JP2013114882A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Ko Ogiwara
航 荻原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery that has a large initial discharge capacity.SOLUTION: The lithium ion secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material layer that is provided on a collector and contains a positive electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium and containing manganese as a major constituent transition metal element; a negative electrode including a negative electrode active material layer that is provided on a collector and contains a negative electrode active material containing carbon or silicon as a major constituent; a nonaqueous electrolyte; and a separator. The lithium ion secondary battery includes a protective layer disposed between the negative electrode active material layer and the separator, and containing a material that undergoes an oxidation-reduction reaction at a potential higher than the negative electrode active material, and a polymer compound with a carboxyl group. The mass ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery is higher than or equal to 0.03.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。更に詳細には、本発明は、優れた初期放電容量を有するリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery. More specifically, the present invention relates to a lithium ion secondary battery having an excellent initial discharge capacity.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵となるモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that will be the key to the practical application of these technologies is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、高い理論エネルギを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、一般に、正極集電体上に正極活物質等を含むスラリを塗布して形成した正極と、負極集電体上に負極活物質等を含むスラリを塗布して形成した負極と、これらの間に位置する電解質とを有し、電池ケースに収納される構成を備えている。   As a secondary battery for driving a motor, a lithium ion secondary battery having a high theoretical energy is attracting attention, and is currently being developed rapidly. A lithium ion secondary battery is generally formed by applying a slurry containing a positive electrode active material or the like on a positive electrode current collector and a slurry containing a negative electrode active material or the like on a negative electrode current collector. It has a configuration that includes a negative electrode and an electrolyte positioned therebetween and is housed in a battery case.

リチウムイオン二次電池の容量特性、出力特性などの向上のためには、各活物質の選定が極めて重要である。   In order to improve the capacity characteristics and output characteristics of the lithium ion secondary battery, selection of each active material is extremely important.

従来、負荷特性の良好なリチウム二次電池を提供することを目的として、正極活物質として、LiNiOとLiMnOとの固溶体を用いることが提案されている(特許文献1参照。)。 Conventionally, for the purpose of providing a lithium secondary battery with good load characteristics, it has been proposed to use a solid solution of LiNiO 2 and Li 2 MnO 3 as a positive electrode active material (see Patent Document 1).

特開平9−55211号公報JP-A-9-55211

また、本発明者が、更に検討を重ねたところ、上記特許文献1に記載の固溶体はLiMnOを母構造とするものであるが、固溶体からマンガン(Mn)が溶出するなどして初期放電容量が低下するという新たな解決すべき課題を見出した。 Further, as a result of further studies by the inventor, the solid solution described in Patent Document 1 has Li 2 MnO 3 as a parent structure, but the initial state occurs when manganese (Mn) is eluted from the solid solution. A new problem to be solved has been found that the discharge capacity decreases.

本発明は、このような新たな課題を解決するためになされたものである。そして、本発明の目的とするところは、優れた初期放電容量を有するリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a new problem. An object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having an excellent initial discharge capacity.

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、リチウムを吸蔵及び放出できる、マンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質を含む正極活物質層を集電体上に有する正極と、炭素又はケイ素を主たる構成元素とする負極活物質を含む負極活物質層を集電体上に有する負極と、非水電解質と、セパレータとを備え、該負極活物質層と該セパレータとの間に、所定の保護層を有する構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has intensively studied to achieve the above object. As a result, a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material containing manganese as a main constituent transition metal element and capable of inserting and extracting lithium on a current collector, and a negative electrode active material containing carbon or silicon as a main constituent element A negative electrode having a negative electrode active material layer on the current collector, a nonaqueous electrolyte, and a separator, and having a predetermined protective layer between the negative electrode active material layer and the separator The inventors have found that the above object can be achieved and have completed the present invention.

すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムを吸蔵及び放出できる、マンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質を含む正極活物質層を集電体上に有する正極と、炭素又はケイ素を主たる構成元素とする負極活物質を含む負極活物質層を集電体上に有する負極と、非水電解質と、セパレータとを備える。
そして、本発明のリチウムイオン二次電池は、上記負極活物質層と上記セパレータとの間に、上記負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質と、カルボキシル基を有する高分子化合物とを含む保護層を有する。
また、本発明のリチウムイオン二次電池においては、上記負極活物質層に対する上記保護層の割合が質量比で0.03以上である。
That is, the lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material containing manganese as a main constituent transition metal element, which can occlude and release lithium, and carbon or silicon. The negative electrode which has the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material which has as a main structural element on a collector, a non-aqueous electrolyte, and a separator are provided.
The lithium ion secondary battery of the present invention includes a material that is oxidized and reduced at a potential more noble than the negative electrode active material and a polymer compound having a carboxyl group between the negative electrode active material layer and the separator. Has a protective layer.
Moreover, in the lithium ion secondary battery of this invention, the ratio of the said protective layer with respect to the said negative electrode active material layer is 0.03 or more by mass ratio.

本発明によれば、リチウムを吸蔵及び放出できる、マンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質を含む正極活物質層を集電体上に有する正極と、炭素又はケイ素を主たる構成元素とする負極活物質を含む負極活物質層を集電体上に有する負極と、非水電解質と、セパレータとを備え、負極活物質層とセパレータとの間に、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質と、カルボキシル基を有する高分子化合物とを含む保護層を有し、負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.03以上である構成とした。そのため、優れた初期放電容量を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material containing manganese as a main constituent transition metal element capable of occluding and releasing lithium on a current collector, and carbon or silicon as a main constituent element. A negative electrode having a negative electrode active material layer including a negative electrode active material on a current collector, a nonaqueous electrolyte, and a separator, and redox at a potential nobler than the negative electrode active material between the negative electrode active material layer and the separator The protective layer includes a substance to be treated and a polymer compound having a carboxyl group, and the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer is 0.03 or more by mass ratio. Therefore, a lithium ion secondary battery having an excellent initial discharge capacity can be provided.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of an example of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing quoted by the following embodiment is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.

図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、正極タブ21及び負極タブ22が取り付けられた電池要素10が外装体30の内部に封入された構成を有している。そして、本実施形態においては、正極タブ21及び負極タブ22が、外装体30の内部から外部に向かって、反対方向に導出されている。なお、図示しないが、正極タブ及び負極タブが、外装体の内部から外部に向かって、同一方向に導出されていてもよい。また、このような正極タブ及び負極タブは、例えば超音波溶接や抵抗溶接などにより後述する正極集電体及び負極集電体に取り付けることができる。   As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 of this embodiment has a configuration in which a battery element 10 to which a positive electrode tab 21 and a negative electrode tab 22 are attached is enclosed in an exterior body 30. In the present embodiment, the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 are led out in the opposite direction from the inside of the exterior body 30 to the outside. Although not shown, the positive electrode tab and the negative electrode tab may be led out in the same direction from the inside of the exterior body to the outside. Moreover, such a positive electrode tab and a negative electrode tab can be attached to the positive electrode collector and negative electrode collector which are mentioned later by ultrasonic welding, resistance welding, etc., for example.

[正極タブ及び負極タブ]
正極タブ21及び負極タブ22は、例えば、アルミニウム(Al)や銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金などの材料により構成されている。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用のタブとして用いられている従来公知の材料を用いることができる。
[Positive electrode tab and negative electrode tab]
The positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 22 are composed of materials such as aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), stainless steel (SUS), and alloys thereof. However, the material is not limited to these, and a conventionally known material used as a tab for a lithium ion secondary battery can be used.

なお、正極タブ及び負極タブは、同一材質のものを用いてもよく、異なる材質のものを用いてもよい。また、本実施形態のように、別途準備したタブを後述する正極集電体及び負極集電体に接続してもよいし、後述する各正極集電体及び各負極集電体をそれぞれ延長することによってタブを形成してもよい。図示しないが、外装体から取り出された部分の正極タブ及び負極タブは、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。   The positive electrode tab and the negative electrode tab may be made of the same material or different materials. Further, as in the present embodiment, a separately prepared tab may be connected to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector described later, and each positive electrode current collector and each negative electrode current collector described later are extended. A tab may be formed. Although not shown, the positive electrode tab and the negative electrode tab of the part taken out from the exterior body do not affect products (for example, automobile parts, particularly electronic devices, etc.) due to contact with peripheral devices or wiring and leakage. Thus, it is preferable to coat with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like.

