If y is too large, the amount of the negative electrode active material that can be used to satisfy the above X / Y becomes too small with respect to the positive electrode active material, and metal lithium tends to precipitate depending on the battery use conditions. Can occur.
好ましい一態様では、前記正極活物質の100g当たりのDBP吸収量x(mL)と、前記負極活物質の100g当たりのDBP吸収量y(mL)との関係が、次式:0.55≦x/y≦1.15;を満たす。x/yが大きすぎると、上記X/Yを満たすために必要な正極活物質の量が多くなりすぎて、電池のエネルギー密度が低下する傾向にある。x/yが小さすぎると、上記X/Yを満たすために使用可能な負極活物質の量が正極活物質に対して少なくなりすぎて、電池の使用条件によっては金属リチウムが析出しやすくなる等の不都合が生じ得る。 In a preferred embodiment, the relationship between the DBP absorption amount x (mL) per 100 g of the positive electrode active material and the DBP absorption amount y (mL) per 100 g of the negative electrode active material is expressed by the following formula: 0.55 ≦ x /Y≦1.15; If x / y is too large, the amount of the positive electrode active material necessary to satisfy the above X / Y becomes too large, and the energy density of the battery tends to decrease. When x / y is too small, the amount of the negative electrode active material that can be used to satisfy the above X / Y is too small with respect to the positive electrode active material, and depending on the use conditions of the battery, metallic lithium is likely to be deposited. Inconvenience can occur.
前記正極活物質の好適例としては、リチウム遷移金属酸化物が挙げられる。ここに開示される技術は、例えば、正極活物質として層状構造を有するリチウム遷移金属酸化物(例えば、構成金属元素として少なくともニッケルを含むリチウム遷移金属酸化物)を用いた電池に好ましく適用され得る。前記負極活物質の好適例としては、少なくとも一部にグラファイト構造を有する炭素材料が挙げられる。 Preferable examples of the positive electrode active material include lithium transition metal oxides. The technology disclosed herein can be preferably applied to, for example, a battery using a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material (for example, a lithium transition metal oxide containing at least nickel as a constituent metal element). Preferable examples of the negative electrode active material include a carbon material having a graphite structure at least partially.
この明細書によると、また、非水電解液二次電池を製造する方法が提供される。その方法は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極とを用意することを含む。ここで用意される前記正極および前記負極は、前記正極の有する前記正極活物質の全量についてのDBP吸収量X(mL)(典型的には、全正極活物質DBP吸収量と一致する。)と、前記負極の有する前記負極活物質の全量についてのDBP吸収量Y(mL)(典型的には、全負極活物質DBP吸収量と一致する。)との関係が、次式:0.60≦X/Y≦1.25;を満たす。上記方法は、また、非水溶媒とBP−オキサラト化合物とを含む非水電解液(典型的には、さらに支持電解質を含む非水電解液)を用意することを含む。また、前記正極、前記負極および前記非水電解液を容器に収容して電池を構築することを含む。 According to this specification, a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery is also provided. The method includes providing a positive electrode having a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material. The positive electrode and the negative electrode prepared here are DBP absorption amount X (mL) with respect to the total amount of the positive electrode active material of the positive electrode (typically coincides with the total positive electrode active material DBP absorption amount). The relationship with the DBP absorption amount Y (mL) of the total amount of the negative electrode active material of the negative electrode (typically coincides with the total negative electrode active material DBP absorption amount) is as follows: 0.60 ≦ X / Y ≦ 1.25 is satisfied. The method also includes providing a non-aqueous electrolyte solution (typically, a non-aqueous electrolyte solution further containing a supporting electrolyte) containing a non-aqueous solvent and a BP-oxalato compound. Also, the battery includes a positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte contained in a container.
かかる方法により製造される電池は、正極および負極の特性が上記X/Yを満たす(すなわち、電解液に添加されたBP−オキサラト化合物が従来の一般的な電池よりも多く正極側に配分されるように、正極および負極の特性が調整されている。)。したがって、電解液に添加されたオキサラト化合物をより有効に利用するとともに、該オキサラト化合物による弊害が抑制された、より高性能な非水電解液電池となり得る。 In the battery manufactured by such a method, the characteristics of the positive electrode and the negative electrode satisfy the above X / Y (that is, more BP-oxalato compound added to the electrolytic solution is distributed to the positive electrode side than the conventional general battery. Thus, the characteristics of the positive electrode and the negative electrode are adjusted.) Therefore, the oxalate compound added to the electrolytic solution can be used more effectively, and a higher performance non-aqueous electrolyte battery in which the adverse effects of the oxalato compound are suppressed can be obtained.
ここに開示される非水電解液二次電池製造方法の好ましい一態様では、前記容器に収容する前記非水電解液に含まれるBP−オキサラト化合物の全モル数A(mmol)と、全正極活物質DBP吸収量X(mL)との関係が、次式:0.02≦A/X(mmol/mL)≦0.30;を満たす。かかる態様の電池によると、オキサラト化合物の機能がより適切に発揮され、より高い性能が実現され得る。上記A/Xの値は、例えば、全正極活物質DBP吸収量Xに応じて、各電池の構築に使用する電解液中のオキサラト化合物濃度および該電解液の使用量(容器への収容量)の一方または両方を調節することにより、上記式を満たすように設定することができる。 In a preferred embodiment of the method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the total number of moles A (mmol) of the BP-oxalato compound contained in the non-aqueous electrolyte contained in the container, The relationship with the substance DBP absorption amount X (mL) satisfies the following formula: 0.02 ≦ A / X (mmol / mL) ≦ 0.30. According to the battery of this aspect, the function of the oxalato compound is more appropriately exhibited, and higher performance can be realized. The value of A / X depends on, for example, the total positive electrode active material DBP absorption amount X, and the concentration of the oxalate compound in the electrolytic solution used for the construction of each battery and the amount of the electrolytic solution used (contained in the container) By adjusting one or both of them, it is possible to set so as to satisfy the above formula.
ここに開示されるいずれかの非水電解液二次電池(ここに開示されるいずれかの方法により製造された電池であり得る。)は、耐久性が高く(例えば、保存中の抵抗上昇が少なく)、かつ初期特性に優れたものとなり得ることから、例えば、車両に搭載される電源として好適である。したがって、ここに開示される電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)は、ハイブリッド自動車、電気自動車のような電動機を備える自動車等の車両に搭載されるモータ用の電源(典型的には駆動電源)として好適に使用され得る。 Any of the non-aqueous electrolyte secondary batteries disclosed herein (which may be batteries manufactured by any of the methods disclosed herein) has high durability (for example, increased resistance during storage). For example, it is suitable as a power source mounted on a vehicle. Therefore, the battery disclosed here (typically a lithium ion secondary battery) is a power source (typically driving) for a motor mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an automobile equipped with an electric motor such as an electric vehicle. It can be suitably used as a power source.
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.
ここに開示される技術は、少なくとも電池の構築時においてBP−オキサラト化合物を含む非水電解液を用いてなる各種の非水電解液二次電池(以下、「非水二次電池」と表記することもある。)に広く適用され得る。以下、主として上記非水二次電池がリチウムイオン二次電池である場合を例として本発明をより詳しく説明するが、本発明の適用対象をかかる電池に限定する意図ではない。 The technology disclosed herein is referred to as various non-aqueous electrolyte secondary batteries (hereinafter referred to as “non-aqueous secondary batteries”) using a non-aqueous electrolyte containing a BP-oxalato compound at the time of battery construction. May be widely applied). Hereinafter, although the present invention will be described in more detail mainly using the case where the non-aqueous secondary battery is a lithium ion secondary battery as an example, the application target of the present invention is not intended to be limited to such a battery.
≪リチウムイオン二次電池の構造例≫
ここに開示される技術の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば図1および図2に示されるように、捲回電極体20が、非水電解液90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に収容された構成を有する。ケース10の開口部12は蓋体14により塞がれている。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から電池の外方に突出するように設けられている。かかる構成のリチウムイオン二次電池100は、例えば、ケース10の開口部12から電極体20を内部に収容し、該ケース10の開口部12に蓋体14を取り付けた後、蓋体14に設けられた電解液注入孔(図示せず)から電解液90を注入し、次いで上記注入孔を塞ぐことによって構築することができる。
≪Example of lithium ion secondary battery structure≫
In the lithium ion secondary battery according to an embodiment of the technology disclosed herein, for example, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the wound electrode body 20 includes the non-aqueous electrolyte 90 and the electrode body 20. It has the structure accommodated in the flat box-shaped battery case 10 corresponding to a shape. The opening 12 of the case 10 is closed 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 outward from the lid body 14. The lithium ion secondary battery 100 having such a configuration is provided in the lid body 14 after the electrode body 20 is accommodated inside the opening portion 12 of the case 10 and the lid body 14 is attached to the opening portion 12 of the case 10. It can be constructed by injecting an electrolytic solution 90 from a prepared electrolytic solution injection hole (not shown) and then closing the injection hole.
電極体20は、正極活物質を含む正極合剤層34が長尺シート状の正極集電体32に保持された正極シート30と、負極活物質を含む負極合剤層44が長尺シート状の負極集電体42に保持された負極シート40とを重ね合わせて捲回し、得られた捲回体を側面方向から押圧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。典型的には、正極合剤層34と負極合剤層44との間には、両者の直接接触を防ぐ絶縁層が配置されている。好ましい一態様では、上記絶縁層として2枚の長尺シート状のセパレータ50を使用する。例えば、これらのセパレータ50を正極シート30および負極シート40とともに捲回して電極体20が構成される。上記絶縁層は、また、正極合剤層34および負極合剤層44の一方または両方の表面にコートされていてもよい。 The electrode body 20 has a positive electrode sheet 30 in which a positive electrode mixture layer 34 containing a positive electrode active material is held by a long sheet-like positive electrode current collector 32 and a negative electrode mixture layer 44 containing a negative electrode active material in a long sheet form. The negative electrode sheet 40 held on the negative electrode current collector 42 is overlapped and wound, and the obtained wound body is pressed from the side surface direction and flared to form a flat shape. Typically, an insulating layer is disposed between the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44 to prevent direct contact therebetween. In a preferred embodiment, two long sheet-like separators 50 are used as the insulating layer. For example, the electrode body 20 is configured by winding these separators 50 together with the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40. The insulating layer may be coated on one or both surfaces of the positive electrode mixture layer 34 and the negative electrode mixture layer 44.
正極シート30は、その長手方向に沿う一方の端部において、正極合剤層34が設けられておらず(あるいは除去されて)、正極集電体32が露出するように形成されている。同様に、負極シート40は、その長手方向に沿う一方の端部において、負極合剤層44が設けられておらず(あるいは除去されて)、負極集電体42が露出するように形成されている。そして、正極集電体32の上記露出端部に正極端子38が、負極集電体42の上記露出端部には負極端子48がそれぞれ接合されている。正負極端子38,48と正負極集電体32,42との接合は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接等により行うことができる。 The positive electrode sheet 30 is formed such that the positive electrode mixture layer 34 is not provided (or removed) at one end portion along the longitudinal direction, and the positive electrode current collector 32 is exposed. Similarly, the negative electrode sheet 40 is formed so that the negative electrode mixture layer 44 is not provided (or removed) at one end along the longitudinal direction, and the negative electrode current collector 42 is exposed. Yes. A positive electrode terminal 38 is joined to the exposed end portion of the positive electrode current collector 32, and a negative electrode terminal 48 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 42. The positive and negative electrode terminals 38 and 48 and the positive and negative electrode current collectors 32 and 42 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.
≪正極合剤層≫
好ましい一態様において、正極合剤層34は、正極活物質を主成分とする層である。この正極合剤層34は、正極活物質の他に、導電材、結着剤(バインダ)等の任意成分を必要に応じて含有し得る。
≪Positive electrode mixture layer≫
In a preferred embodiment, the positive electrode mixture layer 34 is a layer mainly composed of a positive electrode active material. The positive electrode mixture layer 34 may contain optional components such as a conductive material and a binder (binder) in addition to the positive electrode active material.
正極活物質としては、リチウムを可逆的に吸蔵および放出可能な材料が用いられ、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料(例えば、層状構造の酸化物やスピネル構造の酸化物)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。好適例として、リチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガン酸化物等の、リチウムと少なくとも一種の遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属酸化物)が挙げられる。例えば、層状構造のリチウム遷移金属酸化物を好ましく採用し得る。 As the positive electrode active material, a material capable of reversibly occluding and releasing lithium is used, and various materials known to be usable as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery (for example, oxidation of a layered structure) 1 type or 2 types or more of a thing and an oxide of a spinel structure) can be used without limitation. Preferable examples include oxides (lithium transition metal oxides) containing lithium and at least one transition metal element as constituent metal elements, such as lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, and lithium manganese oxide. For example, a lithium transition metal oxide having a layered structure can be preferably used.
ここで、リチウムニッケル酸化物とは、リチウム(Li)およびニッケル(Ni)のみを構成金属元素とする酸化物(例えば、LiNiO2で表されるニッケル酸リチウム)のほか、LiおよびNiの他に少なくとも一種の金属元素(すなわち、LiとNi以外の遷移金属元素および/または典型金属元素)を、原子数換算でNiと同程度またはNiよりも少ない割合で構成金属元素として含む酸化物をも包含する意味である。上記LiおよびNi以外の金属元素は、例えば、Co,Al,Mn,Cr,Fe,V,Mg,Ti,Zr,Nb,Mo,W,Cu,Zn,Ga,In,Sn,LaおよびCeからなる群から選択される一種または二種以上の金属元素であり得る。リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物についても同様の意味である。ここに開示される技術における好ましい正極活物質として、少なくともNiを構成金属元素として含むリチウム遷移金属酸化物(典型的には、層状構造のリチウムニッケル酸化物)が例示される。例えば、少なくともNi,CoおよびMnを構成金属元素として含む(例えば、Ni,CoおよびMnの三元素を原子数換算で概ね同量づつ含む)リチウム遷移金属酸化物を好ましく使用し得る。以下、Ni,CoおよびMnを構成金属元素として含むリチウム遷移金属酸化物を「LiNiCoMn酸化物」と表記することがある。 Here, the lithium nickel oxide is an oxide containing only lithium (Li) and nickel (Ni) as a constituent metal element (for example, lithium nickelate represented by LiNiO 2 ), in addition to Li and Ni. Also includes oxides containing at least one metal element (that is, transition metal elements other than Li and Ni and / or typical metal elements) as constituent metal elements at a rate equivalent to or less than Ni in terms of the number of atoms. That means Examples of the metal element other than Li and Ni include, for example, Co, Al, Mn, Cr, Fe, V, Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. It may be one or more metal elements selected from the group consisting of: The same meaning applies to lithium cobalt oxide and lithium manganese oxide. As a preferable positive electrode active material in the technique disclosed herein, a lithium transition metal oxide (typically, lithium nickel oxide having a layered structure) containing at least Ni as a constituent metal element is exemplified. For example, a lithium transition metal oxide containing at least Ni, Co, and Mn as constituent metal elements (for example, containing approximately the same amount of three elements of Ni, Co, and Mn in terms of the number of atoms) can be preferably used. Hereinafter, a lithium transition metal oxide containing Ni, Co and Mn as constituent metal elements may be referred to as “LiNiCoMn oxide”.
正極活物質として使用し得る材料の他の好適例として、オリビン型リン酸リチウムその他のポリアニオン系材料が挙げられる。上記オリビン酸リチウムは、例えば、一般式LiMPO4(MはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種以上の元素)で表記されるオリビン型リン酸リチウム(LiFePO4、LiMnPO4等)であり得る。 Other suitable examples of the material that can be used as the positive electrode active material include olivine type lithium phosphate and other polyanion materials. The lithium olivine is, for example, an olivine-type lithium phosphate (LiFePO 4 , LiMnPO 4, etc.) represented by a general formula LiMPO 4 (M is at least one element of Co, Ni, Mn, and Fe). obtain.
上記導電材の例としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料、ニッケル粉末等の導電性金属粉末が挙げられる。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、等を用いることができる。なかでも好ましいカーボン粉末としてアセチレンブラック(AB)が挙げられる。このような導電材は、一種を単独で、または二種以上を適宜組み合わせて用いることができる。 Examples of the conductive material include carbon materials such as carbon powder and carbon fiber, and conductive metal powder such as nickel powder. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black), graphite powder, and the like can be used. Among these, acetylene black (AB) is a preferable carbon powder. Such conductive materials can be used singly or in appropriate combination of two or more.
上記バインダの例としては、カルボキシメチルセルロース(CMC;典型的にはナトリウム塩が用いられる。)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。このようなバインダは、一種を単独で、または二種以上を適宜組み合わせて用いることができる。 Examples of the binder include carboxymethylcellulose (CMC; typically a sodium salt is used), polyvinyl alcohol (PVA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), and polyvinylidene fluoride (PVDF). ) And the like. Such a binder can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate.
正極合剤層全体に占める正極活物質の割合は、凡そ50質量%以上(典型的には50〜95質量%)とすることが適当であり、通常は凡そ70〜95質量%であることが好ましい。導電剤を使用する場合、正極合剤層全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ2〜20質量%とすることができ、通常は凡そ2〜15質量%とすることが好ましい。バインダを使用する場合には、正極合剤層全体に占めるバインダの割合を例えば凡そ1〜10質量%とすることができ、通常は凡そ2〜5質量%とすることが適当である。 The proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode mixture layer is suitably about 50% by mass or more (typically 50 to 95% by mass), and usually about 70 to 95% by mass. preferable. When the conductive agent is used, the ratio of the conductive material in the entire positive electrode mixture layer can be, for example, about 2 to 20% by mass, and preferably about 2 to 15% by mass. When using a binder, the ratio of the binder to the whole positive electrode mixture layer can be, for example, about 1 to 10% by mass, and usually about 2 to 5% by mass is appropriate.
正極集電体32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、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。本実施形態のように捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100では、シート状のアルミニウム製の正極集電体32が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(アルミニウム箔)を、正極集電体32として好ましく使用し得る。 As the positive electrode current collector 32, a conductive member made of a highly conductive metal 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 lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20 as in the present embodiment, a sheet-like aluminum positive electrode current collector 32 can be preferably used. In such an embodiment, for example, an aluminum sheet (aluminum foil) having a thickness of about 10 μm to 30 μm can be preferably used as the positive electrode current collector 32.
