JP2014011110A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery in which durability performance can be enhanced by restoring the battery capacity, even if repetition of charge and discharge of the nonaqueous electrolyte secondary battery inevitably leads to deterioration of battery capacity.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte secondary battery (B, B) includes a positive electrode (1, 10, 100) having a positive electrode collector (12) and a positive electrode active material layer (11) disposed on the positive electrode collector, a negative electrode (2) disposed to face the positive electrode and having a negative electrode collector (22) and a negative electrode active material layer (21) disposed on the negative electrode collector, and an electrolyte (3) interposed between the positive electrode and negative electrode. An electron supply compound layer (13) containing a compound for supplying electrons irreversibly with an oxidation potential more noble than the positive electrode active material is disposed on a surface (12b) of the positive electrode collector not facing the negative electrode.

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年の携帯用パソコン、ハンディビデオカメラ等の携帯電子機器の普及に伴い、高電圧、高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池が電源として広く用いられるようになってきている。また、環境問題の観点から、電気自動車や、電力を動力の一部に利用したハイブリッド車が実用化されてきている。   With the recent spread of portable electronic devices such as portable personal computers and handy video cameras, non-aqueous electrolyte secondary batteries having high voltage and high energy density are widely used as power sources. From the viewpoint of environmental problems, electric vehicles and hybrid vehicles using electric power as a part of power have been put into practical use.

この非水電解液二次電池のうち、正極にリチウム含有金属酸化物等、負極に炭素材料等を用いたリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を有する二次電池として種々の電子機器に利用されている。そして、リチウムイオン二次電池には、さらなる高エネルギー密度化等の高性能化が期待されている。   Among these non-aqueous electrolyte secondary batteries, lithium ion secondary batteries using lithium-containing metal oxides for the positive electrode and carbon materials for the negative electrode are used in various electronic devices as secondary batteries having high energy density. Has been. Further, lithium ion secondary batteries are expected to have higher performance such as higher energy density.

この高性能化を達成する蓄電デバイスとして、特許文献1には、リチウムイオン二次電池において、積層型の電極ユニットの負極の集電体の一方面に、リチウムイオン供給層として機能する金属リチウムを配した構成のものが開示されている。   As an electricity storage device that achieves this high performance, Patent Document 1 discloses that in a lithium ion secondary battery, metallic lithium that functions as a lithium ion supply layer is formed on one surface of a negative electrode current collector of a stacked electrode unit. The thing of the arrangement | positioning arranged is disclosed.

特開2008−123826号公報JP 2008-123826 A

しかし、予め金属リチウムを配する方法では、金属リチウムが電解液中に溶解する使用初期でのリチウムイオンの供給に限られる。2サイクル目以降の充放電では、活物質層における集電構造の劣化や不可逆的な副反応によるリチウムの消費を招き、電池内のリチウムが徐々に不活性化する。従って、従来技術の方法では、一時的な高容量化は可能だが経時的な電池容量の劣化を免れないという問題があった。   However, the method of arranging metallic lithium in advance is limited to the supply of lithium ions at the initial stage of use in which metallic lithium is dissolved in the electrolyte. In the charge and discharge after the second cycle, the current collection structure in the active material layer is deteriorated and lithium is consumed due to irreversible side reactions, and the lithium in the battery is gradually inactivated. Therefore, the conventional method has a problem that it is possible to temporarily increase the capacity, but the battery capacity cannot be deteriorated over time.

また、金属リチウムが電解液中に溶解することで、電池のエネルギー密度が低下するという問題もあった。   Moreover, there was also a problem that the energy density of the battery was lowered by dissolving metallic lithium in the electrolytic solution.

本発明は、上記実情に鑑み完成したものであり、非水電解液二次電池が充放電を繰り返すうちに不可避的に電池容量の劣化を招くとしても、その際に電池容量を回復して耐久性能を高めることができる非水電解液二次電池を提供することを課題としている。   The present invention has been completed in view of the above circumstances, and even if the battery capacity is inevitably deteriorated while the non-aqueous electrolyte secondary battery is repeatedly charged and discharged, the battery capacity is recovered at that time and is durable. It is an object to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of enhancing performance.

上記課題を解決するために本発明者等は非水電解液電池について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied the non-aqueous electrolyte battery, and as a result, have reached the present invention.

請求項1に記載の本発明の非水電解液二次電池は、正極集電体及び該正極集電体に配された正極活物質層を有する正極と、前記正極に対向して配置され、負極集電体及び該負極集電体に配された負極活物質層を有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在する電解液と、を備える非水電解液二次電池において、前記正極は、前記正極集電体の表面であって前記負極と対向しない表面に、不可逆的に電子を供給する電子供給化合物が配されていることを特徴とする。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention according to claim 1 is disposed to face a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode current collector, In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising: a negative electrode current collector; a negative electrode having a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector; and an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode is characterized in that an electron supply compound for irreversibly supplying electrons is disposed on a surface of the positive electrode current collector that is not opposed to the negative electrode.

正極は、不可逆的に電子を供給する電子供給化合物を有しており、電子供給化合物が充電により供給する電子が電解液中のイオンとの間で反応を生じる。つまり、正極では、正極活物質における電極反応だけでなく、電子供給化合物も反応を生じる。特に、電子供給化合物が充電により電子を供給する反応を生じると、電解液中のイオンを正極又は負極活物質に固定することができる。   The positive electrode has an electron supply compound that irreversibly supplies electrons, and the electrons supplied by the electron supply compound by charging cause a reaction with ions in the electrolytic solution. That is, in the positive electrode, not only the electrode reaction in the positive electrode active material but also the electron supply compound causes a reaction. In particular, when the electron supply compound undergoes a reaction of supplying electrons by charging, ions in the electrolytic solution can be fixed to the positive electrode or the negative electrode active material.

その上で、電子供給化合物は、正極の表面であって、負極と対向していない表面に配される。このことは、電子供給化合物が、正極の表面のうち、負極と対向する表面に配されないことを示す。電子供給化合物自身は、正極活物質とは異なっており、電極反応を生じない。そして、二次電池において、正負両極の互いに対向する表面は、電解液中のイオンの供給を最も生じる表面である。この互いに対向した表面に、電極活物質とは異なる化合物を配すると、電極反応に寄与する電極活物質量が減少し、結果として、二次電池の特性(例えば、電池容量やエネルギー密度)の低下を生じさせる。   In addition, the electron supply compound is disposed on the surface of the positive electrode that is not opposed to the negative electrode. This indicates that the electron supply compound is not disposed on the surface of the positive electrode facing the negative electrode. The electron supply compound itself is different from the positive electrode active material and does not cause an electrode reaction. In the secondary battery, the opposite surfaces of the positive and negative electrodes are the surfaces that most generate the supply of ions in the electrolytic solution. When a compound different from the electrode active material is disposed on the surfaces facing each other, the amount of the electrode active material contributing to the electrode reaction is reduced, and as a result, the characteristics of the secondary battery (for example, battery capacity and energy density) are reduced. Give rise to

本発明のように、電子供給化合物が、正極の表面であって、負極と対向していない表面に配されることで、電池性能の低下を生じさせることなく、電子供給化合物を正極に配することの効果を得られる。   As in the present invention, the electron supply compound is disposed on the surface of the positive electrode that is not opposed to the negative electrode, so that the electron supply compound is disposed on the positive electrode without causing deterioration in battery performance. The effect of that.

なお、本発明において対向して配置される正極と負極は、対向した状態の両極間で電解液中のイオンの移動ができる状態であればよく、両極の間にセパレータを配していてもよい。   In the present invention, the positive electrode and the negative electrode disposed to face each other may be in a state in which ions in the electrolytic solution can move between both electrodes in the opposed state, and a separator may be disposed between both electrodes. .

本発明の非水電解液二次電池においては、電子供給化合物は、正極活物質よりも貴な酸化電位を有することが好ましい。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the electron supply compound preferably has a noble oxidation potential as compared with the positive electrode active material.

本発明の非水電解液二次電池において、正極活物質が酸化電位になると酸化反応、すなわち、電極反応が進行する。そして、電子供給化合物が、正極活物質よりも貴な酸化電位を有することから、非水電解液二次電池の正極の充電時の電位が、正極活物質が電極反応を生じる電位にあるときに、電子供給化合物の反応は開始していない。すなわち、正極の電位が正極活物質の酸化電位にあるときには、正極では本来の電極反応が進行して、電子の放出とともに、もともと正極活物質中に固定されていたイオンが電解液中に離脱している状態である。   In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, when the positive electrode active material becomes an oxidation potential, an oxidation reaction, that is, an electrode reaction proceeds. And since an electron supply compound has a noble oxidation potential than a positive electrode active material, when the potential at the time of charge of the positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery is a potential at which the positive electrode active material causes an electrode reaction The reaction of the electron supply compound has not started. That is, when the potential of the positive electrode is at the oxidation potential of the positive electrode active material, the original electrode reaction proceeds at the positive electrode, and the ions originally fixed in the positive electrode active material are released into the electrolyte as electrons are released. It is in a state.