また、電池外部に電流を取り出す目的で、集電板を用いてもよい。集電板は集電体やリードに電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。集電板を構成する材料は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料を用いることができる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム(Al)、銅(Cu)などが好ましい。なお、正極集電板と負極集電板とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。   In addition, a current collector plate may be used for the purpose of taking out current outside the battery. The current collector plate is electrically connected to the current collector and the lead, and is taken out of the laminate sheet that is a battery exterior material. The material which comprises a current collector plate is not specifically limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and more preferable. Aluminum (Al), copper (Cu), and the like are preferable from the viewpoints of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Note that the same material may be used for the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate, or different materials may be used.

[外装体]
外装体30は、例えば、小型化、軽量化の観点から、フィルム状の外装材で形成されたものであることが好ましいが、これに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用の外装体に用いられている従来公知の材料を用いることができる。すなわち、金属缶ケースを適用することもできる。
[Exterior body]
For example, the exterior body 30 is preferably formed of a film-shaped exterior material from the viewpoints of miniaturization and weight reduction, but is not limited thereto, and the exterior body for a lithium ion secondary battery is not limited thereto. Conventionally known materials used for the body can be used. That is, a metal can case can also be applied.

なお、高出力化や冷却性能に優れ、電気自動車、ハイブリッド電気自動車の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、例えば、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシートを挙げることができる。より具体的には、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層して成る3層構造のラミネートフィルム等の外装材で形成された外装体を適用することができる。   In addition, from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for batteries for large equipment of electric vehicles and hybrid electric vehicles, for example, a polymer-metal composite laminate sheet having excellent thermal conductivity is used. Can be mentioned. More specifically, an exterior body formed of an exterior material such as a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order can be applied.

[電池要素]
図1に示すように、電池要素10は、正極集電体11Aの両方の主面上に正極活物質層11Bが形成された正極11と、セパレータ14に含まれた図示しない非水電解質によって形成された非水電解質層13と、負極集電体12Aの両方の主面上に負極活物質層12Bが形成された負極12とが複数積層した構成を有している。また、この電池要素10は、負極活物質層12Bとセパレータ14との間に、保護層15を有している。なお、本実施形態においては、保護層15が負極活物質層の表面全体にわたって形成されているが、表面の一部にのみ形成されている場合(図示せず。)や、例えば負極活物質層に含まれる粒状の負極活物質自体の表面に保護層が形成されている場合(図示せず。)も本発明の範囲に含まれる。
[Battery element]
As shown in FIG. 1, the battery element 10 is formed by a positive electrode 11 in which a positive electrode active material layer 11B is formed on both main surfaces of a positive electrode current collector 11A, and a non-aqueous electrolyte (not shown) included in a separator 14. A plurality of the nonaqueous electrolyte layer 13 and the negative electrode 12 in which the negative electrode active material layer 12B is formed on both main surfaces of the negative electrode current collector 12A are stacked. In addition, the battery element 10 includes a protective layer 15 between the negative electrode active material layer 12 </ b> B and the separator 14. In the present embodiment, the protective layer 15 is formed over the entire surface of the negative electrode active material layer. However, the protective layer 15 is formed only on a part of the surface (not shown), or for example, the negative electrode active material layer The case where a protective layer is formed on the surface of the granular negative electrode active material itself contained in (not shown) is also included in the scope of the present invention.

このとき、一の正極11の正極集電体11Aの片方の主面上に形成された正極活物質層11Bと該一の正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の主面上に形成された負極活物質層12Bとがセパレータ14に含まれた図示しない非水電解質によって形成された非水電解質層13及び保護層15を介して向き合う。このようにして、正極11、非水電解質層13、保護層15及び負極12が、この順に複数積層されている。   At this time, one main surface of the positive electrode active material layer 11B formed on one main surface of the positive electrode current collector 11A of one positive electrode 11 and the negative electrode current collector 12A of the negative electrode 12 adjacent to the one positive electrode 11 The negative electrode active material layer 12 </ b> B formed above faces each other through a nonaqueous electrolyte layer 13 and a protective layer 15 formed by a nonaqueous electrolyte (not shown) included in the separator 14. In this manner, a plurality of positive electrodes 11, non-aqueous electrolyte layers 13, protective layers 15, and negative electrodes 12 are laminated in this order.

これにより、隣接する正極活物質層11B、セパレータ14に含まれた図示しない非水電解質によって形成された非水電解質層13、保護層15及び負極活物質層12Bは、1つの単電池層16を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、単電池層16が複数積層されることにより、電気的に並列接続された構成を有するものとなる。なお、電池要素10の最外層に位置する負極集電体12aには、片面のみに、負極活物質層12B及び保護層15が形成されている。   As a result, the adjacent positive electrode active material layer 11B, the nonaqueous electrolyte layer 13 formed of a nonaqueous electrolyte (not shown) included in the separator 14, the protective layer 15, and the negative electrode active material layer 12B are combined into one unit cell layer 16. Configure. Therefore, the lithium ion secondary battery 1 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked so that they are electrically connected in parallel. Note that the negative electrode current collector 12 a located in the outermost layer of the battery element 10 has the negative electrode active material layer 12 </ b> B and the protective layer 15 formed on only one side.

更に、この電池要素10においては、負極活物質層12Bの乾燥質量に対する保護層15の乾燥質量の割合が質量比で0.03以上であり、好ましくは0.03〜0.20、より好ましくは0.05〜0.15である。負極活物質層の乾燥質量に対する保護層の乾燥質量の割合が質量比で0.03未満の場合には、優れた初期放電容量を有するものとならない。また、負極活物質層の乾燥質量に対する保護層の乾燥質量の割合が質量比で0.03以上であれば、優れた初期放電容量を有するものとなるが、0.20以下とすると、高いエネルギー密度の保ちながら、優れた初期放電容量を有するものとなる。   Furthermore, in this battery element 10, the ratio of the dry mass of the protective layer 15 to the dry mass of the negative electrode active material layer 12B is 0.03 or more, preferably 0.03 to 0.20, more preferably. 0.05-0.15. When the ratio of the dry mass of the protective layer to the dry mass of the negative electrode active material layer is less than 0.03 in terms of mass ratio, it does not have an excellent initial discharge capacity. In addition, if the ratio of the dry weight of the protective layer to the dry weight of the negative electrode active material layer is 0.03 or more in mass ratio, it has excellent initial discharge capacity. While maintaining the density, it has an excellent initial discharge capacity.

また、単電池層の外周には、隣接する正極集電体や負極集電体の間を絶縁するための絶縁層(図示せず)が設けられていてもよい。このような絶縁層は、電解質層などに含まれる電解質を保持し、単電池層の外周に、電解質の液漏れを防止する材料により形成されることが好ましい。具体的には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリウレタン(PUR)、ポリアミド系樹脂(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリスチレン(PS)などの汎用プラスチックや熱可塑オレフィンゴムなどを使用することができる。また、シリコーンゴムを使用することもできる。   In addition, an insulating layer (not shown) may be provided on the outer periphery of the unit cell layer to insulate between the adjacent positive electrode current collector and negative electrode current collector. Such an insulating layer is preferably formed of a material that retains the electrolyte contained in the electrolyte layer and the like and prevents electrolyte leakage from the outer periphery of the single cell layer. Specifically, general-purpose plastics such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyurethane (PUR), polyamide resin (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polystyrene (PS), etc. Or thermoplastic olefin rubber can be used. Silicone rubber can also be used.

[正極集電体及び負極集電体]
正極集電体11A及び負極集電体12Aは、導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定することができる。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。集電体の形状についても特に制限されない。図1に示す電池要素10では、集電箔のほか、網目形状(エキスパンドグリッド等)等を用いることができる。なお、負極活物質をスパッタ法等により薄膜合金を負極集電体12A上に直接形成する場合には、集電箔を用いるのが望ましい。
[Positive electrode current collector and negative electrode current collector]
The positive electrode current collector 11A and the negative electrode current collector 12A are made of a conductive material. The size of the current collector can be determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used. There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm. The shape of the current collector is not particularly limited. In the battery element 10 shown in FIG. 1, in addition to the current collector foil, a mesh shape (expanded grid or the like) can be used. In the case where the negative electrode active material is formed directly on the negative electrode current collector 12A by sputtering or the like, it is desirable to use a current collector foil.

