JP2013120734A - Nonaqueous secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous secondary battery capable of maintaining low resistance and high capacity for the charge/discharge cycle at high rate.SOLUTION: In the nonaqueous secondary battery 100, the density f1 of a positive electrode active material layer 223 is f1≤2.85 g/cm, and the aspect ratio As of the primary particles 800 of positive electrode active material particles 610 is As≥1.5, in the arithmetic average of the positive electrode active material particles 610 contained in the positive electrode active material layer 223.

Description

本発明は非水系二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery.

本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。また、本明細書において「活物質」は、二次電池において電荷担体となる化学種(例えば、リチウムイオン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(典型的には挿入および離脱)可能な物質をいう。また、二次電池のうち、非水電解質(例えば、非水電解液)が電解質として用いられた二次電池を適宜に「非水系二次電池」という。   In the present specification, the “secondary battery” generally refers to a battery that can be repeatedly charged and includes so-called storage batteries such as lithium secondary batteries (typically lithium ion secondary batteries) and nickel metal hydride batteries. In the present specification, the “active material” refers to reversibly occlusion and release (typically insertion and removal) of a chemical species that serves as a charge carrier in a secondary battery (for example, lithium ions in a lithium ion secondary battery). A possible substance. Further, among secondary batteries, a secondary battery in which a non-aqueous electrolyte (for example, a non-aqueous electrolyte) is used as an electrolyte is appropriately referred to as a “non-aqueous secondary battery”.

リチウムイオン二次電池について、例えば、特開2005−228512号公報では、負極に含まれる活物質及び正極に含まれる活物質の少なくとも一方がアスペクト比1.02以上3以下の粒子状活物質である非水系二次電池が開示されている。特に、正極活物質粒子のアスペクト比については、1.02以上2.2以下であることが好ましいとされている。ここでは、アスペクト比が小さい粒子状活物質を用いる非水系電解液二次電池において、無機充填剤を含有する熱可塑性樹脂よりなる多孔質膜をセパレータとして組合せることで、サイクル特性を向上させることができる、とされている。   Regarding a lithium ion secondary battery, for example, in JP-A-2005-228512, at least one of an active material contained in a negative electrode and an active material contained in a positive electrode is a particulate active material having an aspect ratio of 1.02 or more and 3 or less. A non-aqueous secondary battery is disclosed. In particular, the aspect ratio of the positive electrode active material particles is preferably 1.02 or more and 2.2 or less. Here, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a particulate active material having a small aspect ratio, cycle characteristics are improved by combining a porous film made of a thermoplastic resin containing an inorganic filler as a separator. It is said that you can.

また、特開2009−205893号公報では、リチウムイオン二次電池の正極活物質粒子として用いられる、所定の一般式で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が開示されている。ここで開示されているリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、平均粒径が5〜40μm、BET比表面積が5〜25m/g、且つ、タップ密度が1.70g/ml以上である。同公報によれば、かかるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を正極活物質粒子として用いることによって、優れたサイクル特性および負荷特性を発揮しうるリチウムイオン二次電池が得られる、とされている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-205893 discloses a lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by a predetermined general formula that is used as positive electrode active material particles of a lithium ion secondary battery. The lithium nickel cobalt manganese composite oxide disclosed here has an average particle size of 5 to 40 μm, a BET specific surface area of 5 to 25 m 2 / g, and a tap density of 1.70 g / ml or more. According to the publication, a lithium ion secondary battery capable of exhibiting excellent cycle characteristics and load characteristics can be obtained by using such lithium nickel cobalt manganese composite oxide as positive electrode active material particles.

また、特開2007−91573号公報では、リチウムイオン二次電池用の正極活物質粒子として、プレス密度が3.1〜4.5g/cmであるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いることが開示されている。同公報では、繰り返し充放電における安全性が高く、なおかつ高充填性、高電池性能のリチウムイオン二次電池が得られる、とされている。同公報では、充填性の指標として、タップ嵩密度の他、2t/cmの圧力で加圧した場合のプレス密度(以下プレス密度と表す)が評価されており、充填性が良いほど、小型化、高容量化を図ることができる、とされている。 Moreover, in JP 2007-91573 A, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide having a press density of 3.1 to 4.5 g / cm 3 is used as positive electrode active material particles for a lithium ion secondary battery. It is disclosed. According to the publication, it is said that a lithium ion secondary battery having high safety in repeated charging / discharging, high chargeability, and high battery performance can be obtained. In this publication, as an indicator of filling property, the press density when pressed at a pressure of 2 t / cm 2 in addition to the tap bulk density (hereinafter referred to as press density) is evaluated. And higher capacity can be achieved.

特開2005−228512号公報JP 2005-228512 A 特開2009−205893号公報JP 2009-205893 A 特開2007−91573号公報JP 2007-91573 A

ところで、駆動輪を電動モータで駆動させる車両駆動用の二次電池(車両駆動用電池)では、車両のスムーズな加速を実現するため格段に高い出力が求められる。また、ブレーキ時の回生エネルギを利用して効率良く充電するため、ハイレートでの充電が求められている。このため、車両駆動用電池では、パソコンや携帯機器などのいわゆる民生用途に比べて格段にハイレートでの充放電性能が求められる。さらに、かかるハイレートでの充放電サイクルに対して、低抵抗かつ高容量を維持することなど性能を維持することが求められている。   By the way, in a secondary battery for vehicle driving (vehicle driving battery) in which driving wheels are driven by an electric motor, a remarkably high output is required in order to realize smooth acceleration of the vehicle. Moreover, in order to charge efficiently using the regenerative energy at the time of a brake, the charge at high rate is calculated | required. For this reason, a battery for driving a vehicle is required to have a charge / discharge performance at a significantly higher rate than so-called consumer applications such as personal computers and portable devices. Furthermore, it is required to maintain the performance such as maintaining a low resistance and a high capacity with respect to the charge / discharge cycle at such a high rate.

本発明者は、(シート状の)正極集電体に、正極活物質粒子を含む正極活物質層が形成された正極を備えたリチウムイオン二次電池について、ハイレートでの充放電特性に加えて、高容量化を、車両駆動用電池として要求される程度において両立させることを研究している。ハイレートでの充放電特性を考慮すれば、正極活物質層の密度は小さい方がよく、実際にそのような傾向が得られる。しかしながら、正極活物質層の密度を小さくした場合でも、ハイレートでの充放電に対して、リチウムイオン二次電池の抵抗が上昇し、容量が低下する場合がある。   In addition to charge / discharge characteristics at a high rate, the present inventors have provided a positive electrode current collector in which a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles is formed on a (sheet-like) positive electrode current collector. We are researching how to achieve both high capacity and high battery capacity. Considering the charge / discharge characteristics at a high rate, the density of the positive electrode active material layer is preferably small, and such a tendency is actually obtained. However, even when the density of the positive electrode active material layer is reduced, the resistance of the lithium ion secondary battery may increase and the capacity may decrease with respect to charging and discharging at a high rate.

本発明によって提案される非水系二次電池は、正極集電体と、正極集電体に形成された正極活物質層と、正極活物質層に含まれた正極活物質粒子および導電材と備えている。そして、正極活物質層の密度f1が、f1≦2.85g/cmであり、正極活物質層に含まれた正極活物質粒子の算術平均において、正極活物質粒子の一次粒子のアスペクト比AsがAs≧1.5である。かかる二次電池によれば、ハイレートでの充放電に対して低抵抗かつ高容量を維持することができる。 A non-aqueous secondary battery proposed by the present invention includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector, and positive electrode active material particles and a conductive material included in the positive electrode active material layer. ing. The density f1 of the positive electrode active material layer is f1 ≦ 2.85 g / cm 3 , and the aspect ratio As of the primary particles of the positive electrode active material particles in the arithmetic average of the positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material layer Is As ≧ 1.5. According to such a secondary battery, it is possible to maintain a low resistance and a high capacity against charge / discharge at a high rate.

また、正極活物質層の密度f1が、2.20g/cm≦f1であってもよい。また、正極活物質粒子の一次粒子のアスペクト比は、正極活物質粒子の一次粒子について、最も長い長径と、当該長径に直交する方向における正極活物質粒子の一次粒子の長さである短径との比(長径/短径)を求めるとよい。この場合、例えば、正極活物質粒子の一次粒子が分かるように撮影された断面画像又は外観画像から、一次粒子のアスペクト比を評価するのに適当な少なくとも1つの一次粒子を抽出するとよい。そして、抽出された一次粒子について、それぞれ当該画像において最も長い長径と、当該長径に直交する方向における正極活物質粒子の一次粒子の長さである短径との比(長径/短径)を求めるとよい。また、当該比(長径/短径)については、抽出された一次粒子の算術平均で評価してもよい。 Further, the density f1 of the positive electrode active material layer may be 2.20 g / cm 3 ≦ f1. The aspect ratio of the primary particles of the positive electrode active material particles is the longest major axis of the primary particles of the positive electrode active material particles, and the minor axis that is the length of the primary particles of the positive electrode active material particles in the direction orthogonal to the major axis. The ratio (major axis / minor axis) may be obtained. In this case, for example, at least one primary particle suitable for evaluating the aspect ratio of the primary particle may be extracted from a cross-sectional image or an appearance image taken so that the primary particle of the positive electrode active material particle can be seen. Then, for the extracted primary particles, a ratio (major axis / minor axis) between the longest major axis in the image and the minor axis which is the length of the primary particles of the positive electrode active material particles in the direction orthogonal to the major axis is obtained. Good. Further, the ratio (major axis / minor axis) may be evaluated by an arithmetic average of the extracted primary particles.

また、正極活物質層に含まれた正極活物質粒子の算術平均において、前記正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mが0.92≦M≦0.98であってもよい。   Further, in the arithmetic average of the positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material layer, the circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles may be 0.92 ≦ M ≦ 0.98.

また、正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mは、正極活物質粒子の一次粒子について、それぞれ断面積Sと周囲長Lとに基づいて、当該正極活物質粒子の円形度Mを求める。ここで、円形度Mを求める式は、M=4πS/L;であるとよい。この場合、正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mは、例えば、一次粒子が分かるように撮影された、正極活物質粒子の断面画像又は外観画像から、一次粒子の円形度を評価するのに適当な少なくとも1つの一次粒子を抽出してもよい。そして、当該抽出された一次粒子について、それぞれ断面積Sと周囲長Lとに基づいて、円形度Mを求めてもよい。また、円形度Mは、抽出された一次粒子の円形度Mの算術平均で評価してもよい。 Further, the circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles is determined based on the cross-sectional area S and the peripheral length L of the primary particles of the positive electrode active material particles, respectively. Here, the equation for obtaining the circularity M is preferably M = 4πS / L 2 ; In this case, the circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles is used to evaluate the circularity of the primary particles from, for example, a cross-sectional image or an appearance image of the positive electrode active material particles photographed so that the primary particles can be seen. Any suitable at least one primary particle may be extracted. Then, for the extracted primary particles, the circularity M may be obtained based on the cross-sectional area S and the peripheral length L, respectively. Further, the circularity M may be evaluated by an arithmetic average of the circularity M of the extracted primary particles.

正極活物質粒子は、例えば、層状構造のリチウム遷移金属酸化物であってもよい。この場合、リチウム遷移金属酸化物は、Ni、CoおよびMnを含んでいるとよい。また、リチウム遷移金属酸化物は、Li1+xNiCoMn(1−y−z)γとして含む層状構造の化合物である。ここで、0≦x≦0.2、0.1<y<0.9、0.1<z<0.4であり、Mは、添加物であり、0≦γ≦0.01であり、Mは、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の添加物である。 The positive electrode active material particles may be a lithium transition metal oxide having a layered structure, for example. In this case, the lithium transition metal oxide may contain Ni, Co, and Mn. The lithium transition metal oxide is a compound having a layered structure including Li 1 + x Ni y Co z Mn (1-yz) M γ O 2 . Here, 0 ≦ x ≦ 0.2, 0.1 <y <0.9, 0.1 <z <0.4, M is an additive, and 0 ≦ γ ≦ 0.01 , M is at least one additive selected from the group consisting of Zr, W, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B and F.

また、この非水系二次電池は、ハイレートでの充放電に対して低抵抗かつ高容量を維持することができる。また、複数組み合わせた組電池を構築でき、また、非水系二次電池、又は電池を備えた車両駆動用電池に採用することができる。   In addition, this non-aqueous secondary battery can maintain a low resistance and a high capacity against charge / discharge at a high rate. Moreover, the assembled battery which combined two or more can be constructed | assembled, and can be employ | adopted for the vehicle drive battery provided with the non-aqueous secondary battery or the battery.

図1は、リチウムイオン二次電池の構造の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the structure of a lithium ion secondary battery. 図2は、リチウムイオン二次電池の捲回電極体を示す図である。FIG. 2 is a view showing a wound electrode body of a lithium ion secondary battery. 図3は、図2中のIII−III断面を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a III-III cross section in FIG. 2. 図4は、正極合剤層の構造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the positive electrode mixture layer. 図5は、負極合剤層の構造を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the negative electrode mixture layer. 図6は、リチウムイオン二次電池の充電時の状態を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a state of the lithium ion secondary battery during charging. 図7(a),(b)は、正極活物質粒子610の電子顕微鏡写真である。7A and 7B are electron micrographs of the positive electrode active material particles 610. FIG. 図8は、正極活物質粒子610の一次粒子800を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610. 図9は、非水系二次電池について正極活物質層の密度と抵抗上昇率との関係を示している。FIG. 9 shows the relationship between the density of the positive electrode active material layer and the rate of increase in resistance for a non-aqueous secondary battery. 図10は、正極活物質粒子の一次粒子のアスペクト比と、充放電サイクル後の容量維持率との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the aspect ratio of the primary particles of the positive electrode active material particles and the capacity retention ratio after the charge / discharge cycle. 図11は、正極活物質粒子の一次粒子のアスペクト比と、充放電サイクル後の容量維持率との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the aspect ratio of the primary particles of the positive electrode active material particles and the capacity retention ratio after the charge / discharge cycle. 図12は、正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mと、充放電サイクル後の容量維持率との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles and the capacity retention ratio after the charge / discharge cycle. 図13は、正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mと、充放電サイクル後の容量維持率との関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles and the capacity retention ratio after the charge / discharge cycle. 図14は、本発明の一施形態に係る非水系二次電池(車両駆動用電池)を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。FIG. 14 is a side view schematically showing a vehicle (automobile) provided with a non-aqueous secondary battery (vehicle driving battery) according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係る非水系二次電池を図面に基づいて説明する。ここではまず、リチウムイオン二次電池を例に挙げて非水系二次電池の一構造例を説明する。その後、かかる構造例を適宜に参照しつつ、本発明の一実施形態に係る非水系二次電池を説明する。なお、同じ作用を奏する部材、部位には適宜に同じ符号を付している。また、各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。   Hereinafter, a non-aqueous secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, first, a structure example of a non-aqueous secondary battery will be described by taking a lithium ion secondary battery as an example. Then, the non-aqueous secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated, referring this structural example suitably. In addition, the same code | symbol is attached | subjected suitably to the member and site | part which show the same effect | action. Each drawing is schematically drawn and does not necessarily reflect the real thing. Each drawing shows an example only and does not limit the present invention unless otherwise specified.