かかる構成の正極シート30は、正極活物質(典型的には粒子状)および必要に応じて用いられる任意成分が適当な溶媒(例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等)に分散したペーストまたはスラリー状の組成物(正極合剤層形成用の組成物)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って好ましく作製することができる。この乾燥は、必要に応じて加熱下で行うことができる。乾燥後、必要に応じて全体をプレスしてもよい。正極集電体32の単位面積当たりに設けられる正極合剤層34の質量(正極集電体32の両面に正極合剤層34を有する構成では両面の合計質量)は、例えば8〜30mg/cm2程度とすることが適当である。正極合剤層34の密度は、例えば1.9〜2.9g/cm3程度とすることができる。特に、車両搭載用電源として用いられるリチウムイオン二次電池では、上記正極合剤層質量(mg/cm2)および正極合剤層密度(g/cm3)の少なくとも一方(好ましくは両方)を満たすことが好ましい。 In the positive electrode sheet 30 having such a configuration, the positive electrode active material (typically in particulate form) and optional components used as necessary are contained in an appropriate solvent (for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), etc.). It can preferably be produced by applying a dispersed paste or slurry-like composition (composition for forming a positive electrode mixture layer) to the positive electrode current collector 32 and drying the composition. This drying can be performed under heating as necessary. After drying, the whole may be pressed as necessary. The mass of the positive electrode mixture layer 34 provided per unit area of the positive electrode current collector 32 (the total mass on both sides in the configuration having the positive electrode mixture layer 34 on both surfaces of the positive electrode current collector 32) is, for example, 8 to 30 mg / cm. It is appropriate to set it to about 2 . The density of the positive electrode mixture layer 34 can be set to, for example, about 1.9 to 2.9 g / cm 3 . In particular, in a lithium ion secondary battery used as a vehicle-mounted power source, at least one (preferably both) of the positive electrode mixture layer mass (mg / cm 2 ) and the positive electrode mixture layer density (g / cm 3 ) is satisfied. It is preferable.
≪負極合剤層≫
好ましい一態様において、負極合剤層44は、負極活物質を主成分とする層である。この負極合剤層44は、負極活物質の他に、結着剤等の任意成分を必要に応じて含有し得る。
≪Negative electrode mixture layer≫
In a preferred embodiment, the negative electrode mixture layer 44 is a layer mainly composed of a negative electrode active material. The negative electrode mixture layer 44 may contain an optional component such as a binder as required in addition to the negative electrode active material.
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材料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。好適な負極活物質として炭素材料が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を有する粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が好ましい。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。なかでも特に、天然黒鉛等のグラファイト粒子を好ましく使用することができる。グラファイトの表面に非晶質(アモルファス)カーボンが付与されたカーボン粒子等であってもよい。負極合剤層全体に占める負極活物質の割合は特に限定されないが、通常は凡そ50質量%以上とすることが適当であり、好ましくは凡そ90〜99質量%(例えば凡そ95〜99質量%)である。 As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. A carbon material is mentioned as a suitable negative electrode active material. Particulate carbon materials (carbon particles) having a graphite structure (layered structure) at least partially are preferable. 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. Carbon particles in which amorphous (amorphous) carbon is added to the surface of graphite may be used. The ratio of the negative electrode active material in the entire negative electrode mixture layer is not particularly limited, but it is usually appropriately about 50% by mass or more, preferably about 90 to 99% by mass (for example, about 95 to 99% by mass). It is.
バインダとしては、上述した正極と同様のものを、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。バインダの添加量は、負極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよく、例えば、負極合剤層全体の1〜5質量%程度とすることができる。 As a binder, the thing similar to the positive electrode mentioned above can be used individually or in combination of 2 or more types. 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, for example, can be about 1-5 mass% of the whole negative mix layer.
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、正極集電体32と同様に、種々の形態であり得る。本実施形態のように、捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100では、シート状の銅製の負極集電体42が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(銅箔)を、負極集電体42として好ましく使用し得る。 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. Further, the shape of the negative electrode current collector 42 can be in various forms like the positive electrode current collector 32. As in the present embodiment, in the lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20, a sheet-like copper negative electrode current collector 42 can be preferably used. In this embodiment, for example, a copper sheet (copper foil) having a thickness of about 5 μm to 30 μm can be preferably used as the negative electrode current collector 42.
負極合剤層44は、例えば、負極活物質(典型的には粒子状)が適当な溶媒(例えば、水、NMP等)に分散したペーストまたはスラリー状の組成物(負極合剤層形成用の組成物)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って好ましく作製することができる。この乾燥は、必要に応じて加熱下で行うことができる。乾燥後、必要に応じて全体をプレスしてもよい。負極集電体42の単位面積当たりに設けられる負極合剤層44の質量(両面の合計質量)は、例えば6〜30mg/cm2程度とすることが適当である。負極合剤層44の密度は、例えば0.9〜1.5g/cm3程度とすることができる。特に、車両搭載用電源として用いられるリチウムイオン二次電池では、上記負極合剤層質量(mg/cm2)および負極合剤層密度(g/cm3)の少なくとも一方(好ましくは両方)を満たすことが好ましい。 The negative electrode mixture layer 44 is, for example, a paste or slurry composition (for forming a negative electrode mixture layer) in which a negative electrode active material (typically particles) is dispersed in an appropriate solvent (eg, water, NMP, etc.). The composition can be preferably produced by applying the composition to the negative electrode current collector 42 and drying the composition. This drying can be performed under heating as necessary. After drying, the whole may be pressed as necessary. The mass (total mass of both surfaces) of the negative electrode mixture layer 44 provided per unit area of the negative electrode current collector 42 is suitably, for example, about 6 to 30 mg / cm 2 . The density of the negative electrode mixture layer 44 can be, for example, about 0.9 to 1.5 g / cm 3 . Particularly, in a lithium ion secondary battery used as a vehicle-mounted power source, at least one (preferably both) of the negative electrode mixture layer mass (mg / cm 2 ) and the negative electrode mixture layer density (g / cm 3 ) is satisfied. It is preferable.
正極シート30と負極シート40との間に介在されるセパレータ50としては、当該分野において一般的なセパレータと同様のものを特に限定なく用いることができる。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔質シート、不織布等を用いることができる。好適例として、一種または二種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された単層または多層構造の多孔性シート(微多孔質樹脂シート)が挙げられる。例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された三層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。セパレータの厚みは、例えば、凡そ10μm〜40μmの範囲内で設定することが好ましい。 As the separator 50 interposed between the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40, the same separator as a general separator in the field can be used without particular limitation. For example, a porous sheet made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide, a nonwoven fabric, or the like can be used. Preferable examples include a single layer or multilayer structure porous sheet (microporous resin sheet) mainly composed of one or more kinds of polyolefin resins. For example, a PE sheet, a PP sheet, a sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP structure) in which PP layers are laminated on both sides of the PE layer, and the like can be suitably used. The thickness of the separator is preferably set within a range of approximately 10 μm to 40 μm, for example.
≪非水電解液≫
非水電解液90としては、少なくとも非水溶媒とBP−オキサラト化合物とを含むものが用いられる。典型的には、非水溶媒およびBP−オキサラト化合物に加えて、該非水溶媒に溶解してリチウムイオンを供給し得るリチウム化合物(支持電解質)をさらに含む非水電解液が用いられる。
≪Nonaqueous electrolyte≫
As the nonaqueous electrolytic solution 90, a solution containing at least a nonaqueous solvent and a BP-oxalato compound is used. Typically, in addition to a non-aqueous solvent and a BP-oxalato compound, a non-aqueous electrolyte solution further containing a lithium compound (supporting electrolyte) that can be dissolved in the non-aqueous solvent and supply lithium ions is used.
非水溶媒としては、従来の一般的なリチウムイオン二次電池用電解液と同様のものを用いることができる。かかる非水電解液は、典型的には、非水溶媒と、該溶媒に溶解してリチウムイオンを供給し得るリチウム化合物(支持電解質)とを含む。上記非水溶媒としては、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、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−ブチロラクトン等の、一般にリチウムイオン二次電池用の電解液に使用し得るものとして知られている非水溶媒から選択される一種または二種以上を用いることができる。 As the non-aqueous solvent, the same conventional electrolyte solution for a lithium ion secondary battery can be used. Such a nonaqueous electrolytic solution typically includes a nonaqueous solvent and a lithium compound (supporting electrolyte) that can be dissolved in the solvent to supply lithium ions. As the non-aqueous solvent, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, and lactones can be used. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 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, etc. One kind or two or more kinds selected from non-aqueous solvents known to be usable for an electrolytic solution for a secondary battery can be used.
ここに開示される技術における電解液用非水溶媒の好適例として、カーボネート類を主体とする非水溶媒が挙げられる。かかる組成の非水電解液を備える非水二次電池では、ここに開示される技術の適用意義が特に大きい。例えば、非水溶媒として一種または二種以上のカーボネート類を含み、それらカーボネート類の合計体積が非水溶媒全体の体積の60体積%以上(より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上であり、実質的に100体積%であってもよい。)を占める非水電解液を好ましく採用し得る。 Preferable examples of the non-aqueous solvent for electrolytic solution in the technique disclosed herein include non-aqueous solvents mainly composed of carbonates. In the non-aqueous secondary battery including the non-aqueous electrolyte solution having such a composition, the application significance of the technology disclosed herein is particularly great. For example, the nonaqueous solvent contains one or more carbonates, and the total volume of these carbonates is 60% by volume or more (more preferably 75% by volume or more, and further preferably 90% by volume) of the total volume of the nonaqueous solvent. The non-aqueous electrolyte solution occupying the volume may be preferably 100% by volume.
≪BP−オキサラト化合物≫
ここに開示される技術におけるBP−オキサラト化合物の典型例は、少なくとも一つのシュウ酸イオン(C2O4 2−)がホウ素(B)またはリン(P)に配位した構造部分を有するオキサラト錯体である。好ましいBP−オキサラト化合物として、下記式(II)または(III)で表されるB元素含有オキサレート塩が例示される。
≪BP-oxalato compound≫
A typical example of the BP-oxalato compound in the technology disclosed herein is an oxalato complex having a structural portion in which at least one oxalate ion (C 2 O 4 2− ) is coordinated to boron (B) or phosphorus (P). It is. As a preferable BP-oxalato compound, a B element-containing oxalate salt represented by the following formula (II) or (III) is exemplified.
ここで、式(II)中のR1およびR2は、それぞれ独立して、ハロゲン原子(例えば、F,Cl,Br。好ましくはF)および炭素原子数1〜10(好ましくは1〜3)のパーフルオロアルキル基から選択される。式(I)、(II)中のA+は、無機カチオンおよび有機カチオンのいずれでもよい。無機カチオンの具体例としては、Li,Na,K等のアルカリ金属のカチオン;Li,Na,K等のアルカリ金属のカチオン;Be,Mg,Ca等のアルカリ土類金属のカチオン;その他、Ag,Zn,Cu,Co,Fe,Ni,Mn,Ti,Pb,Cr,V,Ru,Y、ランタノイド、アクチノイド等の金属のカチオン;プロトン;等が挙げられる。有機カチオンの具体例としては、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン等のテトラアルキルアンモニウイオン;トリエチルメチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン等のトリアルキルアンモニウムイオン;その他、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラメチルホスホニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン、トリエチルスルホニウムイオン;等が挙げられる。好ましいカチオンの例として、Liイオン、テトラアルキルアンモニウムイオンおよびプロトンが挙げられる。 Here, R 1 and R 2 in formula (II) are each independently a halogen atom (for example, F, Cl, Br, preferably F) and a carbon number of 1 to 10 (preferably 1 to 3). Selected from perfluoroalkyl groups. A + in formulas (I) and (II) may be either an inorganic cation or an organic cation. Specific examples of inorganic cations include alkali metal cations such as Li, Na and K; alkali metal cations such as Li, Na and K; alkaline earth metal cations such as Be, Mg and Ca; Zn, Cu, Co, Fe, Ni, Mn, Ti, Pb, Cr, V, Ru, Y, metal cations such as lanthanoids, actinoids, protons, and the like. Specific examples of organic cations include tetraalkylammonium ions such as tetrabutylammonium ion, tetraethylammonium ion and tetramethylammonium ion; trialkylammonium ions such as triethylmethylammonium ion and triethylammonium ion; other pyridinium ions and imidazoliums Ion, tetraethylphosphonium ion, tetramethylphosphonium ion, tetraphenylphosphonium ion, triphenylsulfonium ion, triethylsulfonium ion; and the like. Examples of preferred cations include Li ions, tetraalkylammonium ions and protons.
好ましいBP−オキサラト化合物の他の例として、下記式(IV)または(V)で表されるP元素含有オキサレート塩が挙げられる。 Another example of the preferred BP-oxalato compound is a P element-containing oxalate salt represented by the following formula (IV) or (V).
なお、上記式(IV)、(V)では、カチオンがLiイオンである例を示しているが、式(II)、(III)におけるA+と同様に、他のカチオンであってもよい。また、上記式(IV)、(V)におけるFは、式(II)におけるR1,R2と同様、それぞれ独立に、Fおよび他のハロゲン原子(例えば、F,Cl,Br。好ましくはF)および炭素原子数1〜10(好ましくは1〜3)のパーフルオロアルキル基から選択され得る。 In the above formulas (IV) and (V), an example in which the cation is Li ion is shown, but other cation may be used in the same manner as A + in formulas (II) and (III). Further, F in the above formulas (IV) and (V) is independently F and other halogen atoms (for example, F, Cl, Br. Preferably, F is the same as R 1 and R 2 in formula (II). ) And perfluoroalkyl groups having 1 to 10 (preferably 1 to 3) carbon atoms.
このようなBP−オキサラト化合物は、公知の方法により作成することができ、あるいは市販品の購入等により入手することができる。通常は、BP−オキサラト化合物として、上記式(III)で表されるB元素含有オキサレート塩を好ましく用いることができる。なかでも好ましいオキサラト化合物として、式(I)で表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(以下「LiBOB」と表記することもある。)が挙げられる。 Such a BP-oxalato compound can be prepared by a known method, or can be obtained by purchasing a commercially available product. Usually, as the BP-oxalato compound, a B element-containing oxalate salt represented by the above formula (III) can be preferably used. Among these, a preferable oxalato compound includes lithium bis (oxalato) borate represented by the formula (I) (hereinafter sometimes referred to as “LiBOB”).
ここに開示される電池の構築に用いられる非水電解液において、BP−オキサラト化合物の濃度は、電池の通常の使用温度域(例えば、−30℃〜60℃)において該化合物が安定して溶解し得る濃度であればよく、特に限定されない。通常は、ここに開示される好ましいA/Xを満たすオキサラト化合物濃度とすることが適当である。上記A/Xを好ましい値に調節しやすいことや、電解液の調製容易性等の観点から、通常は、オキサラト化合物濃度が凡そ0.005mol/L〜0.20mol/L程度(例えば、0.01mol/L〜0.10mol/L程度)である非水電解液を好ましく使用することができる。 In the non-aqueous electrolyte used for the construction of the battery disclosed herein, the concentration of the BP-oxalato compound is such that the compound is stably dissolved in the normal use temperature range of the battery (for example, -30 ° C to 60 ° C). The concentration is not particularly limited. Usually, it is appropriate to make the concentration of the oxalato compound satisfying the preferred A / X disclosed herein. From the viewpoint of easy adjustment of A / X to a preferable value and ease of preparation of the electrolytic solution, the concentration of the oxalato compound is usually about 0.005 mol / L to 0.20 mol / L (for example, about 0.005 mol / L). A non-aqueous electrolyte solution of about 01 mol / L to about 0.10 mol / L can be preferably used.
≪支持電解質≫
上記支持電解質としては、リチウムイオン二次電池の支持電解質として機能し得ることが知られている各種の材料を適宜採用することができる。例えば、LiPF6,LiBF4,LiN(SO2CF3)2,LiN(SO2C2F5)2,LiCF3SO3,LiC4F9SO3,LiC(SO2CF3)3,LiClO4等の、リチウムイオン二次電池の支持電解質として機能し得ることが知られている各種のリチウム塩(BP−オキサラト化合物に属するリチウム塩を除く。)から選択される一種または二種以上を用いることができる。なかでもLiPF6を好ましく使用し得る。
≪Supporting electrolyte≫
As the supporting electrolyte, various materials known to be capable of functioning as a supporting electrolyte for a lithium ion secondary battery can be appropriately employed. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiClO 1 or more selected from various lithium salts (excluding lithium salts belonging to the BP-oxalato compound) known to be capable of functioning as a supporting electrolyte for lithium ion secondary batteries, such as 4 be able to. Of these, LiPF 6 can be preferably used.
支持電解質(支持塩)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と同程度とすることができる。通常は、支持電解質を凡そ0.1mol/L〜5mol/L(例えば凡そ0.8mol/L〜1.5mol/L)程度の濃度で含有する非水電解液を好ましく使用することができる。
ここに開示される技術における非水電解液は、本発明の効果を大きく損なわない限度で、上述したBP−オキサラト化合物、支持電解質および非水溶媒以外の成分を含有することができる。かかる任意成分の一例として、ジフルオロリン酸、モノフルオロリン酸塩等の添加剤(典型的にはリチウム塩)が挙げられる。あるいは、BP−オキサラト化合物、支持電解質および非水溶媒以外の成分を実質的に含有しない非水電解液であってもよい。
The concentration of the supporting electrolyte (supporting salt) is not particularly limited, and can be, for example, the same level as that of a conventional lithium ion secondary battery. Usually, a nonaqueous electrolytic solution containing a supporting electrolyte at a concentration of about 0.1 mol / L to 5 mol / L (for example, about 0.8 mol / L to 1.5 mol / L) can be preferably used.
The nonaqueous electrolytic solution in the technology disclosed herein can contain components other than the BP-oxalato compound, the supporting electrolyte, and the nonaqueous solvent described above as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples of such optional components include additives (typically lithium salts) such as difluorophosphoric acid and monofluorophosphate. Or the non-aqueous electrolyte which does not contain components other than a BP-oxalato compound, a supporting electrolyte, and a non-aqueous solvent substantially may be sufficient.
ここに開示される技術は、全正極活物質DBP吸収量X(mL)と全負極活物質DBP吸収量Y(mL)との比X/Yが、従来の一般的な非水二次電池よりも大きく設定されていることによって特徴づけられる。 In the technology disclosed herein, the ratio X / Y between the total positive electrode active material DBP absorption amount X (mL) and the total negative electrode active material DBP absorption amount Y (mL) is higher than that of a conventional general non-aqueous secondary battery. Is also characterized by being set large.