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂を採用することができる。   There is no particular limitation on the material constituting the current collector. For example, a metal or a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material can be employed.

具体的には、金属としては、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、ステンレス(SUS)、チタン(Ti)、銅(Cu)などが挙げられる。これらのほか、ニッケル(Ni)とアルミニウム(Al)とのクラッド材、銅(Cu)とアルミニウム(Al)とのクラッド材、又はこれらの金属の組み合わせのめっき材などを用いることが好ましい。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。中でも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。   Specifically, examples of the metal include aluminum (Al), nickel (Ni), iron (Fe), stainless steel (SUS), titanium (Ti), copper (Cu), and the like. In addition to these, it is preferable to use a clad material of nickel (Ni) and aluminum (Al), a clad material of copper (Cu) and aluminum (Al), or a plating material of a combination of these metals. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Among these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoints of electronic conductivity, battery operating potential, and adhesion of the negative electrode active material by sputtering to the current collector.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾールなどが挙げられる。このような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化又は集電体の軽量化の点において有利である。   Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、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)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリスチレン(PS)などが挙げられる。このような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性又は耐溶媒性を有する。   Non-conductive polymer materials include, for example, polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polystyrene (PS), and the like. Such a non-conductive polymer material has excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料又は非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーを添加することができる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性又はリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属、導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、白金(Pt)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、アンチモン(Sb)及びカリウム(K)からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属若しくはこれらの金属を含む合金又は金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものである。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。
しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用の集電体として用いられている従来公知の材料を用いることができる。
A conductive filler can be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin. The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, a metal, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion interruption | blocking property. The metal is not particularly limited, but nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), copper (Cu), platinum (Pt), iron (Fe), chromium (Cr), tin (Sn), It is preferable to include at least one metal selected from the group consisting of zinc (Zn), indium (In), antimony (Sb), and potassium (K), or an alloy or metal oxide containing these metals. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as electroconductive carbon. Preferably, it contains at least one selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.
However, the material is not limited to these, and a conventionally known material used as a current collector for a lithium ion secondary battery can be used.

[正極活物質層]
正極活物質層11Bは、リチウムを吸蔵及び放出することが可能なマンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質を少なくとも含んでいることを要し、必要に応じてバインダや導電助剤を含んでいてもよい。なお、「マンガンを主たる構成遷移金属元素とする」とは、構成遷移金属元素におけるマンガンの割合がモル比で50mol%以上であることをいう。また、正極活物質が、リチウムを吸蔵及び放出することが可能なマンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質のみからなる場合が本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer 11B needs to contain at least a positive electrode active material having manganese as a main constituent transition metal element capable of occluding and releasing lithium, and optionally contains a binder and a conductive auxiliary agent. You may go out. The phrase “manganese is the main constituent transition metal element” means that the proportion of manganese in the constituent transition metal element is 50 mol% or more in terms of molar ratio. Needless to say, the scope of the present invention includes a case where the positive electrode active material is composed only of a positive electrode active material containing manganese as a main constituent transition metal element capable of inserting and extracting lithium.

リチウムを吸蔵及び放出することが可能なマンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質としては、例えば容量、出力特性の観点からリチウムとマンガンとを含む複合酸化物や、リチウムとマンガンとを含むリン酸化合物、リチウムとマンガンとを含む硫酸化合物、リチウムとマンガンと含む固溶体が挙げられる。より高い容量、出力特性を得る観点からは、特にリチウムマンガン複合酸化物が好ましい。   Examples of the positive electrode active material having manganese as a main constituent transition metal element capable of inserting and extracting lithium include a composite oxide containing lithium and manganese, and lithium and manganese from the viewpoint of capacity and output characteristics. Examples thereof include phosphoric acid compounds, sulfuric acid compounds containing lithium and manganese, and solid solutions containing lithium and manganese. From the viewpoint of obtaining higher capacity and output characteristics, lithium manganese composite oxide is particularly preferable.

リチウムとマンガンとを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn1.5)、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(Li(NiMnCo)O、Li(LiNiMnCo)O)、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)などが挙げられる。また、リチウムとマンガンとを含むリン酸化合物の具体例としては、リチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFeMnPO)などが挙げられる。これらは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and manganese include lithium nickel manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ), lithium nickel manganese cobalt composite oxide (Li (NiMnCo) O 2 , Li (LiNiMnCo) O 2 ), lithium manganese composite oxide having a spinel structure (LiMn 2 O 4 ), and the like. Further, specific examples of the phosphoric acid compound containing lithium and manganese include a lithium iron manganese phosphoric acid compound (LiFeMnPO 4 ). These may be used alone or in combination of two or more.

また、上述の複合酸化物において、構造を安定化させる等の目的から、例えば、マンガンの一部を他の元素で置換したものなどを好適例として挙げることもできる。リチウムとマンガンと含む固溶体である正極活物質の具体的な好適例としては、一般式(1)で表されるものを挙げることができる。   In addition, in the above-described composite oxide, for the purpose of stabilizing the structure, for example, a material in which a part of manganese is substituted with another element can be given as a suitable example. Specific examples of the positive electrode active material that is a solid solution containing lithium and manganese include those represented by the general formula (1).

Li2−0.5xMn1−x1.5x…(1)
(式(1)中、Liはリチウム、Mnはマンガン、MはNiαCoβMnγ δ(Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Mはアルミニウム(Al)、鉄(Fe)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる少なくとも1種を示し、α、β、γ及びδは、0<α≦0.5、0≦β≦0.33、0<γ≦0.5、0≦δ≦0.1、α+β+γ+δ=1の関係を満足する。)を示し、xは、0.1≦x≦0.5の関係を満足する。)
Li 2-0.5x Mn 1-x M 1.5x O 3 (1)
(In the formula (1), Li is lithium, Mn is manganese, M is Ni α Co β Mn γ M 1 δ (Ni is nickel, Co is cobalt, Mn is manganese, M 1 is aluminum (Al), iron (Fe ), Copper (Cu), magnesium (Mg) and titanium (Ti), at least one selected from the group consisting of α, β, γ and δ is 0 <α ≦ 0.5, 0 ≦ β ≦ 0 .33, 0 <γ ≦ 0.5, 0 ≦ δ ≦ 0.1, α + β + γ + δ = 1)), and x satisfies the relationship 0.1 ≦ x ≦ 0.5. )

なお、一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びマンガン(Mn)は、材料の純度向上及び電子伝導性向上という観点、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)及びチタン(Ti)は、結晶構造の安定性向上という観点から、容量及び出力特性に寄与することが知られている。   In general, nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are used in terms of improving the purity and electronic conductivity of materials, aluminum (Al), iron (Fe), copper (Cu), magnesium (Mg). ) And titanium (Ti) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the stability of the crystal structure.

また、バインダとしては、特に限定されるものではないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリイミド(PI)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアミド(PA)であることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位の双方に安定であり正極(及び負極)活物質層に使用が可能である。   Moreover, it does not specifically limit as a binder, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI), polyamide (PA), cellulose, carboxymethylcellulose (CMC), ethylene-acetic acid Vinyl copolymer, polyvinyl chloride (PVC), styrene / butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer, and Its hydrogenated product, thermoplastic polymer such as styrene / isoprene / styrene block copolymer and its hydrogenated product, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoro Tylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / Fluoropolymers such as chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) and polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber (VDF-HFP fluoropolymer), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetra Fluoroethylene fluoro rubber (VDF-HFP-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluoro rubber (VDF-PFP fluoro rubber), vinylidene fluoride- Interfluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFMVE-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride -Vinylidene fluoride-based fluororubber such as chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), epoxy resin and the like. Among them, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide (PI), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), polyamide (PA) ) Is more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both positive electrode potential and negative electrode potential, and can be used for a positive electrode (and negative electrode) active material layer.

しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用のバインダとして従来用いられている公知の材料を用いることができる。これらのバインダは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   However, the material is not limited to these, and a known material conventionally used as a binder for a lithium ion secondary battery can be used. These binders may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質層に含まれるバインダ量は、正極活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは正極活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the binder contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it can bind the positive electrode active material, but preferably 0.5 to 15 mass with respect to the positive electrode active material layer. %, More preferably 1 to 10% by mass.

導電助剤とは、正極活物質層の導電性を向上させるために配合されるものである。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料を挙げることができる。正極活物質層が導電助剤を含むと、正極活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与し得る。   A conductive support agent is mix | blended in order to improve the electroconductivity of a positive electrode active material layer. As a conductive support agent, carbon materials, such as carbon black, such as acetylene black, a graphite, and a vapor growth carbon fiber, can be mentioned, for example. When the positive electrode active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the positive electrode active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池用の導電助剤として用いられている従来公知の材料を用いることができる。これらの導電助剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   However, the material is not limited to these, and a conventionally known material that is used as a conductive additive for a lithium ion secondary battery can be used. These conductive assistants may be used alone or in combination of two or more.

また、上記導電助剤とバインダの機能を併せ持つ導電性結着剤をこれら導電助剤とバインダに代えて用いてもよいし、又はこれら導電助剤とバインダの一方若しくは双方と併用してもよい。導電性結着剤としては、例えば、既に市販のTAB−2(宝泉株式会社製)を用いることができる。   In addition, the conductive binder having the functions of the conductive assistant and the binder may be used instead of the conductive assistant and the binder, or may be used in combination with one or both of the conductive assistant and the binder. . As the conductive binder, for example, commercially available TAB-2 (manufactured by Hosen Co., Ltd.) can be used.

[負極活物質層]
負極活物質層12Bは、炭素又はケイ素を主たる構成元素とする負極活物質を少なくとも含んでいることを要し、必要に応じて、バインダや導電助剤を含んでいてもよい。なお、バインダや導電助剤は上記説明したものを用いることができる。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 12B needs to contain at least a negative electrode active material containing carbon or silicon as a main constituent element, and may contain a binder or a conductive aid as necessary. In addition, the binder and the conductive auxiliary agent described above can be used.

炭素又はケイ素を主たる構成元素とする負極活物質としては、例えば、高結晶性カーボンであるグラファイト(天然グラファイト、人造グラファイト等)、低結晶性カーボン(ソフトカーボン、ハードカーボン)、カーボンブラック(ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック等)、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリルなどの炭素材料;ケイ素の単体、合金、酸化物(一酸化ケイ素(SiO)、SiO(0<x<2)、炭化物(SiC)などを挙げることができる。なお、「炭素又はケイ素を主たる構成元素とする」とは、構成元素における炭素又はケイ素の割合が質量比で50質量%以上であることをいう。これらの負極活物質は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the negative electrode active material having carbon or silicon as the main constituent element include graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.), which is highly crystalline carbon, low crystalline carbon (soft carbon, hard carbon), carbon black (ketchen) Carbon materials such as black, acetylene black, channel black, lamp black, oil furnace black, thermal black), fullerene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon fibrils, etc .; silicon simple substance, alloy, oxide (monoxide) Examples thereof include silicon (SiO), SiO x (0 <x <2), carbide (SiC), etc. The term “carbon or silicon as the main constituent element” means the ratio of carbon or silicon in the constituent elements. Is 5 by mass Refers to mass% or more. Negative electrode active material of these may be used alone individually or as a combination of two or more thereof.

また、各活物質層(集電体片面の活物質層)の厚さについても特に限定されるものではなく、電池についての従来公知の知見を適宜参照することができる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮し、通常1〜500μm程度、好ましくは2〜100μmである。   Further, the thickness of each active material layer (active material layer on one side of the current collector) is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be referred to as appropriate. For example, the thickness of each active material layer is usually about 1 to 500 μm, preferably 2 to 100 μm in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.) and ion conductivity.

更に、活物質それぞれ固有の効果を発現する上で、最適な粒径が異なる場合には、それぞれの固有の効果を発現する上で最適な粒径同士を混合して用いればよく、全ての活物質の粒径を均一化させる必要はない。   Furthermore, when the optimum particle diameter is different for expressing the unique effect of each active material, the optimum particle diameters may be used in combination for expressing each unique effect. There is no need to make the particle size of the material uniform.

例えば、負極活物質として粒子形態の合金を用いる場合、合金の平均粒子径は、既存の負極活物質層に含まれる負極活物質の平均粒子径と同程度であればよく、特に制限されない。高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmの範囲であればよい。なお、本明細中において、「粒子径」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用いて観察される活物質粒子(観察面)の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離を意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。他の構成成分の粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。   For example, when an alloy in the form of particles is used as the negative electrode active material, the average particle size of the alloy is not particularly limited as long as it is approximately the same as the average particle size of the negative electrode active material contained in the existing negative electrode active material layer. From the viewpoint of increasing the output, it is preferably in the range of 1 to 20 μm. In the present specification, the “particle diameter” refers to the outline of active material particles (observation surface) observed using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). It means the maximum distance among any two points. As the value of “average particle diameter”, the average particle diameter of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted. The particle diameters and average particle diameters of other components can be defined in the same manner.

ただし、このような範囲に何ら制限されるものではなく、本実施形態の作用効果を有効に発現できるものであれば、この範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。   However, it is not limited to such a range at all, and it goes without saying that it may be outside this range as long as the effects of the present embodiment can be expressed effectively.

[非水電解質層]
非水電解質層13としては、例えば、後述するセパレータ14に非水電解質を含ませて層構造を形成したものを挙げることができる。非水電解質としては、非水電解液、高分子ゲル電解質、固体高分子電解質などを挙げることができる。
[Nonaqueous electrolyte layer]
As the nonaqueous electrolyte layer 13, for example, a separator 14 which will be described later may include a nonaqueous electrolyte to form a layer structure. Examples of the non-aqueous electrolyte include a non-aqueous electrolyte, a polymer gel electrolyte, and a solid polymer electrolyte.

非水電解液としては、例えば、通常リチウムイオン二次電池で用いられるものであることが好ましく、具体的には、有機溶媒に支持塩(リチウム塩)が溶解した形態を有する。   The non-aqueous electrolyte is preferably, for example, normally used in lithium ion secondary batteries, and specifically has a form in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in an organic solvent.

リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF)、六フッ化タンタル酸リチウム(LiTaF)、四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl)、リチウムデカクロロデカホウ素酸(Li10Cl10)等の無機酸陰イオン塩、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li(CFSON)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(CSON)等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩等を挙げることができる。 Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), six Inorganic acid anion salts such as lithium fluorotantalate (LiTaF 6 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium decachlorodecaborate (Li 2 B 10 Cl 10 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3) Organic acids such as SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N), lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N) List at least one lithium salt selected from anionic salts Can.

また、有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類又は2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒を用いたものなどが使用できる。   Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC); chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC). Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; methyl propionate; Esters such as amides; Amides such as dimethylformamide; One using at least one selected from methyl acetate and methyl formate, or a mixture using an organic solvent such as an aprotic solvent can be used. .