≪リチウムイオン二次電池100≫
図1は、リチウムイオン二次電池100を示している。このリチウムイオン二次電池100は、図1に示すように、捲回電極体200と電池ケース300とを備えている。図2は、捲回電極体200を示す図である。図3は、図2中のIII−III断面を示している。
≪Lithium ion secondary battery 100≫
FIG. 1 shows a lithium ion secondary battery 100. As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 100 includes a wound electrode body 200 and a battery case 300. FIG. 2 is a view showing the wound electrode body 200. FIG. 3 shows a III-III cross section in FIG.

捲回電極体200は、図2に示すように、正極シート220、負極シート240およびセパレータ262、264を有している。正極シート220、負極シート240およびセパレータ262、264は、それぞれ帯状のシート材である。   As shown in FIG. 2, the wound electrode body 200 includes a positive electrode sheet 220, a negative electrode sheet 240, and separators 262 and 264. The positive electrode sheet 220, the negative electrode sheet 240, and the separators 262 and 264 are respectively strip-shaped sheet materials.

≪正極シート220≫
正極シート220は、帯状の正極集電体221と正極活物質層223とを備えている。正極集電体221には、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。正極集電体221には、例えば、所定の幅を有し、厚さが凡そ15μmの帯状のアルミニウム箔を用いることができる。正極集電体221の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部222が設定されている。図示例では、正極活物質層223は、図3に示すように、正極集電体221に設定された未塗工部222を除いて、正極集電体221の両面に保持されている。正極活物質層223には、正極活物質が含まれている。正極活物質層223は、正極活物質を含む正極合剤を正極集電体221に塗工することによって形成されている。
≪Positive electrode sheet 220≫
The positive electrode sheet 220 includes a strip-shaped positive electrode current collector 221 and a positive electrode active material layer 223. For the positive electrode current collector 221, a metal foil suitable for the positive electrode can be suitably used. For the positive electrode current collector 221, for example, a strip-shaped aluminum foil having a predetermined width and a thickness of approximately 15 μm can be used. An uncoated portion 222 is set along the edge on one side in the width direction of the positive electrode current collector 221. In the illustrated example, the positive electrode active material layer 223 is held on both surfaces of the positive electrode current collector 221 except for the uncoated portion 222 set on the positive electrode current collector 221 as shown in FIG. The positive electrode active material layer 223 contains a positive electrode active material. The positive electrode active material layer 223 is formed by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material to the positive electrode current collector 221.

≪正極活物質層223および正極活物質粒子610≫
ここで、図4は、正極シート220の断面図である。なお、図4において、正極活物質層223の構造が明確になるように、正極活物質層223中の正極活物質粒子610と導電材620とバインダ630とを大きく模式的に表している。正極活物質層223には、図4に示すように、正極活物質粒子610と導電材620とバインダ630が含まれている。
<< Positive Electrode Active Material Layer 223 and Positive Electrode Active Material Particles 610 >>
Here, FIG. 4 is a cross-sectional view of the positive electrode sheet 220. In FIG. 4, the positive electrode active material particles 610, the conductive material 620, and the binder 630 in the positive electrode active material layer 223 are schematically illustrated so that the structure of the positive electrode active material layer 223 becomes clear. As shown in FIG. 4, the positive electrode active material layer 223 includes positive electrode active material particles 610, a conductive material 620, and a binder 630.

正極活物質粒子610には、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いることができる物質を使用することができる。正極活物質粒子610の例を挙げると、LiNiCoMnO(リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物)、LiNiO(ニッケル酸リチウム)、LiCoO(コバルト酸リチウム)、LiMn(マンガン酸リチウム)、LiFePO(リン酸鉄リチウム)などのリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。ここで、LiMnは、例えば、スピネル構造を有している。また、LiNiO或いはLiCoOは層状の岩塩構造を有している。また、LiFePOは、例えば、オリビン構造を有している。オリビン構造のLiFePOには、例えば、ナノメートルオーダーの粒子がある。また、オリビン構造のLiFePOは、さらにカーボン膜で被覆することができる。 As the positive electrode active material particles 610, a material that can be used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery can be used. Examples of the positive electrode active material particles 610 include LiNiCoMnO 2 (lithium nickel cobalt manganese composite oxide), LiNiO 2 (lithium nickelate), LiCoO 2 (lithium cobaltate), LiMn 2 O 4 (lithium manganate), LiFePO And lithium transition metal oxides such as 4 (lithium iron phosphate). Here, LiMn 2 O 4 has, for example, a spinel structure. LiNiO 2 or LiCoO 2 has a layered rock salt structure. LiFePO 4 has, for example, an olivine structure. LiFePO 4 having an olivine structure includes, for example, nanometer order particles. Moreover, LiFePO 4 having an olivine structure can be further covered with a carbon film.

≪導電材620≫
導電材620としては、例えば、カーボン粉末、カーボンファイバーなどのカーボン材料が例示される。導電材620としては、このような導電材から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。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、オイルファーネスブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック)、グラファイト粉末などのカーボン粉末を用いることができる。
≪Conductive material 620≫
Examples of the conductive material 620 include carbon materials such as carbon powder and carbon fiber. As the conductive material 620, one kind selected from such conductive materials may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, oil furnace black, graphitized carbon black, carbon black, graphite, ketjen black), graphite powder, and the like can be used.

≪バインダ630≫
また、バインダ630は、正極活物質層223に含まれる正極活物質粒子610と導電材620の各粒子を結着させたり、これらの粒子と正極集電体221とを結着させたりする。かかるバインダ630としては、使用する溶媒に溶解または分散可能なポリマーを用いることができる。例えば、水性溶媒を用いた正極合剤組成物においては、セルロース系ポリマー(カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)など)、フッ素系樹脂(例えば、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)、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)など)、ゴム類(酢酸ビニル共重合体、スチレンブタジエン共重合体(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)など)などの水溶性または水分散性ポリマーを好ましく採用することができる。また、非水溶媒を用いた正極合剤組成物においては、ポリマー(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアクリルニトリル(PAN)など)を好ましく採用することができる。
≪Binder 630≫
Further, the binder 630 binds the positive electrode active material particles 610 and the conductive material 620 included in the positive electrode active material layer 223, or binds these particles and the positive electrode current collector 221. As the binder 630, a polymer that can be dissolved or dispersed in a solvent to be used can be used. For example, in a positive electrode mixture composition using an aqueous solvent, a cellulose polymer (carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), etc.), a fluorine resin (eg, polyvinyl alcohol (PVA), polytetrafluoroethylene, etc.) (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP, etc.), rubbers (vinyl acetate copolymer, styrene butadiene copolymer (SBR), acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex), etc.) A water-soluble or water-dispersible polymer such as can be preferably used. In the positive electrode mixture composition using a non-aqueous solvent, a polymer (polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyacrylonitrile (PAN), etc.) can be preferably employed.

≪増粘剤、溶媒≫
正極活物質層223は、例えば、上述した正極活物質粒子610と導電材620を溶媒にペースト状(スラリ状)に混ぜ合わせた正極合剤を作製し、正極集電体221に塗布し、乾燥させ、圧延することによって形成されている。この際、正極合剤の溶媒としては、水性溶媒および非水溶媒の何れも使用可能である。非水溶媒の好適な例としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられる。上記バインダ630として例示したポリマー材料は、バインダとしての機能の他に、正極合剤の増粘剤その他の添加剤としての機能を発揮する目的で使用されることもあり得る。
≪Thickener, solvent≫
The positive electrode active material layer 223 is prepared, for example, by preparing a positive electrode mixture in which the above-described positive electrode active material particles 610 and the conductive material 620 are mixed in a paste (slurry) with a solvent, applied to the positive electrode current collector 221, and dried. And is formed by rolling. At this time, as the solvent for the positive electrode mixture, either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent can be used. A suitable example of the non-aqueous solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The polymer material exemplified as the binder 630 may be used for the purpose of exhibiting a function as a thickener or other additive of the positive electrode mixture in addition to the function as a binder.

正極合剤全体に占める正極活物質の質量割合は、凡そ50wt%以上(典型的には50〜95wt%)であることが好ましく、通常は凡そ70〜95wt%(例えば75〜90wt%)であることがより好ましい。また、正極合剤全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ2〜20wt%とすることができ、通常は凡そ2〜15wt%とすることが好ましい。バインダを使用する組成では、正極合剤全体に占めるバインダの割合を例えば凡そ1〜10wt%とすることができ、通常は凡そ2〜5wt%とすることが好ましい。   The mass ratio of the positive electrode active material in the total positive electrode mixture is preferably about 50 wt% or more (typically 50 to 95 wt%), and usually about 70 to 95 wt% (for example, 75 to 90 wt%). It is more preferable. Moreover, the ratio of the electrically conductive material to the whole positive electrode mixture can be, for example, about 2 to 20 wt%, and is usually preferably about 2 to 15 wt%. In the composition using the binder, the ratio of the binder to the whole positive electrode mixture can be, for example, about 1 to 10 wt%, and usually about 2 to 5 wt% is preferable.

≪負極シート240≫
負極シート240は、図2に示すように、帯状の負極集電体241と、負極活物質層243とを備えている。負極集電体241には、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この負極集電体241には、所定の幅を有し、厚さが凡そ10μmの帯状の銅箔が用いられている。負極集電体241の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部242が設定されている。負極活物質層243は、負極集電体241に設定された未塗工部242を除いて、負極集電体241の両面に形成されている。負極活物質層243は、負極集電体241に保持され、少なくとも負極活物質が含まれている。負極活物質層243は、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体241に塗工されている。
<< Negative Electrode Sheet 240 >>
As illustrated in FIG. 2, the negative electrode sheet 240 includes a strip-shaped negative electrode current collector 241 and a negative electrode active material layer 243. For the negative electrode current collector 241, a metal foil suitable for the negative electrode can be suitably used. The negative electrode current collector 241 is made of a strip-shaped copper foil having a predetermined width and a thickness of about 10 μm. On one side in the width direction of the negative electrode current collector 241, an uncoated part 242 is set along the edge. The negative electrode active material layer 243 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 241 except for the uncoated portion 242 set on the negative electrode current collector 241. The negative electrode active material layer 243 is held by the negative electrode current collector 241 and contains at least a negative electrode active material. In the negative electrode active material layer 243, a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is applied to the negative electrode current collector 241.

≪負極活物質層243≫
図5は、リチウムイオン二次電池100の負極シート240の断面図である。負極活物質層243には、図5に示すように、負極活物質粒子710、増粘剤(図示省略)、バインダ730などが含まれている。図5では、負極活物質層243の構造が明確になるように、負極活物質層243中の負極活物質粒子710とバインダ730とを大きく模式的に表している。
<< Negative Electrode Active Material Layer 243 >>
FIG. 5 is a cross-sectional view of the negative electrode sheet 240 of the lithium ion secondary battery 100. As shown in FIG. 5, the negative electrode active material layer 243 includes negative electrode active material particles 710, a thickener (not shown), a binder 730, and the like. In FIG. 5, the negative electrode active material particles 710 and the binder 730 in the negative electrode active material layer 243 are schematically illustrated so that the structure of the negative electrode active material layer 243 becomes clear.

≪負極活物質粒子710≫
負極活物質粒子710としては、負極活物質として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。例えば、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が挙げられる。より具体的には、負極活物質は、例えば、天然黒鉛、非晶質の炭素材料でコートした天然黒鉛、黒鉛質(グラファイト)、難黒鉛化炭素質(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質(ソフトカーボン)、または、これらを組み合わせた炭素材料でもよい。なお、ここでは、負極活物質粒子710は、いわゆる鱗片状黒鉛が用いられた場合を図示しているが、負極活物質粒子710は、図示例に限定されない。
<< Negative Electrode Active Material Particles 710 >>
As the negative electrode active material particles 710, one or two or more materials conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used as the negative electrode active material without any particular limitation. For example, a particulate carbon material (carbon particles) including a graphite structure (layered structure) at least in part. More specifically, the negative electrode active material is, for example, natural graphite, natural graphite coated with an amorphous carbon material, graphite (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon ( Soft carbon) or a carbon material combining these may be used. Here, the negative electrode active material particles 710 are illustrated using so-called scaly graphite, but the negative electrode active material particles 710 are not limited to the illustrated example.