≪全活物質DBP吸収量≫
ここで、全正極活物質DBP吸収量X(mL)は、該正極活物質の100g当たりのDBP吸収量x(mL/100g)と、当該電池の有する正極活物質の質量mp(g)とから、次式:X(mL)=(x×mp)/100;により算出することができる。同様に、全負極活物質DBP吸収量Y(mL)は、該負極活物質の100g当たりのDBP吸収量y(mL/100g)と、当該電池の有する負極活物質の質量mn(g)とから、次式:Y(mL)=(y×mn)/100;により算出することができる。
≪Total active material DBP absorption≫
Here, the total positive electrode active material DBP absorption amount X (mL) is the DBP absorption amount x (mL / 100 g) per 100 g of the positive electrode active material, and the mass m p (g) of the positive electrode active material of the battery. From the following formula: X (mL) = (x × m p ) / 100; Similarly, the total negative electrode active material DBP absorption amount Y (mL) is the DBP absorption amount y (mL / 100 g) per 100 g of the negative electrode active material, and the mass m n (g) of the negative electrode active material of the battery. From the following formula: Y (mL) = (y × m n ) / 100;
≪単位質量当たりのDBP吸収量≫
正極活物質および負極活物質の100g当たりのDBP吸収量x,yは、JIS K6217−4「ゴム用カーボンブラック‐基本特性‐第4部:DBP吸収量の求め方」に準拠して求める。ここでは、試薬液体としてDBP(ジブチルフタレート)を用い、検査対象粉末(正極活物質、負極活物質の各粉末)を定速度ビュレットで滴定し、粘度特性の変化をトルク検出器によって測定する。そして、発生した最大トルクの70%のトルクに対応する、検査対象粉末の単位質量(ここでは100g)当たりの試薬液体の添加量を、DBP吸収量(mL/100g)とする。DBP吸収量の測定器としては、例えば、株式会社あさひ総研の吸収量測定装置、型式「S410」を使用するとよい。
≪DBP absorption per unit mass≫
The DBP absorption amount x, y per 100 g of the positive electrode active material and the negative electrode active material is determined according to JIS K6217-4 “Carbon black for rubber—Basic characteristics—Part 4: Determination of DBP absorption amount”. Here, DBP (dibutyl phthalate) is used as the reagent liquid, and the powder to be inspected (each powder of the positive electrode active material and the negative electrode active material) is titrated with a constant speed burette, and the change in viscosity characteristics is measured with a torque detector. Then, the addition amount of the reagent liquid per unit mass (here, 100 g) of the powder to be inspected corresponding to a torque of 70% of the generated maximum torque is defined as the DBP absorption amount (mL / 100 g). As a DBP absorption amount measuring device, for example, an absorption amount measuring device manufactured by Asahi Research Institute, Ltd., model “S410” may be used.
≪全活物質DBP吸収量比X/Y≫
ここに開示される技術の典型的な態様では、全正極活物質DBP吸収量Xと全負極活物質DBP吸収量Yとが、0.60≦X/Yを満たす関係にある。かかる構成によると、X/Yが0.60よりも小さすぎる電池に比べて、電解液に添加されたBP−オキサラト化合物を、該化合物が電池にとって好ましい効果(例えば、抵抗上昇を抑制する効果)を発揮し得る正極側により多く配分する一方、かかる好ましい効果に寄与しない(あるいは、電池にとって不利な効果を発現し得る)負極側への配分量を減らすことができる。したがって、電解液に添加されたBP−オキサラト化合物をより有効に利用する(有効に利用されるオキサラト化合物の割合を多くする)とともに、該化合物による弊害を抑制することができる。その結果、BP−オキサラト化合物の利用に係る背反(trade−off)が解消または軽減されて、より高性能な非水電解液電池が実現され得る。X/Yが0.65以上(例えば0.70以上)であってもよい。また、正極活物質および/または負極活物質の入手容易性、正極および/または負極の製造容易性、電池性能の安定性、正極と負極との容量比(初期容量比)等の観点から、通常は、X/Yを1.25以下(例えば1.2以下であり、1.0未満であってもよい。)とすることが適当である。
≪Total active material DBP absorption ratio X / Y≫
In a typical aspect of the technology disclosed herein, the total positive electrode active material DBP absorption amount X and the total negative electrode active material DBP absorption amount Y have a relationship satisfying 0.60 ≦ X / Y. According to such a configuration, the BP-oxalato compound added to the electrolyte solution has a favorable effect for the battery (for example, an effect of suppressing an increase in resistance) as compared with a battery in which X / Y is less than 0.60. The amount of distribution to the negative electrode side that does not contribute to such a favorable effect (or can exhibit a disadvantageous effect for the battery) can be reduced. Therefore, the BP-oxalato compound added to the electrolytic solution can be used more effectively (the ratio of the oxalato compound effectively used can be increased), and adverse effects caused by the compound can be suppressed. As a result, the trade-off associated with the use of the BP-oxalato compound is eliminated or reduced, and a higher-performance nonaqueous electrolyte battery can be realized. X / Y may be 0.65 or more (for example, 0.70 or more). Also, from the viewpoints of availability of positive electrode active material and / or negative electrode active material, ease of production of positive electrode and / or negative electrode, stability of battery performance, capacity ratio (initial capacity ratio) between positive electrode and negative electrode, etc. X / Y is suitably 1.25 or less (for example, 1.2 or less and may be less than 1.0).
上記X/Yの値を大きくする手法としては、(1).Xを大きくする方法、および(2).Yを小さくする方法、が考えられる。ここで、電池の有する負極活物質の質量mnを少なくすればYは小さくなるが、mnが小さすぎると正極容量と負極容量とのバランスが崩れ、電池の使用条件(充電条件等)によっては金属リチウムが析出しやすくなる等の不都合が生じ得る。また、負極活物質の実反応面積(Li+の吸蔵・放出に有効に利用し得る面積)が小さくなって、電池の性能(出力性能、急速充電性能など)が低下傾向となる場合がある。電池の有する正極活物質の質量mpを多くすればXは大きくなるが、mpを多くしすぎると、mnが小さすぎる場合と同様に正負極の容量バランスが崩れやすくなる。また、正極活物質の体積が増すため、電池のエネルギー密度が低下傾向となる。したがって、単位質量当たりのDBP吸収量がここに開示される好ましい範囲にある材料(正極活物質および負極活物質の一方または両方)を用いて上記X/Yを実現することが好ましい。 As a method of increasing the value of X / Y, there are (1) a method of increasing X and (2) a method of decreasing Y. Here, if the mass mn of the negative electrode active material of the battery is reduced, Y decreases, but if mn is too small, the balance between the positive electrode capacity and the negative electrode capacity is lost, and depending on the use conditions (charging conditions, etc.) of the battery. May cause inconveniences such as easy deposition of metallic lithium. In addition, the actual reaction area of the negative electrode active material (the area that can be effectively used for storage and release of Li + ) is reduced, and the battery performance (output performance, quick charge performance, etc.) tends to decrease. Although X increases if a large amount of mass m p of the positive electrode active material included in the battery, when too much m p, capacity balance equally positive and negative electrodes in the case m n is too small is likely to collapse. Further, since the volume of the positive electrode active material increases, the energy density of the battery tends to decrease. Therefore, it is preferable to realize the above X / Y by using a material (one or both of the positive electrode active material and the negative electrode active material) whose DBP absorption amount per unit mass is in the preferable range disclosed herein.
特に限定するものではないが、ここに開示される非水二次電池において、正極の初期容量(CP)に対する負極の初期容量(CN)の比(CN/CP)は、通常、例えば1.0〜2.0とすることが適当であり、1.2〜1.9とすることが好ましい。CN/CPが小さすぎると、電池の使用条件によっては(例えば、急速充電時等に)、金属リチウムが析出しやすくなる等の不都合が生じ得る。CN/CPが大きすぎると、電池のエネルギー密度が低下しやすくなることがある。 Although not particularly limited, in the non-aqueous secondary battery disclosed herein, the ratio (C N / C P ) of the initial capacity (C N ) of the negative electrode to the initial capacity (C P ) of the positive electrode is usually For example, 1.0 to 2.0 is appropriate, and 1.2 to 1.9 is preferable. If C N / C P is too small, inconveniences such as easy deposition of metallic lithium may occur depending on the use conditions of the battery (for example, during rapid charging). When C N / C P is too large, the energy density of the battery may be easily lowered.
なお、正極の初期容量(CP)は、例えば以下の方法により測定することができる。すなわち、正極集電体上に正極合剤層を有する正極シートを所定のサイズに打ち抜いたものを測定電極とし、対極に金属リチウム電極を用いて測定用セル(半電池)を構築する。その測定用セルについて、上記測定電極の電位が4.2V(金属リチウム基準。以下、金属リチウム基準の電圧を「V(対Li/Li+)」と表す。)になるまで正極活物質からリチウムイオンを脱離させ、次いで該正極活物質にリチウムイオンを挿入(典型的には、上記測定電極の電位が3.0V(対Li/Li+)になるまでリチウムイオンを挿入)する初回の充放電サイクルを行うことにより、正極シートの単位面積当たりの初期容量[mAh/cm2]が求められる。これに、上記非水二次電池に具備される正極シートの正極合剤層形成面積[cm2]を乗ずることにより、正極の初期容量(CP)が算出される。また、負極の初期容量(CN)は、初回の充放電サイクルにおいて測定電極の電位が0.02Vになるまで負極活物質にリチウムイオンを挿入し、次いで該リチウムイオンを放出(典型的には、上記測定電極の電位が1.5V(対Li/Li+)になるまでリチウムイオンを放出)させる点を除いては、正極の初期容量(CP)と同様にして算出することができる。このようにして把握されるCPおよびCNから、正極と負極との初期容量比(CN/CP)を求めることができる。 The initial capacity (C P ) of the positive electrode can be measured, for example, by the following method. That is, a measurement cell (half-cell) is constructed using a positive electrode sheet having a positive electrode mixture layer on a positive electrode current collector punched into a predetermined size as a measurement electrode and a metal lithium electrode as a counter electrode. For the measurement cell, the positive electrode active material was changed to lithium until the potential of the measurement electrode was 4.2 V (metal lithium reference; hereinafter, the metal lithium reference voltage was expressed as “V (vs. Li / Li + )”). The first charge of desorbing ions and then inserting lithium ions into the positive electrode active material (typically inserting lithium ions until the potential of the measurement electrode reaches 3.0 V (vs. Li / Li + )). By performing the discharge cycle, the initial capacity [mAh / cm 2 ] per unit area of the positive electrode sheet is obtained. By multiplying this by the positive electrode mixture layer forming area [cm 2 ] of the positive electrode sheet provided in the non-aqueous secondary battery, the initial capacity (C P ) of the positive electrode is calculated. The initial capacity (C N ) of the negative electrode is determined by inserting lithium ions into the negative electrode active material until the potential of the measurement electrode reaches 0.02 V in the first charge / discharge cycle, and then releasing the lithium ions (typically It can be calculated in the same manner as the initial capacity (C P ) of the positive electrode except that the lithium ion is released until the potential of the measurement electrode becomes 1.5 V (vs. Li / Li + ). The initial capacity ratio (C N / C P ) between the positive electrode and the negative electrode can be obtained from C P and C N thus grasped.
≪全BP−オキサラト化合物モル数Aと全正極活物質DBP吸収量Xとの関係≫
前記電池に含まれるBP−オキサラト化合物の全モル数A(mmol)と、前記全正極活物質DBP吸収量X(mL)との関係は、次式:0.02≦A/X(mmol/mL)≦0.30(より好ましくは0.04≦A/X(mmol/mL)≦0.25、例えば0.05≦A/X(mmol/mL)≦0.20);を満たすことが好ましい。かかる態様の電池によると、BP−オキサラト化合物の機能がより適切に発揮され、より高い性能が実現され得る。A/Xが小さすぎると、正極活物質の実反応面積当たりに供給されるオキサラト化合物の量が少なすぎて、該化合物の添加効果(例えば、抵抗上昇を抑制する効果)が小さくなる傾向にある。A/Xが大きすぎると、ここに開示される好ましいX/Yを満たす構成によってもなお負極に配分されるオキサラト化合物の量(絶対量)が多くなりすぎて、この負極に配分されたオキサラト化合物の影響によって電池の初期特性が低下しがちとなることがあり得る。
≪Relationship between the total number of moles A of BP-oxalato compound and the total positive electrode active material DBP absorption amount X≫
The relationship between the total mole number A (mmol) of the BP-oxalato compound contained in the battery and the total positive electrode active material DBP absorption amount X (mL) is expressed by the following formula: 0.02 ≦ A / X (mmol / mL) ) ≦ 0.30 (more preferably 0.04 ≦ A / X (mmol / mL) ≦ 0.25, for example 0.05 ≦ A / X (mmol / mL) ≦ 0.20); . According to the battery of this aspect, the function of the BP-oxalato compound is more appropriately exhibited, and higher performance can be realized. When A / X is too small, the amount of the oxalato compound supplied per actual reaction area of the positive electrode active material is too small, and the effect of adding the compound (for example, the effect of suppressing an increase in resistance) tends to be small. . If A / X is too large, the amount (absolute amount) of the oxalato compound distributed to the negative electrode is too large even with the configuration satisfying the preferred X / Y disclosed herein, and the oxalato compound distributed to the negative electrode The initial characteristics of the battery tend to deteriorate due to the influence of the above.
なお、負極に配分されたBP−オキサラト化合物の絶対量が多くなると電池の初期効率が低下傾向となる理由としては、例えば、該化合物が負極側において還元分解される(すなわち、その還元分解に費やされた電気量が不可逆容量となって効率を低下させる)ことが考えられる。また、負極に配分されたBP−オキサラト化合物の絶対量が多くなると電池の初期抵抗が上昇傾向となる理由としては、上記還元分解により生じた分解物等が、負極側において抵抗成分となる(例えば、負極活物質層の表面に形成された皮膜の抵抗を上昇させる)ことが考えられる。 The reason why the initial efficiency of the battery tends to decrease when the absolute amount of the BP-oxalato compound distributed to the negative electrode is increased is, for example, that the compound is reductively decomposed on the negative electrode side (that is, the cost for the reductive decomposition). It is conceivable that the amount of electricity lost becomes irreversible capacity and reduces efficiency). The reason why the initial resistance of the battery tends to increase when the absolute amount of the BP-oxalato compound distributed to the negative electrode is increased is that the decomposition product generated by the reductive decomposition becomes a resistance component on the negative electrode side (for example, It is conceivable to increase the resistance of the film formed on the surface of the negative electrode active material layer.
≪正極活物質のDBP吸収量x≫
正極活物質の100g当たりのDBP吸収量x(mL/100g)は、20mL/100g以上(例えば25mL/100g以上)であることが好ましい。xが小さすぎると、負極活物質の質量mnに対する正極活物質の質量mpが多くなりすぎて、電池のエネルギー密度が低下しやすくなることがあり得る。また、上記X/Yを満たすために、100g当たりのDBP吸収量y(mL/100g)が小さすぎる負極活物質を使用することとなって、負極の反応抵抗が上昇しやすくなることがあり得る。DBP吸収量xの上限は特に限定されないが、正極活物質の入手容易性や製造容易性、耐久性(例えば、正極活物質粒子の機械的強度、サイクル試験に対する構造維持性)等の観点から、通常は、xが75mL/100g以下(典型的には60mL/100g以下、例えば50mL/100g以下)である正極活物質の使用が好ましい。
≪DBP absorption x of positive electrode active material≫
The DBP absorption amount x (mL / 100 g) per 100 g of the positive electrode active material is preferably 20 mL / 100 g or more (for example, 25 mL / 100 g or more). When x is too small, the mass m p of the positive electrode active material to the mass m n of the negative electrode active material is too large, the energy density of the battery may tend to decrease. In addition, in order to satisfy the above X / Y, a negative electrode active material having a DBP absorption amount y (mL / 100 g) per 100 g that is too small may be used, and the reaction resistance of the negative electrode may easily increase. . The upper limit of the DBP absorption amount x is not particularly limited, but from the viewpoints of availability of the positive electrode active material, ease of production, durability (for example, mechanical strength of the positive electrode active material particles, structure maintainability with respect to the cycle test), etc. Usually, it is preferable to use a positive electrode active material in which x is 75 mL / 100 g or less (typically 60 mL / 100 g or less, for example, 50 mL / 100 g or less).
≪負極活物質のDBP吸収量y≫
負極活物質の100g当たりのDBP吸収量y(mL/100g)は、75mL/100g以下(例えば60mL/100g以下)であることが好ましい。yが大きすぎると、上記X/Yを満足し得る正極活物質の選定が困難となったり、負極活物質が液状媒体(例えば水)に馴染みにくくなって負極合剤層形成用組成物を調製しにくくなったりする場合がある。また、上記X/Yを満たすために使用可能な負極活物質の量mnが正極活物質の量mpに対して少なくなりすぎて、電池の使用条件によっては金属リチウムが析出しやすくなる等の不都合が生じ得る。一方、DBP吸収量yが小さすぎると、負極の実反応面積が小さくなりすぎて、電池の出力抵抗が上昇しやすくなる場合がある。したがって、通常は、yが35mL/100g以上(例えば40mL/100g以上)である負極活物質が好ましい。
≪DBP absorption amount y of negative electrode active material≫
The DBP absorption amount y (mL / 100 g) per 100 g of the negative electrode active material is preferably 75 mL / 100 g or less (for example, 60 mL / 100 g or less). When y is too large, it becomes difficult to select a positive electrode active material that can satisfy the above X / Y, or the negative electrode active material is not easily adapted to a liquid medium (for example, water) to prepare a composition for forming a negative electrode mixture layer. It may become difficult to do. The amount m n of the negative electrode active material that can be used to satisfy the above X / Y is too small relative to the amount m p of the positive electrode active material, metal lithium is easily precipitated by the use conditions such as a battery Inconvenience can occur. On the other hand, if the DBP absorption y is too small, the actual reaction area of the negative electrode may be too small, and the output resistance of the battery may easily increase. Therefore, normally, the negative electrode active material whose y is 35 mL / 100g or more (for example, 40 mL / 100g or more) is preferable.