高分子ゲル電解質としては、高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液を従来公知の比率で含有したものを挙げることができる。例えば、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン二次電池で用いられる上記電解液を含有させたものである。しかしながら、これに限定されるものではなく、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。   Examples of the polymer gel electrolyte include those containing a polymer constituting the polymer gel electrolyte and an electrolytic solution in a conventionally known ratio. For example, from the viewpoint of ionic conductivity and the like, it is desirable to set it to about several mass% to 98 mass%. The polymer gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing the above-described electrolytic solution usually used in a lithium ion secondary battery. However, the present invention is not limited to this, and includes a structure in which a similar electrolyte solution is held in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity. Examples of the polymer having no lithium ion conductivity used in the polymer gel electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). Can be used. However, it is not necessarily limited to these. In addition, since polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), and the like are in a class that has almost no ionic conductivity, it can be a polymer having the ionic conductivity. Here, the polymer used for the polymer gel electrolyte is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

固体高分子電解質は、例えばポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)などに上記リチウム塩が溶解して成る構成を有し、有機溶媒を含まないものを挙げることができる。したがって、非水電解質層が固体高分子電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上させることができる。   Examples of the solid polymer electrolyte include a structure in which the lithium salt is dissolved in polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and the like, and does not contain an organic solvent. Therefore, when the non-aqueous electrolyte layer is composed of a solid polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

非水電解質層の厚みは、内部抵抗を低減させるという観点からは薄い方が好ましい。電解質層の厚みは、例えば、詳しくは後述するセパレータの厚みにより調整することができ、通常1〜100μmであり、好ましくは5〜50μmである。なお、高分子ゲル電解質や固体高分子電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現させることができる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)やポリプロピレンオキシド(PPO))に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The thickness of the nonaqueous electrolyte layer is preferably thinner from the viewpoint of reducing internal resistance. The thickness of the electrolyte layer can be adjusted by, for example, the thickness of the separator described later in detail, and is usually 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm. A polymer gel electrolyte or a solid polymer electrolyte matrix polymer can exhibit excellent mechanical strength by forming a cross-linked structure. In order to form a crosslinked structure, a suitable polymerization initiator is used to polymerize a polymer for forming a polymer electrolyte (for example, polyethylene oxide (PEO) or polypropylene oxide (PPO)) by thermal polymerization, ultraviolet polymerization, A polymerization treatment such as radiation polymerization or electron beam polymerization may be performed.

[セパレータ]
セパレータ14としては、上述した非水電解質を含み非水電解質層を形成することができるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィンや絶縁性セラミックスなどの無機物からなる微多孔膜や多孔質の平板、更には不織布を挙げることができる。
[Separator]
The separator 14 is not particularly limited as long as it includes the above-described non-aqueous electrolyte and can form a non-aqueous electrolyte layer. For example, a microporous film or a porous flat plate made of an inorganic material such as polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) or insulating ceramics, or a non-woven fabric can be used.

[保護層]
保護層15としては、上述した負極活物質層との所定の関係を満足し、更に、上述した負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質と、カルボキシル基を有する高分子化合物とを少なくとも含んでいることを要する。ただし、上述した他のバインダを含ませてもよい。
[Protective layer]
The protective layer 15 satisfies at least a predetermined relationship with the above-described negative electrode active material layer, and further includes at least a material that is oxidized and reduced at a higher potential than the above-described negative electrode active material, and a polymer compound having a carboxyl group. It is necessary to be out. However, other binders described above may be included.

負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としては、適用する負極活物質に対して相対的に貴な電位で酸化還元し得れば特に限定されるものではない。好適例として、チタン酸リチウム(LiTi12)を挙げることができる。 The substance that can be oxidized and reduced at a more noble potential than the negative electrode active material is not particularly limited as long as it can be oxidized and reduced at a relatively noble potential with respect to the applied negative electrode active material. A preferable example is lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ).

また、カルボキシル基を有する高分子化合物としては、上述した物質を結着する機能を少なくとも有していれば特に限定されるものではない。好適例としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)やポリアクリル酸(PAA)を挙げることができる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The polymer compound having a carboxyl group is not particularly limited as long as it has at least a function of binding the above-described substances. Preferable examples include carboxymethyl cellulose (CMC) and polyacrylic acid (PAA). These may be used alone or in combination of two or more.

保護層に含まれるカルボキシル基を有する高分子化合物の量は、例えば一般的なバインダ量と同程度であることが好ましく、具体的には、保護層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the polymer compound having a carboxyl group contained in the protective layer is preferably about the same as, for example, a general binder amount. Specifically, the amount is 0.5 to 15% by mass with respect to the protective layer. Yes, more preferably 1 to 10% by mass.

次に、上述した本実施形態のリチウムイオン二次電池の製造方法の一例について説明する。
まず、正極を作製する。例えば粒状の上述した一般式(1)で表される正極活物質を用いる場合には、正極活物質と必要に応じてアセチレンブラックなどの導電助剤、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのバインダ、及びN−メチルピロリドンなどの粘度調整溶剤とを混合し、正極スラリを作製する。
次いで、この正極スラリを正極集電体に塗布し、乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層を形成する。
Next, an example of the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this embodiment mentioned above is demonstrated.
First, a positive electrode is produced. For example, when the granular positive electrode active material represented by the general formula (1) is used, the positive electrode active material and a conductive aid such as acetylene black, if necessary, a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and A positive electrode slurry is prepared by mixing with a viscosity adjusting solvent such as N-methylpyrrolidone.
Next, this positive electrode slurry is applied to a positive electrode current collector, dried, and compression molded to form a positive electrode active material layer.

また、負極を作製する。例えば粒状のグラファイトなどの負極活物質を用いる場合には、負極活物質と必要に応じてアセチレンブラックなどの導電助剤、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのバインダ、及びN−メチルピロリドンなどの粘度調整溶剤とを混合し、負極スラリを作製する。この後、この負極スラリを負極集電体に塗布し、乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層を形成する。   Moreover, a negative electrode is produced. For example, when a negative electrode active material such as granular graphite is used, a viscosity adjustment such as a negative electrode active material and a conductive aid such as acetylene black, a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and N-methylpyrrolidone as necessary. A negative electrode slurry is prepared by mixing with a solvent. Thereafter, this negative electrode slurry is applied to a negative electrode current collector, dried and compression molded to form a negative electrode active material layer.

更に、負極活物質上に、保護層を設ける。例えば、負極活物質より貴な電位で酸化還元する粒状の物質としてのチタン酸リチウム(LiTi12)と、カルボキシル基を有する高分子化合物としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)、及び蒸留水などの粘度調整溶剤とを混合し、保護層スラリを作製する。この後、この保護層スラリを負極活物質層に塗布し、乾燥させ、圧縮成型して保護層を形成する。 Furthermore, a protective layer is provided on the negative electrode active material. For example, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a granular material that is oxidized and reduced at a noble potential from the negative electrode active material, carboxymethyl cellulose (CMC) as a polymer compound having a carboxyl group, distilled water, and the like The protective layer slurry is prepared by mixing with a viscosity adjusting solvent. Thereafter, this protective layer slurry is applied to the negative electrode active material layer, dried, and compression molded to form a protective layer.

次いで、正極に正極タブを取り付けるとともに、負極に負極タブを取り付けた後、正極、ポリオレフィンなどのセパレータ、及び保護層を設けた負極を積層する。更に、積層したものを高分子−金属複合ラミネートシートで挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状の外装体とする。   Next, the positive electrode tab is attached to the positive electrode, and the negative electrode tab is attached to the negative electrode, and then the positive electrode, a separator such as polyolefin, and the negative electrode provided with a protective layer are laminated. Further, the laminated product is sandwiched between polymer-metal composite laminate sheets, and the outer peripheral edge except one side is heat-sealed to form a bag-like exterior body.

しかる後、六フッ化リン酸リチウムなどのリチウム塩と、エチレンカーボネート(EC)などの有機溶媒を含む非水電解質を準備し、外装体の開口部から内部に注入して、外装体の開口部を熱融着し封入する。これにより、ラミネート型のリチウムイオン二次電池が完成する。   After that, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate and an organic solvent such as ethylene carbonate (EC) is prepared, and injected into the inside from the opening of the exterior body. Is heat-sealed and sealed. Thereby, a laminate-type lithium ion secondary battery is completed.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質としてLi1.85Ni0.18Co0.10Mn0.87(式(1)において、α=0.40、β=0.22、γ=0.38、δ=0、x=0.3である。)90質量部と、導電助剤としてのアセチレンブラック5質量部と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン5質量部とを混合し、N−メチルピロリドンに分散させて正極スラリを得た。次いで、得られた正極スラリを、アルミニウム箔より成る正極集電体の両面にそれぞれの正極活物質層の厚さが30μmとなるように均一に塗布し、乾燥させて、正極を得た。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
Li 1.85 Ni 0.18 Co 0.10 Mn 0.87 O 3 (in the formula (1), α = 0.40, β = 0.22, γ = 0.38, δ = 0) X = 0.3) 90 parts by mass, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a positive electrode I got a slurry. Next, the obtained positive electrode slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil so that the thickness of each positive electrode active material layer was 30 μm and dried to obtain a positive electrode.