≪増粘剤、溶媒≫
負極活物質層243は、例えば、上述した負極活物質粒子710とバインダ730を溶媒にペースト状(スラリ状)に混ぜ合わせた負極合剤を作製し、負極集電体241に塗布し、乾燥させ、圧延することによって形成されている。この際、負極合剤の溶媒としては、水性溶媒および非水溶媒の何れも使用可能である。非水溶媒の好適な例としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられる。バインダ730には、上記正極活物質層223(図4参照)のバインダ630として例示したポリマー材料を用いることができる。また、上記正極活物質層223のバインダ630として例示したポリマー材料は、バインダとしての機能の他に、正極合剤の増粘剤その他の添加剤としての機能を発揮する目的で使用されることもあり得る。
≪Thickener, solvent≫
The negative electrode active material layer 243 is prepared, for example, by preparing a negative electrode mixture in which the negative electrode active material particles 710 and the binder 730 described above are mixed in a paste (slurry) with a solvent, and applied to the negative electrode current collector 241 and dried. It is formed by rolling. At this time, any of an aqueous solvent and a non-aqueous solvent can be used as the solvent for the negative electrode mixture. A suitable example of the non-aqueous solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). For the binder 730, the polymer material exemplified as the binder 630 of the positive electrode active material layer 223 (see FIG. 4) can be used. Further, the polymer material exemplified as the binder 630 of the positive electrode active material layer 223 may be used for the purpose of exhibiting a function as a thickener or other additive of the positive electrode mixture in addition to the function as a binder. possible.

≪セパレータ262、264≫
セパレータ262、264は、図1または図2に示すように、正極シート220と負極シート240とを隔てる部材である。この例では、セパレータ262、264は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ262、264には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。この例では、図2および図3に示すように、負極活物質層243の幅b1は、正極活物質層223の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ262、264の幅c1、c2は、負極活物質層243の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。
<< Separators 262, 264 >>
The separators 262 and 264 are members that separate the positive electrode sheet 220 and the negative electrode sheet 240 as shown in FIG. 1 or FIG. In this example, the separators 262 and 264 are made of a strip-shaped sheet material having a predetermined width and having a plurality of minute holes. As the separators 262 and 264, for example, a single layer structure separator or a multilayer structure separator made of a porous polyolefin resin can be used. In this example, as shown in FIGS. 2 and 3, the width b1 of the negative electrode active material layer 243 is slightly wider than the width a1 of the positive electrode active material layer 223. Furthermore, the widths c1 and c2 of the separators 262 and 264 are slightly wider than the width b1 of the negative electrode active material layer 243 (c1, c2>b1> a1).

なお、図1および図2に示す例では、セパレータ262、264は、シート状の部材で構成されている。セパレータ262、264は、正極活物質層223と負極活物質層243とを絶縁するとともに、電解質の移動を許容する部材であればよい。したがって、シート状の部材に限定されない。セパレータ262、264は、シート状の部材に代えて、例えば、正極活物質層223または負極活物質層243の表面に形成された絶縁性を有する粒子の層で構成してもよい。ここで、絶縁性を有する粒子としては、絶縁性を有する無機フィラー(例えば、金属酸化物、金属水酸化物などのフィラー)、或いは、絶縁性を有する樹脂粒子(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの粒子)で構成してもよい。   In the example shown in FIGS. 1 and 2, the separators 262 and 264 are made of sheet-like members. The separators 262 and 264 may be members that insulate the positive electrode active material layer 223 and the negative electrode active material layer 243 and allow the electrolyte to move. Therefore, it is not limited to a sheet-like member. The separators 262 and 264 may be formed of a layer of insulating particles formed on the surface of the positive electrode active material layer 223 or the negative electrode active material layer 243, for example, instead of the sheet-like member. Here, as the particles having insulating properties, inorganic fillers having insulating properties (for example, fillers such as metal oxides and metal hydroxides) or resin particles having insulating properties (for example, particles such as polyethylene and polypropylene). ).

この捲回電極体200では、図2および図3に示すように、正極シート220と負極シート240とは、セパレータ262、264を介在させた状態で、正極活物質層223と負極活物質層243とが対向するように重ねられている。より具体的には、捲回電極体200では、正極シート220と負極シート240とセパレータ262、264とは、正極シート220、セパレータ262、負極シート240、セパレータ264の順に重ねられている。   In this wound electrode body 200, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the positive electrode sheet 220 and the negative electrode sheet 240 have a positive electrode active material layer 223 and a negative electrode active material layer 243 with separators 262 and 264 interposed therebetween. Are stacked so that they face each other. More specifically, in the wound electrode body 200, the positive electrode sheet 220, the negative electrode sheet 240, and the separators 262 and 264 are stacked in the order of the positive electrode sheet 220, the separator 262, the negative electrode sheet 240, and the separator 264.

また、この際、正極活物質層223と負極活物質層243とは、セパレータ262、264が介在した状態で対向している。そして、正極活物質層223と負極活物質層243とが対向した部分の片側に、正極集電体221のうち正極活物質層223が形成されていない部分(未塗工部222)がはみ出ている。当該未塗工部222がはみ出た側とは反対側には、負極集電体241のうち負極活物質層243が形成されていない部分(未塗工部242)がはみ出ている。また、正極シート220と負極シート240とセパレータ262、264とは、このように重ねられた状態で、正極シート220の幅方向に設定した捲回軸WLに沿って捲回されている。   At this time, the positive electrode active material layer 223 and the negative electrode active material layer 243 are opposed to each other with the separators 262 and 264 interposed therebetween. Then, on one side of the portion where the positive electrode active material layer 223 and the negative electrode active material layer 243 face each other, a portion of the positive electrode current collector 221 where the positive electrode active material layer 223 is not formed (uncoated portion 222) protrudes. Yes. A portion of the negative electrode current collector 241 where the negative electrode active material layer 243 is not formed (uncoated portion 242) protrudes on the side opposite to the side where the uncoated portion 222 protrudes. Further, the positive electrode sheet 220, the negative electrode sheet 240, and the separators 262 and 264 are wound along the winding axis WL set in the width direction of the positive electrode sheet 220 in a state where they are overlapped in this way.

≪電池ケース300≫
また、この例では、電池ケース300は、図1に示すように、いわゆる角型の電池ケースであり、容器本体320と、蓋体340とを備えている。容器本体320は、有底四角筒状を有しており、一側面(上面)が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体340は、当該容器本体320の開口(上面の開口)に取り付けられて当該開口を塞ぐ部材である。
≪Battery case 300≫
In this example, as shown in FIG. 1, the battery case 300 is a so-called square battery case, and includes a container body 320 and a lid 340. The container main body 320 has a bottomed rectangular tube shape and is a flat box-shaped container having one side surface (upper surface) opened. The lid 340 is a member that is attached to the opening (opening on the upper surface) of the container body 320 and closes the opening.

車載用の二次電池では、車両の燃費を向上させるため、重量エネルギ効率(単位重量当りの電池の容量)を向上させることが望まれる。この実施形態では、電池ケース300を構成する容器本体320と蓋体340は、アルミニウム、アルミニウム合金などの軽量金属が採用されている。これにより重量エネルギ効率を向上させることができる。   In a vehicle-mounted secondary battery, it is desired to improve the weight energy efficiency (battery capacity per unit weight) in order to improve the fuel efficiency of the vehicle. In this embodiment, the container main body 320 and the lid body 340 constituting the battery case 300 are made of a lightweight metal such as aluminum or an aluminum alloy. Thereby, weight energy efficiency can be improved.

電池ケース300は、捲回電極体200を収容する空間として、扁平な矩形の内部空間を有している。また、図1に示すように、電池ケース300の扁平な内部空間は、捲回電極体200よりも横幅が少し広い。この実施形態では、電池ケース300は、有底四角筒状の容器本体320と、容器本体320の開口を塞ぐ蓋体340とを備えている。また、電池ケース300の蓋体340には、電極端子420、440が取り付けられている。電極端子420、440は、電池ケース300(蓋体340)を貫通して電池ケース300の外部に出ている。また、蓋体340には注液孔350と安全弁360とが設けられている。   The battery case 300 has a flat rectangular internal space as a space for accommodating the wound electrode body 200. Further, as shown in FIG. 1, the flat internal space of the battery case 300 is slightly wider than the wound electrode body 200. In this embodiment, the battery case 300 includes a bottomed rectangular tubular container body 320 and a lid 340 that closes the opening of the container body 320. Electrode terminals 420 and 440 are attached to the lid 340 of the battery case 300. The electrode terminals 420 and 440 pass through the battery case 300 (lid 340) and come out of the battery case 300. The lid 340 is provided with a liquid injection hole 350 and a safety valve 360.

捲回電極体200は、図2に示すように、捲回軸WLに直交する一の方向において扁平に押し曲げられている。図2に示す例では、正極集電体221の未塗工部222と負極集電体241の未塗工部242は、それぞれセパレータ262、264の両側において、らせん状に露出している。この実施形態では、未塗工部222、242の中間部分を寄せ集め、電極端子420、440の先端部420a、440aに溶接している。この際、それぞれの材質の違いから、電極端子420と正極集電体221の溶接には、例えば、超音波溶接が用いられる。また、電極端子440と負極集電体241の溶接には、例えば、抵抗溶接が用いられる。   As shown in FIG. 2, the wound electrode body 200 is flatly pushed and bent in one direction orthogonal to the winding axis WL. In the example shown in FIG. 2, the uncoated part 222 of the positive electrode current collector 221 and the uncoated part 242 of the negative electrode current collector 241 are spirally exposed on both sides of the separators 262 and 264, respectively. In this embodiment, the intermediate portions of the uncoated portions 222 and 242 are gathered and welded to the tip portions 420a and 440a of the electrode terminals 420 and 440. At this time, for example, ultrasonic welding is used for welding the electrode terminal 420 and the positive electrode current collector 221 due to the difference in materials. Further, for example, resistance welding is used for welding the electrode terminal 440 and the negative electrode current collector 241.

捲回電極体200は、扁平に押し曲げられた状態で、蓋体340に固定された電極端子420、440に取り付けられる。かかる捲回電極体200は、図1に示すように、容器本体320の扁平な内部空間に収容される。容器本体320は、捲回電極体200が収容された後、蓋体340によって塞がれる。蓋体340と容器本体320の合わせ目322(図1参照)は、例えば、レーザ溶接によって溶接されて封止されている。このように、この例では、捲回電極体200は、蓋体340(電池ケース300)に固定された電極端子420、440によって、電池ケース300内に位置決めされている。   The wound electrode body 200 is attached to the electrode terminals 420 and 440 fixed to the lid body 340 in a state where the wound electrode body 200 is pressed and bent flat. The wound electrode body 200 is accommodated in a flat internal space of the container body 320 as shown in FIG. The container body 320 is closed by the lid 340 after the wound electrode body 200 is accommodated. The joint 322 (see FIG. 1) between the lid 340 and the container main body 320 is welded and sealed, for example, by laser welding. Thus, in this example, the wound electrode body 200 is positioned in the battery case 300 by the electrode terminals 420 and 440 fixed to the lid 340 (battery case 300).

≪電解液≫
その後、蓋体340に設けられた注液孔350から電池ケース300内に電解液が注入される。電解液は、水を溶媒としていない、いわゆる非水電解液が用いられている。この例では、電解液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒(例えば、体積比1:1程度の混合溶媒)にLiPFを約1mol/リットルの濃度で含有させた電解液が用いられている。その後、注液孔350に金属製の封止キャップ352を取り付けて(例えば溶接して)電池ケース300を封止する。なお、電解液は、ここで例示された電解液に限定されない。例えば、従来からリチウムイオン二次電池に用いられている非水電解液は適宜に使用することができる。
≪Electrolytic solution≫
Thereafter, an electrolytic solution is injected into the battery case 300 from a liquid injection hole 350 provided in the lid 340. As the electrolytic solution, a so-called non-aqueous electrolytic solution that does not use water as a solvent is used. In this example, an electrolytic solution in which LiPF 6 is contained at a concentration of about 1 mol / liter in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (for example, a mixed solvent having a volume ratio of about 1: 1) is used. Yes. Thereafter, a metal sealing cap 352 is attached (for example, welded) to the liquid injection hole 350 to seal the battery case 300. The electrolytic solution is not limited to the electrolytic solution exemplified here. For example, non-aqueous electrolytes conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used as appropriate.

≪空孔≫
ここで、正極活物質層223は、例えば、正極活物質粒子610と導電材620の粒子間などに、空洞とも称すべき微小な隙間225を有している(図4参照)。かかる正極活物質層223の微小な隙間には電解液(図示省略)が浸み込み得る。また、負極活物質層243は、例えば、負極活物質粒子710の粒子間などに、空洞とも称すべき微小な隙間245を有している(図5参照)。ここでは、かかる隙間225、245(空洞)を適宜に「空孔」と称する。また、捲回電極体200は、図2に示すように、捲回軸WLに沿った両側において、未塗工部222、242が螺旋状に巻かれている。かかる捲回軸WLに沿った両側252、254において、未塗工部222、242の隙間から、電解液が浸み込みうる。このため、リチウムイオン二次電池100の内部では、正極活物質層223と負極活物質層243に電解液が浸み渡っている。
≪Hole≫
Here, the positive electrode active material layer 223 has minute gaps 225 that should also be referred to as cavities, for example, between the positive electrode active material particles 610 and the conductive material 620 (see FIG. 4). An electrolytic solution (not shown) can penetrate into the minute gaps of the positive electrode active material layer 223. In addition, the negative electrode active material layer 243 has minute gaps 245 that should also be referred to as cavities, for example, between the negative electrode active material particles 710 (see FIG. 5). Here, the gaps 225 and 245 (cavities) are appropriately referred to as “holes”. As shown in FIG. 2, the wound electrode body 200 has uncoated portions 222 and 242 spirally wound on both sides along the winding axis WL. On both sides 252 and 254 along the winding axis WL, the electrolytic solution can permeate from the gaps between the uncoated portions 222 and 242. For this reason, in the lithium ion secondary battery 100, the electrolytic solution is immersed in the positive electrode active material layer 223 and the negative electrode active material layer 243.