≪DBP吸収量比x/y≫
好ましい一態様では、前記正極活物質の100g当たりのDBP吸収量x(mL)と、前記負極活物質の100g当たりのDBP吸収量y(mL)との関係が、次式:0.55≦x/y≦1.15(例えば0.60≦x/y≦1.10);を満たす。x/yが大きすぎると、ここに開示される好ましいX/Yを満たすために必要な正極活物質の量mpが多くなりすぎて、電池のエネルギー密度が低下する傾向にある。x/yが小さすぎると、上記X/Yを満たすために使用可能な負極活物質の量mnが少なくなりすぎて、電池の使用条件によっては金属リチウムが析出しやすくなる等の不都合が生じ得る。
≪DBP absorption ratio x / y≫
In a preferred embodiment, the relationship between the DBP absorption amount x (mL) per 100 g of the positive electrode active material and the DBP absorption amount y (mL) per 100 g of the negative electrode active material is expressed by the following formula: 0.55 ≦ x /Y≦1.15 (for example, 0.60 ≦ x / y ≦ 1.10); When x / y is too large, here by the amount m p becomes too much of the positive electrode active material required to meet the preferred X / Y disclosed, the energy density of the battery tends to decrease. If x / y is too small, the amount mn of the negative electrode active material that can be used to satisfy the above X / Y becomes too small, resulting in inconveniences such as metal lithium being liable to precipitate depending on the use conditions of the battery. obtain.
≪平均粒子径≫
正極活物質のDBP吸収量xは、正極活物質の粒子サイズ(例えば平均粒子径)、粒子構造、組成(例えば、DBPに対する親和性)、表面状態等によって異なり得る。他の条件(粒子構造等)が同様であれば、平均粒子サイズ(粒子の外形)が小さくなるとDBP吸収量xは大きくなる傾向にある。一方、正極活物質の粒子サイズが大きすぎると電池の出力特性が低下しやすくなる場合がある。また、粒子サイズが小さすぎると、正極合剤層の内部抵抗が上昇しやすくなったり、正極活物質の取扱性が低下したりすることがあり得る。したがって、例えば、平均粒子径が2μm〜10μm(より好ましくは3μm〜8μm)の範囲にあって、ここに開示される好ましいDBP吸収量xを有する正極活物質を好ましく採用することができる。
≪Average particle size≫
The DBP absorption amount x of the positive electrode active material may vary depending on the particle size (for example, average particle diameter), particle structure, composition (for example, affinity for DBP), surface state, and the like of the positive electrode active material. If other conditions (particle structure and the like) are the same, the DBP absorption amount x tends to increase as the average particle size (particle outer shape) decreases. On the other hand, if the particle size of the positive electrode active material is too large, the output characteristics of the battery may be easily degraded. On the other hand, if the particle size is too small, the internal resistance of the positive electrode mixture layer tends to increase, or the handleability of the positive electrode active material may decrease. Therefore, for example, a positive electrode active material having an average particle diameter of 2 μm to 10 μm (more preferably 3 μm to 8 μm) and having a preferable DBP absorption amount x disclosed herein can be preferably used.
同様に、負極活物質のDBP吸収量yは、負極活物質の粒子サイズ(平均粒子径等)、粒子構造、組成、表面状態等によって異なり得る。電池性能(例えば出力特性)や負極活物質の取扱性等の観点から、例えば、平均粒子径が5μm〜30μm(より好ましくは8μm〜25μm)の範囲にあって、ここに開示される好ましいDBP吸収量yを有する負極活物質を好ましく採用することができる。 Similarly, the DBP absorption amount y of the negative electrode active material may vary depending on the particle size (average particle diameter, etc.), particle structure, composition, surface state, etc. of the negative electrode active material. From the viewpoint of battery performance (for example, output characteristics) and handling property of the negative electrode active material, for example, the average particle size is in the range of 5 μm to 30 μm (more preferably 8 μm to 25 μm), and the preferred DBP absorption disclosed herein. A negative electrode active material having an amount y can be preferably employed.
なお、本明細書において「平均粒子径」とは、特記しない場合、一般的なレーザ回折式粒度分布測定装置により得られるメジアン径(D50)を指すものとする。また、本明細書において「粒子」とは、特記しない場合、材料の状態において独立した粒子としてふるまう構造単位をいう。したがって、例えば、複数の一次粒子が集合した二次粒子の形態をなし、溶媒に分散させた場合等に二次粒子として(一次粒子の集合体としての体裁を維持したまま)分散する粒子においては、特記しない場合、粒子とは二次粒子を意味するものとする。かかる形態の二次粒子では、上述したレーザ回折式粒度分布測定装置により得られる平均粒子径は、二次粒子についての平均粒子径となる。 In the present specification, the “average particle diameter” refers to a median diameter (D50) obtained by a general laser diffraction particle size distribution measuring apparatus unless otherwise specified. In the present specification, the term “particle” refers to a structural unit that acts as an independent particle in a material state unless otherwise specified. Therefore, for example, in the case of particles that form a secondary particle in which a plurality of primary particles are aggregated and are dispersed as secondary particles (while maintaining the appearance of an aggregate of primary particles) when dispersed in a solvent. Unless otherwise specified, the particle means a secondary particle. In the secondary particles of this form, the average particle size obtained by the laser diffraction particle size distribution measuring apparatus described above is the average particle size for the secondary particles.
≪正極活物質の粒子構造≫
一般に、緻密な中実構造の粒子からなるリチウムイオン電池用正極活物質粉末(例えば、層状構造のリチウム遷移金属酸化物の粉末)のDBP吸収量xは、概ね10〜20mL/100g程度である。他の条件(粒子サイズ等)が同程度であれば、かかる中実粒子のDBP吸収量xに比べて、多孔質構造または中空構造の粒子のDBP吸収量xは大きくなる傾向にある。ここに開示される技術における正極活物質としては、このような多孔質構造または中空構造の粒子を好ましく利用し得る。電池に具備される正極活物質の少なくとも一部(典型的には5質量%以上、例えば30質量%以上、好ましくは50質量%以上であり、70質量%以上であってもよく、実質的に全部であってもよい。)として多孔質構造または中空構造の粒子を用いることにより、中実構造の粒子のみを用いた場合に比べて、該正極活物質のDBP吸収量xを大きくすることができる。このことによって、平均粒子サイズが極端に小さな正極活物質を用いたり、負極活物質に対する正極活物質の量を極端に多くしたりしなくても、ここに開示される好ましいX/Yの値を実現し得る。
≪Particle structure of positive electrode active material≫
In general, the DBP absorption x of a positive electrode active material powder for lithium ion batteries (for example, a lithium transition metal oxide powder having a layered structure) composed of dense solid structure particles is about 10 to 20 mL / 100 g. If the other conditions (particle size and the like) are approximately the same, the DBP absorption x of the porous or hollow structure particles tends to be larger than the DBP absorption x of the solid particles. As the positive electrode active material in the technology disclosed herein, particles having such a porous structure or hollow structure can be preferably used. At least a part of the positive electrode active material included in the battery (typically 5% by mass or more, for example, 30% by mass or more, preferably 50% by mass or more, and may be 70% by mass or more, substantially By using particles having a porous structure or hollow structure, the DBP absorption amount x of the positive electrode active material can be increased as compared with the case where only solid structure particles are used. it can. Thus, the preferred X / Y value disclosed herein can be obtained without using a positive electrode active material having an extremely small average particle size or without extremely increasing the amount of the positive electrode active material relative to the negative electrode active material. It can be realized.
ここで、多孔質構造とは、実体のある部分と空隙部分とが粒子全体にわたって混在している構造(スポンジ状構造)を指す。多孔質構造を有する正極活物質の代表例として、いわゆる噴霧焼成製法(スプレードライ製法と称されることもある。)により得られた正極活物質(典型的には、一次粒子が集まった二次粒子の形態を呈する。)が挙げられる。また、中空構造とは、殻部とその内側の中空部(空洞部)とを有する構造を指す。好ましい一態様において、上記殻部は、粒子外部と上記中空部とを連通させる貫通孔を有していてもよい(以下、殻部に上記貫通孔を有する中空構造を「孔空き中空構造」といい、かかる構造を有する活物質粒子を「孔空き中空活物質粒子」ということがある。)。このような中空構造(特記しない限り、孔空き中空構造を包含する意味である。)の粒子は、実体のある部分が殻部に偏っており、上記中空部にまとまった空間が確保されている点で、多孔質構造の粒子とは、構造上、明らかに区別されるものである。 Here, the porous structure refers to a structure (sponge-like structure) in which a substantial part and a void part are mixed over the entire particle. As a typical example of a positive electrode active material having a porous structure, a positive electrode active material obtained by a so-called spray baking method (sometimes referred to as a spray dry method) (typically a secondary in which primary particles are collected). It takes the form of particles.). The hollow structure refers to a structure having a shell portion and a hollow portion (cavity portion) inside thereof. In a preferred embodiment, the shell portion may have a through hole that allows the outside of the particle to communicate with the hollow portion (hereinafter, the hollow structure having the through hole in the shell portion is referred to as a “perforated hollow structure”. The active material particles having such a structure are sometimes referred to as “porous hollow active material particles”. The particles of such a hollow structure (meaning that it includes a perforated hollow structure unless otherwise specified) are such that the substantial part is biased toward the shell part, and a space is secured in the hollow part. In this respect, the particles having a porous structure are clearly distinguished from each other in terms of structure.
ここに開示される技術の好ましい一態様では、正極活物質の少なくとも一部(典型的には5質量%以上、例えば30質量%以上、好ましくは50質量%以上であり、70質量%以上であってもよく、実質的に全部であってもよい。)として、孔空き中空構造の活物質粒子を使用する。かかる孔空き中空構造の活物質粒子は、全体が多孔質構造の粒子に比べて粒径とDBP吸収量xとのバランスに優れたものとなり得る。また、充放電サイクルに対する耐久性(電池性能の劣化が少ないこと)に優れた電池を与えるものとなり得る。かかる孔空き中空構造の活物質粒子の材質としては、リチウム遷移金属酸化物(典型的には、層状構造のリチウム遷移金属酸化物)が好ましい。遷移金属として少なくともNiを含むリチウム遷移金属酸化物(典型的にはリチウムニッケル酸化物)が特に好ましい。 In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, at least a part of the positive electrode active material (typically 5% by mass or more, for example, 30% by mass or more, preferably 50% by mass or more, and 70% by mass or more). Or substantially all of the active material particles having a perforated hollow structure. Such active material particles having a hollow structure can have an excellent balance between the particle diameter and the DBP absorption amount x as compared with particles having a porous structure as a whole. Moreover, the battery excellent in the durability with respect to charging / discharging cycles (less deterioration of battery performance) can be given. As the material of the active material particles having such a hollow structure, lithium transition metal oxide (typically, lithium transition metal oxide having a layered structure) is preferable. A lithium transition metal oxide (typically lithium nickel oxide) containing at least Ni as a transition metal is particularly preferred.
≪孔空き中空活物質粒子の製造方法≫
上記リチウム遷移金属酸化物を構成材質とする孔空き中空活物質粒子は、例えば以下のようにして好適に製造することができる。その製造方法は、該活物質粒子を構成するリチウム遷移金属酸化物に含まれる遷移金属元素の少なくとも一つ(好ましい一態様では、該酸化物に含まれるリチウム以外の金属元素の全部)を含む水性溶液から、該遷移金属の水酸化物を適切な条件で析出させること(原料水酸化物生成工程)を含む。また、その遷移金属水酸化物とリチウム化合物とを混合すること(混合工程)を含む。さらに、その混合物を焼成すること(焼成工程)を含み得る。以下、かかる製造方法の好適な一形態につき、層状構造のLiNiCoMn酸化物からなる孔開き中空活物質粒子を製造する場合を例として詳しく説明するが、この製造方法の適用対象をかかる組成の孔開き中空活物質粒子に限定する意図ではない。
≪Method for producing perforated hollow active material particles≫
The porous hollow active material particles having the lithium transition metal oxide as a constituent material can be preferably produced, for example, as follows. The production method includes an aqueous solution containing at least one of transition metal elements contained in the lithium transition metal oxide constituting the active material particles (in a preferred embodiment, all of the metal elements other than lithium contained in the oxide). It includes precipitating the transition metal hydroxide from a solution under appropriate conditions (raw material hydroxide generation step). Moreover, the transition metal hydroxide and the lithium compound are mixed (mixing step). Furthermore, it can include firing the mixture (firing step). Hereinafter, a preferred embodiment of such a production method will be described in detail by taking as an example the case of producing a perforated hollow active material particle composed of a LiNiCoMn oxide having a layered structure. It is not intended to be limited to hollow active material particles.
ここに開示される活物質粒子製造方法の好ましい一態様では、上記原料水酸化物生成工程が、遷移金属化合物の水性溶液にアンモニウムイオン(NH4 +)を供給して該水性溶液から遷移金属水酸化物の粒子を析出させることを含む。上記水性溶液を構成する溶媒(水性溶媒)は、典型的には水であり、水を主成分とする混合溶媒であってもよい。この混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る-有機溶媒(低級アルコール等)が好適である。上記遷移金属化合物の水性溶液(以下、「遷移金属溶液」ともいう。)は、製造目的たる活物質粒子を構成するリチウム遷移金属酸化物の組成に応じて、該リチウム遷移金属酸化物を構成する遷移金属元素(ここではNi,CoおよびMn)の少なくとも一つ(好ましくは全部)を含む。例えば、水性溶媒中にNiイオン,CoイオンおよびMnイオンを供給し得る一種または二種以上の化合物を含む遷移金属溶液を使用する。これらの金属イオン源となる化合物としては、該金属の硫酸塩、硝酸塩、塩化物等を適宜採用することができる。例えば、水性溶媒(好ましくは水)に硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンが溶解した組成の遷移金属溶液を好ましく使用し得る。 In a preferred embodiment of the method for producing active material particles disclosed herein, the raw material hydroxide generation step supplies ammonium ions (NH 4 + ) to an aqueous solution of the transition metal compound, and transition metal water from the aqueous solution. Depositing oxide particles. The solvent (aqueous solvent) constituting the aqueous solution is typically water, and may be a mixed solvent containing water as a main component. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, an organic solvent (such as a lower alcohol) that can be uniformly mixed with water is preferable. The aqueous solution of the transition metal compound (hereinafter also referred to as “transition metal solution”) constitutes the lithium transition metal oxide in accordance with the composition of the lithium transition metal oxide constituting the active material particles as the production target. It contains at least one (preferably all) transition metal elements (here, Ni, Co and Mn). For example, a transition metal solution containing one or more compounds that can supply Ni ions, Co ions, and Mn ions in an aqueous solvent is used. As the metal ion source compound, sulfates, nitrates, chlorides, and the like of the metals can be appropriately employed. For example, a transition metal solution having a composition in which nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate are dissolved in an aqueous solvent (preferably water) can be preferably used.
上記NH4 +は、例えば、NH4 +を含む水性溶液(典型的には水溶液)の形態で上記遷移金属溶液に供給されてもよく、該遷移金属溶液にアンモニアガスを直接吹き込むことにより供給されてもよく、これらの供給方法を併用してもよい。NH4 +を含む水性溶液は、例えば、NH4 +源となり得る化合物(水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウム、アンモニアガス等)を水性溶媒に溶解させることにより調製することができる。好ましい一態様では、水酸化アンモニウム水溶液(すなわちアンモニア水)の形態でNH4 +を供給する。 The NH 4 + may be supplied to the transition metal solution in the form of an aqueous solution (typically an aqueous solution) containing NH 4 + , for example, and supplied by directly blowing ammonia gas into the transition metal solution. These supply methods may be used in combination. An aqueous solution containing NH 4 + can be prepared, for example, by dissolving a compound (ammonium hydroxide, ammonium nitrate, ammonia gas, or the like) that can be an NH 4 + source in an aqueous solvent. In a preferred embodiment, NH 4 + is supplied in the form of an aqueous ammonium hydroxide solution (ie, aqueous ammonia).
≪核生成段階≫
好ましい一態様では、上記原料水酸化物生成工程が、上記遷移金属溶液から遷移金属水酸化物の核を析出させる段階(核生成段階)と、その核を成長させる段階(粒子成長段階)とを含む。好ましい一態様において、上記核生成段階および上記粒子成長段階は、いずれもアンモニウムイオンの存在下で行われる。少なくとも、上記粒子成長段階は、上記溶液中のアンモニウムイオン濃度を制御しつつ(例えば、所定値以下に制御しつつ)行うことが好ましい。また、上記粒子成長段階は、上記核生成段階におけるpHより低pHであって且つアルカリ性の条件下で実施することが好ましい。
≪Nucleation stage≫
In a preferred embodiment, the raw material hydroxide generation step comprises a step of depositing transition metal hydroxide nuclei from the transition metal solution (nucleation generation step) and a step of growing the nuclei (particle growth step). Including. In a preferred embodiment, both the nucleation step and the particle growth step are performed in the presence of ammonium ions. At least the particle growth step is preferably performed while controlling the ammonium ion concentration in the solution (for example, controlling it to a predetermined value or less). The particle growth stage is preferably carried out under alkaline conditions at a pH lower than that in the nucleation stage.
バラツキの少ない(例えば、粒径や粒子構造等が平均から大きく外れた粒子の個数割合が少ない)孔空き中空活物質粒子が得られやすいという観点から、上記核生成段階において、上記遷移金属溶液から短時間のうちに(例えば、ほぼ同時に)多数の核を析出させることが好ましい。例えば、上記遷移金属水酸化物が過飽和の状態にある溶液から(例えば、該溶液を臨界過飽和度に到達させることにより)上記核を析出させるとよい。かかる析出態様を好適に実現するには、上記核生成段階をpH12以上(典型的にはpH12以上14以下、例えばpH12.2以上13以下)の条件で行うことが有利である。 From the viewpoint that it is easy to obtain porous hollow active material particles with little variation (for example, a small number ratio of particles whose particle size or particle structure is greatly deviated from the average), in the nucleation stage, from the transition metal solution, It is preferable to deposit a large number of nuclei within a short time (eg, almost simultaneously). For example, the nuclei may be precipitated from a solution in which the transition metal hydroxide is in a supersaturated state (for example, by allowing the solution to reach a critical degree of supersaturation). In order to suitably realize such a precipitation mode, it is advantageous to perform the nucleation step under a condition of pH 12 or more (typically pH 12 or more and 14 or less, for example, pH 12.2 or more and 13 or less).