<負極の作製>
負極活物質としてのグラファイト粉末90質量部と、導電助剤としてのアセチレンブラック5質量部と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン5質量部とを混合し、N−メチルピロリドンに分散させて負極スラリを得た。次いで、得られた負極スラリを、銅箔より成る負極集電体の両面にそれぞれの負極活物質層の厚さが30μmとなるように均一に塗布し、真空中24時間乾燥させて、負極を得た。
<Production of negative electrode>
90 parts by mass of graphite powder as a negative electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to obtain a negative electrode slurry. It was. Next, the obtained negative electrode slurry was uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of copper foil so that the thickness of each negative electrode active material layer was 30 μm, and dried in a vacuum for 24 hours to obtain a negative electrode. Obtained.

<保護層の形成>
負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としてのチタン酸リチウム(LiTi12)97質量部と、カルボキシル基を有する高分子化合物としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)3質量部とを混合し、更に固形分10質量%となるように蒸留水に分散させて保護層スラリを得た。次いで、得られた保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.03となるように滴下した後、80℃で乾燥させた。更に、面圧100MPにてプレスし、真空中、80℃で乾燥させて、保護層を設けた負極を得た。
<Formation of protective layer>
Mixing 97 parts by mass of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a substance that is oxidized and reduced at a noble potential from the negative electrode active material and 3 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a polymer compound having a carboxyl group Furthermore, it was dispersed in distilled water so as to have a solid content of 10% by mass to obtain a protective layer slurry. Next, the obtained protective layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.03 by mass ratio, and then dried at 80 ° C. Furthermore, it was pressed at a surface pressure of 100 MP and dried at 80 ° C. in a vacuum to obtain a negative electrode provided with a protective layer.

<電池の作製>
上記作製した正極と、保護層を設けた負極とを対向させ、この間に、セパレータ(材質:ポリオレフィン、厚み:20μm)を配置した。
次いで、この負極、セパレータ、正極の積層体をコインセル(CR2032、材質:ステンレス鋼(SUS316))の底部側に配置した。
更に、正極と負極の間の絶縁性を保つためのガスケットを装着し、下記電解液をシリンジを用いて注入し、スプリング及びスペーサーを積層し、コインセルの上部側を重ね合わせ、かしめることにより密閉して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
なお、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を、EC:DEC=1:2(体積比)の割合で混合した有機溶媒に、支持塩としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度が1mol/Lとなるように溶解させたものを用いた。
<Production of battery>
The produced positive electrode and the negative electrode provided with a protective layer were opposed to each other, and a separator (material: polyolefin, thickness: 20 μm) was disposed therebetween.
Next, this negative electrode, separator, and positive electrode laminate was placed on the bottom side of a coin cell (CR2032, material: stainless steel (SUS316)).
In addition, a gasket for maintaining insulation between the positive electrode and the negative electrode is attached, the following electrolyte is injected using a syringe, a spring and a spacer are stacked, the upper side of the coin cell is overlapped, and sealed by caulking. Thus, a lithium ion secondary battery of this example was obtained.
As an electrolytic solution, lithium hexafluorophosphate as a supporting salt is mixed with an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a ratio of EC: DEC = 1: 2 (volume ratio). (LiPF 6) the concentration was used dissolved at a 1 mol / L.

(実施例2)
保護層の形成に当たり、保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.05となるように滴下したこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 2)
In forming the protective layer, the same operation as in Example 1 was repeated except that the protective layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.05 in terms of mass ratio. An example lithium ion secondary battery was obtained.

(実施例3)
保護層の形成に当たり、保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.13となるように滴下したこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 3)
In forming the protective layer, the same operation as in Example 1 was repeated except that the protective layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.13 by mass ratio. An example lithium ion secondary battery was obtained.

(実施例4)
保護層の形成に当たり、保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.20となるように滴下したこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
Example 4
In forming the protective layer, the same operation as in Example 1 was repeated except that the protective layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.20 in mass ratio. An example lithium ion secondary battery was obtained.

(実施例5)
保護層の形成に当たり、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としてのチタン酸リチウム(LiTi12)97質量部と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)1.5質量部と、カルボキシル基を有する高分子化合物としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)1.5質量部とを混合し、更に固形分10質量%となるように蒸留水に分散させて保護層スラリを得、次いで、得られた保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.13となるように滴下した後、80℃で乾燥させ、更に、面圧100MPにてプレスし、真空中、80℃で乾燥させて、保護層を設けた負極を得たこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 5)
In forming the protective layer, 97 parts by mass of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a substance that is oxidized and reduced at a noble potential from the negative electrode active material, and 1.5 parts by mass of styrene butadiene rubber (SBR) as a binder And 1.5 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a polymer compound having a carboxyl group, and further dispersed in distilled water to a solid content of 10% by mass to obtain a protective layer slurry, The obtained protective layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.13 by mass ratio, dried at 80 ° C., further pressed at a surface pressure of 100 MP, and vacuum The lithium ion secondary battery of this example was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that it was dried at 80 ° C. to obtain a negative electrode provided with a protective layer.

(実施例6)
保護層の形成に当たり、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としてのチタン酸リチウム(LiTi12)97質量部と、カルボキシル基を有する高分子化合物としてのポリアクリル酸(PAA)3質量部とを混合し、更に固形分10質量%となるようにN−メチルピロリドンに分散させて保護層スラリを得、次いで、得られた保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.13となるように滴下した後、80℃で乾燥させ、更に、面圧100MPにてプレスし、真空中、80℃で乾燥させて、保護層を設けた負極を得たこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 6)
In forming the protective layer, 97 parts by mass of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a substance that is oxidized and reduced at a noble potential from the negative electrode active material, and polyacrylic acid (PAA) as a polymer compound having a carboxyl group ) 3 parts by mass is mixed and further dispersed in N-methylpyrrolidone so as to have a solid content of 10% by mass to obtain a protective layer slurry, and then the obtained protective layer slurry is protected against the negative electrode active material layer of the negative electrode After dropping dropwise so that the ratio of the layer is 0.13 by mass ratio, the film is dried at 80 ° C., further pressed at a surface pressure of 100 MP, and dried at 80 ° C. in a vacuum to provide a protective layer. The lithium ion secondary battery of this example was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that.

(比較例1)
保護層を設けた負極に代えて実施例1で得た保護層を形成する前の負極を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 1)
The same procedure as in Example 1 was repeated except that the negative electrode before forming the protective layer obtained in Example 1 was used instead of the negative electrode provided with the protective layer, and the lithium ion secondary battery of this example was manufactured. Obtained.

(比較例2)
保護層の形成に当たり、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としてのチタン酸リチウム(LiTi12)に代えて用いた負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質でない酸化チタン(TiO)97質量部と、カルボキシル基を有する高分子化合物としてのポリアクリル酸(PAA)に代えて用いたポリフッ化ビニリデン(PVDF)3質量部とを混合し、更に固形分10質量%となるようにN−メチルピロリドンに分散させて保護層スラリを得、次いで、得られた保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.13となるように滴下した後、80℃で乾燥させ、更に、面圧100MPにてプレスし、真空中、80℃で乾燥させて、保護層を設けた負極を得たこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 2)
In the formation of the protective layer, oxidation that is not a substance that is oxidized or reduced at a more noble potential than the anode active material used in place of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a substance that is oxidized or reduced at a more noble potential than the anode active material 97 parts by mass of titanium (TiO 2 ) and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) used instead of polyacrylic acid (PAA) as a polymer compound having a carboxyl group were mixed, and the solid content was further 10% by mass. Then, a protective layer slurry was obtained by dispersing in N-methylpyrrolidone so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.13 by mass ratio. After that, it was dried at 80 ° C., further pressed at a surface pressure of 100 MP, and dried at 80 ° C. in a vacuum to obtain a negative electrode provided with a protective layer. Repeat work, to obtain a lithium ion secondary battery of the present embodiment.