そして、正極の電位が、電極反応が本来進行する酸化電位より高い電位であって、電子供給化合物が電子を供給する貴な電位では、電子供給化合物の電子供給反応が生じる。供給された電子により電解液中のイオンは還元されて正極または負極活物質中に固定される。固定されたイオンは電極反応を生じうる。なお、正極の電位が電子供給反応を生じる貴な電位にある状態では、当該貴な電位に至る過程で正極活物質の酸化電位を通過しており、酸化反応が完了している。   When the potential of the positive electrode is higher than the oxidation potential at which the electrode reaction originally proceeds, and the noble potential at which the electron supply compound supplies electrons, the electron supply reaction of the electron supply compound occurs. The ions in the electrolytic solution are reduced by the supplied electrons and fixed in the positive electrode or negative electrode active material. The immobilized ions can cause an electrode reaction. In the state where the potential of the positive electrode is at a noble potential that causes an electron supply reaction, the oxidation potential of the positive electrode active material is passed in the process of reaching the noble potential, and the oxidation reaction is completed.

つまり、電子供給化合物が電子供給反応を生じる際には、負極ではすでにイオンが含まれており、更に電子供給反応により固定されたイオンをも電極反応に寄与させることができるので、電池容量が高くなる。従って、正極活物質の劣化等により不可避的なイオンの不活性化を招いた状態でも、電子供給化合物由来の活性なイオンを供給することによって容量を回復することができる。   In other words, when the electron supply compound causes an electron supply reaction, ions are already included in the negative electrode, and ions fixed by the electron supply reaction can also contribute to the electrode reaction, so that the battery capacity is high. Become. Accordingly, the capacity can be recovered by supplying active ions derived from the electron supply compound even in a state in which inactivation of ions is unavoidable due to deterioration of the positive electrode active material or the like.

具体的には、充電時に正極の電位が高くなっていくと、まず、正極活物質の酸化電位に到達し、外部回路に電子を放出しながら正極活物質からイオンが離脱する。同時に負極では電子を受け取り電極反応が進行する。そして、正極から電極反応を終えるべき最大限の物質量のイオンが離脱し、充電が完了する。一般的な非水電解液二次電池では、この最大限の物質量のイオンが放電に用いられる電池容量を決定する。   Specifically, when the potential of the positive electrode increases during charging, first, the oxidation potential of the positive electrode active material is reached, and ions are released from the positive electrode active material while releasing electrons to the external circuit. At the same time, the negative electrode receives electrons and the electrode reaction proceeds. And the ion of the maximum amount of substance which should finish electrode reaction from a positive electrode will detach | leave, and charge will be completed. In a general non-aqueous electrolyte secondary battery, the maximum substance amount of ions determines the battery capacity used for discharge.

そして、本発明の非水電解液二次電池では、充電が完了した後に、更に充電を進めて正極の電位を高くしていくと、電子供給化合物が電子を供給する酸化電位に到達する。供給された電子は、外部回路を介して負極に到達し、負極活物質表面または活物質中で電解液中のイオンを還元する。還元されたイオンは負極活物質の周囲及びその結晶構造中に含まれ、電池容量を発現可能となる。すなわち、本発明の非水電解液二次電池では、電子供給化合物が電子を供給することで、生じる電極反応量を多くすることができ、電子の供給前より電池容量を増加することができる。   And in the non-aqueous electrolyte secondary battery of this invention, if charge is further advanced and the electric potential of a positive electrode is made high after completion of charge, the electron supply compound will reach the oxidation potential which supplies an electron. The supplied electrons reach the negative electrode through an external circuit, and reduce ions in the electrolytic solution on the negative electrode active material surface or in the active material. The reduced ions are included around the negative electrode active material and in the crystal structure thereof, so that the battery capacity can be expressed. That is, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the electron supply compound supplies electrons, so that the amount of electrode reaction that occurs can be increased, and the battery capacity can be increased as compared to before supply of electrons.

また、本発明の非水電解液二次電池の電子供給化合物層は、正極活物質層よりも比表面積が大きいことが好ましい。ここで、電子供給化合物層は、負極と対向しない表面上に配された電子供給化合物を含有する層状の部材である。   In addition, the electron supply compound layer of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably has a specific surface area larger than that of the positive electrode active material layer. Here, the electron supply compound layer is a layered member containing an electron supply compound disposed on the surface not facing the negative electrode.

一般に、固体の電子供給化合物と液体の電解液中のイオンとの酸化還元反応において、固体では、その表面の活性が重要となり、表面の広さがその活性と直結し、比表面積は大きいほうが、電子供給化合物(還元剤)としての機能がよい。従って、前述した電池容量の高い回復能力を期待することができえる。   In general, in the oxidation-reduction reaction between a solid electron supply compound and ions in a liquid electrolyte, the activity of the surface of the solid is important, the surface area is directly linked to the activity, and the specific surface area is larger. The function as an electron supply compound (reducing agent) is good. Therefore, it is possible to expect the above-described high recovery capacity of the battery capacity.

また、電子供給化合物によっては、相手を還元する反応に伴って、電解液を還元分解して不可逆な副生成物を生じたり、電子供給化合物自身が分解したりする場合がある。一般的に比表面積が大きい多孔質導電性炭素材料では、自身が分解することによって、いわゆる不動体被膜が形成されなくなって、イオンがその層構造に吸蔵されにくくなるので、目的の正極又は負極活物質に導いて固定するために好適である。   In addition, depending on the electron supply compound, the electrolyte solution may be reduced and decomposed to generate an irreversible by-product, or the electron supply compound itself may be decomposed in accordance with a reaction for reducing the partner. In general, a porous conductive carbon material having a large specific surface area decomposes itself so that a so-called immobile film is not formed and ions are not easily stored in the layer structure. Suitable for guiding and fixing to a substance.

この場合に活性な電子供給化合物が部分的に失われるとしても、これを補えるように電子供給化合物層の比表面積が担保されているので、電池全体の体格の増加を抑えながら、電子供給化合物が配される効果を維持することができる。   In this case, even if the active electron supply compound is partially lost, the specific surface area of the electron supply compound layer is secured so as to compensate for this, so that the electron supply compound can The effect distributed can be maintained.

更に、本発明の非水電解液二次電池は、正極が、板状の正極集電体の表面であって負極と対向する一方の表面に正極活物質層を配し、他方の表面に電子供給化合物層を配していることが好ましい。   Furthermore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the positive electrode has a positive electrode active material layer disposed on one surface of the plate-shaped positive electrode current collector facing the negative electrode, and the other surface has an electron. A feed compound layer is preferably provided.

この構成では、正極を板状とすることができ、二次電池のエネルギー密度を高めることができる。このとき、負極も、板状の負極集電体の表面に負極活物質層を配した、同様な板状をなすことが好ましい。   In this configuration, the positive electrode can be plate-shaped, and the energy density of the secondary battery can be increased. At this time, the negative electrode preferably has a similar plate shape in which a negative electrode active material layer is disposed on the surface of the plate-shaped negative electrode current collector.

さらに、対向して配置される電子供給化合物を有する板状の正極は、従来の正極と同様のサイズとすることができる。つまり、従来の板状の正極と置換するだけで、本発明の非水電解液二次電池を実施することが可能となる。   Furthermore, the plate-like positive electrode having the electron supply compound disposed so as to be opposed can be the same size as the conventional positive electrode. That is, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be implemented simply by replacing the conventional plate-like positive electrode.

一方の表面に配される正極活物質層は、一方の表面の全面に配されることが好ましい。また、他方の表面に配される電子供給化合物層についても、他方の表面の全面に配されることが好ましい。ここで、活物質層及び電子供給化合物層が形成される集電体の表面の全面とは、板状の集電体の表面において活物質層を形成できる領域の全面を示す。   The positive electrode active material layer disposed on one surface is preferably disposed on the entire surface of one surface. Further, the electron supply compound layer disposed on the other surface is also preferably disposed on the entire surface of the other surface. Here, the entire surface of the current collector on which the active material layer and the electron supply compound layer are formed refers to the entire surface of the area where the active material layer can be formed on the surface of the plate-shaped current collector.