≪ガス抜け経路≫
また、この例では、当該電池ケース300の扁平な内部空間は、扁平に変形した捲回電極体200よりも少し広い。捲回電極体200の両側には、捲回電極体200と電池ケース300との間に隙間310、312が設けられている。当該隙間310、312は、ガス抜け経路になる。例えば、過充電が生じた場合などにおいて、リチウムイオン二次電池100の温度が異常に高くなると、電解液が分解されてガスが異常に発生する場合がある。この実施形態では、異常に発生したガスは、捲回電極体200の両側における捲回電極体200と電池ケース300との隙間310、312を通して安全弁360の方へ移動し、安全弁360から電池ケース300の外に排気される。
≪Gas escape route≫
In this example, the flat internal space of the battery case 300 is slightly wider than the wound electrode body 200 deformed flat. On both sides of the wound electrode body 200, gaps 310 and 312 are provided between the wound electrode body 200 and the battery case 300. The gaps 310 and 312 serve as a gas escape path. For example, when the temperature of the lithium ion secondary battery 100 becomes abnormally high, for example, when overcharge occurs, the electrolyte may be decomposed and gas may be generated abnormally. In this embodiment, the abnormally generated gas moves toward the safety valve 360 through the gaps 310 and 312 between the wound electrode body 200 and the battery case 300 on both sides of the wound electrode body 200, and from the safety valve 360 to the battery case 300. Exhausted outside.

かかるリチウムイオン二次電池100では、正極集電体221と負極集電体241は、電池ケース300を貫通した電極端子420、440を通じて外部の装置に電気的に接続される。以下、充電時と放電時のリチウムイオン二次電池100の動作を説明する。   In the lithium ion secondary battery 100, the positive electrode current collector 221 and the negative electrode current collector 241 are electrically connected to an external device through electrode terminals 420 and 440 that penetrate the battery case 300. Hereinafter, the operation of the lithium ion secondary battery 100 during charging and discharging will be described.

≪充電時の動作≫
図6は、かかるリチウムイオン二次電池100の充電時の状態を模式的に示している。充電時においては、図6に示すように、リチウムイオン二次電池100の電極端子420、440(図1参照)は、充電器290に接続される。充電器290の作用によって、充電時には、正極活物質層223中の正極活物質からリチウムイオン(Li)が電解液280に放出される。また、正極活物質層223からは電荷が放出される。放出された電荷は、導電材(図示省略)を通じて正極集電体221に送られ、さらに、充電器290を通じて負極シート240へ送られる。また、負極シート240では電荷が蓄えられるとともに、電解液280中のリチウムイオン(Li)が、負極活物質層243中の負極活物質に吸収され、かつ、貯蔵される。
≪Operation when charging≫
FIG. 6 schematically shows the state of the lithium ion secondary battery 100 during charging. At the time of charging, as shown in FIG. 6, the electrode terminals 420 and 440 (see FIG. 1) of the lithium ion secondary battery 100 are connected to the charger 290. Due to the action of the charger 290, lithium ions (Li) are released from the positive electrode active material in the positive electrode active material layer 223 to the electrolytic solution 280 during charging. In addition, charges are released from the positive electrode active material layer 223. The discharged electric charge is sent to the positive electrode current collector 221 through a conductive material (not shown), and further sent to the negative electrode sheet 240 through the charger 290. In the negative electrode sheet 240, electric charges are stored, and lithium ions (Li) in the electrolytic solution 280 are absorbed and stored in the negative electrode active material in the negative electrode active material layer 243.

≪放電時の動作≫
また、図示は省略するが、放電時には、負極シート240から正極シート220に電荷が送られるとともに、負極活物質層243に貯蔵されたリチウムイオンが、電解液280に放出される。また、正極では、正極活物質層223中の正極活物質に電解液280中のリチウムイオンが取り込まれる。
<< Operation during discharge >>
Although illustration is omitted, at the time of discharging, electric charge is sent from the negative electrode sheet 240 to the positive electrode sheet 220, and lithium ions stored in the negative electrode active material layer 243 are released into the electrolytic solution 280. In the positive electrode, lithium ions in the electrolytic solution 280 are taken into the positive electrode active material in the positive electrode active material layer 223.

このようにリチウムイオン二次電池100の充放電において、電解液280を介して、正極活物質層223と負極活物質層243との間でリチウムイオンが行き来する。また、充電時においては、正極活物質から導電材を通じて正極集電体221に電荷が送られる。これに対して、放電時においては、正極集電体221から導電材を通じて正極活物質に電荷が戻される。   Thus, in charging / discharging of the lithium ion secondary battery 100, lithium ions travel between the positive electrode active material layer 223 and the negative electrode active material layer 243 through the electrolytic solution 280. At the time of charging, electric charge is sent from the positive electrode active material to the positive electrode current collector 221 through the conductive material. On the other hand, at the time of discharging, the charge is returned from the positive electrode current collector 221 to the positive electrode active material through the conductive material.

充電時においては、リチウムイオンの移動および電子の移動がスムーズなほど、効率的で急速な充電が可能になると考えられる。放電時においては、リチウムイオンの移動および電子の移動がスムーズなほど、電池の抵抗が低下し、放電量が増加し、電池の出力が向上すると考えられる。   During charging, the smoother the movement of lithium ions and the movement of electrons, the more efficient and rapid charging is considered possible. At the time of discharging, it is considered that the smoother the movement of lithium ions and the movement of electrons, the lower the resistance of the battery, the amount of discharge, and the output of the battery.

≪他の電池形態≫
なお、上記はリチウムイオン二次電池の一例を示すものである。リチウムイオン二次電池は上記形態に限定されない。また、同様に金属箔に電極合剤が塗工された電極シートは、他にも種々の電池形態に用いられる。例えば、他の電池形態として、円筒型電池或いはラミネート型電池などが知られている。円筒型電池は、円筒型の電池ケースに捲回電極体を収容した電池である。また、ラミネート型電池は、正極シートと負極シートとをセパレータを介在させて積層した電池である。
≪Other battery types≫
The above shows an example of a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery is not limited to the above form. Similarly, an electrode sheet in which an electrode mixture is applied to a metal foil is used in various other battery forms. For example, as another battery type, a cylindrical battery or a laminate battery is known. A cylindrical battery is a battery in which a wound electrode body is accommodated in a cylindrical battery case. A laminate type battery is a battery in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are stacked with a separator interposed therebetween.

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を説明する。ここで、上述したリチウムイオン二次電池100と同じ作用を奏する部材または部位には、適宜に同じ符号を用い、必要に応じて上述したリチウムイオン二次電池100の図を参照して説明する。   Hereinafter, a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described. Here, the same reference numerals are used as appropriate for members or parts that have the same action as the above-described lithium ion secondary battery 100, and description will be made with reference to the above-described diagram of the lithium ion secondary battery 100 as necessary.

図7(a)は、正極活物質層223中の正極活物質粒子610の電子顕微鏡写真であり、図7(b)は、正極活物質粒子610の一次粒子800が観察できる程度に拡大した電子顕微鏡写真である。図8は、正極活物質粒子610の一次粒子800を示す模式図である。   FIG. 7A is an electron micrograph of the positive electrode active material particles 610 in the positive electrode active material layer 223, and FIG. 7B is an electron expanded to such an extent that the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 can be observed. It is a micrograph. FIG. 8 is a schematic diagram showing primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610.

リチウムイオン二次電池100は、図1および図2に示すように、正極集電体221と、正極集電体221に保持された正極活物質層223とを備えている。正極活物質層223は、図4に示すように、正極活物質粒子610と、導電材620と、バインダ630とを含んでいる。ここでは、リチウムイオン二次電池100は、正極活物質層223の密度f1が、f1≦2.85g/cmである。さらに、正極活物質層223に含まれた正極活物質粒子610の算術平均において、正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比AsがAs≧1.5である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion secondary battery 100 includes a positive electrode current collector 221 and a positive electrode active material layer 223 held by the positive electrode current collector 221. As shown in FIG. 4, the positive electrode active material layer 223 includes positive electrode active material particles 610, a conductive material 620, and a binder 630. Here, in the lithium ion secondary battery 100, the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is f1 ≦ 2.85 g / cm 3 . Furthermore, in the arithmetic average of the positive electrode active material particles 610 included in the positive electrode active material layer 223, the aspect ratio As of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 is As ≧ 1.5.

発明者は、非水系二次電池について、かかる特徴を有する正極活物質粒子610を用いることによって、ハイレートでの充放電に対して、低抵抗かつ高容量を維持することができることを見出した。以下、かかるリチウムイオン二次電池100について、より具体的に説明する。ここではまず、正極活物質層223の密度f1について説明し、その後、正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比Asについて説明する。さらに、その後、正極活物質粒子610の一次粒子800の円形度について言及する。   The inventor has found that a non-aqueous secondary battery can maintain a low resistance and a high capacity against charge / discharge at a high rate by using the positive electrode active material particles 610 having such characteristics. Hereinafter, the lithium ion secondary battery 100 will be described more specifically. Here, the density f1 of the positive electrode active material layer 223 will be described first, and then the aspect ratio As of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 will be described. Further, after that, the circularity of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 will be mentioned.

≪正極活物質層223の密度f1≫
正極活物質層223の密度f1は、単位面積当たりの正極活物質層223の質量(目付量)を、正極活物質層223の厚さで割ることによって算出できる。正極活物質層223の質量(目付量)は、所定の面積に切り取られた正極シート220の質量から正極集電体221の質量を引くとよい。また、「正極活物質層223の厚さ」は、正極活物質層223の厚さの平均値で評価するとよい。
「正極活物質層223の密度f1」=「単位面積当たりの正極活物質層223の質量(目付量)」÷「正極活物質層223の厚さ」;
「正極活物質層223の質量(目付量)」=「正極シート220の質量」−「正極集電体221の質量」;
<< Density f1 of Positive Electrode Active Material Layer 223 >>
The density f1 of the positive electrode active material layer 223 can be calculated by dividing the mass (weight per unit area) of the positive electrode active material layer 223 per unit area by the thickness of the positive electrode active material layer 223. The mass (weight per unit area) of the positive electrode active material layer 223 may be obtained by subtracting the mass of the positive electrode current collector 221 from the mass of the positive electrode sheet 220 cut into a predetermined area. Further, “the thickness of the positive electrode active material layer 223” may be evaluated by an average value of the thicknesses of the positive electrode active material layer 223.
“Density f1 of positive electrode active material layer 223” = “Mass (weight per unit area) of positive electrode active material layer 223 per unit area” ÷ “Thickness of positive electrode active material layer 223”;
“Mass (weight per unit area) of positive electrode active material layer 223” = “Mass of positive electrode sheet 220” − “Mass of positive electrode current collector 221”;

本発明者の知見では、小型軽量化および高容量化(エネルギ密度を高めること)が求められる場合、正極活物質粒子のタップ密度やプレス密度が高い正極活物質粒子を用い、正極活物質層の密度を高くするとよい。この場合、0.1C程度の低い出力で使用する分には、耐久性があり、容量を高く維持できる。   According to the knowledge of the present inventor, when a reduction in size and weight and an increase in capacity (increasing energy density) are required, positive electrode active material particles having a high tap density or press density of the positive electrode active material particles are used. It is better to increase the density. In this case, the portion used at a low output of about 0.1 C is durable and can maintain a high capacity.

しかし、車両駆動用の用途では、格段に高い出力が求められ、例えば、4C或いは5C程度のハイレートでの充放電サイクルに対する耐久性が求められる。本発明者の知見では、正極活物質層223の密度が高いと、4C或いは5C程度のハイレートでの充放電サイクルに対する耐久性(例えば、抵抗上昇率)が悪くなる。このような耐久性を考慮すると、正極活物質層223の密度f1は、例えば、f1≦2.85に小さいことが望ましい。ここで、1Cとは、セルを定電流放電してちょうど1時間で放電終了となる電流値のことであり、例えば、定格容量が2.22Ahのセルでは1C=2.2Aである。   However, in applications for driving a vehicle, a remarkably high output is required, and for example, durability against a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C or 5C is required. According to the knowledge of the present inventors, when the density of the positive electrode active material layer 223 is high, durability (for example, resistance increase rate) with respect to a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C or 5C is deteriorated. In consideration of such durability, the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is desirably small, for example, f1 ≦ 2.85. Here, 1C is a current value at which discharge is completed in exactly one hour after constant current discharge of the cell. For example, in a cell with a rated capacity of 2.22 Ah, 1C = 2.2A.

ここで、本発明者は、正極活物質層の密度が異なる評価用セルを作成し、所定の充放電サイクルに対して、所定サイクル毎にIV抵抗を測定して、IV抵抗の上昇傾向を調べた。   Here, the present inventor creates evaluation cells having different densities of the positive electrode active material layer, measures the IV resistance for each predetermined cycle with respect to a predetermined charge / discharge cycle, and examines the increasing tendency of the IV resistance. It was.

≪評価用セル≫
ここで用意された評価用セルは、いわゆる18650型の電池(図示省略)で構成されている。なお、ここでは、評価用セルとして、18650型の電池を例示しているが、他のサイズの円筒型電池、角型やラミネート型などの他の形状の電池においても同じような傾向が得られうる。このため、評価用セルの形状や構造は、特段、本発明を限定しない。
≪Evaluation cell≫
The evaluation cell prepared here is a so-called 18650 type battery (not shown). Here, the 18650-type battery is illustrated as the evaluation cell, but the same tendency can be obtained in other sizes of cylindrical batteries, batteries of other shapes such as a square type and a laminate type. sell. For this reason, the shape and structure of the evaluation cell do not particularly limit the present invention.

≪評価用セルの正極≫
正極における正極活物質層を形成するのに正極合剤を調製した。ここで、正極合剤は、正極活物質として三元系のリチウム遷移金属酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)、導電材としてアセチレンブラック(AB)、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)をそれぞれ用いた。なお、アセチレンブラック(AB)としては、電気化学工業デンカブラック粉状を使用した。
≪Evaluation cell positive electrode≫
A positive electrode mixture was prepared to form a positive electrode active material layer in the positive electrode. Here, the positive electrode mixture includes a ternary lithium transition metal oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyfluoride as a binder. Vinylidene chloride (PVDF) was used. In addition, as acetylene black (AB), Denki Kagaku Denka black powder form was used.