(比較例4)
保護層の形成に当たり、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としてのチタン酸リチウム(LiTi12)97質量部と、カルボキシル基を有する高分子化合物としてのポリアクリル酸(PAA)に代えて用いたポリフッ化ビニリデン(PVDF)3質量部とを混合し、更に固形分10質量%となるようにN−メチルピロリドンに分散させて保護層スラリを得、次いで、得られた保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.13となるように滴下した後、80℃で乾燥させ、更に、面圧100MPにてプレスし、真空中、80℃で乾燥させて、保護層を設けた負極を得たこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 4)
In forming the protective layer, 97 parts by mass of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a substance that is oxidized and reduced at a noble potential from the negative electrode active material, and polyacrylic acid (PAA) as a polymer compound having a carboxyl group ) Was mixed with 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) used instead, and further dispersed in N-methylpyrrolidone so as to have a solid content of 10% by weight to obtain a protective layer slurry, and then the obtained protection The layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.13 by mass ratio, then dried at 80 ° C., further pressed at a surface pressure of 100 MP, and in vacuum at 80 ° C. The lithium ion secondary battery of this example was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that the negative electrode provided with the protective layer was obtained by drying.

(比較例4)
保護層の形成に当たり、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としてのチタン酸リチウム(LiTi12)に代えて用いた負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質でない酸化チタン(TiO)97質量部と、カルボキシル基を有する高分子化合物としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)3質量部とを混合し、更に固形分10質量%となるようにN−メチルピロリドンに分散させて保護層スラリを得、次いで、得られた保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.13となるように滴下した後、80℃で乾燥させ、更に、面圧100MPにてプレスし、真空中、80℃で乾燥させて、保護層を設けた負極を得たこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 4)
In the formation of the protective layer, oxidation that is not a substance that is oxidized or reduced at a more noble potential than the anode active material used in place of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) as a substance that is oxidized or reduced at a more noble potential than the anode active material 97 parts by mass of titanium (TiO 2 ) and 3 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a polymer compound having a carboxyl group are mixed and further dispersed in N-methylpyrrolidone so as to have a solid content of 10% by mass. A protective layer slurry was obtained, and then the obtained protective layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.13 by mass ratio, followed by drying at 80 ° C. The same procedure as in Example 1 was repeated except that the negative electrode provided with a protective layer was obtained by pressing at a pressure of 100 MP and drying at 80 ° C. in a vacuum. To obtain a down secondary battery.

(比較例5)
保護層の形成に当たり、保護層スラリを負極の負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.01となるように滴下したこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 5)
In forming the protective layer, the same operation as in Example 1 was repeated except that the protective layer slurry was dropped so that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer of the negative electrode was 0.01. An example lithium ion secondary battery was obtained.

[性能評価]
上記各例のリチウムイオン二次電池について充放電サイクル試験を行い、初期放電容量を測定した。具体的には、30℃の雰囲気下、定電流方式(CC電流:0.1C)で4.6Vまで充電し、10分間休止させた後、定電流方式(CC電流:0.1C)で2Vまで放電した。得られた結果と各例の仕様の一部を表1及び表2に示す。
[Performance evaluation]
The charge / discharge cycle test was performed on the lithium ion secondary batteries of the above examples, and the initial discharge capacity was measured. Specifically, in an atmosphere of 30 ° C., the battery is charged to 4.6 V by a constant current method (CC current: 0.1 C), paused for 10 minutes, and then 2 V by a constant current method (CC current: 0.1 C). Discharged until. Tables 1 and 2 show the results obtained and some of the specifications of each example.

Figure 2013114882
Figure 2013114882

Figure 2013114882
Figure 2013114882

表1より、本発明の範囲に属する実施例1〜実施例4は、本発明外の比較例1〜比較例5と比較して、優れた初期放電容量を有することが分かる。また、現時点においては、実施例3が最も優れた初期放電容量を有することが分かる。   From Table 1, it can be seen that Examples 1 to 4 belonging to the scope of the present invention have an excellent initial discharge capacity as compared with Comparative Examples 1 to 5 outside the present invention. At the present time, it can be seen that Example 3 has the most excellent initial discharge capacity.

例えば、最も優れた初期放電容量を有する実施例3と同じように、保護層質量/負極活物質層質量に対する保護層質量の比を0.13としても、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質及びカルボキシル基を有する高分子化合物のいずれか一方又は双方を有していない比較例2〜比較例4は、初期放電容量が各実施例に及ばないばかりか、保護層を有しない比較例1より劣っていることが分かる。なお、TiOは、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質ではない。 For example, in the same manner as in Example 3 having the most excellent initial discharge capacity, even when the ratio of the protective layer mass / the protective layer mass to the negative electrode active material layer mass is set to 0.13, the redox is performed at a higher potential than the negative electrode active material. Comparative Example 2 to Comparative Example 4 that do not have either or both of the substance to be used and the polymer compound having a carboxyl group are comparative examples in which the initial discharge capacity does not reach each of the examples and does not have a protective layer. It turns out that it is inferior to 1. Note that TiO 2 is not a substance that oxidizes and reduces at a more noble potential than the negative electrode active material.

また、例えば、比較例5のように、保護層質量/負極活物質層質量に対する保護層質量の比が0.03未満の0.01である場合には、各実施例と同じように、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質及びカルボキシル基を有する高分子化合物の双方を有していても、初期放電容量が各実施例に及ばないばかりか、保護層を有しない比較例1より劣っていることが分かる。   For example, as in Comparative Example 5, when the ratio of the protective layer mass / the protective layer mass to the negative electrode active material layer mass is 0.01 which is less than 0.03, Even if it has both a substance that oxidizes and reduces at a more noble potential than the active material and a polymer compound having a carboxyl group, the initial discharge capacity does not reach each example, and from Comparative Example 1 that does not have a protective layer It turns out that it is inferior.

すなわち、集電体上にリチウムを吸蔵及び放出でき、マンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、集電体上に炭素又はケイ素を主たる構成元素とする負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、非水電解質と、セパレータとを備えたリチウムイオン二次電池において、負極活物質層とセパレータとの間に、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質と、カルボキシル基を有する高分子化合物とを含む保護層を有し、負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.03以上である構成とすることにより、優れた初期放電容量を有するものとなることが分かる。   That is, a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material that can occlude and release lithium on the current collector and that has manganese as a main constituent transition metal element; and a main constituent element of carbon or silicon on the current collector; In a lithium ion secondary battery including a negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and a separator, a potential higher than that of the negative electrode active material is provided between the negative electrode active material layer and the separator. And having a protective layer containing a substance that oxidizes and reduces with a polymer compound having a carboxyl group, and the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer is 0.03 or more in mass ratio. It can be seen that it has an initial discharge capacity.

本発明者は、現時点において、このような効果が得られる原因を以下のようなメカニズムによるものと推測している。但し、以下のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、以下のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。   The present inventor presumes that the reason why such an effect is obtained is due to the following mechanism. However, the following mechanism is based solely on speculation. Therefore, it goes without saying that even if the above-described effect is obtained by a mechanism other than the following mechanism, it is included in the scope of the present invention.

つまり、負極活物質層とセパレータとの間に、負極活物質よりも貴な電位で酸化還元する物質を含有する保護層があると、正極から溶出するマンガンイオンの酸化還元電位はリチウムイオンよりも貴であるため、負極活物質に到達するために、保護層に含まれる負極活物質よりも貴な電位で酸化還元する物質に捕捉されうる。このとき、保護層には、その捕捉を補助すると考えられるカルボキシル基を有する高分子化合物を含むことを要する。更に、保護層の量が少ない場合には所期の効果が得られないため、負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.03以上であることを要すると考えられる。   In other words, if there is a protective layer containing a substance that is oxidized and reduced at a more noble potential than the negative electrode active material between the negative electrode active material layer and the separator, the redox potential of manganese ions eluted from the positive electrode is higher than that of lithium ions. Since it is noble, in order to reach the negative electrode active material, it can be trapped by a substance that is oxidized and reduced at a noble potential more than the negative electrode active material contained in the protective layer. At this time, it is necessary for the protective layer to contain a polymer compound having a carboxyl group that is considered to assist the trapping. Furthermore, since the desired effect cannot be obtained when the amount of the protective layer is small, it is considered that the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer needs to be 0.03 or more by mass ratio.