核生成段階におけるNH4 +濃度は特に限定されないが、通常は凡そ25g/L以下とすることが適当であり、例えば3〜25g/L程度とするとよい。上記pHおよびNH4 +濃度は、上記アンモニア水の使用量とアルカリ剤(液性をアルカリ性に傾ける作用のある化合物)の使用量とを適切にバランスさせることにより調整することができる。上記使用量は、例えば、反応系への供給レートとしても把握し得る。アルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を、典型的には水溶液の形態で用いることができる。好ましい一態様では水酸化ナトリウム水溶液を使用する。なお、本明細書中において、pHの値は、液温25℃を基準とするpH値をいうものとする。 The NH 4 + concentration in the nucleation stage is not particularly limited, but usually it is suitably about 25 g / L or less, for example, about 3 to 25 g / L. The pH and NH 4 + concentration can be adjusted by appropriately balancing the usage amount of the ammonia water and the usage amount of an alkaline agent (a compound having an action of tilting the liquidity to alkalinity). The amount used can be grasped as a supply rate to the reaction system, for example. As the alkaline agent, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like can be typically used in the form of an aqueous solution. In a preferred embodiment, an aqueous sodium hydroxide solution is used. In addition, in this specification, the value of pH shall mean pH value on the basis of liquid temperature of 25 degreeC.
≪粒子成長段階≫
上記粒子成長段階では、上記核生成段階で析出した遷移金属水酸化物の核(典型的には粒子状)を、好ましくは上記核生成段階よりも低pH域のアルカリ性条件下で成長させる。例えば、pH12未満(典型的にはpH10以上12未満、好ましくはpH10以上11.8以下、例えばpH11.0以上11.8以下)で成長させるとよい。この粒子成長段階を経て得られる遷移金属水酸化物粒子(原料水酸化物粒子)は、好ましくは、該粒子の外表面部の密度に比べて、該粒子の内部の密度が低い構造を有する。かかる構造の遷移金属水酸化物粒子を安定して得るためには、上記粒子成長段階におけるNH4 +濃度を高くしすぎない(低く抑える)ことが肝要である。このことによって、遷移金属水酸化物(ここでは、Ni,CoおよびMnを含む複合水酸化物)の析出速度が速くなり、ここに開示される孔開き中空活物質粒子の形成に適した原料水酸化物粒子(換言すれば、孔開き中空構造の焼成物を形成しやすい原料水酸化物粒子)が効果的に生成し得る。通常は、粒子成長段階におけるNH4 +濃度を25g/L以下とすることが適当であり、好ましくは15g/L以下、より好ましくは10g/L以下(例えば8g/L以下)である。NH4 +濃度の下限は特に限定されないが、製造条件の管理しやすさ、品質安定性、得られる活物質粒子の機械的強度(例えば硬度)等の観点から、通常は、NH4 +濃度を1g/L以上(好ましくは3g/L以上)とすることが適当である。粒子成長段階におけるpHおよびNH4 +濃度は、核生成段階と同様にして調整することができる。
≪Particle growth stage≫
In the particle growth stage, the transition metal hydroxide nuclei (typically particles) precipitated in the nucleation stage are preferably grown under alkaline conditions at a lower pH than in the nucleation stage. For example, the growth may be performed at a pH of less than 12 (typically a pH of 10 or more and less than 12, preferably a pH of 10 or more and 11.8 or less, such as a pH of 11.0 or more and 11.8 or less). The transition metal hydroxide particles (raw material hydroxide particles) obtained through this particle growth stage preferably have a structure in which the density inside the particles is lower than the density of the outer surface portion of the particles. In order to stably obtain transition metal hydroxide particles having such a structure, it is important not to make the NH 4 + concentration too high (suppress it low) in the particle growth stage. This increases the deposition rate of the transition metal hydroxide (here, the composite hydroxide containing Ni, Co, and Mn), and is a raw material water suitable for forming the apertured hollow active material particles disclosed herein. Oxide particles (in other words, raw material hydroxide particles that easily form a fired product having a perforated hollow structure) can be effectively produced. Usually, it is appropriate that the NH 4 + concentration in the particle growth stage is 25 g / L or less, preferably 15 g / L or less, more preferably 10 g / L or less (for example, 8 g / L or less). The lower limit of the NH 4 + concentration is not particularly limited. However, from the viewpoints of ease of management of production conditions, quality stability, mechanical strength (for example, hardness) of the obtained active material particles, etc., the NH 4 + concentration is usually set. It is appropriate to set it to 1 g / L or more (preferably 3 g / L or more). The pH and NH 4 + concentration in the particle growth stage can be adjusted in the same manner as in the nucleation stage.
好ましい一態様では、粒子成長段階におけるNH4 +濃度を7g/L以下(典型的には1〜7g/L、例えば3〜7g/L)とする。この粒子成長段階におけるNH4 +濃度は、例えば、核生成段階におけるNH4 +濃度と概ね同程度としてもよく、核生成段階におけるNH4 +濃度より低くしてもよい。なお、遷移金属水酸化物の析出速度は、例えば、反応液に供給される遷移金属溶液に含まれる遷移金属イオンの合計モル数に対して、反応液の液相中に含まれる遷移金属イオンの合計モル数(合計イオン濃度)の推移を調べることにより把握され得る。 In a preferred embodiment, the NH 4 + concentration in the particle growth stage is 7 g / L or less (typically 1 to 7 g / L, for example, 3 to 7 g / L). NH 4 + concentration in the particle growth step, for example, may be a substantially the same level as NH 4 + concentration in the nucleation stage may be lower than NH 4 + concentration in the nucleation stage. In addition, the precipitation rate of the transition metal hydroxide is, for example, the transition metal ions contained in the liquid phase of the reaction liquid with respect to the total number of moles of transition metal ions contained in the transition metal solution supplied to the reaction liquid. It can be grasped by examining the transition of the total number of moles (total ion concentration).
ここに開示される技術を実施するにあたり、上記のようにNH4 +濃度を低く抑えることによって孔開き中空活物質粒子の形成に適した原料水酸化物粒子が得られる理由を明らかにする必要はないが、例えば以下のことが考えられる。すなわち、上記遷移金属溶液中では、例えば以下の平衡反応が生じている。なお、下記式1,2におけるM1は遷移金属であり、本実施形態では少なくともNiを含む。 In implementing the technology disclosed herein, it is necessary to clarify the reason why raw material hydroxide particles suitable for the formation of perforated hollow active material particles can be obtained by keeping the NH 4 + concentration low as described above. For example, the following can be considered. That is, for example, the following equilibrium reaction occurs in the transition metal solution. In the following formulas 1 and 2, M 1 is a transition metal, and at least Ni is included in this embodiment.
ここで、遷移金属溶液中のNH3濃度を低くすると、式1の平衡が左に移動してM1 2+の濃度が上がるため、式2の平衡が右に移動し、M1(OH)2の生成が促進される。換言すれば、M1(OH)2が析出しやすくなる。このようにM1(OH)2が析出しやすい状況では、M1(OH)2の析出は、主に、既に析出している遷移金属水酸化物(上記核生成段階で生じた核、または粒子成長段階の途上にある遷移金属水酸化物粒子)の外表面近傍において起こり、上記析出物の内部において析出するM1(OH)2は少なくなる。その結果、外表面部の密度に比べて内部の密度が低い構造の原料水酸化物粒子(孔開き中空活物質粒子の形成に適した原料水酸化物粒子であって、孔開き中空活物質粒子の前駆体粒子としても把握され得る。)が形成されるものと推察される。一方、粒子成長段階におけるNH4 +濃度が高すぎると、M1(OH)2の析出速度が小さくなるため、外表面近傍における析出量と内部における析出量との差が小さくなり、上記構造の原料水酸化物粒子が形成されにくくなる傾向となるものと推察される。 Here, when the NH 3 concentration in the transition metal solution is lowered, the equilibrium of Equation 1 moves to the left and the concentration of M 1 2+ increases, so the equilibrium of Equation 2 moves to the right and M 1 (OH) 2. Generation is promoted. In other words, M 1 (OH) 2 is likely to precipitate. In such a situation where M 1 (OH) 2 is likely to precipitate, M 1 (OH) 2 is mainly precipitated because of the transition metal hydroxide already precipitated (nuclei generated in the nucleation stage, or M 1 (OH) 2 that occurs in the vicinity of the outer surface of the transition metal hydroxide particles in the course of the grain growth stage and precipitates inside the precipitate is reduced. As a result, raw material hydroxide particles having a structure in which the internal density is lower than the density of the outer surface portion (raw material hydroxide particles suitable for the formation of perforated hollow active material particles, which are perforated hollow active material particles It is presumed that the precursor particles are formed as well. On the other hand, if the NH 4 + concentration in the particle growth stage is too high, the precipitation rate of M 1 (OH) 2 becomes small, so the difference between the precipitation amount near the outer surface and the precipitation amount inside becomes small, It is presumed that the raw material hydroxide particles tend not to be formed.
核生成段階および粒子成長段階のそれぞれにおいて、反応液の温度は、凡そ30℃〜60℃の範囲のほぼ一定温度(例えば、所定の温度±1℃)となるように制御することが好ましい。核生成段階と粒子成長段階とで反応液の温度を同程度としてもよい。また、反応液および反応槽内の雰囲気は、核生成段階および粒子成長段階を通じて非酸化性雰囲気に維持することが好ましい。また、反応液に含まれるNiイオン,CoイオンおよびMnイオンの合計モル数(合計イオン濃度)は、核生成段階および粒子成長段階を通じて、例えば凡そ0.5〜2.5モル/Lとすることができ、凡そ1.0〜2.2モル/Lとすることが好ましい。かかる合計イオン濃度が維持されるように、遷移金属水酸化物の析出速度に合わせて遷移金属溶液を補充(典型的には連続供給)するとよい。反応液に含まれるNiイオン,CoイオンおよびMnイオンの量は、目的物たる活物質粒子の組成(すなわち、該活物質粒子を構成するLiNiCoMn酸化物におけるNi,Co,Mnのモル比)に対応する量比とすることが好ましい。 In each of the nucleation stage and the particle growth stage, the temperature of the reaction solution is preferably controlled so as to be a substantially constant temperature (for example, a predetermined temperature ± 1 ° C.) in a range of about 30 ° C. to 60 ° C. The temperature of the reaction solution may be approximately the same in the nucleation stage and the particle growth stage. Moreover, it is preferable to maintain the reaction liquid and the atmosphere in the reaction tank in a non-oxidizing atmosphere through the nucleation stage and the particle growth stage. Further, the total number of moles (total ion concentration) of Ni ions, Co ions and Mn ions contained in the reaction solution is set to, for example, about 0.5 to 2.5 mol / L through the nucleation stage and the particle growth stage. It is preferably about 1.0 to 2.2 mol / L. The transition metal solution may be replenished (typically continuously supplied) in accordance with the deposition rate of the transition metal hydroxide so that the total ion concentration is maintained. The amounts of Ni ions, Co ions, and Mn ions contained in the reaction solution correspond to the composition of the active material particles as the target product (that is, the molar ratio of Ni, Co, and Mn in the LiNiCoMn oxide constituting the active material particles). It is preferable to set the quantity ratio.
≪混合工程≫
好ましい一態様では、このようにして生成した遷移金属水酸化物粒子(ここでは、Ni,CoおよびMnを含む複合水酸化物粒子)を反応液から分離し、洗浄して乾燥させる。そして、この遷移金属水酸化物粒子とリチウム化合物とを所望の量比で混合して未焼成の混合物を調製する(混合工程)。この混合工程では、典型的には、目的物たる活物質粒子の組成(すなわち、該活物質粒子を構成するLiNiCoMn酸化物におけるLi,Ni,Co,Mnのモル比)に対応する量比で、Li化合物と遷移金属水酸化物粒子とを混合する。上記リチウム化合物としては、加熱により酸化物となり得るリチウム化合物、例えば炭酸リチウム,水酸化リチウム等を好ましく用いることができる。
≪Mixing process≫
In a preferred embodiment, the transition metal hydroxide particles thus produced (here, composite hydroxide particles containing Ni, Co and Mn) are separated from the reaction solution, washed and dried. Then, the transition metal hydroxide particles and the lithium compound are mixed at a desired quantitative ratio to prepare an unfired mixture (mixing step). In this mixing step, typically, the quantitative ratio corresponding to the composition of the active material particles as the target (that is, the molar ratio of Li, Ni, Co, Mn in the LiNiCoMn oxide constituting the active material particles) Li compound and transition metal hydroxide particles are mixed. As the lithium compound, lithium compounds that can be converted into oxides upon heating, such as lithium carbonate and lithium hydroxide, can be preferably used.
≪焼成工程≫
そして、上記混合物を焼成して孔空き中空構造の活物質粒子を得る(焼成工程)。この焼成工程は、典型的には酸化性雰囲気中(例えば大気中)で行われる。この焼成工程における焼成温度は、例えば700℃〜1100℃とすることができる。最高焼成温度が800℃以上(好ましくは800℃〜1100℃、例えば800℃〜1050℃)となるように行われることが好ましい。この範囲の最高焼成温度によると、リチウム遷移金属酸化物(好ましくはNi含有Li酸化物、ここではLiNiCoMn酸化物)の一次粒子の焼結反応を適切に進行させることができる。好適には、焼成工程後に焼成物を解砕し、篩分けを行ない、活物質粒子の粒径を調整するとよい。
≪Baking process≫
And the said mixture is baked and the active material particle of a hole hollow structure is obtained (baking process). This firing step is typically performed in an oxidizing atmosphere (for example, in the air). The firing temperature in this firing step can be set to 700 ° C. to 1100 ° C., for example. It is preferable that the maximum baking temperature be 800 ° C or higher (preferably 800 ° C to 1100 ° C, for example, 800 ° C to 1050 ° C). According to the maximum firing temperature within this range, the sintering reaction of the primary particles of the lithium transition metal oxide (preferably Ni-containing Li oxide, here LiNiCoMn oxide) can proceed appropriately. Preferably, the fired product is crushed and sieved after the firing step to adjust the particle size of the active material particles.
好ましい一態様では、上記混合物を700℃以上900℃以下の温度T1(すなわち700℃≦T1≦900℃、例えば700℃≦T1≦800℃、典型的には700℃≦T1<800℃)で焼成する第一焼成段階と、その第一焼成段階を経た結果物を800℃以上1100℃以下の温度T2(すなわち800℃≦T2≦1100℃、例えば800℃≦T2≦1050℃)で焼成する第二焼成段階とを含む態様で行う。このことによって、孔開き中空構造の活物質粒子をより効率よく形成することができる。T1およびT2は、T1<T2となるように設定することが好ましい。 In a preferred embodiment, the mixture is calcined at a temperature T1 of 700 ° C. to 900 ° C. (that is, 700 ° C. ≦ T1 ≦ 900 ° C., for example, 700 ° C. ≦ T1 ≦ 800 ° C., typically 700 ° C. ≦ T1 <800 ° C.). A second firing step, and a result obtained through the first firing step is fired at a temperature T2 of 800 ° C. to 1100 ° C. (ie, 800 ° C. ≦ T2 ≦ 1100 ° C., for example, 800 ° C. ≦ T2 ≦ 1050 ° C.) And a firing step. By this, the active material particle of a perforated hollow structure can be formed more efficiently. T1 and T2 are preferably set so that T1 <T2.
第一焼成段階と第二焼成段階とは、連続して(例えば、上記混合物を第一焼成温度T1に保持した後、引き続き第二焼成温度T2まで昇温して該温度T2に保持することにより)行ってもよく、あるいは、第一焼成温度T1に保持した後、いったん冷却(例えば、常温まで冷却)し、必要に応じて解砕および篩い分けを行ってから第二焼成段階に供してもよい。 The first firing stage and the second firing stage are performed continuously (for example, by holding the mixture at the first firing temperature T1, and subsequently raising the temperature to the second firing temperature T2 and maintaining the temperature at T2. Alternatively, after maintaining at the first firing temperature T1, it is once cooled (for example, cooled to room temperature) and, if necessary, crushed and sieved before being subjected to the second firing stage. Good.
なお、ここに開示される技術において、上記第一焼成段階は、目的とするリチウム遷移金属酸化物の焼結反応が進行し且つ融点以下の温度域であって第二焼成段階よりも低い温度T1で焼成する段階として把握することができる。また、上記第二焼成段階は、目的とするリチウム遷移金属酸化物の焼結反応が進行し且つ融点以下の温度域であって第一焼成段階よりも高い温度T2で焼成する段階として把握することができる。T1とT2との間には50℃以上(典型的には100℃以上、例えば150℃以上)の温度差を設けることが好ましい。 In the technology disclosed herein, the first firing stage is a temperature T1 in which the sintering reaction of the target lithium transition metal oxide proceeds and is lower than the melting point and lower than the second firing stage. It can be grasped as a stage for firing. Further, the second firing stage should be understood as a stage in which the sintering reaction of the target lithium transition metal oxide proceeds and the firing is performed at a temperature T2 that is lower than the melting point and higher than the first firing stage. Can do. It is preferable to provide a temperature difference of 50 ° C. or higher (typically 100 ° C. or higher, for example, 150 ° C. or higher) between T1 and T2.
≪孔空き中空活物質粒子の構造≫
かかる方法により製造された孔空き中空活物質粒子の代表的な構造を、図3に示す走査型電子顕微鏡(SEM)画像を参照しつつ説明する。この活物質粒子610は、殻部612と、中空部614と、殻部612を貫通して粒子610の中空部614と殻部612の外部(粒子610の外部)とを空間的に連続させる貫通孔616を有している。この図3に示す孔空き中空活物質粒子610の構成材質は、LiNiCoMn酸化物である。図3に示すように、貫通孔616以外の部分では殻部612は緻密に焼結しており、この部分には殻部612の内外を貫く隙間は認められない。
≪Structure of porous hollow active material particles≫
A typical structure of the perforated hollow active material particles produced by such a method will be described with reference to a scanning electron microscope (SEM) image shown in FIG. This active material particle 610 penetrates the shell portion 612, the hollow portion 614, and the hollow portion 614 of the particle 610 and the outside of the shell portion 612 (outside of the particle 610) spatially continuous through the shell portion 612. A hole 616 is provided. The constituent material of the perforated hollow active material particles 610 shown in FIG. 3 is LiNiCoMn oxide. As shown in FIG. 3, the shell portion 612 is densely sintered at portions other than the through-holes 616, and no gap penetrating the inside and outside of the shell portion 612 is recognized at this portion.