また、正極活物質層と電子供給化合物層とを有する正極に、電解液に含まれるイオンが通過する貫通孔を形成することが好ましく、特に、電子供給化合物層側から正極活物質層側にイオンが移動して、正極または負極活物質に供給される。つまり、より多くの電極反応を生じさせることができる。   Further, it is preferable to form a through-hole through which ions contained in the electrolytic solution pass in the positive electrode having the positive electrode active material layer and the electron supply compound layer, and in particular, ions from the electron supply compound layer side to the positive electrode active material layer side. Moves and is supplied to the positive electrode or negative electrode active material. That is, more electrode reactions can be caused.

本発明の非水電解液二次電池は、積層方向の少なくとも一方の端部を正極が形成した状態で、正極と負極が交互に積層した積層型の二次電池としても良い。この場合、積層方向の少なくとも一方の端部を正極が形成することで、当該端部の端面に、電子供給化合物を配することができる。ここで、積層型の二次電池を形成した時に、積層方向の少なくとも一方の端部を形成する正極以外の構成、つまり負極に挟まれた状態の正極は、従来の積層型の二次電池と同様に積層方向の両面に正極活物質層を有することが好ましい。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be a stacked secondary battery in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked in a state where the positive electrode is formed on at least one end in the stacking direction. In this case, the positive electrode is formed on at least one end in the stacking direction, whereby the electron supply compound can be arranged on the end face of the end. Here, when the stacked secondary battery is formed, the structure other than the positive electrode that forms at least one end in the stacking direction, that is, the positive electrode sandwiched between the negative electrodes is the same as the conventional stacked secondary battery. Similarly, it is preferable to have a positive electrode active material layer on both surfaces in the stacking direction.

本発明の非水電解液二次電池は、上記した構成以外は、従来公知の非水電解液二次電池と同様の構成とすることができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can have the same configuration as a conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery except for the configuration described above.

また、本発明の非水電解液二次電池は、非水電解液二次電池として知られている二次電池であれば、その種類は限定されるものではない。本発明の非水電解液二次電池は、非水電解液中にリチウムイオンが含まれるリチウムイオン二次電池であることが好ましい。   The type of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not limited as long as it is a secondary battery known as a nonaqueous electrolyte secondary battery. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably a lithium ion secondary battery in which lithium ions are contained in the non-aqueous electrolyte.

また、従来技術の金属リチウムを負極に配する方法では、金属リチウムが溶解する使用初期の活性なリチウムイオンの供給に限られるが、本発明は電池を耐久使用した後でも電池容量を回復して、耐久性能を高めることができる。   In addition, the conventional method of arranging metallic lithium on the negative electrode is limited to the supply of active lithium ions at the beginning of use in which metallic lithium dissolves, but the present invention recovers the battery capacity even after durable use of the battery. , Can improve the durability performance.

また、先行技術では、金属リチウムを配しているが、電解液に溶解すると、そのリチウムがあった部分が隙間となる。そうすると、電池内に隙間ができ、イオンの移動距離が長くなり、内部抵抗の増加を招く。また、振動などにより電極のズレが生じると、電極活物質が(物理的に)損傷を生じる等の不具合が発生する。   In the prior art, metallic lithium is disposed, but when dissolved in the electrolyte, the portion where the lithium is present becomes a gap. If it does so, a clearance gap will be made in a battery, the movement distance of ion will become long, and will cause an increase in internal resistance. Further, when the electrode is displaced due to vibration or the like, problems such as (physically) damage to the electrode active material occur.

対して、本発明では、電子供給化合物が残留するため、そのような電極のずれが生じない。つまり、上記の不具合が生じない。   On the other hand, in the present invention, since the electron supply compound remains, such electrode displacement does not occur. That is, the above problem does not occur.

更に、金属リチウム自体が、禁水性や強塩基性、短絡熱暴走等の観点から危険性の高い活物質なので、従来技術の直接に金属リチウムを取扱う電池と比較すると安全性が高い。   Furthermore, since metallic lithium itself is an active material that is highly dangerous in terms of water prohibition, strong basicity, short circuit thermal runaway, and the like, it is safer than batteries that directly handle metallic lithium.

リチウムイオン二次電池Bの正極の電位、及び電池電圧の変化を模式的に示した図である。The positive electrode potential of a lithium ion secondary battery B 1, and a diagram schematically illustrating the change in battery voltage. 本発明の実施形態であるリチウムイオン二次電池Bの内部構造を概略的に示す断面図である。The internal structure of the lithium ion secondary battery B 1 is an embodiment of the present invention is a cross-sectional view schematically showing. 実施例で製造したリチウムイオン二次電池Bの構造を示す断面図である。It is a sectional view showing the structure of a lithium ion secondary battery B 2 prepared in Example. 実施例と比較例との電池の容量維持率のサイクル変化を示したグラフである。It is the graph which showed the cycle change of the capacity | capacitance maintenance factor of the battery of an Example and a comparative example.

(電子供給化合物の作用・効果)
以下、本発明に係る非水電解液二次電池の一例として、後述する本実施形態のリチウムイオン二次電池B(図2参照)における電子供給化合物の作用・効果について説明する。なお、後述する通り、本実施形態のリチウムイオン二次電池Bでは、上述の正極活物質としてLiFePO(リン酸鉄リチウム)を、電子供給化合物としてスチレンブタジエンラバー(以下、SBRと記す)とアセチレンブラックとを、負極活物質としてグラファイトを使用する。
(Operation and effect of electron supply compounds)
Hereinafter, as an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the action and effect of the electron supply compound in the lithium ion secondary battery B 1 (see FIG. 2) of the present embodiment to be described later will be described. As will be described later, in the lithium ion secondary battery B 1 of the present embodiment, LiFePO 4 (lithium iron phosphate) is used as the positive electrode active material, and styrene butadiene rubber (hereinafter referred to as SBR) is used as the electron supply compound. Acetylene black is used as the negative electrode active material and graphite.

リチウムイオン二次電池Bを組み立て、初期充電(初回充電)を、まず定電流で行う。充電が進行することで正極の電位が増加していき、外層の正極10の電位がLiFePOの酸化電位Rmに到達する。酸化電位Rmに対応する充電終止電圧Vmに達した後は、必要に応じて充電終止電圧Vmで定電圧充電されて満充電される。 Assembling a lithium ion secondary battery B 1, the initial charge (first charge), first performs a constant current. As the charging proceeds, the potential of the positive electrode increases, and the potential of the positive electrode 10 in the outer layer reaches the oxidation potential Rm of LiFePO 4 . After reaching the charge end voltage Vm corresponding to the oxidation potential Rm, it is charged at a constant voltage with the charge end voltage Vm as necessary and fully charged.

満充電の後に、リチウムイオン二次電池Bは使用に供され、接続された負荷により電気エネルギーが消費され、放電が進行し、所定の放電終止電圧に至る。ここで、例えば初期充電開始から満充電するまで、及び満充電してから放電終止するまでを1サイクルとして、初期放電容量を求めることができる。 After fully charged, the lithium-ion secondary battery B 1 represents subjected to use, electrical energy is consumed by the connected load, the discharge progresses and reaches a predetermined discharge termination voltage. Here, for example, the initial discharge capacity can be obtained by setting one cycle from the start of the initial charge to the full charge and from the full charge to the end of the discharge.

再び充電を開始した後、充放電が1サイクル完了する毎に同様に放電容量を求め、初期放電容量に基づいた容量維持率を算出することができる。なお、放電容量は所定の公知の方法で求めることができる。   After charging is started again, the discharge capacity can be obtained in the same manner every time one cycle of charge / discharge is completed, and the capacity maintenance rate based on the initial discharge capacity can be calculated. The discharge capacity can be obtained by a predetermined known method.

そして、放電終止電圧以上で充電終止電圧Vm以下の電圧で、上記の充放電を繰返す間には、電極反応すべき電池内のリチウムイオンが一部不可避的に不活性化して電池容量が減少して、サイクル数が増えるに従って容量維持率が徐々に低下する。   Then, while the above charge / discharge is repeated at a voltage not lower than the discharge end voltage and lower than the charge end voltage Vm, some of the lithium ions in the battery to be electrode-reacted are inevitably inactivated and the battery capacity decreases. Thus, the capacity retention rate gradually decreases as the number of cycles increases.

そして、容量維持率が所定値以下になったとき、次のサイクルの充電終止電圧をVmからVrに上昇させて設定する。充電終止電圧Vrは、外層の正極10に配されたSBRが電子供給反応を開始する酸化電位Rrを担保できる電圧である。また、酸化電位Rrは、LiFePOの酸化電位Rmより貴な電位である。 Then, when the capacity maintenance rate becomes equal to or lower than the predetermined value, the charge end voltage of the next cycle is set to be increased from Vm to Vr. The end-of-charge voltage Vr is a voltage that can secure the oxidation potential Rr at which the SBR disposed on the positive electrode 10 of the outer layer starts the electron supply reaction. Further, the oxidation potential Rr is a potential nobler than the oxidation potential Rm of LiFePO 4 .