ここでは、正極活物質と、導電材と、バインダの質量比を、正極活物質:導電材:バインダ=91:6:3とした。これら正極活物質と、導電材と、バインダとを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)と混合することによって正極合剤ペーストを調製した。次いで、正極合剤ペーストを正極集電体に塗布して乾燥させた。ここでは、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚さ15μm)を用いた。正極活物質層は、正極集電体の両面に形成した。また、ここでは、正極活物質層の乾燥後の目付量は、正極集電体の両面を合わせて凡そ30mg/cmにした。正極シートは、正極集電体への正極合剤ペーストの塗布量や、乾燥後、ローラプレス機にて圧延する際の圧延量などを調整することによって、正極活物質層の密度や正極活物質層の厚さを調整した。 Here, the mass ratio of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder was positive electrode active material: conductive material: binder = 91: 6: 3. A positive electrode mixture paste was prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive material, and the binder with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Next, the positive electrode mixture paste was applied to the positive electrode current collector and dried. Here, an aluminum foil (thickness 15 μm) as a positive electrode current collector was used. The positive electrode active material layer was formed on both surfaces of the positive electrode current collector. Here, the basis weight after drying of the positive electrode active material layer was about 30 mg / cm 2 in total on both sides of the positive electrode current collector. The positive electrode sheet is formed by adjusting the amount of the positive electrode mixture paste applied to the positive electrode current collector, the amount of rolling when the roller sheet is rolled after drying, the density of the positive electrode active material layer, and the positive electrode active material. The layer thickness was adjusted.

≪評価用セルの負極≫
ここではまず、負極合剤は、負極活物質粒子としては、グラファイト(例えば、少なくとも一部が非晶質炭素膜で覆われた天然黒鉛の粒子)を用いた。また、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を用い、バインダとしてスチレン・ブタジエンゴム(SBR)を用いた。ここで、負極活物質粒子と、増粘剤(CMC)と、バインダ(SBR)の質量比を、負極活物質粒子:CMC:SBR=98:1:1とした。これら負極活物質粒子と、CMCと、SBRとを、イオン交換水と混合することによって負極合剤ペーストを調製した。次いで、負極合剤ペーストを負極集電体に塗布して乾燥させた。ここでは、負極集電体としての銅箔(厚さ10μm)を用いた。また、負極活物質層の乾燥後の目付量は、ここでは、正極に対する負極の理論上の容量比(負極の容量/正極の容量)が1.4になるように設定した。また、負極活物質層は、負極集電体の両面に形成した。負極シートは、負極集電体への負極合剤ペーストの塗布量や、乾燥後、ローラプレス機にて圧延する際の圧延量などを調整することによって、負極活物質層の密度や負極活物質層の厚さを調整した。ここでは、負極活物質層の密度は、1.4g/cmにした。
≪Negative electrode of evaluation cell≫
Here, first, graphite (for example, natural graphite particles at least partially covered with an amorphous carbon film) was used as the negative electrode active material particles in the negative electrode mixture. Further, carboxymethylcellulose (CMC) was used as a thickener, and styrene-butadiene rubber (SBR) was used as a binder. Here, the mass ratio of the negative electrode active material particles, the thickener (CMC), and the binder (SBR) was negative electrode active material particles: CMC: SBR = 98: 1: 1. A negative electrode mixture paste was prepared by mixing these negative electrode active material particles, CMC, and SBR with ion-exchanged water. Next, the negative electrode mixture paste was applied to the negative electrode current collector and dried. Here, a copper foil (thickness 10 μm) as a negative electrode current collector was used. The basis weight after drying of the negative electrode active material layer was set so that the theoretical capacity ratio of the negative electrode to the positive electrode (the capacity of the negative electrode / the capacity of the positive electrode) was 1.4. Moreover, the negative electrode active material layer was formed on both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode sheet can be adjusted by adjusting the amount of the negative electrode mixture paste applied to the negative electrode current collector, the amount of rolling when the roller press is rolled after drying, the density of the negative electrode active material layer, and the negative electrode active material. The layer thickness was adjusted. Here, the density of the negative electrode active material layer was set to 1.4 g / cm 3 .

≪評価用セルのセパレータ≫
セパレータとしては、ポリプロピレン(PP)と、ポリエチレン(PE)の三層構造(PP/PE/PP)の多孔質シートからなるセパレータを用いた。ここでは、ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)の質量比を、PP:PE:PP=3:4:3とした。
≪Evaluator cell separator≫
As the separator, a separator made of a porous sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP) of polypropylene (PP) and polyethylene (PE) was used. Here, the mass ratio of polypropylene (PP) and polyethylene (PE) was PP: PE: PP = 3: 4: 3.

≪評価用セルの組み立て≫
上記で作製した負極と、正極と、セパレータとを用いて、試験用の18650型セル(リチウムイオン二次電池)を構築した。ここでは、セパレータを介在させた状態で、正極シートと負極シートとを積層して捲回した捲回電極体を作製した。そして、捲回電極体を円筒型の電池ケースに収容し、非水電解液を注液して封口し、評価用セルを構築した。ここで、非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを、所定の体積比(EC:DMC=3:7)で混合溶媒に、リチウム塩としての1mol/LのLiPFを溶解させた電解液を用いた。ここでは、定格容量が凡そ1Ahとなるように評価用セルを作成した。
≪Assembly of evaluation cell≫
A test 18650 type cell (lithium ion secondary battery) was constructed using the negative electrode produced above, the positive electrode, and the separator. Here, a wound electrode body was produced by laminating and winding a positive electrode sheet and a negative electrode sheet with a separator interposed therebetween. And the winding electrode body was accommodated in the cylindrical battery case, the nonaqueous electrolyte solution was poured and sealed, and the cell for evaluation was constructed. Here, as the non-aqueous electrolyte, ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed in a predetermined volume ratio (EC: DMC = 3: 7) and 1 mol / L as a lithium salt. An electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved was used. Here, the evaluation cell was prepared so that the rated capacity was about 1 Ah.

ここでは、正極活物質層の密度または正極活物質粒子の一次粒子の形状が異なる評価用セルを得る。なお、ここでの各評価用セルはかかる正極が異なる点を除き、概ね同じ構成とした。そして、かかる評価用セルについて、所定のコンディショニングを施した後で、所定の充放電サイクルを施し、充放電サイクルによる抵抗上昇率や容量維持率を評価した。   Here, evaluation cells having different densities of the positive electrode active material layer or primary particles of the positive electrode active material particles are obtained. The evaluation cells here have almost the same configuration except that the positive electrode is different. And about this evaluation cell, after giving predetermined conditioning, the predetermined charging / discharging cycle was given, and the resistance increase rate and capacity maintenance rate by the charging / discharging cycle were evaluated.

≪コンディショニング≫
ここでコンディショニングは、次の手順1、2によって行なわれる。
手順1:1Cの定電流充電にて4.1Vに到達した後、5分間休止する。
手順2:手順1の後、定電圧充電にて1.5時間充電し、5分間休止する。
かかるコンディショニングでは、初期充電によって所要の反応が生じてガスが発生する。また、負極活物質層などに所要の被膜形成が形成される。
<< conditioning >>
Here, conditioning is performed by the following procedures 1 and 2.
Procedure 1: After reaching 4.1 V with a constant current charge of 1 C, pause for 5 minutes.
Procedure 2: After Procedure 1, charge for 1.5 hours by constant voltage charging and rest for 5 minutes.
In such conditioning, a required reaction occurs due to initial charging, and gas is generated. Moreover, a required film formation is formed on the negative electrode active material layer or the like.

≪定格容量の測定≫
上記コンディショニングの後、評価用セルについて定格容量が測定される。定格容量の測定は、次の手順1〜3によって測定されている。なお、ここでは温度による影響を一定にするため、定格容量は25℃の温度環境において測定されている。また、ここでは、評価用セルについてSOC0%を3.0Vとし、SOC100%を4.1Vとした。
手順1:1C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、5分間休止する。
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、5分間休止する。
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、5分間休止する。
ここで、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≫
After the conditioning, the rated capacity is measured for the evaluation cell. The rated capacity is measured by the following procedures 1 to 3. Here, in order to make the influence of temperature constant, the rated capacity is measured in a temperature environment of 25 ° C. In this case, the SOC for the evaluation cell was set to 3.0V SOC and 3.0% SOC to 4.1V.
Procedure 1: After reaching 3.0 V by constant current discharge of 1C, discharge at constant voltage discharge for 2 hours, and then rest for 5 minutes.
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 5 minutes.
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 rest for 5 minutes.
Here, 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 “rated capacity”.

≪SOC調整≫
SOC調整は、次の1、2の手順によって調整される。ここで、SOC調整は、上記コンディショニング工程および定格容量の測定の後に行なうとよい。また、ここでは、温度による影響を一定にするため、25℃の温度環境下でSOC調整を行なっている。
手順1:3Vから1Cの定電流で充電し、定格容量の凡そ60%の充電状態にする(ここでは、SOC60%、3.72Vの電圧まで定電流で充電する)。
手順2:手順1の後、2.5時間、定電圧充電する(ここでは、3.72Vの定電圧で2.5時間充電する)。
これにより、評価用セルは、所定の充電状態に調整することができる。なお、ここでは、SOCを60%に調整する場合を記載しているが、手順1で充電状態を変更することによって、任意の充電状態に調整できる。例えば、SOC90%に調整する場合には、手順1において、評価用セルを定格容量の90%の充電状態(SOC90%)にするとよい。
≪SOC adjustment≫
The SOC adjustment is performed by the following procedures 1 and 2. Here, the SOC adjustment may be performed after the conditioning process and the measurement of the rated capacity. Here, in order to make the influence of temperature constant, SOC adjustment is performed in a temperature environment of 25 ° C.
Procedure 1: Charge from 3V to 1C at a constant current to a charge state of approximately 60% of the rated capacity (in this case, charge at a constant current up to a voltage of SOC 60%, 3.72V).
Procedure 2: After step 1, charge at a constant voltage for 2.5 hours (here, charge at a constant voltage of 3.72 V for 2.5 hours).
Thereby, the cell for evaluation can be adjusted to a predetermined charge state. In addition, although the case where SOC is adjusted to 60% is described here, it can be adjusted to an arbitrary charged state by changing the charged state in procedure 1. For example, when adjusting to SOC 90%, in the procedure 1, the evaluation cell may be in a charged state (SOC 90%) of 90% of the rated capacity.

≪正極活物質層の密度と抵抗上昇率との関係≫
図9は、リチウムイオン二次電池について、正極活物質層の密度と抵抗上昇率との関係を示している。ここでは、評価用セルについて、上記コンディショニング後、所定のIV抵抗を測定し、初期抵抗とする。次に、所定の充放電サイクルを行い、所定サイクル毎に、初期抵抗と同様の方法にて所定のIV抵抗を測定した。これにより、正極活物質層の密度が異なる評価用セルについて、それぞれ抵抗が上昇する傾向を調べた。
≪Relationship between positive electrode active material layer density and resistance increase rate≫
FIG. 9 shows the relationship between the density of the positive electrode active material layer and the rate of increase in resistance for the lithium ion secondary battery. Here, for the evaluation cell, after the conditioning, a predetermined IV resistance is measured and set as an initial resistance. Next, a predetermined charge / discharge cycle was performed, and a predetermined IV resistance was measured for each predetermined cycle by the same method as the initial resistance. Thereby, about the cell for evaluation from which the density of a positive electrode active material layer differs, the tendency for resistance to rise, respectively was investigated.

≪IV抵抗≫
ここで、かかるIV抵抗の測定は、25℃の温度環境で、それぞれ評価用セルをSOC30%に調整する。そして、10分間休止させた後で、評価用セルを20C(ここでは、約20A)の定電流で10秒間放電した(CC放電)。そして、10秒後の電圧ドロップ(電圧降下量ΔV)を求め、そこからIV抵抗(R=ΔV/I)を求めた。ここで、Iは、20C(約20A)とした。
≪IV resistance≫
Here, in the measurement of the IV resistance, each evaluation cell is adjusted to SOC 30% in a temperature environment of 25 ° C. Then, after resting for 10 minutes, the evaluation cell was discharged with a constant current of 20 C (here, about 20 A) for 10 seconds (CC discharge). Then, a voltage drop (voltage drop amount ΔV) after 10 seconds was obtained, and an IV resistance (R = ΔV / I) was obtained therefrom. Here, I was 20C (about 20A).

≪充放電サイクル≫
ここでは、まず評価用セルを25℃の温度環境においてSOC60%に調整する。次に、60℃の温度環境において、4Cの定電流で放電し、電圧が3.0Vに降下したら、10分間の休止、次に、4Cの定電流で充電し、電圧が4.1Vになったら、10分間の休止、これを1サイクルとし、3.0Vから4.1Vの範囲で、放電と充電を繰り返す。ここでは、100サイクル毎に、IV抵抗を測定するとともに、評価用セルを25℃の環境でSOC60%に調整しつつ、上記充放電サイクルを2000サイクル行なった。これにより、ハイレート充放電サイクルに対するIV抵抗の上昇傾向が得られる。
≪Charge / discharge cycle≫
Here, the evaluation cell is first adjusted to SOC 60% in a temperature environment of 25 ° C. Next, in a temperature environment of 60 ° C., the battery is discharged at a constant current of 4C, and when the voltage drops to 3.0V, it is paused for 10 minutes, and then charged at a constant current of 4C, and the voltage becomes 4.1V. Then, 10 minutes of rest, which is one cycle, is repeatedly discharged and charged in the range of 3.0V to 4.1V. Here, the IV resistance was measured every 100 cycles, and the charge / discharge cycle was repeated 2000 times while the evaluation cell was adjusted to SOC 60% in an environment of 25 ° C. Thereby, the rise tendency of IV resistance with respect to a high-rate charging / discharging cycle is obtained.