このような孔空き中空活物質粒子610のDBP吸収量x(mL/100g)は、例えば、粒子610の平均粒子径、粒子空孔率、殻部612および貫通孔616の構造等によって異なり得る。例えば、平均粒子径が3μm〜8μmであって、ここに開示される好ましいDBP吸収量xを示す孔空き中空活物質粒子を、正極活物質またはその構成成分として好ましく採用することができる。上記平均粒子径の調節は、例えば、上述した孔空き中空活物質粒子製造方法において、核生成段階におけるpH、粒子成長工程を継続する時間、粒子成長工程における遷移金属水酸化物の析出速度等を通じて行うことができる。遷移金属水酸化物の析出速度は、例えば、上記式1または式2に関係する一または二以上の化学種の濃度、pH、反応系の温度等を通じて調節することができる。あるいは、一般的な篩い分けにより粒子を選別して平均粒子径を調節してもよい。このような平均粒子径調節手法は、単独で、あるいは適宜組み合わせて実施することができる。 The DBP absorption amount x (mL / 100 g) of such porous hollow active material particles 610 may vary depending on, for example, the average particle diameter of the particles 610, the particle porosity, the structure of the shell 612 and the through holes 616, and the like. For example, porous hollow active material particles having an average particle diameter of 3 μm to 8 μm and exhibiting a preferable DBP absorption amount x disclosed herein can be preferably employed as the positive electrode active material or a component thereof. The adjustment of the average particle diameter is, for example, in the above-described method for producing porous hollow active material particles through pH in the nucleation stage, time for continuing the particle growth process, precipitation rate of transition metal hydroxide in the particle growth process, etc. It can be carried out. The deposition rate of the transition metal hydroxide can be adjusted through, for example, the concentration, pH, reaction system temperature, etc. of one or more chemical species related to Formula 1 or Formula 2 above. Alternatively, the average particle diameter may be adjusted by selecting particles by general sieving. Such an average particle diameter adjusting method can be carried out alone or in appropriate combination.
≪粒子空孔率≫
ここに開示される技術における正極活物質またはその構成成分としては、粒子空孔率が2%以上(典型的には5%以上、好ましくは10%以上)であって、上記好ましいDBP吸収量xを示す孔空き中空活物質粒子を好ましく採用することができる。粒子空孔率が小さすぎると、孔空き中空構造とすることの利点が十分に発揮されにくくなる場合があり得る。粒子空孔率が20%以上(典型的には23%以上、好ましくは30%以上)であってもよい。粒子空孔率の上限は特に限定されないが、活物質粒子の耐久性(例えば、電池の製造時や使用時に加わり得る圧縮応力等に耐えて孔空き中空形状を維持する性能)や製造容易性等の点から、通常は75%以下(例えば70%以下)とすることが適当である。上記粒子空孔率の調節は、例えば、上述した孔空き中空活物質粒子製造方法において、粒子成長工程を継続する時間、粒子成長工程における遷移金属水酸化物の析出速度等を通じて行うことができる。
<Particle porosity>
As a positive electrode active material or a component thereof in the technology disclosed herein, the particle porosity is 2% or more (typically 5% or more, preferably 10% or more), and the above preferable DBP absorption amount x It is possible to preferably employ porous active material particles having pores. If the particle porosity is too small, it may be difficult to sufficiently exhibit the advantages of having a porous hollow structure. The particle porosity may be 20% or more (typically 23% or more, preferably 30% or more). The upper limit of the particle porosity is not particularly limited, but the durability of the active material particles (for example, the ability to withstand compressive stress that can be applied during battery production or use and maintain a hollow hollow shape), ease of production, etc. From this point, it is usually appropriate to set it to 75% or less (for example, 70% or less). The particle porosity can be adjusted, for example, in the above-described method for producing porous hollow active material particles, through the time during which the particle growth step is continued, the deposition rate of transition metal hydroxide in the particle growth step, and the like.
ここで、「粒子空孔率」とは、活物質粒子610の見かけの体積のうち、中空部614が占める割合をいう。この割合は、活物質粒子610の断面SEM画像に基づいて把握することができる。上記断面SEM画像では、図3に示すように、色調あるいは濃淡の違いによって、活物質粒子610の殻部612と、中空部614と、貫通孔616とを区別することができる。例えば、正極合剤層の任意の断面SEM画像に表れた複数の活物質粒子610について、それらの活物質粒子610の中空部614が占める面積Aと、それらの活物質粒子610が見かけの上で占める断面積Bとの比(A/B)を得る。ここで、活物質粒子610が見かけの上で占める断面積Bとは、活物質粒子610の殻部612、中空部614および貫通孔616が占める断面積を指す。正極合剤層の任意の複数の断面SEM画像について上記比(A/B)の値を算術平均する。このようにして比(A/B)を求める断面SEM画像の数が多くなるほど、また比(A/B)を算出する基となる活物質粒子610の数が多くなるほど、上記比(A/B)の算術平均値は収束する。かかる比(A/B)の平均値によって、活物質粒子610の見かけの体積のうち中空部614が占める割合(すなわち粒子空孔率)が概ね求められる。通常は、少なくとも10個(例えば20個以上)の活物質粒子610に基づいて粒子空孔率を求めることが好ましい。また、少なくとも任意の3箇所(例えば5箇所以上)における正極合剤層の断面SEM画像に基づいて粒子空孔率を求めることが好ましい。 Here, “particle porosity” refers to the proportion of the apparent volume of the active material particles 610 occupied by the hollow portions 614. This ratio can be grasped based on the cross-sectional SEM image of the active material particles 610. In the cross-sectional SEM image, as shown in FIG. 3, the shell portion 612, the hollow portion 614, and the through-hole 616 of the active material particle 610 can be distinguished by the difference in color tone or shade. For example, for a plurality of active material particles 610 appearing in an arbitrary cross-sectional SEM image of the positive electrode mixture layer, the area A occupied by the hollow portions 614 of the active material particles 610 and the active material particles 610 are apparently The ratio (A / B) with the cross-sectional area B is obtained. Here, the apparent cross-sectional area B occupied by the active material particles 610 refers to the cross-sectional area occupied by the shell portion 612, the hollow portion 614, and the through holes 616 of the active material particles 610. The value of the ratio (A / B) is arithmetically averaged for a plurality of cross-sectional SEM images of the positive electrode mixture layer. Thus, the ratio (A / B) increases as the number of cross-sectional SEM images for which the ratio (A / B) is determined increases and the number of active material particles 610 that is the basis for calculating the ratio (A / B) increases. ) Arithmetic mean converges. The ratio of the hollow portion 614 to the apparent volume of the active material particles 610 (that is, the particle porosity) is generally determined by the average value of the ratio (A / B). Usually, it is preferable to determine the particle porosity based on at least 10 (for example, 20 or more) active material particles 610. Moreover, it is preferable to obtain | require particle | grain porosity based on the cross-sectional SEM image of the positive mix layer in at least arbitrary 3 places (for example, 5 places or more).
≪殻部および貫通孔の構造≫
ここに開示される技術における正極活物質またはその構成成分としては、孔空き中空活物質粒子610の断面SEM画像に表れている殻部612の周回長さ(殻部612の厚みT(k)の中央に沿って粒子610の断面を一周する長さをいう。貫通孔616により殻部612が途切れている部分は、その両側の殻部612の形状から補完するものとする。)のうち、貫通孔616の占める長さ(殻部612の厚みの中央における該貫通孔616の差渡し長さに相当する。一つの断面に2以上の貫通孔616が表れている場合には、それらの貫通孔616の差し渡し長さを合計する。)の割合が30%以下、より好ましくは20%以下であって、上記好ましいDBP吸収量xを示すものを好ましく採用し得る。貫通孔616の占める長さが大きすぎると、粒子610の耐久性(例えば、電池の製造時や使用時に加わり得る圧縮応力等に耐えて孔空き中空形状を維持する性能)が低下傾向となり得る。一方、貫通孔616の占める長さが小さすぎると、粒子610の中空部614が有効に活用されにくくなり、孔空き中空構造とすることの利点が十分に発揮されにくくなる場合があり得る。したがって、上記貫通孔616の占める長さは0.5%以上であることが好ましく、1%以上(例えば3%以上)であることがより好ましい。
≪Structure of shell and through hole≫
As the positive electrode active material or the component thereof in the technology disclosed herein, the circumferential length of the shell portion 612 (the thickness T (k) of the shell portion 612) shown in the cross-sectional SEM image of the porous hollow active material particles 610 is used. It means the length that goes around the cross section of the particle 610 along the center.The part where the shell part 612 is interrupted by the through-hole 616 is complemented from the shape of the shell part 612 on both sides thereof. The length occupied by the hole 616 (corresponding to the passing length of the through-hole 616 at the center of the thickness of the shell 612. When two or more through-holes 616 appear in one cross section, the through-holes The total length of 616 is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and the above DBP absorption amount x can be preferably used. When the length occupied by the through-hole 616 is too large, the durability of the particles 610 (for example, the ability to withstand the compressive stress that can be applied during battery manufacture or use and maintain a perforated hollow shape) may tend to decrease. On the other hand, if the length occupied by the through-hole 616 is too small, the hollow portion 614 of the particle 610 is difficult to be effectively utilized, and the advantage of having a perforated hollow structure may not be sufficiently exhibited. Therefore, the length occupied by the through hole 616 is preferably 0.5% or more, and more preferably 1% or more (for example, 3% or more).
好ましい一態様では、孔空き中空活物質粒子610の断面における殻部612の周回長さのうち、一繋がりの(貫通孔616で途切れることなく連続した)殻部612の平均長さは、貫通孔616の平均差渡し長さの3倍以上(例えば3倍〜100倍)であり、より好ましくは5倍以上(例えば5倍〜50倍)である。上記殻部612の周回長さのうち貫通孔616の占める長さの割合、一繋がりの殻部612の平均長さと貫通孔616の平均差渡し長さとの関係は、通常、少なくとも10個(例えば20個以上)の活物質粒子610に基づく算術平均値として求めることが好ましい。また、少なくとも任意の3箇所(例えば5箇所以上)における正極合剤層の断面SEM画像に基づいて求めることが好ましい。 In a preferred embodiment, among the circumferential lengths of the shell portion 612 in the cross section of the hollow hollow active material particles 610, the average length of the continuous shell portions 612 (continuous without being interrupted by the through holes 616) is the through hole. It is 3 times or more (for example, 3 to 100 times) of the average passing length of 616, and more preferably 5 times or more (for example, 5 to 50 times). The ratio of the length occupied by the through-holes 616 in the circumferential length of the shell 612, and the relationship between the average length of the continuous shells 612 and the average passing length of the through-holes 616 are usually at least 10 (for example, It is preferable to obtain an arithmetic average value based on 20 or more active material particles 610. Moreover, it is preferable to obtain | require based on the cross-sectional SEM image of the positive mix layer in at least arbitrary 3 places (for example, 5 places or more).
≪活物質粒子の硬度≫
ここに開示される技術において、正極活物質またはその構成成分として用いられる孔空き中空活物質粒子としては、該粒子の平均硬度が概ね0.5MPa以上(典型的には1.0MPa以上、例えば2.0〜10MPa)であるものを好ましく採用し得る。ここで「平均硬度」とは、直径50μmの平面ダイヤモンド圧子を使用して、負荷速度0.5mN/秒〜3mN/秒の条件で行われるダイナミック微小硬度測定により得られる値をいう。かかるダイナミック微小硬度測定には、例えば、株式会社島津製作所製の微小硬度計、型式「MCT−W500」を用いることができる。より多くの活物質粒子について上記硬度測定を行うほど、それらの活物質の硬度の算術平均値は収束する。上記平均硬度としては、少なくとも3個(好ましくは5個以上)の活物質粒子に基づく算術平均値を採用することが好ましい。核生成段階と粒子成長段階とを包含する上述した孔空き活物質粒子製造方法は、かかる平均硬度を有する孔空き活物質粒子の製造方法として好適である。この方法により得られた孔空き中空活物質粒子は、例えば噴霧焼成製法等により得られた一般的な多孔質構造の正極活物質粒子に比べて、より硬く(平均硬度が高く)、形態安定性に優れたものとなり得る。
≪Hardness of active material particles≫
In the technique disclosed herein, the porous hard active material particles used as the positive electrode active material or its constituent components have an average hardness of approximately 0.5 MPa or more (typically 1.0 MPa or more, for example, 2 (0.0 MPa to 10 MPa) can be preferably employed. Here, the “average hardness” refers to a value obtained by dynamic microhardness measurement performed using a flat diamond indenter with a diameter of 50 μm and under a load speed of 0.5 mN / sec to 3 mN / sec. For the dynamic microhardness measurement, for example, a microhardness meter manufactured by Shimadzu Corporation, model “MCT-W500” can be used. As the hardness measurement is performed for more active material particles, the arithmetic average value of the hardness of those active materials converges. As the average hardness, it is preferable to employ an arithmetic average value based on at least three (preferably five or more) active material particles. The above-described method for producing perforated active material particles including a nucleation step and a particle growth step is suitable as a method for producing perforated active material particles having such average hardness. The perforated hollow active material particles obtained by this method are harder (higher average hardness) and have morphological stability than the positive electrode active material particles having a general porous structure obtained by, for example, a spray firing method. Can be excellent.
上述した孔空き中空活物質粒子製造方法の好ましい適用対象として、少なくともニッケルを構成金属元素として含むリチウム遷移金属酸化物(典型的には層状構造のリチウム遷移金属酸化物)を材質とする孔空き中空活物質粒子が挙げられる。例えば、次式:Li1+aNibCocMn(1−b−c)MdO2;で表される組成のリチウム遷移金属酸化物を構成材料とする孔空き中空活物質粒子の製造に好適である。ここで、0≦a≦0.2であり、0.1<b<0.9であり、0.1<c<0.4であり、0≦d≦0.01である。上記式中のMは、添加物であり、例えば、Zr,W,Mg,Ca,Na,Fe,Cr,Zn,Si,Sn,Al,BおよびFからなる群より選ばれた少なくとも一種類であり得る。該リチウム遷移金属酸化物に含まれるリチウム以外の金属元素のうちNiの占める割合は、原子数換算で5%以上であることが好ましく、より好ましくは10%以上(例えば25%以上)である。 As a preferable application target of the above-described method for producing porous hollow active material particles, a hollow hollow made of a lithium transition metal oxide (typically a lithium transition metal oxide having a layered structure) containing at least nickel as a constituent metal element is used. An active material particle is mentioned. For example, production of porous hollow active material particles using a lithium transition metal oxide having a composition represented by the following formula: Li 1 + a Ni b Co c Mn (1-bc) M d O 2 ; It is suitable for. Here, 0 ≦ a ≦ 0.2, 0.1 <b <0.9, 0.1 <c <0.4, and 0 ≦ d ≦ 0.01. M in the above formula is an additive, for example, at least one selected from the group consisting of Zr, W, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B and F. possible. The proportion of Ni in the metal elements other than lithium contained in the lithium transition metal oxide is preferably 5% or more, more preferably 10% or more (for example, 25% or more) in terms of the number of atoms.
ここに開示される非水二次電池は、BP−オキサラト化合物を含む非水電解液を使用して構築された(組み立てられた)ものであればよく、その構築後に上記オキサラト化合物の一部または全部が変質(分解等)していてもよい。例えば、ここに開示される好ましいX/Yを満たす正極および負極を備えた電極体を容器に収容し、この容器にBP−オキサラト化合物を含む非水電解液を注入して上記電極体に含浸させると、典型的には、該電解液に含まれるオキサラト化合物の大部分は、電池の構築後すぐに或いは該電池の初回の充電時に、電池の正極または負極の表面付近で分解する。本発明者は、正極の表面付近で分解したオキサラト化合物が、正極表面にイオン伝導性のよい膜を形成するか或いは該膜の一構成成分として利用されることにより、該正極における反応抵抗の低減に寄与するものと考えている。したがって、本発明の適用効果が発揮されるためには、電池の構築時にオキサラト化合物を含む非水電解液が用いられていればよく、該構築から時間の経った電池(例えば、初回の充電後の電池)に該オキサラト化合物が残っていることを必要としない。 The non-aqueous secondary battery disclosed herein may be one constructed (assembled) using a non-aqueous electrolyte solution containing a BP-oxalato compound, and after the construction, a part of the oxalato compound or All may be altered (decomposition etc.). For example, an electrode body having a positive electrode and a negative electrode satisfying preferable X / Y disclosed herein is accommodated in a container, and a non-aqueous electrolyte containing a BP-oxalato compound is injected into the container to impregnate the electrode body. Typically, most of the oxalato compound contained in the electrolyte decomposes near the surface of the battery positive electrode or negative electrode immediately after the battery is constructed or when the battery is charged for the first time. The inventor reduced the reaction resistance of the positive electrode by forming a film having good ion conductivity on the surface of the positive electrode or by using the oxalato compound decomposed near the surface of the positive electrode as a component of the film. I think that it contributes to. Therefore, in order to exert the application effect of the present invention, it is sufficient that a non-aqueous electrolyte containing an oxalato compound is used at the time of construction of the battery. It is not necessary for the oxalato compound to remain in the battery.