また、リチウムイオン二次電池Bの容量維持率が所定値以上に維持されていたサイクルでは、外層の正極10の電位は、LiFePOの酸化電位Rmを超えずに維持されている。よって、電解液との副反応を促進してリチウムが不可逆的に消費されたり、リチウムの離脱に伴ってLiFePOの集電構造が不安定となったり、その結果、最終的にはLiFePOが分解してしまったり、等の想定以上の過充電の問題が抑制されている。 Further, in the cycle in which the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery B 1 is maintained at a predetermined value or higher, the potential of the positive electrode 10 in the outer layer is maintained without exceeding the oxidation potential Rm of LiFePO 4 . Therefore, side reaction with the electrolyte solution is promoted and lithium is irreversibly consumed, or the current collecting structure of LiFePO 4 becomes unstable with the release of lithium. As a result, eventually LiFePO 4 is The problem of overcharging more than expected, such as being disassembled, is suppressed.

そして、充電終止電圧をVrに設定して定電流充電を開始すると、外層の正極10の電位は充電量の増加とともに上昇し、図1に示す通り、まずはLiFePOの酸化電位Rmの近傍に到達する。この際、LiFePOは、層構造中に固定しているリチウムを電子とともに放出する電極反応を生じる。 When constant-current charging is started with the end-of-charge voltage set to Vr, the potential of the positive electrode 10 on the outer layer rises as the amount of charge increases, and first reaches the vicinity of the oxidation potential Rm of LiFePO 4 as shown in FIG. To do. At this time, LiFePO 4 causes an electrode reaction in which lithium fixed in the layer structure is released together with electrons.

LiFePOの電極反応が完了した後、充電を進めると、さらに外層の正極10の電位が高くなり、酸化電位Rrの近傍に到達する。この際には、SBRは電子を供給し、外部回路を介して負極活物質層21がその電子を受け取る。この電子により電解液中のリチウムイオンが還元され、負極活物質層21中にインターカレーションされる。 When charging is advanced after the electrode reaction of LiFePO 4 is completed, the potential of the positive electrode 10 of the outer layer further increases and reaches the vicinity of the oxidation potential Rr. At this time, the SBR supplies electrons, and the negative electrode active material layer 21 receives the electrons via an external circuit. The lithium ions in the electrolytic solution are reduced by the electrons and intercalated in the negative electrode active material layer 21.

この時、還元されるリチウムイオンは、貫通孔12c、正極活物質層11、セパレータ7を通過して、容易に負極活物質層21に移動できる。そして、負極活物質層21にインターカレーションされたリチウムは、デインターカレーション可能なリチウムとなる。すなわち、インターカレーションしたリチウムにより、負極活物質はより多くのリチウムを含有するので、電池容量が増加する。また電子供給化合物層13は、SBRと共にアセチレンブラックを含有するので、導電性も高められて、電子供給反応の活性が高められている。   At this time, the lithium ions to be reduced can easily move to the negative electrode active material layer 21 through the through holes 12 c, the positive electrode active material layer 11, and the separator 7. Then, the lithium intercalated in the negative electrode active material layer 21 becomes deintercalable lithium. That is, due to the intercalated lithium, the negative electrode active material contains more lithium, thus increasing the battery capacity. In addition, since the electron supply compound layer 13 contains acetylene black together with SBR, the conductivity is enhanced and the activity of the electron supply reaction is enhanced.

このように、リチウムイオン二次電池Bでは、電子供給化合物の酸化電位Rrに到達したときには、LiFePO本来の電極反応は完了しており、より多くの物質量のリチウムに電極反応を生じさせることができ、電子供給前と比べて電池容量を高くすることができる効果を発揮する。 Thus, in the lithium ion secondary battery B 1 , when the oxidation potential Rr of the electron supply compound is reached, the original electrode reaction of LiFePO 4 is completed, and an electrode reaction is caused in a larger amount of lithium. The battery capacity can be increased compared to before the supply of electrons.

外層の正極10の電位が酸化電位Rrの近傍に到達した後は、必要に応じて、充電終止電圧Vrで定電圧充電される。なお、リチウムイオン二次電池Bでは、電子供給化合物が電子の供給を停止した状態では、正極の電位がSBRの酸化電位Rrよりも低い酸化電位Rmまで下げられることが好ましい。電子供給化合物からの電子の供給が完了した状態で正極の電位が酸化電位Rrに維持された状態では、過充電状態となり上述のような問題が生じる。 After the potential of the positive electrode 10 of the outer layer reaches the vicinity of the oxidation potential Rr, constant voltage charging is performed at the charge end voltage Vr as necessary. In lithium ion secondary batteries B 1, in the state in which the electron donor compound has stopped the supply of electrons, it is preferable that the potential of the positive electrode is lowered to a lower oxidation potential Rm than the oxidation potential Rr of SBR. In a state where the supply of electrons from the electron supply compound is completed and the potential of the positive electrode is maintained at the oxidation potential Rr, an overcharge state occurs and the above-described problems occur.

また、前述したとおり、リチウムイオン二次電池Bの容量がある範囲内で維持されている前半のサイクルでは、正極1の電位が図1のQとQとの間にある状態で充放電が繰り返されるので、過充電の問題が抑制されている。本発明では、電池の充放電の回数や使用時間等の条件に応じて、不可避的な電池容量の低下を招いた際に特化して、効果的に容量を回復することができる。 Further, as described above, in the first half cycle in which the capacity of the lithium ion secondary battery B 1 is maintained within a certain range, the potential of the positive electrode 1 is charged in a state between Q 1 and Q 2 in FIG. Since the discharge is repeated, the problem of overcharging is suppressed. In the present invention, depending on conditions such as the number of times of charging / discharging of the battery and usage time, the capacity can be effectively recovered by specializing when the inevitable decrease in battery capacity is incurred.

また、LiFePOの酸化電位Rmより貴な酸化電位Rrにて、不可逆的に電子を供給する化合物として、上記の説明ではSBRについて述べたが、後述する通り他の化合物を用いることもできる。つまり、電子供給化合物層13は、酸化電位が異なる電子供給化合物を2種以上含有していても良い。 In addition, although SBR has been described in the above description as a compound that irreversibly supplies electrons at an oxidation potential Rr that is higher than the oxidation potential Rm of LiFePO 4 , other compounds may be used as described later. That is, the electron supply compound layer 13 may contain two or more types of electron supply compounds having different oxidation potentials.

外層の電極10が、酸化電位が異なる2種以上の電子供給化合物を含有する電子供給化合物層13を備える場合には、それぞれの酸化電位Rr,Rr,…Rr(但し、mは整数で、それぞれの酸化電位は、LiFePOの酸化電位Rmより大きい)に応じた充電終止電圧を設定することができる。具体的には、当初の充電終止電圧Vmで充放電繰り返して使用する間に、容量維持率が所定値まで低下した際に、まず充電終止電圧をVrに上げて充電を行う。その後、再び充放電を繰り返して使用し、再び容量維持率が所定値まで低下した際に、次に充電終止電圧をVrに更に上げて充電し、これをm回繰り返して行う方法を挙げることができる。 When the outer layer electrode 10 includes the electron supply compound layer 13 containing two or more types of electron supply compounds having different oxidation potentials, the respective oxidation potentials Rr 1 , Rr 2 ,... Rr m (where m is an integer) Thus, the end-of-charge voltage can be set in accordance with the oxidation potential of each of which is greater than the oxidation potential Rm of LiFePO 4 . Specifically, when the capacity maintenance rate decreases to a predetermined value during repeated use of charge / discharge at the initial charge end voltage Vm, the charge end voltage is first raised to Vr 1 to perform charging. After that, charging / discharging is repeated and used, and when the capacity retention rate decreases again to a predetermined value, charging is further performed by further increasing the charge end voltage to Vr 2 and repeating this m times. Can do.

また、SBRの酸化電位Rrに対応させて、充電終止電圧をVmからVrに上げる時機を判断するためのしきい値として、容量維持率を算出して用いる充電方法について記したが、本発明はこの例に限られず、他の指標を用いることができる。たとえば、測定された電池容量の値としきい値を比較して電子を供給してもよい。また、充放電回数が予め決定された回数に達したら電子を供給してもよい。   In addition, a charging method for calculating and using the capacity retention rate as a threshold value for determining when to increase the charge end voltage from Vm to Vr in correspondence with the oxidation potential Rr of SBR has been described. The present invention is not limited to this example, and other indicators can be used. For example, electrons may be supplied by comparing the measured battery capacity value with a threshold value. Further, when the number of charge / discharge times reaches a predetermined number, electrons may be supplied.