例えば、図9では、正極活物質層の密度が、3.24g/cm、2.85g/cm、2.52g/cm、2.21g/cmの評価用セルについて、上述したハイレート充放電サイクルによるIV抵抗の上昇傾向を測定した結果である。 For example, high-rate 9, the density of the positive electrode active material layer, 3.24g / cm 3, 2.85g / cm 3, 2.52g / cm 3, the cell for evaluation of 2.21 g / cm 3, the above-mentioned It is the result of having measured the rise tendency of IV resistance by a charging / discharging cycle.

その結果、正極活物質層223の密度が3.24g/cmである場合には、所定のハイレートでの充放電サイクルに対して抵抗が格段に上昇する傾向が見られた。これに対して、正極活物質層223の密度が2.85g/cm、2.52g/cm、2.21g/cmの評価用セルでは、所定のハイレートでの充放電サイクルに対して抵抗上昇が低く抑えられた。このため、放電電圧が4V以上になりうるリチウムイオン二次電池のような非水系二次電池では、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対しては、正極活物質層223の密度が3.24g/cmであると、抵抗が上昇する傾向があり、所要のサイクル耐久性が得られない。これに対して、2.85g/cm以下であると、抵抗上昇が抑えられる傾向があり、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して所要のサイクル耐久性が得られ得る。 As a result, when the density of the positive electrode active material layer 223 was 3.24 g / cm 3 , the resistance tended to increase markedly with respect to the charge / discharge cycle at a predetermined high rate. In contrast, the density of the positive electrode active material layer 223 is 2.85g / cm 3, 2.52g / cm 3, the evaluation cell of 2.21 g / cm 3, with respect to the charge-discharge cycle at a predetermined high rate Resistance rise was kept low. For this reason, in a non-aqueous secondary battery such as a lithium ion secondary battery in which the discharge voltage can be 4 V or higher, the density of the positive electrode active material layer 223 is 3.3 for a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C. When it is 24 g / cm 3 , the resistance tends to increase, and the required cycle durability cannot be obtained. On the other hand, if it is 2.85 g / cm 3 or less, an increase in resistance tends to be suppressed, and a required cycle durability can be obtained for a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C.

このため、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して所要のサイクル耐久性が求められる用途(例えば、車両駆動用電池)では、正極活物質層の密度は、2.85g/cm以下であるとよい。また、より好ましくは、正極活物質層の密度は、2.80g/cm以下、さらに好ましくは正極活物質層の密度は、2.75g/cm以下であるとよい。これにより、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して、より安定したサイクル耐久性が得られ得る。 For this reason, in applications where required cycle durability is required for charge / discharge cycles at a high rate of about 4C (for example, vehicle driving batteries), the density of the positive electrode active material layer is 2.85 g / cm 3 or less. There should be. More preferably, the density of the positive electrode active material layer is 2.80 g / cm 3 or less, more preferably the density of the positive electrode active material layer is 2.75 g / cm 3 or less. Thereby, more stable cycle durability can be obtained with respect to a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C.

本発明者の推察するところでは、正極活物質層の密度が高い場合、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して、正極活物質層中で、電解液の塩濃度が偏りやすい。これに対して、正極活物質層の密度は2.85g/cm以下と小さく設定するとよい。この場合、正極活物質層中に所要の空隙が確保されており、正極活物質層に十分な電解液が染み渡る。このため4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して、抵抗上昇を抑えられると考えられる。 As the inventors infer, when the density of the positive electrode active material layer is high, the salt concentration of the electrolytic solution tends to be biased in the positive electrode active material layer with respect to a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C. On the other hand, the density of the positive electrode active material layer is preferably set as small as 2.85 g / cm 3 or less. In this case, a required gap is secured in the positive electrode active material layer, and a sufficient electrolyte solution permeates the positive electrode active material layer. For this reason, it is thought that resistance rise can be suppressed with respect to the charge / discharge cycle at a high rate of about 4C.

このリチウムイオン二次電池100では、正極活物質層223の密度f1がf1≦2.85g/cmと小さい。このため、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して、抵抗上昇を抑えられる。さらに、正極活物質層223の密度f1は、小さすぎると充放電の膨張収縮に対して所要の剛性が確保されない可能性がある。この場合、正極活物質層223の密度f1は、凡そ2.20g/cm以上であるとよい(2.20g/cm≦f1)。これにより、正極活物質層223は所要の剛性が確保される。 In the lithium ion secondary battery 100, the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is as small as f1 ≦ 2.85 g / cm 3 . For this reason, a resistance rise can be suppressed with respect to a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C. Furthermore, if the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is too small, there is a possibility that the required rigidity is not ensured for the expansion / contraction of charge / discharge. In this case, the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is preferably about 2.20 g / cm 3 or more (2.20 g / cm 3 ≦ f1). Thereby, the positive electrode active material layer 223 has a required rigidity.

このように、正極活物質層の密度f1をf1≦2.85g/cmとし、正極活物質層の密度f1を小さくした。これによって、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して、リチウムイオン二次電池100の抵抗上昇を抑えることができる。ところが、正極活物質層223の密度f1を、2.85g/cm以下に小さくした場合でも、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して容量が低下する場合がある。 Thus, the density f1 of the positive electrode active material layer was set to f1 ≦ 2.85 g / cm 3, and the density f1 of the positive electrode active material layer was reduced. As a result, an increase in resistance of the lithium ion secondary battery 100 can be suppressed against a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C. However, even when the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is reduced to 2.85 g / cm 3 or less, the capacity may decrease with respect to a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C.

本発明者は、正極活物質粒子610についてより詳しく調べた。その結果、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して容量が低下する事象について、正極活物質粒子610の一次粒子800の形状が関与していることが見出された。さらに、正極活物質粒子610の一次粒子800について、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して容量を高く維持できる条件が見出された。   The inventor examined the positive electrode active material particles 610 in more detail. As a result, it was found that the shape of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 is involved in the event that the capacity decreases with respect to the charge / discharge cycle at a high rate of about 4C. Furthermore, the primary particle 800 of the positive electrode active material particles 610 was found to have a condition that can maintain a high capacity with respect to a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C.

≪正極活物質粒子610の一次粒子≫
ここで正極活物質粒子610を二次粒子とする。正極活物質粒子610の一次粒子800は、かかる二次粒子としての正極活物質粒子610を形成し、かつ、外見上の幾何学的形態から判断して、単位粒子(ultimate particle)と考えられる粒子形態を一次粒子800としている。さらに一次粒子800は、図8に示すように、正極活物質(例えば、リチウム遷移金属酸化物)の結晶子810の集合物である。
≪Primary particles of positive electrode active material particles 610≫
Here, the positive electrode active material particles 610 are secondary particles. The primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 form the positive electrode active material particles 610 as the secondary particles, and are considered to be unit particles (ultimate particles) as judged from the apparent geometric form. The form is a primary particle 800. Further, as shown in FIG. 8, the primary particles 800 are aggregates of crystallites 810 of a positive electrode active material (for example, lithium transition metal oxide).

一次粒子800は、例えば、正極活物質粒子610の粒子表面のTEM画像やSEM画像などを基に観察することが可能である。正極活物質粒子610の電子顕微鏡写真や正極活物質粒子610の粒子表面のTEM画像やSEM画像などは、例えば、キーエンス製VE−9800や日立超高分解能電解放出形走査顕微鏡S5500によって得ることができる。この場合、例えば、画像解析ソフト(例えば、日機装Viewtrac)によって、濃淡や色調の差を利用して、一次粒子800を自動判別することができる。さらに、一次粒子800の周囲長や面積、同時に短径や長径、さらには、後述するアスペクト比や円形度Mについても、予めプログラムしておくことによって自動的に測定可能である。ここで、図7(a)は、正極活物質層223を折り曲げて割った断面のSEM画像である。かかるSEM画像によれば、図7(b)に示すように、正極活物質層223中の正極活物質粒子610の一次粒子800を観察することができる。   The primary particles 800 can be observed based on, for example, TEM images or SEM images of the particle surfaces of the positive electrode active material particles 610. Electron micrographs of the positive electrode active material particles 610 and TEM images and SEM images of the surface of the positive electrode active material particles 610 can be obtained by, for example, VE-9800 manufactured by Keyence or Hitachi ultra-high resolution field emission scanning microscope S5500. . In this case, for example, the primary particles 800 can be automatically determined by using image analysis software (for example, Nikkiso Viewtrac) using a difference in shade and color tone. Further, the peripheral length and area of the primary particles 800, the short diameter and the long diameter, and the aspect ratio and the circularity M described later can be automatically measured by programming in advance. Here, FIG. 7A is an SEM image of a cross section obtained by bending and splitting the positive electrode active material layer 223. According to the SEM image, as shown in FIG. 7B, the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 in the positive electrode active material layer 223 can be observed.

≪正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比As≫
ここでは、正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比Asを評価する。かかるアスペクト比Asの評価では、例えば、正極活物質粒子610の一次粒子800について、図8に示すように、最も長い長径L1と、当該長径L1に直交する方向における正極活物質粒子610の一次粒子800の長さである短径L2との比(長径/短径)を求めるとよい。
<< Aspect Ratio As of Primary Particle 800 of Positive Electrode Active Material Particle 610 >>
Here, the aspect ratio As of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 is evaluated. In the evaluation of the aspect ratio As, for example, the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 have the longest long diameter L1 and the primary particles of the positive electrode active material particles 610 in the direction orthogonal to the long diameter L1, as shown in FIG. The ratio (major axis / minor axis) to the minor axis L2, which is 800 in length, may be obtained.

例えば、正極活物質粒子610の一次粒子800が分かるように撮影された断面画像又は外観画像から、一次粒子800のアスペクト比Asを評価するのに適当な少なくとも1つの一次粒子800を抽出するとよい。そして、当該抽出された一次粒子800について、図8に示すように、それぞれ当該画像において最も長い長径L1と、当該長径L1に直交する方向における正極活物質粒子610の一次粒子800の長さである短径L2との比(長径/短径)を求めるとよい。そして、当該正極活物質粒子610について、抽出された一次粒子800の当該比(長径/短径)について算術平均を、正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比Asとするとよい。   For example, at least one primary particle 800 suitable for evaluating the aspect ratio As of the primary particle 800 may be extracted from a cross-sectional image or an appearance image taken so that the primary particle 800 of the positive electrode active material particle 610 can be seen. Then, for the extracted primary particles 800, as shown in FIG. 8, the longest long diameter L1 in the image and the length of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 in the direction orthogonal to the long diameter L1, respectively. The ratio (major axis / minor axis) to the minor axis L2 may be obtained. For the positive electrode active material particles 610, the arithmetic average of the ratio (major axis / minor axis) of the extracted primary particles 800 may be the aspect ratio As of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610.

一次粒子800の長径L1は、正極活物質粒子610の電子顕微鏡写真や正極活物質粒子610の粒子表面のTEM画像やSEM画像などを基に測定することができる。一次粒子800の長径L1を測定する場合には、二次粒子である正極活物質粒子610の粒子表面のTEM画像やSEM画像から、一次粒子800の長径L1を特定するのに適当な一次粒子800を特定する。   The major axis L1 of the primary particle 800 can be measured based on an electron micrograph of the positive electrode active material particle 610, a TEM image or an SEM image of the particle surface of the positive electrode active material particle 610, and the like. When measuring the major axis L1 of the primary particle 800, the primary particle 800 suitable for specifying the major axis L1 of the primary particle 800 from the TEM image or SEM image of the particle surface of the positive electrode active material particle 610 as the secondary particle. Is identified.

例えば、二次粒子である正極活物質粒子610の粒子表面のTEM画像やSEM画像には、複数の一次粒子800が写っている。このうち、面積が大きな順に一次粒子800を並べて、面積が大きな一次粒子800を複数個抽出する。これにより、当該粒子表面のTEM画像のSEM画像において、概ね中心に沿って分割された一次粒子800を抽出することができる。そして、図8に示すように、当該抽出された一次粒子800において最も長い幅(長径)を一次粒子800の長径L1とする。また、かかる長径L1に直交する方向で最も長い幅を一次粒子800の短径L2とする。   For example, a plurality of primary particles 800 are shown in the TEM image or SEM image of the particle surface of the positive electrode active material particles 610 that are secondary particles. Among these, primary particles 800 are arranged in descending order of area, and a plurality of primary particles 800 having a large area are extracted. Thereby, in the SEM image of the TEM image of the particle surface, primary particles 800 divided substantially along the center can be extracted. And as shown in FIG. 8, let the longest width | variety (major axis) in the extracted primary particle 800 be the major axis L1 of the primary particle 800. FIG. In addition, the longest width in the direction orthogonal to the major axis L1 is defined as the minor axis L2 of the primary particle 800.

ここで、正極活物質粒子610について、一次粒子800の長径L1および短径L2という場合には、単一の正極活物質粒子610に含まれる複数の一次粒子800における算術平均で評価するとよい。また、正極活物質層223では、さらに正極活物質層223に含まれる複数の正極活物質粒子610についての算術平均で評価するとよい。   Here, when the positive electrode active material particles 610 are referred to as the major axis L 1 and the minor axis L 2 of the primary particles 800, the arithmetic average of a plurality of primary particles 800 included in the single positive electrode active material particle 610 may be evaluated. In the positive electrode active material layer 223, the arithmetic average of the plurality of positive electrode active material particles 610 included in the positive electrode active material layer 223 may be further evaluated.

このリチウムイオン二次電池100は、正極活物質層223の密度f1が、f1≦2.85g/cmである。本発明者の知見によれば、さらに正極活物質粒子610の一次粒子のアスペクト比AsがAs≧1.5であるとよい。要するに、リチウムイオン二次電池100は、正極活物質層223の密度f1が小さく、かつ、正極活物質層223の正極活物質粒子610の一次粒子800が縦長(横長)であるとよい。これにより、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して、容量を高く維持できる。 In the lithium ion secondary battery 100, the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is f1 ≦ 2.85 g / cm 3 . According to the knowledge of the present inventor, the aspect ratio As of the primary particles of the positive electrode active material particles 610 is preferably As ≧ 1.5. In short, in the lithium ion secondary battery 100, it is preferable that the density f1 of the positive electrode active material layer 223 is small and the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 of the positive electrode active material layer 223 are vertically long (horizontally long). Thereby, a capacity | capacitance can be maintained high with respect to the charge / discharge cycle in about 4C high rate.