なお、B元素含有オキサラト化合物(例えばLiBOB)を含む非水電解液を用いて構築された非水二次電池であることは、例えば、該電池の構成部材(正負極合剤層の表面等)から測定試料を採取し、ICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分析、イオンクロマトグラフィ等によりB元素を検出することによって把握することができる。また、上記非水二次電池の構築に用いられた非水電解液中のB元素含有オキサラト化合物の量(換言すれば、電池ケース内に供給されたB元素含有オキサラト化合物の量)は、例えば、イオンクロマトグラフィにより正負極に含まれるB元素の量を定量する;該電池の容器内に溜まった非水電解液をイオンクロマトグラフィにより分析して該電解液に含まれるB元素の量を定量する;上記電解液をイオンクロマトグラフィにより分析してLiBOBおよびその分解物に起因する化学種を定量する;等の方法により把握することができる。 In addition, the non-aqueous secondary battery constructed using a non-aqueous electrolyte containing a B element-containing oxalato compound (for example, LiBOB) means that, for example, the constituent member of the battery (the surface of the positive and negative electrode mixture layer, etc.) It can be grasped by collecting a measurement sample from the sample and detecting B element by ICP (high frequency inductively coupled plasma) emission analysis, ion chromatography or the like. Further, the amount of the B element-containing oxalato compound (in other words, the amount of the B element-containing oxalato compound supplied into the battery case) in the non-aqueous electrolyte used for the construction of the non-aqueous secondary battery is, for example, Quantifying the amount of B element contained in the positive and negative electrodes by ion chromatography; analyzing the non-aqueous electrolyte stored in the battery container by ion chromatography to quantify the amount of B element contained in the electrolyte; The electrolytic solution can be analyzed by ion chromatography to determine the chemical species caused by LiBOB and its decomposition products;
同様に、P元素含有オキサラト化合物を含む非水電解液を用いて構築された非水二次電池であることは、例えば、該電池の構成部材(正負極合剤層の表面等)から測定試料を採取し、ICP発光分析、イオンクロマトグラフィ等によりP元素を検出することにより把握することができる。かかる分析によると、支持電解質としてLiPF6を含む非水電解液を用いた電池であっても、LiPF6に由来するP元素とは区別して、P元素含有オキサラト化合物に由来するP元素の存在を認識することができる。また、上記非水二次電池の構築に用いられた非水電解液中のP元素含有オキサラト化合物の量は、例えば、電池の容器内に溜まった非水電解液をイオンクロマトグラフィにより分析して、P元素含有オキサラト化合物およびその分解物に起因する化学種を定量することによって把握することができる。 Similarly, it is a non-aqueous secondary battery constructed using a non-aqueous electrolyte containing a P element-containing oxalato compound, for example, from a constituent member of the battery (such as the surface of the positive / negative electrode mixture layer) to a measurement sample Can be obtained by detecting P element by ICP emission analysis, ion chromatography or the like. According to this analysis, even in a battery using a non-aqueous electrolyte containing LiPF 6 as a supporting electrolyte, the presence of the P element derived from the P element-containing oxalato compound is distinguished from the P element derived from LiPF 6. Can be recognized. The amount of the P element-containing oxalato compound in the non-aqueous electrolyte used in the construction of the non-aqueous secondary battery is, for example, by analyzing the non-aqueous electrolyte accumulated in the battery container by ion chromatography, It can be grasped by quantifying the chemical species resulting from the P element-containing oxalato compound and its decomposition product.
また、非水二次電池の組立後(該電池の使用開始後であり得る。)に該電池の全正極活物質DBP吸収量X(mL)を把握するには、例えば、該電池を解体して正極合剤を回収し(上記正極合剤層が正極集電体上に形成された構成の電池では、該集電体から正極合剤層を分離し)、その正極合剤を酸化性雰囲気中で加熱して有機物成分(結着剤等)を揮発除去し、その加熱残分(無機成分)についてDBP吸収量X(mL)を測定するとよい。上記加熱残分には、正極合剤の任意成分である導電材(アセチレンブラック等)が含まれ得るが、通常その使用量は正極活物質に比べて少量(質量基準で正極活物質の20%以下)であるので、正極活物質と導電材との混合物のDBP吸収量を測定することによっても、全正極活物質DBP吸収量X(mL)の概略値を把握することは可能である。 In order to grasp the total positive electrode active material DBP absorption amount X (mL) of the battery after assembly of the non-aqueous secondary battery (which may be after the start of use of the battery), for example, the battery is disassembled. The positive electrode mixture is recovered (in a battery having the positive electrode mixture layer formed on the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer is separated from the current collector), and the positive electrode mixture is removed from the oxidizing atmosphere. It is preferable that the organic component (binder or the like) is volatilized and removed by heating in, and the DBP absorption amount X (mL) is measured for the heated residue (inorganic component). The heating residue may include a conductive material (acetylene black or the like) which is an optional component of the positive electrode mixture, but the amount used is usually a small amount (20% of the positive electrode active material on a mass basis) compared to the positive electrode active material. Therefore, it is possible to grasp the approximate value of the total positive electrode active material DBP absorption amount X (mL) by measuring the DBP absorption amount of the mixture of the positive electrode active material and the conductive material.
一方、非水二次電池の組立後(該電池の使用開始後であり得る。)に該電池の全負極活物質DBP吸収量Y(mL)を把握するには、例えば、該電池を解体して負極合剤を回収し、その負極合剤を酸化性雰囲気中で加熱して有機物成分(結着剤等)を揮発除去し、その加熱残分(無機成分)についてDBP吸収量Y(mL)を測定するとよい。このようにして得られた全正極活物質DBP吸収量X(mL)および全負極活物質DBP吸収量Y(mL)から、当該電池のX/Yの値を見積もることができる。 On the other hand, in order to grasp the total negative electrode active material DBP absorption Y (mL) of the battery after the assembly of the nonaqueous secondary battery (which may be after the start of use of the battery), for example, the battery is disassembled. The negative electrode mixture is recovered, the negative electrode mixture is heated in an oxidizing atmosphere to volatilize and remove organic components (binder, etc.), and the DBP absorption amount Y (mL) for the heating residue (inorganic component) Should be measured. From the total positive electrode active material DBP absorption amount X (mL) and the total negative electrode active material DBP absorption amount Y (mL) thus obtained, the X / Y value of the battery can be estimated.
ここに開示される非水二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)は、BP−オキサラト化合物の利用により、耐久性が改善され(例えば、保存中の抵抗上昇がより少なく)、かつ初期特性(例えば、初期効率および初期抵抗の一方または両方)にも優れた高性能のものとなり得ることから、各種用途向けの二次電池として利用可能である。例えば、図4に示すように、自動車等の車両1に搭載される車両駆動用モータ(電動機)の電源として、ここに開示されるいずれかの非水二次電池100を好適に利用することができる。車両1の種類は特に限定されないが、典型的には、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等である。かかる非水二次電池100は、単独で使用されてもよく、直列および/または並列に複数接続されてなる組電池の形態で使用されてもよい。 Non-aqueous secondary batteries disclosed herein (typically lithium ion secondary batteries) have improved durability (eg, less resistance increase during storage) due to the use of BP-oxalato compounds, and Since it can be a high-performance battery having excellent initial characteristics (for example, one or both of initial efficiency and initial resistance), it can be used as a secondary battery for various applications. For example, as shown in FIG. 4, any non-aqueous secondary battery 100 disclosed herein can be suitably used as a power source for a vehicle driving motor (electric motor) mounted on a vehicle 1 such as an automobile. it can. Although the kind of vehicle 1 is not specifically limited, Typically, they are a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, etc. Such non-aqueous secondary battery 100 may be used alone, or may be used in the form of an assembled battery that is connected in series and / or in parallel.
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。
≪正極活物質≫
以下の実験における正極活物質としては、次のようにして作製された孔空き中空構造の活物質粒子を使用した。
槽内温度40℃に設定された反応槽内にイオン交換水を入れ、攪拌しつつ窒素ガスを流通させて、該イオン交換水を窒素置換するとともに反応槽内を酸素ガス(O2)濃度2.0%の非酸化性雰囲気に調整した。次いで、25%水酸化ナトリウム水溶液と25%アンモニア水とを、液温25℃を基準として測定するpHが12.5となり且つ液中NH4 +濃度が5g/Lとなるように加えた。
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.
≪Positive electrode active material≫
As the positive electrode active material in the following experiments, active material particles having a perforated hollow structure produced as follows were used.
Ion exchange water is put into a reaction tank set at a temperature of 40 ° C., and nitrogen gas is circulated while stirring to replace the ion exchange water with nitrogen, and oxygen gas (O 2 ) concentration in the reaction tank is 2 Adjusted to 0.0% non-oxidizing atmosphere. Next, a 25% aqueous sodium hydroxide solution and 25% aqueous ammonia were added so that the pH measured on the basis of the liquid temperature of 25 ° C. was 12.5 and the NH 4 + concentration in the liquid was 5 g / L.
硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンを、Ni:Co:Mnのモル比が0.33:0.33:0.33となり且つこれら金属元素の合計モル濃度が1.8モル/Lとなるように水に溶解させて、混合水溶液を調整した。この混合水溶液と25%NaOH水溶液と25%アンモニア水とを上記反応槽内に一定速度で供給することにより、反応液をpH12.5、アンモニア濃度5g/Lに制御しつつ、該反応液からNiCoMn複合水酸化物を晶析させた(核生成段階)。 In nickel sulfate, cobalt sulfate, and manganese sulfate, the molar ratio of Ni: Co: Mn is 0.33: 0.33: 0.33, and the total molar concentration of these metal elements is 1.8 mol / L. A mixed aqueous solution was prepared by dissolving in water. By supplying this mixed aqueous solution, 25% NaOH aqueous solution and 25% aqueous ammonia into the reaction vessel at a constant rate, the reaction solution was controlled to pH 12.5 and ammonia concentration 5 g / L, while the NiCoMn was removed from the reaction solution. The composite hydroxide was crystallized (nucleation stage).
上記混合水溶液の供給開始から2分30秒経過したところで、25%NaOH水溶液の供給を停止した。上記混合水溶液および25%アンモニア水については引き続き一定速度で供給を行った。反応液のpHが11.6まで低下した後、25%NaOH水溶液の供給を再開した。そして、反応液をpH11.6且つ後述するアンモニア濃度に制御しつつ、上記混合水溶液、25%NaOH水溶液および25%アンモニア水を供給する操作を4時間継続してNiCoMn複合水酸化物粒子を成長させた(粒子成長段階)。その後、生成物を反応槽から取り出し、水洗し、乾燥させた。このようにして、Ni0.33Co0.33Mn0.33(OH)2+α(ここで、式中のαは0≦α≦0.5である。)で表わされる組成の複合水酸化物粒子を得た。 When 2 minutes and 30 seconds had elapsed from the start of the supply of the mixed aqueous solution, the supply of the 25% NaOH aqueous solution was stopped. The mixed aqueous solution and 25% aqueous ammonia were continuously supplied at a constant rate. After the pH of the reaction solution dropped to 11.6, the supply of 25% aqueous NaOH solution was resumed. Then, while controlling the reaction solution to pH 11.6 and the ammonia concentration described later, the operation of supplying the above mixed aqueous solution, 25% NaOH aqueous solution and 25% ammonia water was continued for 4 hours to grow NiCoMn composite hydroxide particles. (Particle growth stage). The product was then removed from the reaction vessel, washed with water and dried. In this manner, composite hydroxide particles having a composition represented by Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 (OH) 2 + α (where α is 0 ≦ α ≦ 0.5) were obtained. .
上記複合水酸化物粒子に対し、大気雰囲気中、150℃で12時間の熱処理を施した。次いで、リチウム源としてのLi2CO3と上記複合水酸化物粒子とを、リチウムのモル数(MLi)と上記複合水酸化物を構成するNi,CoおよびMnの総モル数(MMe)との比(MLi:MMe)が1.15:1となるように混合した。この混合物を760℃で4時間焼成し(第一焼成段階)、次いで950℃で10時間焼成した(第二焼成段階)。その後、焼成物を解砕し、篩分けを行った。このようにして、Li1.15Ni0.33Co0.33Mn0.33O2で表わされる組成の活物質粒子サンプルを得た。 The composite hydroxide particles were heat-treated at 150 ° C. for 12 hours in an air atmosphere. Next, Li 2 CO 3 as the lithium source and the composite hydroxide particles are combined into the number of moles of lithium (M Li ) and the total number of moles of Ni, Co and Mn constituting the composite hydroxide (M Me ). And the mixture (M Li : M Me ) was 1.15: 1. This mixture was fired at 760 ° C. for 4 hours (first firing stage), and then fired at 950 ° C. for 10 hours (second firing stage). Thereafter, the fired product was crushed and sieved. In this manner, an active material particle sample having a composition represented by Li 1.15 Ni 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 was obtained.
上記の活物質粒子サンプル作製過程において、複合水酸化物粒子の作製時に使用する反応液等の条件を調節することにより、より具体的には、粒子成長段階において反応液のアンモニア濃度を1〜15g/mLの間の異なる濃度にそれぞれ維持(制御)することにより、上述した方法によるDBP吸収量xがそれぞれ22mL/100g(サンプルP1)、30mL/100g(サンプルP2)、35mL/100g(サンプルP3)および41.1mL/100g(サンプルP4)である4種類の活物質粒子を作製した。 In the above active material particle sample preparation process, by adjusting the conditions of the reaction liquid used when preparing the composite hydroxide particles, more specifically, the ammonia concentration of the reaction liquid is adjusted to 1 to 15 g in the particle growth stage. By maintaining (controlling) each at a different concentration between 25 mL / mL, the DBP absorption amount x by the above-described method is 22 mL / 100 g (sample P1), 30 mL / 100 g (sample P2), and 35 mL / 100 g (sample P3), respectively. And 4 types of active material particles of 41.1 mL / 100 g (sample P4) were produced.
これらサンプルP1〜P4の活物質粒子につき表面SEM観察を行ったところ、いずれの活物質粒子サンプルにおいても、明確な殻部と中空部とを備え、該殻部にはいくつかの(一粒子当たり平均1つ以上の)貫通孔が形成され、その貫通孔以外の部分では殻部が緻密に焼結していることが確認された。サンプルP1〜P4の平均硬度を上記方法により測定したところ、いずれも0.5MPa〜10MPaの範囲にあることが確認された。また、サンプルP1〜P4の平均粒子径はいずれも3μm〜8μmの範囲にあり、粒子空孔率はいずれも3%〜50%の範囲にあった。 When surface SEM observation was performed on the active material particles of these samples P1 to P4, each active material particle sample had a clear shell portion and a hollow portion, and the shell portion had several (per particle) It was confirmed that an average of one or more through-holes were formed, and the shell portion was densely sintered at portions other than the through-holes. When the average hardness of samples P1 to P4 was measured by the above method, it was confirmed that all were in the range of 0.5 MPa to 10 MPa. Further, the average particle diameters of the samples P1 to P4 were all in the range of 3 μm to 8 μm, and the particle porosity was in the range of 3% to 50%.
≪負極活物質≫
負極活物質としては、グラファイト粒子および該粒子の表面にアモルファスカーボンがコートされた構造のカーボン粒子を使用した。上記アモルファスカーボンコートされたカーボン粒子として、具体的には、天然黒鉛粉末の表面に気相法によりピッチを付着させて、不活性雰囲気下において1000℃〜1300℃で10時間焼成した後、篩いにかけ、平均粒子径を調整したものを使用した。上記の負極活物質サンプル作製過程において、使用する天然黒鉛粉末の平均粒子径(D50)を8μm〜11μmの間で異ならせ、また黒鉛粉末質量に対するピッチのコート量を0質量%〜6質量%の範囲で異ならせることにより、上述した方法によるDBP吸収量yがそれぞれ34.3mL/100g(サンプルQ1)、36.6mL/100g(サンプルQ2)、50mL/100g(サンプルQ3)、60mL/100g(サンプルQ4)、および77.5mL/100g(サンプルQ5)である5種類の負極活物質を用意した。
≪Negative electrode active material≫
As the negative electrode active material, graphite particles and carbon particles having a structure in which amorphous carbon was coated on the surfaces of the particles were used. Specifically, the amorphous carbon-coated carbon particles are made by attaching a pitch to the surface of natural graphite powder by a vapor phase method, firing at 1000 ° C. to 1300 ° C. for 10 hours in an inert atmosphere, and then sieving. The average particle size was adjusted. In the negative electrode active material sample preparation process, the average particle diameter (D50) of the natural graphite powder used is varied between 8 μm and 11 μm, and the coating amount of the pitch with respect to the mass of the graphite powder is 0% by mass to 6% by mass. By varying the range, the DBP absorption y by the above-described method was 34.3 mL / 100 g (sample Q1), 36.6 mL / 100 g (sample Q2), 50 mL / 100 g (sample Q3), and 60 mL / 100 g (sample), respectively. Q4) and 5 types of negative electrode active materials of 77.5 mL / 100 g (sample Q5) were prepared.
≪評価用電池の作製≫
上記で用意したサンプルP1〜P4を正極活物質に用い、サンプルQ1〜Q5を負極活物質に用いて、概略図1、図2に示す構造の評価用電池(例1〜14)を作製した。
正極活物質(サンプルP1〜P4のなかから、表1〜3に示すDBP吸収量xに対応するものを使用した。)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、結着剤としてのPVDFとを、これらの質量比が90:8:2であり且つNVが50%となるようにNMPと混合して、スラリー状の組成物を調製した。厚さ15μm、幅115mm、長さ3000mmのアルミニウム箔(正極集電体)32の両面に、上記組成物を95mmの幅で、乾燥後の質量が両面の合計で12mg/cm2となるように塗布した。これを乾燥後プレスして、集電体32の両面に正極合剤層34を有する正極シート30を作製した。
≪Production of evaluation battery≫
Samples P1 to P4 prepared above were used as the positive electrode active material, and samples Q1 to Q5 were used as the negative electrode active material to prepare evaluation batteries (Examples 1 to 14) having the structures shown in FIGS.
Positive electrode active material (from samples P1 to P4, those corresponding to DBP absorption x shown in Tables 1 to 3 were used), acetylene black (AB) as a conductive material, and PVDF as a binder Were mixed with NMP such that their mass ratio was 90: 8: 2 and NV was 50% to prepare a slurry-like composition. The above composition is 95 mm wide on both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) 32 having a thickness of 15 μm, a width of 115 mm, and a length of 3000 mm so that the total mass after drying is 12 mg / cm 2. Applied. This was dried and pressed to produce a positive electrode sheet 30 having a positive electrode mixture layer 34 on both sides of the current collector 32.
上記で用意した負極活物質(サンプルQ1〜Q5のなかから、表1〜3に示すDBP吸収量yに対応するものを使用した。)とSBRとCMCとを、これらの質量比が98:1:1であり且つNVが45%となるようにイオン交換水と混合して、スラリー状の組成物を調製した。厚さ10μm、幅120mm、長さ3200mmの銅箔(負極集電体)42の両面に、上記組成物を105mmの幅で、乾燥後の質量が両面の合計で7.5mg/cm2となるように塗布した。これを乾燥後プレスして、集電体42の両面に負極合剤層44を有する負極シート40を作製した。 The negative electrode active material prepared above (from samples Q1 to Q5, the one corresponding to the DBP absorption y shown in Tables 1 to 3 was used), SBR, and CMC had a mass ratio of 98: 1. 1 and mixed with ion-exchanged water so that NV was 45% to prepare a slurry-like composition. The above composition is 105 mm wide on both sides of a copper foil (negative electrode current collector) 42 having a thickness of 10 μm, a width of 120 mm, and a length of 3200 mm, and the total mass after drying is 7.5 mg / cm 2. It was applied as follows. This was dried and pressed to produce a negative electrode sheet 40 having a negative electrode mixture layer 44 on both sides of the current collector 42.