さらに、上記の形態においては、充放電を繰り返して電池容量が低下した後に電子を供給しているが、本発明のリチウムイオン二次電池は初回充電時に電子を供給してもよい。この場合、二次電池の初期容量が大きくなる。   Further, in the above embodiment, electrons are supplied after repeated charge / discharge and the battery capacity is reduced. However, the lithium ion secondary battery of the present invention may supply electrons at the first charge. In this case, the initial capacity of the secondary battery is increased.

なお、リチウムイオン二次電池Bは、外層の正極10の電位が正極活物質の酸化電位Rm(図1のQとQとの間)にある状態で使用される。また、本発明の電子供給化合物は、不可逆的に電子を供給する化合物である。このため、リチウムイオン二次電池Bが使用される条件では、電子供給化合物層13中のSBR及びアセチレンブラックは電池の反応(及び電池性能)に寄与しない。 Incidentally, the lithium ion secondary battery B 1 represents the potential of the positive electrode 10 of the outer layer is used in a state where the oxidation potential of the positive electrode active material Rm (between Q 1, Q 2 in FIG. 1). The electron supply compound of the present invention is a compound that irreversibly supplies electrons. Therefore, under the condition that the lithium-ion secondary battery B 1 is used, SBR and acetylene black of the electron donor compound layer 13 does not contribute to the reaction (and battery performance) of the battery.

また、本実施形態では、正極活物質層11と電子供給化合物層13とが、外層の正極10の板状の正極集電体12の両面に配されている。従って、LiFePOを含有する合材中にSBR及びアセチレンブラックを混合した活物質層を形成する場合と比較して、充放電反応に寄与しない電子供給化合物が正極活物質層11にいないため正極活物質層の容量増加しエネルギー密度を向上させる。 In the present embodiment, the positive electrode active material layer 11 and the electron supply compound layer 13 are arranged on both surfaces of the plate-like positive electrode current collector 12 of the positive electrode 10 of the outer layer. Therefore, compared with the case where an active material layer in which SBR and acetylene black are mixed in a composite material containing LiFePO 4 is formed, the positive electrode active material layer 11 does not contain an electron supply compound that does not contribute to the charge / discharge reaction. The capacity of the material layer is increased and the energy density is improved.

また、LiFePO合材とグラファイト合材とは、正負の各集電体12、22の両面の全面にそれぞれ塗布可能で、電子供給化合物合材も、正極集電体12の片面に同様に全面に塗布でき、しかも正負の各集電体12、22が共に同様の板形状に形成されている。従って、それぞれの活物質、化合物の反応面積を最大限に確保できる。 Further, the LiFePO 4 composite and the graphite composite can be applied to the entire surfaces of the positive and negative current collectors 12 and 22, respectively, and the electron supply compound composite is also applied to the entire surface of the positive electrode current collector 12 in the same manner. The positive and negative current collectors 12 and 22 are both formed in the same plate shape. Therefore, it is possible to secure the maximum reaction area of each active material and compound.

更に、電極ユニットUが、同様の板形状の正極1と負極2を揃えて交互に積層した構成なので、電極配置の観点からは、電子供給化合物の電子供給機能を担保しながら、LiFePOとグラファイトとの各正負の活物質が無駄なく電極反応に寄与できる。従って、電池のエネルギー密度を高めることができる。 Furthermore, since the electrode unit U has a structure in which the same plate-shaped positive electrode 1 and negative electrode 2 are alternately arranged and laminated, from the viewpoint of electrode arrangement, while ensuring the electron supply function of the electron supply compound, LiFePO 4 and graphite Each positive and negative active material can contribute to the electrode reaction without waste. Therefore, the energy density of the battery can be increased.

また、正極100と負極2とを交互に積層した電極ユニットUの上下の両端部に、電子供給化合物層13を有する外層の正極10が配置され、当該電子供給化合物層13は、負極と対向しない他方の面12bに配されている。   Moreover, the positive electrode 10 of the outer layer which has the electron supply compound layer 13 is arrange | positioned at the up-and-down both ends of the electrode unit U which laminated | stacked the positive electrode 100 and the negative electrode 2 alternately, and the said electron supply compound layer 13 does not oppose a negative electrode. It is arranged on the other surface 12b.

上記の構成では、従来型の電子供給化合物層13を有さない正極と負極とよりなる同様の電極ユニット対しても、ユニットの両端部に同様の板形状の外層の正極10を積層挿入して本実施形態のリチウムイオン二次電池Bとする加工を容易に行える。なお、電子供給化合物層13を有さない正極の他方の表面の正極活物質層11を、電子供給化合物層13と置換する加工も可能である。 In the above-described configuration, the same plate-shaped outer layer positive electrode 10 is laminated and inserted into both ends of the same electrode unit including the positive electrode and the negative electrode that do not have the conventional electron supply compound layer 13. the machining of the lithium ion secondary battery B 1 of the present embodiment easily. In addition, the process which substitutes the positive electrode active material layer 11 of the other surface of the positive electrode which does not have the electron supply compound layer 13 with the electron supply compound layer 13 is also possible.

また、電子供給化合物層13は、負極2と対向する表面に配されていないので、全ての負極2の負極活物質層21は、内層の正極100又は外層の正極10のいずれかの正極活物質層11が配された面と対向する。SBR及びアセチレンブラック自身は、負極2と対向する面に配されていないためLiFePOとは異なって電極反応を生じない。従って、電池性能の低下を生じさせることなく、電子供給化合物の機能を発揮できる。つまり、正負両極の互いに対向する表面は、電解液中のリチウムイオンの授受を最も生じる表面であるところ、電極活物質とは異なる電子供給化合物を配すると、電極反応に寄与する電極活物質量が減少するおそれがあるが、これを回避できる。 Further, since the electron supply compound layer 13 is not disposed on the surface facing the negative electrode 2, the negative electrode active material layers 21 of all the negative electrodes 2 are either the positive electrode 100 of the inner layer or the positive electrode 10 of the outer layer. It faces the surface on which the layer 11 is disposed. SBR and acetylene black itself does not result in different electrode react with LiFePO 4 because they are not disposed in the surface facing the negative electrode 2. Therefore, the function of the electron supply compound can be exhibited without causing a decrease in battery performance. In other words, the surfaces of the positive and negative electrodes facing each other are the surfaces where the transfer of lithium ions in the electrolyte solution occurs most. When an electron supply compound different from the electrode active material is disposed, the amount of the electrode active material contributing to the electrode reaction is reduced. Although it may decrease, this can be avoided.

更に、電子供給化合物を混合した活物質合材を用いる場合には、例えば1つの活物質の特性により内部抵抗を十分に低下させられなかったり、電池性能の低下を招きかねないが、本発明では、LiFePOと、SBR及びアセチレンブラックとが、正極集電体の両面にそれぞれ個別に配される構造なので、正極におけるこれらの悪影響を回避できる。 Furthermore, when an active material mixture in which an electron supply compound is mixed is used, for example, the internal resistance may not be sufficiently reduced due to the characteristics of one active material, or the battery performance may be reduced. , LiFePO 4 , SBR and acetylene black are separately arranged on both sides of the positive electrode current collector, so that these adverse effects on the positive electrode can be avoided.

また、リチウムイオン二次電池Bでは、配置された金属リチウムが溶解する構成と異なり、充放電を繰り返しても電子供給化合物を含有する電子供給化合物層13はそのまま残留する。よって、電極ないし電池内部に隙間が生じないので、内部抵抗の増加や、振動などにより電極がずれて物理的な損傷が生じる等の不具合を回避できる。 Also, in the lithium ion secondary battery B 1, unlike the configuration that arranged metal lithium is dissolved, the electron supply compound layer 13 containing an electron donor compound be repeatedly charged and discharged is left as it is. Therefore, since no gap is generated in the electrode or the battery, it is possible to avoid problems such as an increase in internal resistance and physical damage caused by the electrode being displaced due to vibration or the like.

(実施形態のリチウムイオン二次電池Bの説明)
以下、本発明の一実施の形態であるリチウムイオン二次電池Bの具体的な構成ついて説明する。図2に模式的に示す通り、リチウムイオン二次電池Bは、電池容器(図示せず)の内部に積層型の電極ユニットUを電解液とともに収納した構成である。
(Description of Lithium Ion Secondary Battery B 1 of Embodiment)
Hereinafter, a specific configuration of the lithium ion secondary battery B 1 according to an embodiment of the present invention will be described. As shown schematically in Figure 2, the lithium ion secondary battery B 1 represents a structure that houses together with an electrolyte a stacked electrode unit U into the battery container (not shown).