このように、一次粒子800のアスペクト比Asが凡そ1.5以上の正極活物質粒子610を採用することによって、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して容量を高く維持できる。これについて理由は解明されていない。本発明者が推察するところでは、4C程度のハイレートの充放電サイクルによって、リチウムイオンの放出や吸蔵が繰り返されるために、正極活物質粒子610の一次粒子800に膨張収縮が起こる。密度が小さい正極活物質層223では、正極活物質粒子610を押さえつける力が小さい。かかる膨張収縮に伴う応力によって、正極活物質粒子610は一次粒子800間に割れが生じる。正極活物質粒子610は一次粒子800間に割れが生じると、正極活物質粒子610内での導電パスが切れ、正極活物質粒子610において導電経路から分離独立した一次粒子800が生じる。正極活物質粒子610において導電経路から分離独立した一次粒子800が生じることは、リチウムイオン二次電池100の容量低下が生じる原因の1つと考えられる。   As described above, by using the positive electrode active material particles 610 having the primary particles 800 having an aspect ratio As of about 1.5 or more, the capacity can be maintained high with respect to a charge / discharge cycle at a high rate of about 4C. The reason for this is not clear. As the inventors infer, lithium ions are repeatedly released and occluded by a high-rate charge / discharge cycle of about 4 C, so that the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 expand and contract. In the positive electrode active material layer 223 having a small density, the force for pressing the positive electrode active material particles 610 is small. Due to the stress accompanying the expansion and contraction, the positive electrode active material particles 610 are cracked between the primary particles 800. When the positive electrode active material particles 610 are cracked between the primary particles 800, the conductive path in the positive electrode active material particles 610 is cut, and primary particles 800 separated and independent from the conductive paths are generated in the positive electrode active material particles 610. The generation of primary particles 800 that are separated and independent from the conductive path in the positive electrode active material particles 610 is considered to be one of the causes of the capacity reduction of the lithium ion secondary battery 100.

これに対して、正極活物質粒子610の一次粒子800が縦長(横長)であると、一次粒子800のレベルで見ると、一次粒子800が縦長(横長)である分、一次粒子800間の接触点が多くなる。このため、一次粒子800が縦長(横長)であると、一次粒子800間に割れが生じても、導電経路が確保され易い。このため、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対して、リチウムイオン二次電池100の容量を高く維持することができる。   On the other hand, when the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 are vertically long (horizontally long), when viewed at the level of the primary particles 800, the contact between the primary particles 800 is equivalent to the length of the primary particles 800 (longitudinal). More points. For this reason, if the primary particles 800 are vertically long (landscape), even if cracks occur between the primary particles 800, a conductive path is easily secured. For this reason, the capacity | capacitance of the lithium ion secondary battery 100 can be maintained high with respect to the charging / discharging cycle at about 4C high rate.

以上は、本発明者の推察によるが、実際に、リチウムイオン二次電池100は、正極活物質層223の密度が小さい場合でも、一次粒子800が縦長(横長)の正極活物質粒子610を採用することによって、ハイレートでの充放電サイクル後の抵抗上昇を小さく抑え、かつ、容量を高く維持できる。   Although the above has been inferred by the present inventors, the lithium ion secondary battery 100 actually employs the cathode active material particles 610 whose primary particles 800 are vertically long (landscape) even when the density of the cathode active material layer 223 is small. By doing so, the increase in resistance after the charge / discharge cycle at a high rate can be kept small, and the capacity can be kept high.

例えば、図10および図11は、正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比と、充放電サイクル後の容量維持率との関係を示している。図10は、60℃の温度環境において、3.0Vから4.1Vの範囲において0.1Cの定電流で放電と充電を所定のサイクル数(1000サイクル)繰り返した場合である。図11は、60℃の温度環境において、3.0Vから4.1Vの範囲において4Cの定電流で放電と充電を所定のサイクル数(ここでは、1000サイクル)繰り返した場合である。図10、図11において、正極活物質層223の密度が、2.52g/cmの場合は「○」でプロットしている。正極活物質層223の密度が、2.85g/cmの場合は「×」でプロットしている。正極活物質層223の密度が、3.24g/cmの場合は「△」でプロットしている。
なお、ここでは、キーエンス製VE−9800によって得た正極活物質層223の断面の画像を基に、正極活物質層223中の正極活物質粒子610の一次粒子800の画像を観察し、正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比を求めた。
For example, FIGS. 10 and 11 show the relationship between the aspect ratio of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 and the capacity retention ratio after the charge / discharge cycle. FIG. 10 shows a case where discharging and charging are repeated at a constant current of 0.1 C within a temperature range of 3.0 V to 4.1 V in a temperature environment of 60 ° C. (1000 cycles). FIG. 11 shows a case where discharging and charging are repeated at a constant current of 4 C in a temperature environment of 60 ° C. in a range of 3.0 V to 4.1 V (here, 1000 cycles). In FIGS. 10 and 11, when the density of the positive electrode active material layer 223 is 2.52 g / cm 3 , the plot is indicated by “◯”. When the density of the positive electrode active material layer 223 is 2.85 g / cm 3 , the density is plotted with “x”. When the density of the positive electrode active material layer 223 is 3.24 g / cm 3 , the density is plotted with “Δ”.
Here, based on the image of the cross section of the positive electrode active material layer 223 obtained by VE-9800 manufactured by Keyence, an image of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 in the positive electrode active material layer 223 is observed, and the positive electrode active material layer 223 is observed. The aspect ratio of the primary particle 800 of the material particle 610 was determined.

≪容量維持率(サイクル後容量維持率)≫
ここで容量維持率(サイクル後容量維持率)は、所定の充放電サイクルの前後において、それぞれ所定の充電状態に調整された評価用セルを基に容量を評価する。ここでは、所定の充放電サイクル前の評価用セルの容量を「初期容量」とし、所定の充放電サイクル後の評価用セルの容量を「サイクル後容量」としている。「容量維持率」は、「サイクル後容量」を「初期容量」で割った値である。
「容量維持率」=「サイクル後容量」/「初期容量」;
≪Capacity maintenance ratio (capacity maintenance ratio after cycle) ≫
Here, the capacity maintenance rate (capacity maintenance rate after cycle) evaluates the capacity based on evaluation cells adjusted to a predetermined charge state before and after a predetermined charge / discharge cycle. Here, the capacity of the evaluation cell before a predetermined charge / discharge cycle is defined as “initial capacity”, and the capacity of the evaluation cell after a predetermined charge / discharge cycle is defined as “post-cycle capacity”. “Capacity maintenance ratio” is a value obtained by dividing “capacity after cycle” by “initial capacity”.
“Capacity maintenance ratio” = “Capacity after cycle” / “Initial capacity”;

ここで、評価用セルの容量は、25℃の温度環境において、SOC100%(4.1V)に調整された評価用セルを基に測定した放電容量である。ここで、「放電容量」は、それぞれ25℃の温度環境において、4.1V(SOC100%)から3.0V(SOC0%)まで1Cの定電流で放電させ、続いて合計放電時間が2時間となるまで定電圧で放電させた際に測定される積算容量(積算放電量)である。   Here, the capacity of the evaluation cell is a discharge capacity measured based on the evaluation cell adjusted to SOC 100% (4.1 V) in a temperature environment of 25 ° C. Here, the “discharge capacity” is a discharge at a constant current of 1 C from 4.1 V (SOC 100%) to 3.0 V (SOC 0%) in a temperature environment of 25 ° C., respectively, followed by a total discharge time of 2 hours. It is the integrated capacity (integrated discharge amount) measured when discharging at a constant voltage until the time.

図10に示すように、0.1Cの定電流で放電と充電が繰り返される充放電サイクル(ローレートでの充放電サイクル)では、正極活物質層223の密度が凡そ2.52g/cmの場合に、容量維持率が低下する傾向が見られる場合がある。この場合でも、正極活物質粒子610の一次粒子800のアスペクト比が1.5以上であれば、リチウムイオン二次電池の容量は高く維持できる。 As shown in FIG. 10, in the charge / discharge cycle (charge / discharge cycle at a low rate) in which discharge and charge are repeated at a constant current of 0.1 C, the density of the positive electrode active material layer 223 is approximately 2.52 g / cm 3 . In some cases, the capacity maintenance rate tends to decrease. Even in this case, if the aspect ratio of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 is 1.5 or more, the capacity of the lithium ion secondary battery can be maintained high.

図11に示すように、4Cの定電流で放電と充電が繰り返される充放電サイクル(ハイレートでの充放電サイクル)では、正極活物質層223の密度が高い場合に、正極活物質層223中の電解液が不足(液枯れ)する。このため容量が低下する傾向がある。また、正極活物質層223の密度が低い場合でも割れが生じる。このため、アスペクト比が1に近い場合には、容量が低下する傾向がある。これに対して、正極活物質粒子610のアスペクト比が1.5以上と大きくなると容量が高く維持される傾向がある。このため、正極活物質粒子610のアスペクト比は1.5以上、より好ましくは2以上であるとよい。これにより、リチウムイオン二次電池100の容量を高く維持できる。   As shown in FIG. 11, in a charge / discharge cycle (charge / discharge cycle at a high rate) in which discharge and charge are repeated at a constant current of 4 C, when the density of the positive electrode active material layer 223 is high, The electrolyte is insufficient (withered). For this reason, the capacity tends to decrease. Moreover, even when the density of the positive electrode active material layer 223 is low, cracking occurs. For this reason, when the aspect ratio is close to 1, the capacity tends to decrease. In contrast, when the aspect ratio of the positive electrode active material particles 610 is increased to 1.5 or more, the capacity tends to be maintained high. For this reason, the aspect ratio of the positive electrode active material particles 610 is 1.5 or more, more preferably 2 or more. Thereby, the capacity of the lithium ion secondary battery 100 can be maintained high.

≪一次粒子800の円形度M≫
ここで、正極活物質粒子610の一次粒子800の円形度Mは、一次粒子800について、当該一次粒子800の断面積Sと、当該一次粒子800の周囲長Lとに基づいて、M=4πS/L;の式に基づいて求めるとよい。
≪Circularity M of primary particles 800≫
Here, the circularity M of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 is determined based on the cross-sectional area S of the primary particles 800 and the peripheral length L of the primary particles 800 with respect to the primary particles 800. It may be obtained based on the formula of L 2 ;

例えば、正極活物質粒子610の一次粒子800の円形度Mは、正極活物質粒子610の一次粒子800が分かるように撮影された断面画像又は外観画像から、一次粒子800の円形度Mを評価するのに適当な少なくとも1つの一次粒子800を抽出するとよい。そして、当該抽出された一次粒子800について、当該一次粒子800の断面積Sと、当該一次粒子800の周囲長Lとに基づいて、
M=4πS/L
の式に基づいて求めるとよい。
For example, the circularity M of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 is evaluated from the cross-sectional image or the appearance image taken so that the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 can be seen. At least one primary particle 800 suitable for the extraction may be extracted. And about the extracted primary particle 800, based on the cross-sectional area S of the primary particle 800 and the peripheral length L of the primary particle 800,
M = 4πS / L 2 ;
It may be obtained based on the following formula.

ここで、正極活物質粒子610から複数の一次粒子800を抽出した場合には、抽出された一次粒子の算術平均によって、当該正極活物質粒子610の一次粒子800の円形度Mを評価するとよい。なお、ここでは、正極活物質粒子610の一次粒子800が分かるように撮影された断面画像から、一次粒子800の断面積のうち短径が、上述したアスペクト比を算出する際の短径の平均値に近い、一次粒子800を幾つか抽出する。そのうち、一次粒子800の円形度Mが最も1に近い一次粒子800の円形度Mを、当該正極活物質粒子610の一次粒子800の円形度Mにしている。なお、上述したアスペクト比を算出する際の短径の平均値に近い、一次粒子800を幾つか抽出し、一次粒子800の円形度が1に近い一次粒子800を幾つか(例えば、5つ)抽出し、抽出された一次粒子800の円形度の算術平均を当該正極活物質粒子610の円形度Mにしてもよい。   Here, when a plurality of primary particles 800 are extracted from the positive electrode active material particles 610, the circularity M of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 may be evaluated by an arithmetic average of the extracted primary particles. Here, from the cross-sectional image taken so that the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 can be seen, the short diameter of the cross-sectional area of the primary particles 800 is the average of the short diameters when the above-described aspect ratio is calculated. Extract some primary particles 800 close to the value. Among them, the circularity M of the primary particle 800 having the circularity M of the primary particle 800 closest to 1 is set to the circularity M of the primary particle 800 of the positive electrode active material particle 610. In addition, some primary particles 800 that are close to the average value of the short diameter when calculating the aspect ratio described above are extracted, and some primary particles 800 having a circularity of the primary particles 800 close to 1 (for example, five). The arithmetic average of the circularity of the extracted primary particles 800 may be set to the circularity M of the positive electrode active material particles 610.

かかる一次粒子800の円形度Mは1に近いほど、一次粒子800の長径に直交する断面が真円に近いことを示している。本発明者の得た知見によれば、特に、4C程度のハイレートでの充放電サイクルに対しては、正極活物質層223の密度が、2.85g/cm以下であるとともに、正極活物質層に含まれた正極活物質粒子の算術平均において、正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mが0.92≦M≦0.98であるとよい。これにより、リチウムイオン二次電池100の容量維持率を高く維持することができる。 As the circularity M of the primary particle 800 is closer to 1, the cross section perpendicular to the major axis of the primary particle 800 is closer to a perfect circle. According to the knowledge obtained by the present inventor, the density of the positive electrode active material layer 223 is 2.85 g / cm 3 or less, especially for the charge / discharge cycle at a high rate of about 4C, and the positive electrode active material In the arithmetic average of the positive electrode active material particles contained in the layer, the circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles is preferably 0.92 ≦ M ≦ 0.98. Thereby, the capacity maintenance rate of the lithium ion secondary battery 100 can be maintained high.