正極シート30と負極シート40とを、2枚の多孔質ポリエチレンシート50(厚さ20μm)とともに捲回し、扁平形状に成形して電極体20を作製した。正極端子38および負極端子48を蓋体14に取り付け、これらの端子38,48を電極体20端部において露出した正極集電体32および負極集電体42にそれぞれ溶接した。このようにして蓋体14と連結された電極体20を、ケース10の開口部12からその内部に収容し、該ケース10の開口部12に蓋体14を溶接した。 The positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40 were wound together with two porous polyethylene sheets 50 (thickness 20 μm), and formed into a flat shape to produce an electrode body 20. The positive electrode terminal 38 and the negative electrode terminal 48 were attached to the lid body 14, and these terminals 38 and 48 were welded to the positive electrode current collector 32 and the negative electrode current collector 42 exposed at the end of the electrode body 20, respectively. Thus, the electrode body 20 connected to the lid body 14 was accommodated in the inside of the opening portion 12 of the case 10, and the lid body 14 was welded to the opening portion 12 of the case 10.
蓋体14に設けられた電解液注入孔(図示せず)から非水電解液90を注入した。非水電解液90としては、ECとDMCとEMCとの体積比1:1:1の混合溶媒中に、支持塩としてのLiPF6を1mol/L(1M)の濃度で含み、さらに表1〜3に示す濃度でリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)を含むものを使用した。 A nonaqueous electrolytic solution 90 was injected from an electrolytic solution injection hole (not shown) provided in the lid 14. As the non-aqueous electrolyte 90, LiPF 6 as a supporting salt was contained at a concentration of 1 mol / L (1 M) in a 1: 1: 1 volume ratio of EC, DMC, and EMC, and Table 1 3 containing lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) at the concentration shown in FIG.
その後、上記注入孔を塞いで、評価用のリチウムイオン二次電池100を構築した。各試験用電池は、それぞれ、約32mgの正極活物質、約30mgの負極活物質、および約30mLの非水電解液を有する。 Then, the said injection hole was plugged and the lithium ion secondary battery 100 for evaluation was constructed | assembled. Each test battery has about 32 mg of a positive electrode active material, about 30 mg of a negative electrode active material, and about 30 mL of a non-aqueous electrolyte.
次に、上記のように構築した評価試験用の電池について行われるコンディショニング工程、定格容量の測定、およびSOC調整を順に説明する。 Next, the conditioning process, rated capacity measurement, and SOC adjustment performed for the evaluation test battery constructed as described above will be described in order.
≪コンディショニング≫
コンディショニング工程は、次の手順1〜2によって行った。
手順1:1Cの定電流(1Cは、満充電状態の電池を1時間で放電終止電圧まで放電させる電流値を意味する。放電時間率と称されることもある。)にて端子間電圧が4.1Vに到達するまで充電(CC充電)した後、5分間休止する。
手順2:手順1の後、定電圧充電(CV充電)にて1.5時間充電し、5分間休止する。
<< conditioning >>
The conditioning process was performed according to the following procedures 1-2.
Procedure 1: A constant voltage of 1 C (1 C means a current value that discharges a fully charged battery to a discharge end voltage in 1 hour, sometimes called a discharge time rate). 4. Charge until it reaches 1V (CC charge), then pause for 5 minutes.
Procedure 2: After Procedure 1, charge with constant voltage charging (CV charging) for 1.5 hours and rest for 5 minutes.
≪定格容量の測定≫
評価試験用電池の定格容量は、上記コンディショニング工程後の評価試験用電池について、温度25℃、3.0Vから4.1Vの電圧範囲で、次の手順1〜3によって測定した。
手順1:1Cの定電流放電(CC放電)によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電(CV放電)し、その後、10秒間休止する。
手順2:1Cの定電流充電によって4.1Vに到達後、定電圧充電にて2.5時間充電し、その後、10秒間休止する。
手順3:0.5Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間停止する。
上記手順3における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量(CCCV放電容量)を定格容量とする。
≪Measurement of rated capacity≫
The rated capacity of the evaluation test battery was measured by the following procedures 1 to 3 at a temperature of 25 ° C. and a voltage range of 3.0 V to 4.1 V for the evaluation test battery after the conditioning step.
Procedure 1: After reaching 3.0 V by constant current discharge (CC discharge) of 1 C, discharge at constant voltage discharge for 2 hours (CV discharge), and then rest for 10 seconds.
Procedure 2: After reaching 4.1 V by constant current charging at 1 C, charge for 2.5 hours by constant voltage charging, and then rest for 10 seconds.
Procedure 3: After reaching 3.0 V by constant current discharge of 0.5 C, discharge at constant voltage discharge for 2 hours, and then stop for 10 seconds.
The discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge to the constant voltage discharge in the procedure 3 is defined as the rated capacity.
≪SOC調整≫
SOC調整は、上記コンディショニング工程および定格容量測定の後で、25℃の温度環境下にて次の1、2の手順によって行った。
手順1:3Vから1Cの定電流で充電し、定格容量の凡そ60%の充電状態(SOC60%)にする。ここで、「SOC」は、State of Chargeを意味する。
手順2:60%以上のSOCに調整する場合には、手順1の後、所望の充電状態に到達するまで定電圧で充電する。
≪SOC adjustment≫
The SOC adjustment was performed by the following procedures 1 and 2 in a temperature environment of 25 ° C. after the conditioning process and the rated capacity measurement.
Procedure 1: Charging at a constant current of 3V to 1C to obtain a charged state (SOC 60%) of about 60% of the rated capacity. Here, “SOC” means State of Charge.
Procedure 2: When adjusting to SOC of 60% or more, after Procedure 1, charge at a constant voltage until a desired state of charge is reached.
次に、かかる評価試験用の電池について、「初期効率」、「初期抵抗」および「耐久後抵抗」の測定方法ならびに抵抗増加率の算出方法を順に説明する。 Next, a method for measuring “initial efficiency”, “initial resistance”, and “resistance after durability” and a method for calculating a resistance increase rate will be described in order for the battery for the evaluation test.
≪初期効率≫
上記コンディショニング工程において手順1および手順2を通じて充電(CC−CV充電)された合計容量を初回充電容量とし、上記定格容量測定において手順1により放電(CC−CV充電)した合計容量を初回放電容量とする。そして、次式:(初回放電容量)/初回充電容量)×100;により初期効率(%)を算出した。
≪Initial efficiency≫
The total capacity charged (CC-CV charge) through procedure 1 and procedure 2 in the conditioning process is defined as initial charge capacity, and the total capacity discharged (CC-CV charge) in procedure 1 in the rated capacity measurement is defined as initial discharge capacity. To do. Then, the initial efficiency (%) was calculated by the following formula: (initial discharge capacity) / initial charge capacity) × 100;
≪初期抵抗≫
SOC60%(定格容量の凡そ60%の充電状態)に調整した評価用電池を、−15℃の測定環境にて7Cの放電レートで10秒間放電させた。このときの電圧降下から、低温(−15℃)における初期抵抗の値(10秒IV抵抗値)を求めた。
≪Initial resistance≫
The evaluation battery adjusted to SOC 60% (charged state of about 60% of the rated capacity) was discharged for 10 seconds at a discharge rate of 7C in a measurement environment of −15 ° C. From the voltage drop at this time, the initial resistance value (10-second IV resistance value) at a low temperature (−15 ° C.) was obtained.
≪高温保存耐久試験による抵抗増加率≫
SOC80%(定格容量の凡そ80%の充電状態)の電池を60℃の環境下に30日間保存した。保存後の電池の10秒IV抵抗(耐久後抵抗)を、上記初期抵抗と同様にして測定した。そして、次式:(耐久後抵抗)/(初期抵抗)×100;により抵抗増加率(%)を算出した。
≪Resistivity increase rate by high temperature storage durability test≫
A battery having an SOC of 80% (charged state of about 80% of the rated capacity) was stored in an environment of 60 ° C. for 30 days. The 10-second IV resistance (resistance after durability) of the battery after storage was measured in the same manner as the initial resistance. Then, the rate of increase in resistance (%) was calculated according to the following formula: (resistance after durability) / (initial resistance) × 100;
例1〜14に係る評価用電池について得られた初期効率、初期抵抗、耐久後抵抗および抵抗増加率を表1〜3に示す。これらの表には、各電池の作製に使用した正極活物質および負極活物質のDBP吸収量x,y、使用した非水電解液におけるLiBOBの濃度、各電池に注入された非水電解液に含まれるLiBOBの全モル数量A(上記LiBOB濃度および電解液の使用量から算出した。)各電池における全正極活物質DBP吸収量Xおよび全負極活物質DBP吸収量Y(上記x,yと、各電池に含まれる正極活物質および負極活物質の質量から算出した。)、これらの比(X/Y)、全正極活物質DBP吸収量Xに対するLiBOBの全モル数量Aの割合(A/X)を併せて示している。 Tables 1 to 3 show the initial efficiency, initial resistance, post-endurance resistance, and resistance increase rate obtained for the evaluation batteries according to Examples 1 to 14. In these tables, the DBP absorption amounts x and y of the positive electrode active material and the negative electrode active material used for the preparation of each battery, the concentration of LiBOB in the used non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte injected into each battery The total molar quantity A of LiBOB contained (calculated from the LiBOB concentration and the amount of electrolyte used). The total positive electrode active material DBP absorption amount X and the total negative electrode active material DBP absorption amount Y (the above x, y, and Calculated from the masses of the positive electrode active material and the negative electrode active material contained in each battery.), Their ratio (X / Y), the ratio of the total molar quantity A of LiBOB to the total positive electrode active material DBP absorption amount X (A / X ) Is also shown.
表1に示されるように、全LiBOB量A(mmol)が等しい非水電解液を用いて作製された例1〜6の評価用電池のうち、X/Yが0.60〜1.25の範囲にある例1〜4は、X/Yが0.60に満たない例5に比べて抵抗増加率が明らかに小さかった。これは、電池内にあるLiBOB量が同じでも、X/Yが大きい例1〜4に係る電池では、より多くのLiBOBが正極側に配分されたため、この正極側においてより高い抵抗増加率抑制効果が発揮されたものと考えられる。また、例5に比べて例1〜4の初期効率が高かったのは、負極側に配分されて初期効率を低下させるLiBOBの量が少なかったためと考えられる。例1〜4に比べて例6に係る電池の初期抵抗が高かったのは、DBP吸収量yが小さすぎる負極活物質を使用してX/Yの値を大きくしたため、負極活物質の実反応面積が不足して電池反応の速度が制約され、これにより初期抵抗が高くなったものと推察される。 As shown in Table 1, among the evaluation batteries of Examples 1 to 6 manufactured using non-aqueous electrolytes having the same total LiBOB amount A (mmol), X / Y is 0.60 to 1.25. In Examples 1-4 in the range, the rate of increase in resistance was clearly smaller than Example 5 in which X / Y was less than 0.60. This is because, even in the case where the amount of LiBOB in the battery is the same, in the batteries according to Examples 1 to 4 where X / Y is large, more LiBOB is distributed to the positive electrode side. It is thought that was demonstrated. Moreover, it is considered that the initial efficiency of Examples 1 to 4 was higher than that of Example 5 because the amount of LiBOB distributed to the negative electrode side to reduce the initial efficiency was small. The initial resistance of the battery according to Example 6 was higher than that of Examples 1 to 4 because the value of X / Y was increased by using a negative electrode active material having a DBP absorption y that was too small. It is inferred that the area was insufficient and the battery reaction rate was restricted, which caused the initial resistance to increase.
表2に示されるように、DBP吸収量xが小さすぎる正極活物質を使用した例8に係る電池は、例1,7に係る電池に比べて初期効率が明らかに低かった。これは、例8に係る電池ではX/Yが0.60に満たない(0.50以下である)ため、負極側に多くのLiBOBが配分され、このLiBOBの還元分解により初期効率が低下したものと考えられる。 As shown in Table 2, the battery according to Example 8 using the positive electrode active material with the DBP absorption x being too small was clearly lower in initial efficiency than the batteries according to Examples 1 and 7. This is because, in the battery according to Example 8, X / Y is less than 0.60 (0.50 or less), so a large amount of LiBOB is distributed on the negative electrode side, and the initial efficiency is reduced due to the reductive decomposition of LiBOB. It is considered a thing.
表3に示されるように、A/Xが0.02〜0.30mmol/mLの範囲にある例1,9〜12に係る電池、初期効率は低く、抵抗増加率は小さく、良好な性能を示した。A/Xが小さすぎる例13は、例1,9〜12に比べて抵抗増加率が高かった。これは、X/Yを0.60以上とすることによりLiBOBの正極側への分配率を増やしても、全LiBOB量が少なすぎるため、正極の実反応面積当たりに供給されるLiBOB量が不足して十分な添加効果が発揮されなかったためと考えられる。例14において初期効率が低かったのは、X/Yを大きくすることによりLiBOBの負極側への分配率を減らしても、全LiBOB量が多すぎると、低い分配率ながらも負極側に分配されるLiBOBの絶対量が多くなり、このLiBOBの還元分解により初期効率が低下したものと推察される。 As shown in Table 3, the batteries according to Examples 1 and 9 to 12 in which A / X is in the range of 0.02 to 0.30 mmol / mL, the initial efficiency is low, the resistance increase rate is small, and good performance is obtained. Indicated. Example 13 in which A / X was too small had a higher resistance increase rate than Examples 1 and 9-12. This is because even if the distribution ratio of LiBOB to the positive electrode side is increased by setting X / Y to 0.60 or more, the total amount of LiBOB is too small, so the amount of LiBOB supplied per actual reaction area of the positive electrode is insufficient. Therefore, it is considered that a sufficient addition effect was not exhibited. In Example 14, the initial efficiency was low because even if the distribution ratio of LiBOB to the negative electrode side was decreased by increasing X / Y, if the total amount of LiBOB was too large, it was distributed to the negative electrode side even with a low distribution ratio. The absolute amount of LiBOB increases, and it is presumed that the initial efficiency was reduced by the reductive decomposition of LiBOB.
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.
1 車両
10 電池ケース
12 開口部
14 蓋体
20 捲回電極体
30 正極シート(正極)
32 正極集電体
34 正極合剤層
38 正極端子
40 負極シート(負極)
42 負極集電体
44 負極合剤層
48 負極端子
50 セパレータ
90 非水電解液
100 リチウムイオン二次電池(非水二次電池)
610 活物質粒子
612 殻部
614 中空部
616 貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 10 Battery case 12 Opening part 14 Cover body 20 Winding electrode body 30 Positive electrode sheet (positive electrode)
32 Positive electrode current collector 34 Positive electrode mixture layer 38 Positive electrode terminal 40 Negative electrode sheet (negative electrode)
42 Anode current collector 44 Anode mixture layer 48 Anode terminal 50 Separator 90 Nonaqueous electrolyte 100 Lithium ion secondary battery (nonaqueous secondary battery)
610 Active material particles 612 Shell portion 614 Hollow portion 616 Through hole
Claims (9)
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、前記正極活物質および前記負極活物質の双方に接して配置された非水電解液とを用いて構築されており、
前記非水電解液としては、B元素およびP元素の少なくとも一方を含有するオキサラト錯体化合物と、非水溶媒と、を含む非水電解液が用いられ、
前記電池に含まれる前記正極活物質の全量についてのDBP吸収量X(mL)と、該電池に含まれる前記負極活物質の全量についてのDBP吸収量Y(mL)との関係が、以下の式:
0.60≦X/Y≦1.25;
を満たす、非水電解液二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery,
It is constructed using a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte disposed in contact with both the positive electrode active material and the negative electrode active material,
As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte containing an oxalato complex compound containing at least one of element B and element P, and a non-aqueous solvent is used.
The relationship between the DBP absorption amount X (mL) for the total amount of the positive electrode active material included in the battery and the DBP absorption amount Y (mL) for the total amount of the negative electrode active material included in the battery is expressed by the following formula. :
0.60 ≦ X / Y ≦ 1.25;
Satisfying the non-aqueous electrolyte secondary battery.
0.02≦A/X(mmol/mL)≦0.30;
を満たす、請求項1に記載の非水電解液二次電池。 The relationship between the total number of moles A (mmol) of the oxalato complex compound contained in the battery and the DBP absorption amount X (mL) for the total amount of the positive electrode active material contained in the battery is expressed by the following formula:
0.02 ≦ A / X (mmol / mL) ≦ 0.30;
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein
0.55≦x/y≦1.15;
を満たす、請求項1から4のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。 The relationship between the DBP absorption amount x (mL) per 100 g of the positive electrode active material and the DBP absorption amount y (mL) per 100 g of the negative electrode active material is expressed by the following formula:
0.55 ≦ x / y ≦ 1.15;
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極とを用意する工程、ここで、前記正極および前記負極は、前記正極の有する前記正極活物質の全量についてのDBP吸収量X(mL)と、前記負極の有する前記負極活物質の全量についてのDBP吸収量Y(mL)との関係が、以下の式:
0.60≦X/Y≦1.25;
を満たす;
B元素およびP元素の少なくとも一方を含有するオキサラト錯体化合物と非水溶媒とを含む非水電解液を用意する工程;および、
前記正極、前記負極および前記非水電解液を容器に収容して電池を構築する工程;
を包含する、非水電解液二次電池製造方法。 A method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery,
Preparing a positive electrode having a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material, wherein the positive electrode and the negative electrode are DBP absorption amount X (mL) with respect to the total amount of the positive electrode active material possessed by the positive electrode; The relationship between the total amount of the negative electrode active material of the negative electrode and the DBP absorption amount Y (mL) is represented by the following formula:
0.60 ≦ X / Y ≦ 1.25;
Satisfy;
Providing a non-aqueous electrolyte containing an oxalato complex compound containing at least one of element B and element P and a non-aqueous solvent; and
Storing the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte in a container to construct a battery;
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
0.02≦A/X(mmol/mL)≦0.30;
を満たす、請求項8に記載の方法。 Relationship between the total mole number A (mmol) of the oxalato complex compound contained in the non-aqueous electrolyte contained in the container and the DBP absorption amount X (mL) with respect to the total amount of the positive electrode active material contained in the battery But the following formula:
0.02 ≦ A / X (mmol / mL) ≦ 0.30;
The method of claim 8, wherein:
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