電極ユニットUは、所定の数の板状の正極1と負極2とが、それぞれの活物質層11、21が対向した状態でセパレータ7を介して交互に積層された構成である。そして、電極ユニットUは、積層方向Lに沿った上下の各両端部を正極1、10が形成している。すなわち、負極2の数をnとすると、正極1の数はn+1となっている。正極1は、両端部のそれぞれに配された外層の正極10と、それ以外の内層の正極100と、からなる。   The electrode unit U has a configuration in which a predetermined number of plate-like positive electrodes 1 and negative electrodes 2 are alternately stacked with separators 7 in a state where the active material layers 11 and 21 face each other. In the electrode unit U, positive and negative electrodes 1 and 10 are formed at upper and lower ends along the stacking direction L. That is, when the number of the negative electrodes 2 is n, the number of the positive electrodes 1 is n + 1. The positive electrode 1 includes an outer layer positive electrode 10 disposed on each of both ends and an inner layer positive electrode 100 other than the outer layer positive electrode 10.

各内層の正極100は、板状の正極集電体12の両面のそれぞれに正極活物質層11が配された構成で、正極全体として所定の肉厚の板形状をなす。正極活物質層11は、後述する正極活物質を含有する。また、各負極2も正極と同様な板形状で、それぞれ同様に負極集電体22と、その両面に配された負極活物質層21とを備えている。負極活物質層21は、後述する負極活物質を含有する。電極ユニットUにおいて、内層の正極100と負極2とは、それぞれの活物質層11、21が対向した状態で積層されている。   The positive electrode 100 of each inner layer has a configuration in which the positive electrode active material layer 11 is disposed on each of both surfaces of a plate-like positive electrode current collector 12, and has a plate shape with a predetermined thickness as a whole positive electrode. The positive electrode active material layer 11 contains a positive electrode active material described later. Each negative electrode 2 has a plate shape similar to that of the positive electrode, and similarly includes a negative electrode current collector 22 and negative electrode active material layers 21 disposed on both sides thereof. The negative electrode active material layer 21 contains a negative electrode active material to be described later. In the electrode unit U, the positive electrode 100 and the negative electrode 2 of the inner layer are laminated in a state where the active material layers 11 and 21 face each other.

そして、両端部を形成する外層の正極10は、内層の正極100と同一の板形状をなし、正極集電体12のうち一方の面12aには正極活物質層11が、他方の面12bには電子供給化合物層13が配されている構成である。電子供給化合物層13は、後述する電子供給化合物を含有する。外層の正極10は、正極活物質層11が配された一方の面12aを負極2と面対向させて配置されている。すなわち、電子供給化合物層13が配された他方の面12bは、負極2と面対向させずに配置されている。   The positive electrode 10 of the outer layer forming both ends has the same plate shape as the positive electrode 100 of the inner layer, and the positive electrode active material layer 11 is formed on one surface 12a of the positive electrode current collector 12 and the other surface 12b. Is a configuration in which an electron supply compound layer 13 is disposed. The electron supply compound layer 13 contains an electron supply compound described later. The outer layer positive electrode 10 is disposed such that one surface 12 a on which the positive electrode active material layer 11 is disposed faces the negative electrode 2. That is, the other surface 12 b on which the electron supply compound layer 13 is disposed is disposed without facing the negative electrode 2.

また、外層の正極10における正極集電体12には、所定径の多数の貫通孔12cが形成されている。電子供給化合物層13近傍の電解液中のリチウムイオンが、正極集電体12を通過して、正極活物質層11が配された背面に容易に到達可能とするためである。   The positive electrode current collector 12 in the positive electrode 10 of the outer layer is formed with a large number of through holes 12c having a predetermined diameter. This is because lithium ions in the electrolyte solution in the vicinity of the electron supply compound layer 13 pass through the positive electrode current collector 12 and can easily reach the back surface on which the positive electrode active material layer 11 is disposed.

さらに、それぞれの正極集電体12は正極端子41に電気的に接続され、それぞれの負極集電体22は負極端子51に電気的に接続されている。なお、正極端子41及び負極端子51には、リチウムイオン二次電池Bの充放電状態を適正に制御可能な二次電池システムに接続されている。 Further, each positive electrode current collector 12 is electrically connected to the positive electrode terminal 41, and each negative electrode current collector 22 is electrically connected to the negative electrode terminal 51. Incidentally, the positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 51 is connected to the charge and discharge state of the lithium ion secondary battery B 1 to properly controllable secondary battery system.

正極集電体12及び負極集電体22は、箔状に成形された導電性の材料よりなる。導電性の材料は特に限定されるものではなく、従来公知の材質よりなる集電体を用いることができる。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができ、本実施形態では、正極集電体12にはアルミニウム箔が、負極集電体22には銅箔が用いられている。   The positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 22 are made of a conductive material formed in a foil shape. The conductive material is not particularly limited, and a current collector made of a conventionally known material can be used. For example, aluminum, stainless steel, copper, nickel, or the like can be used. In the present embodiment, an aluminum foil is used for the positive electrode current collector 12 and a copper foil is used for the negative electrode current collector 22.

正極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵・離脱することが可能な金属硫化物、金属酸化物または高分子化合物等の正極活物質を含有する正極活物質合材で構成される。正極活物質合材は、正極活物質、結着剤、導電材、溶媒等を混合してペースト状にしたもので形成され、正極活物質層11は、正極活物質合材を正極集電体12の表面に塗布、乾燥して形成した塗工層である。塗工層は、乾燥後にプレス等により圧縮してもよい。   The positive electrode active material layer is composed of a positive electrode active material mixture containing a positive electrode active material such as a metal sulfide, metal oxide, or polymer compound capable of inserting and extracting lithium ions. The positive electrode active material mixture is formed by mixing a positive electrode active material, a binder, a conductive material, a solvent, and the like into a paste, and the positive electrode active material layer 11 includes the positive electrode active material mixture as a positive electrode current collector. 12 is a coating layer formed on the surface of 12 by applying and drying. The coating layer may be compressed by a press or the like after drying.

結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと記す)、ポリテトラフルオロエチレン、EPDM、SBR、ニトリルブタジエンラバー(以下、NBRと記す)等が用いられる。導電材としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が用いられる。溶媒としては、カーボネート類が用いられる。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF), polytetrafluoroethylene, EPDM, SBR, nitrile butadiene rubber (hereinafter referred to as NBR), and the like. As the conductive material, ketjen black, acetylene black, carbon black, graphite or the like is used. As the solvent, carbonates are used.

また、正極活物質になりうる物質のうち金属酸化物としては、リチウム金属複合酸化物が用いられ、金属としては、例えばコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、亜鉛、クロム、チタン、ケイ素のうちで一以上の金属元素、あるいはリンやホウ素などの非金属元素が該当する。また、高電位、高容量、耐久性などの要求特性により、リチウム・鉄複合酸化物、リチウム・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル酸化物などのリチウム複合酸化物を選定するのが望ましい。   Among the substances that can be the positive electrode active material, lithium metal composite oxide is used as the metal oxide, and examples of the metal include cobalt, nickel, manganese, iron, zinc, chromium, titanium, and silicon. The above metal elements or nonmetallic elements such as phosphorus and boron are applicable. In addition, it is desirable to select a lithium composite oxide such as a lithium / iron composite oxide, a lithium / cobalt composite oxide, or a lithium / nickel oxide according to required characteristics such as high potential, high capacity, and durability.

本実施形態の正極活物質層11は、正極活物質としてLiFePOを80質量部含有し、上記のPVDFを10質量部、アセチレンブラックを10質量部を含有する正極活物質合材から形成される。正極活物質層11は、内層の正極100の正極集電体12の両面上に、及び、一対の各外層の正極10の片面上であって、負極2と対向する一方の面12a上に、配されている。 The positive electrode active material layer 11 of this embodiment is formed of a positive electrode active material mixture containing 80 parts by mass of LiFePO 4 as a positive electrode active material, 10 parts by mass of the PVDF, and 10 parts by mass of acetylene black. . The positive electrode active material layer 11 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 12 of the inner layer positive electrode 100 and on one side of the positive electrode 10 of each pair of outer layers and on one surface 12a facing the negative electrode 2. It is arranged.

そして、本実施形態の電子供給化合物層13は、正極活物質層11と同様に、電子供給化合物、結着剤、導電材、溶媒等を混合してペースト状にした化合物合材で形成され、化合物合材を正極集電体12の表面に塗布、乾燥して形成した塗工層である。塗工層は、乾燥後にプレス等により圧縮してもよい。   And the electron supply compound layer 13 of this embodiment is formed with the compound compound material which mixed the electron supply compound, the binder, the electrically conductive material, the solvent, etc. like the positive electrode active material layer 11, and made it into paste form, This is a coating layer formed by applying and drying the compound mixture on the surface of the positive electrode current collector 12. The coating layer may be compressed by a press or the like after drying.