また、このようなリチウムイオン二次電池において、負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.03〜0.2である構成とすることにより、高いエネルギー密度の保ちながら、優れた初期放電容量を有するものとなることが分かる。更に、負極活物質層に対する保護層の割合が質量比で0.05〜0.15である構成とすることにより、高いエネルギー密度の保ちながら、より優れた初期放電容量を有するものとなることが分かる。   In addition, in such a lithium ion secondary battery, the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer is 0.03 to 0.2 in terms of mass ratio, so that an excellent initial stage can be maintained while maintaining a high energy density. It can be seen that the battery has a discharge capacity. Furthermore, by setting it as the structure whose ratio of the protective layer with respect to a negative electrode active material layer is 0.05-0.15 by mass ratio, it may have a more excellent initial discharge capacity, maintaining a high energy density. I understand.

表2より、本発明の範囲に属する実施例3、実施例5、実施例6は、本発明外の比較例2〜比較例4と比較して、優れた初期放電容量を有することが分かる。   From Table 2, it can be seen that Examples 3, 5, and 6 belonging to the scope of the present invention have excellent initial discharge capacities as compared with Comparative Examples 2 to 4 outside the present invention.

例えば、負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質としてチタン酸リチウム(LiTi12)を用いると優れた初期放電容量を有するリチウムイオン二次電池となることが分かる。また、カルボキシル基を有する高分子化合物としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)やポリアクリル酸(PAA)、その中でも、カルボキシメチルセルロース(CMC)を用いると優れた初期放電容量を有するリチウムイオン二次電池となることが分かる。 For example, it can be seen that when lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) is used as a material that is oxidized and reduced at a more noble potential than the negative electrode active material, a lithium ion secondary battery having an excellent initial discharge capacity can be obtained. In addition, as the polymer compound having a carboxyl group, carboxymethyl cellulose (CMC) or polyacrylic acid (PAA), among which carboxymethyl cellulose (CMC) is used, a lithium ion secondary battery having excellent initial discharge capacity is obtained. I understand that.

また、カルボキシル基を有する高分子化合物は、実施例5のように少なくとも一部に含まれていれば良く、スチレンブタジエンゴム(SBR)のような他のバインダと併用しても優れた初期放電容量を有するリチウムイオン二次電池となることが分かる。   Further, the polymer compound having a carboxyl group may be contained in at least a part as in Example 5, and excellent initial discharge capacity even when used in combination with another binder such as styrene butadiene rubber (SBR). It turns out that it becomes a lithium ion secondary battery which has.

表1及び表2より、上述した一般式(1)で表される正極活物質の一例であるLi1.85Ni0.18Co0.10Mn0.87を用いたとしても、優れた初期放電容量を有するリチウムイオン二次電池となることが分かる。 From Table 1 and Table 2, even when Li 1.85 Ni 0.18 Co 0.10 Mn 0.87 O 3 which is an example of the positive electrode active material represented by the general formula (1) described above is used, it is excellent. It can be seen that the lithium ion secondary battery has an initial discharge capacity.

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.

すなわち、上記実施形態及び実施例においては、リチウムイオン二次電池として、ラミネート型電池やボタン型電池を例に挙げて説明したが、円筒形や角形等の缶型電池など従来公知の形態・構造についても適用することができる。   That is, in the above-described embodiments and examples, as the lithium ion secondary battery, a laminate type battery or a button type battery has been described as an example. However, a conventionally known form / structure such as a cylindrical or square can type battery can be used. Can also be applied.

また、例えば、本発明は、上述した積層型(扁平型)電池だけでなく、巻回型(円筒型) 電池など従来公知の形態・構造についても適用することができる。   Further, for example, the present invention can be applied not only to the above-described stacked type (flat type) battery but also to conventionally known forms and structures such as a wound type (cylindrical type) battery.

更に、例えば、本発明は、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、上述した通常(内部並列接続タイプ)電池だけでなく、双極型(内部直列接続タイプ)電池など従来公知の形態・構造についても適用することができる。   Furthermore, for example, the present invention is not only the above-described normal (internal parallel connection type) battery but also a bipolar type (internal series connection type) when viewed in terms of an electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion secondary battery. ) Conventionally known forms and structures such as batteries can also be applied.

なお、双極型電池における電池要素は、一般的に、集電体の一方の表面に負極活物質層が形成され、他方の表面に正極活物質層が形成された双極型電極と、電解質層とを複数積層した構成を有している。   A battery element in a bipolar battery generally includes a bipolar electrode in which a negative electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a positive electrode active material layer is formed on the other surface, an electrolyte layer, A plurality of layers.

1 リチウムイオン二次電池
10 電池要素
11 正極
11A 正極集電体
11B 正極活物質層
12 負極
12A 負極集電体
12B 負極活物質層
13 非水電解質層
14 セパレータ
15 保護層
16 単電池層
21 正極タブ
22 負極タブ
30 外装体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 10 Battery element 11 Positive electrode 11A Positive electrode collector 11B Positive electrode active material layer 12 Negative electrode 12A Negative electrode collector 12B Negative electrode active material layer 13 Nonaqueous electrolyte layer 14 Separator 15 Protective layer 16 Single battery layer 21 Positive electrode tab 22 Negative electrode tab 30 Exterior body

Claims (5)

リチウムを吸蔵及び放出できる、マンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質を含む正極活物質層を集電体上に有する正極と、
炭素又はケイ素を主たる構成元素とする負極活物質を含む負極活物質層を集電体上に有する負極と、
非水電解質と、
セパレータと、を備え、
上記負極活物質層と上記セパレータとの間に、上記負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質と、カルボキシル基を有する高分子化合物とを含む保護層を有し、
上記負極活物質層に対する上記保護層の割合が質量比で0.03以上である
ことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material layer on the current collector, the positive electrode active material containing manganese as a main constituent transition metal element capable of occluding and releasing lithium;
A negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material containing carbon or silicon as a main constituent element on a current collector;
A non-aqueous electrolyte,
A separator,
Between the negative electrode active material layer and the separator, a protective layer containing a substance that is oxidized and reduced at a more noble potential than the negative electrode active material, and a polymer compound having a carboxyl group,
The ratio of the said protective layer with respect to the said negative electrode active material layer is 0.03 or more by mass ratio, The lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
上記負極活物質層に対する上記保護層の割合が質量比で0.03〜0.20であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the ratio of the protective layer to the negative electrode active material layer is 0.03 to 0.20 in mass ratio. 上記リチウムを吸蔵及び放出できる、マンガンを主たる構成遷移金属元素とする正極活物質が、一般式(1)
Li2−0.5xMn1−x1.5x…(1)
(式(1)中、Liはリチウム、Mnはマンガン、MはNiαCoβMnγ δ(Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Mはアルミニウム(Al)、鉄(Fe)、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる少なくとも1種を示し、α、β、γ及びδは、0<α≦0.5、0≦β≦0.33、0<γ≦0.5、0≦δ≦0.1、α+β+γ+δ=1の関係を満足する。)を示し、xは、0.1≦x≦0.5の関係を満足する。)で表される正極活物質であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。
A positive electrode active material containing manganese as a main constituent transition metal element capable of occluding and releasing lithium is represented by the general formula (1).
Li 2-0.5x Mn 1-x M 1.5x O 3 (1)
(In the formula (1), Li is lithium, Mn is manganese, M is Ni α Co β Mn γ M 1 δ (Ni is nickel, Co is cobalt, Mn is manganese, M 1 is aluminum (Al), iron (Fe ), Copper (Cu), magnesium (Mg) and titanium (Ti), at least one selected from the group consisting of α, β, γ and δ is 0 <α ≦ 0.5, 0 ≦ β ≦ 0 .33, 0 <γ ≦ 0.5, 0 ≦ δ ≦ 0.1, α + β + γ + δ = 1)), and x satisfies the relationship 0.1 ≦ x ≦ 0.5. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium ion secondary battery is a positive electrode active material represented by:
上記負極活物質より貴な電位で酸化還元する物質が、チタン酸リチウムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the substance that is oxidized and reduced at a more noble potential than the negative electrode active material is lithium titanate. 上記カルボキシル基を有する高分子化合物が、カルボキシメチルセルロース及びポリアクリル酸の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer compound having a carboxyl group is at least one of carboxymethyl cellulose and polyacrylic acid.
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