例えば、図12および図13は、正極活物質粒子610の一次粒子800の円形度Mと、充放電サイクル後の容量維持率との関係を示している。図12は、3.0Vから4.1Vの範囲において0.5Cの定電流で放電と充電を繰り返す充放電サイクルを行なった場合について、円形度Mとリチウムイオン二次電池の容量維持率(サイクル後容量維持率)との関係が示されている。図12では、正極活物質層の密度が2.52g/cmである場合について示されている。図13は、3.0Vから4.1Vの範囲において4Cの定電流で放電と充電を繰り返す充放電サイクルを行なった場合について、円形度Mとリチウムイオン二次電池の容量維持率(サイクル後容量維持率)との関係が示されている。図13では、正極活物質層の密度が2.52g/cm、2.85g/cm、3.24g/cmである場合について示されている。
なお、ここでは、キーエンス製VE−9800によって得た正極活物質層223の断面の画像を基に、正極活物質層223中の正極活物質粒子610の一次粒子800の画像を観察し、正極活物質粒子610の一次粒子800の円形度Mを求めた。
For example, FIGS. 12 and 13 show the relationship between the circularity M of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 and the capacity retention ratio after the charge / discharge cycle. FIG. 12 shows the circularity M and the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery (cycle) when a charge / discharge cycle in which discharge and charge are repeated at a constant current of 0.5 C in the range of 3.0 V to 4.1 V is performed. The relationship with the rear capacity maintenance rate) is shown. FIG. 12 shows the case where the density of the positive electrode active material layer is 2.52 g / cm 3 . FIG. 13 shows the circularity M and the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery (capacity after cycle) when a charge / discharge cycle in which discharge and charge are repeated at a constant current of 4 C in the range of 3.0 V to 4.1 V is performed. The maintenance ratio is shown. In Figure 13, the density of the positive electrode active material layer is 2.52g / cm 3, 2.85g / cm 3, are shown for the case of 3.24 g / cm 3.
Here, based on the image of the cross section of the positive electrode active material layer 223 obtained by VE-9800 manufactured by Keyence, an image of the primary particles 800 of the positive electrode active material particles 610 in the positive electrode active material layer 223 is observed, and the positive electrode active material layer 223 is observed. The circularity M of the primary particle 800 of the material particle 610 was determined.

図12に示すように、0.5C程度の比較的低い電流で放電と充電とが繰り返される用途では、正極活物質層の密度が2.52g/cmと低い場合には、円形度Mが1に近づくよりも、円形度Mがより小さく、真円でない方が、リチウムイオン二次電池の容量維持率は高い傾向がある。これに対して、図13に示すように、正極活物質層の密度が2.85g/cm以下、例えば、正極活物質層の密度が2.52g/cmである場合には、正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mが0.92≦M≦0.98であることによって、リチウムイオン二次電池の容量を高く維持できる。 As shown in FIG. 12, in applications where discharging and charging are repeated at a relatively low current of about 0.5 C, when the density of the positive electrode active material layer is as low as 2.52 g / cm 3 , the circularity M is The capacity maintenance rate of the lithium ion secondary battery tends to be higher when the circularity M is smaller and is not a perfect circle, rather than approaching 1. On the other hand, as shown in FIG. 13, when the density of the positive electrode active material layer is 2.85 g / cm 3 or less, for example, the density of the positive electrode active material layer is 2.52 g / cm 3 , When the circularity M of the primary particles of the material particles is 0.92 ≦ M ≦ 0.98, the capacity of the lithium ion secondary battery can be maintained high.

以上、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100を説明したが、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、種々の変更が可能である。   The lithium ion secondary battery 100 according to the embodiment of the present invention has been described above, but the lithium ion secondary battery 100 according to the embodiment of the present invention can be variously modified.

≪正極活物質粒子610≫
例えば、正極活物質粒子610は、層状構造のリチウム遷移金属酸化物であるとよい。この場合、リチウム遷移金属酸化物は、Ni、CoおよびMnを含んでいるとよい。このような、リチウム遷移金属酸化物からなる正極活物質粒子610を用いることによって、上述した正極活物質層223の密度f1、アスペクト比または円形度Mについての傾向がより確実に得られる。
<< Positive electrode active material particles 610 >>
For example, the positive electrode active material particles 610 may be a lithium transition metal oxide having a layered structure. In this case, the lithium transition metal oxide may contain Ni, Co, and Mn. By using such positive electrode active material particles 610 made of a lithium transition metal oxide, the above-described tendency for the density f1, the aspect ratio, or the circularity M of the positive electrode active material layer 223 can be obtained more reliably.

より具体的には、リチウム遷移金属酸化物は、Li1+xNiCoMn(1−y−z)γとして含む層状構造の化合物であり、ここで、0≦x≦0.2、0.1<y<0.9、0.1<z<0.4であり、Mは、添加物であり、0≦γ≦0.01であり、Mは、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の添加物であるとよい。 More specifically, the lithium transition metal oxide is a compound having a layer structure including Li 1 + x Ni y Co z Mn (1-yz) M γ O 2 , where 0 ≦ x ≦ 0. .2, 0.1 <y <0.9, 0.1 <z <0.4, M is an additive, 0 ≦ γ ≦ 0.01, and M is Zr, W, It may be at least one kind of additive selected from the group consisting of Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B and F.

また、上述した正極活物質層223の密度f1、アスペクト比または円形度Mについての傾向は、上述した18650型の評価用セルに限定されず、他のサイズの円筒型電池、角型やラミネート型などの他の形状の電池においても、同じような傾向が得られうる。したがって、本発明は、18650型の評価用セルに限定されず、広く他のサイズの円筒型電池、角型やラミネート型などの他の形状の電池において適用できる。   Moreover, the tendency about the density f1, the aspect ratio, or the circularity M of the positive electrode active material layer 223 described above is not limited to the 18650 type evaluation cell described above, and other types of cylindrical batteries, square types, and laminate types. The same tendency can be obtained in other shapes of batteries. Therefore, the present invention is not limited to the 18650 type evaluation cell, and can be widely applied to cylindrical batteries of other sizes, batteries of other shapes such as a square type and a laminate type.

以上、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を説明したが、本発明に係る非水系二次電池は、特に言及されない限りにおいて、上述したリチウムイオン二次電池に限定されない。   The lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention has been described above, but the non-aqueous secondary battery according to the present invention is not limited to the above-described lithium ion secondary battery unless otherwise specified.

ここで開示される非水系二次電池は、特に、低温環境における抵抗上昇率を低く抑えることができる。特にハイレートでの充放電が繰り返される用途、例えば、ハイブリッド車(プラグインハイブリッド車を含む)や電気自動車などにおいて、駆動輪を電動モータで駆動させる車両駆動用電池として好適である。かかる車両駆動用電池の用途においては、加速時には、高出力で放電することが求められ、減速時には回生されるエネルギを急速に充電することが求められる。ここで開示される非水系二次電池は、かかるハイレートで充放電が繰り返される用途において抵抗上昇を低く抑えることができ、さらに容量を高く維持できる。したがって、図14に示されるように、かかる非水系二次電池10(当該非水系二次電池10を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。)を電源(車両駆動用電池)として備える車両1000(典型的には自動車、特に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)を提供することができる。   The non-aqueous secondary battery disclosed here can keep the rate of increase in resistance particularly low in a low temperature environment. In particular, in applications where charging and discharging at high rates are repeated, for example, in hybrid vehicles (including plug-in hybrid vehicles) and electric vehicles, it is suitable as a vehicle driving battery in which driving wheels are driven by an electric motor. In the use of such a vehicle driving battery, it is required to discharge at a high output during acceleration, and to rapidly charge the regenerated energy during deceleration. The non-aqueous secondary battery disclosed herein can keep the increase in resistance low in applications where charge and discharge are repeated at such a high rate, and can maintain a high capacity. Therefore, as shown in FIG. 14, the non-aqueous secondary battery 10 (which may be in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of non-aqueous secondary batteries 10 in series) is used as a power source (vehicle drive). A vehicle 1000 (typically, an automobile including an electric motor such as an automobile, in particular, a hybrid automobile or an electric automobile) can be provided.

10 非水系二次電池
100 リチウムイオン二次電池
200 捲回電極体
220 正極シート
221 正極集電体
222 未塗工部
223 正極活物質層
240 負極シート
241 負極集電体
242 未塗工部
243 負極活物質層
262、264 セパレータ
280 電解液
290 充電器
300 電池ケース
310 隙間
320 容器本体
340 蓋体
350 注液孔
352 封止キャップ
360 安全弁
420 電極端子
440 電極端子
610 正極活物質粒子
620 導電材
630 バインダ
710 負極活物質粒子
730 バインダ
800 一次粒子
1000 車両
WL 捲回軸
10 Nonaqueous secondary battery 100 Lithium ion secondary battery 200 Winding electrode body 220 Positive electrode sheet 221 Positive electrode current collector 222 Uncoated part 223 Positive electrode active material layer 240 Negative electrode sheet 241 Negative electrode current collector 242 Uncoated part 243 Negative electrode Active material layer 262, 264 Separator 280 Electrolyte 290 Battery charger 300 Battery case 310 Crevice 320 Container body 340 Cover body 350 Injection hole 352 Sealing cap 360 Safety valve 420 Electrode terminal 440 Electrode terminal 610 Positive electrode active material particle 620 Conductive material 630 Binder 710 Negative electrode active material particles 730 Binder 800 Primary particles 1000 Vehicle WL Winding shaft

Claims (10)

正極集電体と、
前記正極集電体に形成された正極活物質層と、
前記正極活物質層に含まれた正極活物質粒子および導電材と、
を備え、
前記正極活物質層の密度f1が、f1≦2.85g/cmであり、
前記正極活物質層に含まれた正極活物質粒子の算術平均において、前記正極活物質粒子の一次粒子のアスペクト比AsがAs≧1.5である、非水系二次電池。
A positive electrode current collector;
A positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector;
Positive electrode active material particles and conductive material contained in the positive electrode active material layer;
With
The positive electrode active material layer has a density f1 of f1 ≦ 2.85 g / cm 3 ,
The non-aqueous secondary battery in which the aspect ratio As of the primary particles of the positive electrode active material particles is As ≧ 1.5 in the arithmetic average of the positive electrode active material particles included in the positive electrode active material layer.
前記正極活物質層の密度f1が、2.20g/cm≦f1である、請求項1に記載された非水系二次電池。 The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein a density f1 of the positive electrode active material layer is 2.20 g / cm 3 ≦ f1. 前記正極活物質粒子の一次粒子のアスペクト比は、
当該正極活物質粒子の一次粒子について、最も長い長径と、当該長径に直交する方向における前記正極活物質粒子の一次粒子の長さである短径との比(長径/短径)を求め、
当該比(長径/短径)について、前記抽出された一次粒子の算術平均とした、請求項1又は2に記載された非水系二次電池。
The aspect ratio of the primary particles of the positive electrode active material particles is
For the primary particles of the positive electrode active material particles, the ratio of the longest major axis to the minor axis which is the length of the primary particles of the positive electrode active material particles in the direction orthogonal to the major axis (major axis / minor axis) is determined.
The non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the ratio (major axis / minor axis) is an arithmetic average of the extracted primary particles.
前記正極活物質層に含まれた正極活物質粒子の算術平均において、前記正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mが0.92≦M≦0.98である、請求項1から3までの何れか一項に記載された非水系二次電池。   The arithmetic average of the positive electrode active material particles contained in the positive electrode active material layer, the circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles is 0.92 ≦ M ≦ 0.98. The non-aqueous secondary battery described in any one of the items. 前記正極活物質粒子の一次粒子の円形度Mは、
当該正極活物質粒子の一次粒子について、断面積Sと周囲長Lとに基づいて、円形度Mを求める、ここで、円形度Mを求める式は、M=4πS/L;である、請求項4に記載された非水系二次電池。
The circularity M of the primary particles of the positive electrode active material particles is
For the primary particles of the positive electrode active material particles, the circularity M is obtained based on the cross-sectional area S and the perimeter L, where the equation for obtaining the circularity M is M = 4πS / L 2 ; Item 5. A nonaqueous secondary battery according to Item 4.
前記正極活物質粒子は、層状構造のリチウム遷移金属酸化物である、請求項1から5までの何れか一項に記載された非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode active material particles are a lithium transition metal oxide having a layered structure. 前記リチウム遷移金属酸化物は、Ni、CoおよびMnを含んでいる、請求項6に記載された非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 6, wherein the lithium transition metal oxide includes Ni, Co, and Mn. リチウム遷移金属酸化物は、Li1+xNiCoMn(1−y−z)γとして含む層状構造の化合物であり、
ここで、0≦x≦0.2、0.1<y<0.9、0.1<z<0.4であり、Mは、添加物であり、0≦γ≦0.01であり、
Mは、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の添加物である、請求項7に記載された非水系二次電池。
A lithium transition metal oxide is a compound having a layered structure including Li 1 + x Ni y Co z Mn (1-yz) M γ O 2 .
Here, 0 ≦ x ≦ 0.2, 0.1 <y <0.9, 0.1 <z <0.4, M is an additive, and 0 ≦ γ ≦ 0.01 ,
8. M is at least one additive selected from the group consisting of Zr, W, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B, and F. Non-aqueous secondary battery.
請求項1から8までの何れか一項に記載された非水系二次電池を複数組み合わせた組電池。   An assembled battery in which a plurality of the non-aqueous secondary batteries according to any one of claims 1 to 8 are combined. 請求項1から8までの何れか一項に記載された非水系二次電池、又は、請求項9に記載された組電池を備えた車両駆動用電池。   A vehicle driving battery comprising the non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 8, or the assembled battery according to claim 9.
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