ここで、電子供給化合物層13に含有される電子供給化合物としては、二次電池システムから付与される充電電位の範囲内で酸化されて電子を供給可能な化合物が用いられる。   Here, as the electron supply compound contained in the electron supply compound layer 13, a compound capable of supplying electrons by being oxidized within the range of the charging potential applied from the secondary battery system is used.

まず、正極活物質よりも、貴な電位で酸化される化合物が好ましい。本実施形態では、正極活物質層11に含有されるLiFePOが、充電時にリチウムイオンを離脱する(=電子を放出する=酸化される)際の酸化電位を基準として、これより貴な酸化電位で電子を供給可能な化合物であればよい。充電時に、通常の正極の電位より貴な酸化電位において、電子供給化合物由来のリチウムのインターカレーションを負極で行うためである。本実施形態ではSBRが用いられ、特に好ましい。但し、これに限られることなく、LiFePOよりも貴な酸化電位で電子を供給可能な他の電子供給化合物としては、ポリアクリル酸、ポリアニリン、ポリウレタン、シリコーン等を例示することができる。 First, a compound that is oxidized at a noble potential is preferable to a positive electrode active material. In the present embodiment, the LiFePO 4 contained in the positive electrode active material layer 11 has a more noble oxidation potential based on the oxidation potential when the lithium ions are released (= electrons are released = oxidized) during charging. Any compound can be used as long as it can supply electrons. This is because, during charging, lithium intercalation of the electron supply compound is performed at the negative electrode at an oxidation potential nobler than the normal positive electrode potential. In the present embodiment, SBR is used, which is particularly preferable. However, the present invention is not limited to this, and examples of other electron supply compounds that can supply electrons at a more noble oxidation potential than LiFePO 4 include polyacrylic acid, polyaniline, polyurethane, and silicone.

更に、電子供給化合物層の比表面積を正極活物質層よりも大きくできる電子供給化合物であることが好ましい。化合物表面の活性を高めて電子供与化合物としての還元機能を担保するためである。本実施形態ではアセチレンブラックが用いられ、特に好ましい。但し、これに限られることなく、活性炭、ケッチェンブラック等を例示することができる。   Furthermore, an electron supply compound that can make the specific surface area of the electron supply compound layer larger than that of the positive electrode active material layer is preferable. This is to increase the activity of the compound surface and ensure the reducing function as an electron donating compound. In this embodiment, acetylene black is used and is particularly preferable. However, it is not limited to this, and activated carbon, ketjen black and the like can be exemplified.

本実施形態の電子供給化合物層13は、電子供給化合物としてSBRを50質量部、及びアセチレンブラックを50質量部含有する化合物合材から形成される。電子供給化合物層13は、一対の各外層の正極10の正極集電体12の負極2と対向しない他方の面12b上に配されている。   The electron supply compound layer 13 of this embodiment is formed from a compound mixture containing 50 parts by mass of SBR and 50 parts by mass of acetylene black as an electron supply compound. The electron supply compound layer 13 is disposed on the other surface 12b that does not face the negative electrode 2 of the positive electrode current collector 12 of the positive electrode 10 of each pair of outer layers.

負極活物質は、特に限定されるものではなく、従来公知の負極活物質を用いることができる。例えばリチウムイオンを吸蔵・離脱できる化合物や、これらの化合物を組み合わせて用いることができる。リチウムイオンを吸蔵・離脱できる化合物としては、リチウム等の金属材料、ケイ素、スズ等を含有する合金材料、グラファイト、コークス、有機高分子化合物、非晶質炭素等の炭素材料をあげることができる。これらの化合物は活物質として単独で用いるだけでなく、複数種類混合して用いることもできる。   The negative electrode active material is not particularly limited, and a conventionally known negative electrode active material can be used. For example, a compound capable of inserting and extracting lithium ions, or a combination of these compounds can be used. Examples of the compound capable of inserting and extracting lithium ions include metal materials such as lithium, alloy materials containing silicon and tin, graphite, coke, organic polymer compounds, and carbon materials such as amorphous carbon. These compounds can be used not only independently as an active material but also as a mixture of a plurality of types.

負極活物質層21は、上述した正極活物質層と同様に、負極活物質や結着剤等を含有する負極活物質合材で形成され、負極活物質合材を負極集電体22の表面に塗布、乾燥して形成した塗工層である。塗工層は、乾燥後にプレス等により圧縮してもよい。なお、負極活物質として金属リチウムを用いる場合には、銅等の金属からなる集電体の表面に金属リチウムを圧着することで形成できる。   Similarly to the positive electrode active material layer described above, the negative electrode active material layer 21 is formed of a negative electrode active material mixture containing a negative electrode active material, a binder, and the like, and the negative electrode active material mixture is formed on the surface of the negative electrode current collector 22. It is the coating layer formed by apply | coating and drying. The coating layer may be compressed by a press or the like after drying. In addition, when using metallic lithium as a negative electrode active material, it can form by crimping | bonding metallic lithium to the surface of the electrical power collector which consists of metals, such as copper.

本実施形態の負極活物質層21は、負極活物質としてグラファイトを98質量部、結着剤としてSBRを1質量部、溶媒としてカルボキシメチルセルロース(以下、CMCと記す)1質量部を含有する負極活物質合材から形成される。   The negative electrode active material layer 21 of the present embodiment contains 98 parts by mass of graphite as a negative electrode active material, 1 part by mass of SBR as a binder, and 1 part by mass of carboxymethyl cellulose (hereinafter referred to as CMC) as a solvent. It is formed from a material mixture.

電解液は、特に限定されるものではなく、リチウムイオンが正(負)極から負(正)極に移動する際の通り道であればよく、従来公知の電解液を用いることができる。例えば、溶媒に電解質塩を溶解させた溶液、自身が液体状であるイオン液体、そのイオン液体に対して更に電解質塩を溶解させた溶液などが該当する。なお、本明細書中での「電解液」とは、上記の液体状のものだけでなく、公知の固体ないしゲル状の電解質等も含む。本実施形態では、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒からなる電解液とすることができる。   The electrolytic solution is not particularly limited, and may be any path when lithium ions move from the positive (negative) electrode to the negative (positive) electrode, and a conventionally known electrolytic solution can be used. For example, a solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent, an ionic liquid that is liquid itself, a solution in which an electrolyte salt is further dissolved in the ionic liquid, and the like are applicable. The “electrolyte” in the present specification includes not only the above liquid form but also a known solid or gel electrolyte. In this embodiment, it can be set as the electrolyte solution which consists of an aprotic organic solvent containing lithium salt.

有機溶媒としては、非水電解液に通常用いられているものを1種又は2種以上組み合わせて用いることができるが、環状カーボネート化合物、環状エステル化合物、スルホン又はスルホキシド化合物、鎖状カーボネート化合物、鎖状又は環状エーテル化合物、及び鎖状エステル化合物からなる群から選ばれる1種以上を含有することが好ましい。特に、環状カーボネート化合物及び鎖状カーボネート化合物をそれぞれ1種以上含有することが好ましい。   As the organic solvent, those usually used for non-aqueous electrolytes can be used singly or in combination of two or more, but a cyclic carbonate compound, a cyclic ester compound, a sulfone or sulfoxide compound, a chain carbonate compound, a chain It is preferable to contain 1 or more types chosen from the group which consists of a linear or cyclic ether compound and a chain | strand-shaped ester compound. In particular, it is preferable to contain at least one cyclic carbonate compound and one chain carbonate compound.

具体的には、環状カーボネート化合物としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等が、鎖状カーボネート化合物としては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート等が挙げられる。   Specifically, as the cyclic carbonate compound, ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, isobutylene carbonate, etc., and as the chain carbonate compound, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl -N-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, etc. are mentioned.

電解質塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF、LiBF、LiClO及びLiAsFから選ばれる無機塩、これらの無機塩の誘導体、LiSOCF、LiC(SOCF、LiN(SOCF、LiN(SO及びLiN(SOCF)(SO)等から選ばれる有機塩、並びにこれらの有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが望ましい。なお、電解質塩の濃度についても特に限定されるものではなく、用途に応じて電解質塩及び有機溶媒の種類を考慮して適切に選択することが好ましい。上記電解質塩は、電解液中の濃度が、0.1〜3.0モル/リットル、特に0.5〜2.0モル/リットルとなるように、上記有機溶媒に溶解することが好ましい。 The type of electrolyte salt is not particularly limited, but an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , derivatives of these inorganic salts, LiSO 3 CF 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , an organic salt selected from LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2, LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and the like, and their organic It is desirable to be at least one of salt derivatives. The concentration of the electrolyte salt is not particularly limited, and is preferably selected appropriately in consideration of the types of the electrolyte salt and the organic solvent depending on the use. The electrolyte salt is preferably dissolved in the organic solvent so that the concentration in the electrolytic solution is 0.1 to 3.0 mol / liter, particularly 0.5 to 2.0 mol / liter.

また、イオン液体としては、通常リチウムイオン二次電池の電解液に用いられるイオン液体であれば特に限定されるものではなく、例えば、カチオン成分としては、導電性の高い1−メチル−3−エチルイミダゾリウムカチオン、ジメチルエチルメトキシアンモニウムカチオン等が挙げられ、アニオン成分としは、BF 、LiN(SO 等をあげることができる。 In addition, the ionic liquid is not particularly limited as long as it is an ionic liquid that is usually used for an electrolyte of a lithium ion secondary battery. For example, the cation component may be 1-methyl-3-ethyl having high conductivity. Examples include an imidazolium cation and a dimethylethylmethoxyammonium cation, and examples of the anion component include BF 4 and LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 .

セパレータ7は、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。例えば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。なおセパレータは、正極と負極との絶縁を担保するため、正極及び負極よりもさらに大きいものとするのが好ましい。   The separator 7 plays a role of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution. For example, a porous synthetic resin film, particularly a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) porous film may be used. The separator is preferably larger than the positive electrode and the negative electrode in order to ensure insulation between the positive electrode and the negative electrode.

(リチウムイオン二次電池の構成要素の説明)
以下、前述したリチウムイオン二次電池B等の非電解水二次電池の構成要素について、特に正極について詳細に説明する。
(Explanation of components of lithium ion secondary battery)
Hereinafter, the components of the non-electrolytic water secondary battery such as the above-described lithium ion secondary battery B 1 will be described in detail particularly regarding the positive electrode.

正極は、正極集電体とこれに一体となる正極活物質層とを有している。正極活物質層は、粉末状、粒状、短繊維状等に形成された活物質、導電剤及び結着剤からなる正極活物質合材を適当な溶媒に懸濁させて混合し、スラリーとしたものを正極集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥することで作製することができる。   The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer integrated therewith. The positive electrode active material layer is a slurry obtained by suspending and mixing a positive electrode active material mixture composed of an active material, a conductive agent, and a binder formed into a powder, granular, short fiber, etc. in an appropriate solvent. It can be produced by applying the product to one or both sides of the positive electrode current collector and drying.

正極活物質としては、リチウムイオン等の軽金属イオンを可逆的に吸蔵・離脱できるものであれば特に限定されることはなく、従来公知の種々の酸化物、硫化物、リチウム含有酸化物、導電性高分子等が用いられる。   The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude / release light metal ions such as lithium ions, and various conventionally known oxides, sulfides, lithium-containing oxides, and conductive materials. A polymer or the like is used.

正極活物質としては、具体的には、例えば以下の物質が挙げられる。LiFePO、LiMnPO、LiMnSiO、LiMnFe(1−x)SiO、MnO、TiS、TiS、MoS、FeS、Li(1−x)MnO、Li(1−x)Mn、Li(1−x)CoO、Li(1−x)NiO、LiV、V、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリチオフェン、ポリピロール、及びそれらの誘導体、安定ラジカル化合物。なお、「x」は0〜1の数を示す。 Specific examples of the positive electrode active material include the following materials. LiFePO 4 , LiMnPO 4 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 Mn x Fe (1-x) SiO 4 , MnO 2 , TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , FeS 2 , Li (1-x) MnO 2 , Li ( 1-x) Mn 2 O 4 , Li (1-x) CoO 2 , Li (1-x) NiO 2 , LiV 2 O 3 , V 2 O 5 , polyaniline, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polythiophene , Polypyrrole, and derivatives thereof, stable radical compounds. “X” represents a number from 0 to 1.

また、金属酸化物系の化合物には、Li、Mg、Al、またはCo、Ti、Nb、Cr等の遷移金属を添加または置換した材料等であってもよい。また、これらのうちリチウム−金属複合酸化物を単独で用いるばかりでなく、これらを複数種類混合して用いることもできる。このなかでもリチウム−金属複合酸化物としては、層状構造またはスピネル構造のリチウムマンガン含有複合酸化物、リチウムニッケル含有複合酸化物及びリチウムコバルト含有複合酸化物のうちの1種以上であることが好ましい。本発明の非水電解液二次電池においては、正極活物質として、LiFePOといったポリアニオン型のものを用いることが最も好ましい。 The metal oxide compound may be a material obtained by adding or replacing a transition metal such as Li, Mg, Al, or Co, Ti, Nb, or Cr. Of these, not only lithium-metal composite oxides can be used alone, but also a plurality of these can be mixed and used. Among these, the lithium-metal composite oxide is preferably at least one of a lithium manganese-containing composite oxide having a layered structure or a spinel structure, a lithium nickel-containing composite oxide, and a lithium cobalt-containing composite oxide. In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is most preferable to use a polyanion type material such as LiFePO 4 as the positive electrode active material.

そして、電子供給化合物は、正極で不可逆的に電子を供給できる化合物であればよい。よって、充電完了後に、正極が高い電位から正極活物質の還元電位まで低下して放電状態に戻る間に、電子供給化合物は放電状態に戻らない。すなわち、正極活物質が電極反応する電位範囲において、電子供給化合物は充電状態のまま維持されており、反応に寄与しない。従って、電池の使用時や放電時に電子供給化合物の還元反応が原因で、正極活物質の結晶構造におけるイオンが収まるべきサイトが消費されるのを回避できる。よって、負極から直接に正極にインターカレーションされるリチウムの物質量(放電電池容量)が確保される。   And an electron supply compound should just be a compound which can supply an electron irreversibly with a positive electrode. Therefore, after the completion of charging, the electron supply compound does not return to the discharge state while the positive electrode falls from the high potential to the reduction potential of the positive electrode active material and returns to the discharge state. That is, in the potential range where the positive electrode active material undergoes electrode reaction, the electron supply compound is maintained in a charged state and does not contribute to the reaction. Therefore, it is possible to avoid the consumption of the site in which the ions in the crystal structure of the positive electrode active material are accommodated due to the reduction reaction of the electron supply compound during use or discharge of the battery. Therefore, the amount of lithium substance (discharge battery capacity) that is directly intercalated from the negative electrode to the positive electrode is ensured.

なお、上記の不可逆的に電子を供給する能力は、サイクリックボルタンメトリー試験(以下、CV試験と記す)で電位を振った場合の酸化還元電流で判断できる。   The ability to supply electrons irreversibly can be determined by the oxidation-reduction current when a potential is applied in a cyclic voltammetry test (hereinafter referred to as CV test).

また、電子供給化合物は、通常の電池の使用時に想定される正極電位の範囲外の電位であって、正極活物質より貴な酸化電位で電子を供給できる化合物が好ましい。しかも、電子供給化合物層の比表面積を、正極活物質層よりも大きくできる化合物が含有される場合が最も好ましい。   In addition, the electron supply compound is preferably a compound that has a potential outside the range of the positive electrode potential assumed when a normal battery is used, and can supply electrons with an oxidation potential more noble than the positive electrode active material. Moreover, it is most preferable that a compound that can make the specific surface area of the electron supply compound layer larger than that of the positive electrode active material layer is contained.

ここで、一般にLiFePOは、他の実用的な正極活物質と比較すると、もともとの充放電電圧を低くできる点や、仮に充電圧を上げた結果電池の発熱を招いても、熱的、化学的に安定している点を利点としている。従って、LiFePOの電極反応に、いっそう貴な電位で電子を供給する化合物の反応を組合せても、電池の信頼性を担保することが容易となる。また、前述したとおり、電子供給化合物を配することで、電池の使用耐久性を容量確保の点で向上できる。よって、本発明に係る電池は、製品寿命が長く、高信頼性を要求される車載用途の電池として好適である。 Here, in general, LiFePO 4 can reduce the original charge / discharge voltage as compared with other practical positive electrode active materials, and even if the charge pressure is increased, the heat of the battery may be increased. The advantage is that it is stable. Therefore, even if the electrode reaction of LiFePO 4 is combined with the reaction of a compound that supplies electrons at a more noble potential, it is easy to ensure the reliability of the battery. Further, as described above, the use durability of the battery can be improved in terms of securing the capacity by arranging the electron supply compound. Therefore, the battery according to the present invention has a long product life and is suitable as a battery for in-vehicle use that requires high reliability.

負極は、正極と同様に作製することができる。負極の活物質としては、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、放電時には離脱する化合物を用いることができる。この活物質は、その材料構成で特に限定されるものでなく、公知の材料、構成のものを用いることができる。具体的な活物資については前述したが、黒鉛などの容量を発現する物質を特に挙げることができ、より具体的には、短周期型周期表における4B族の金属元素、或いは半金属元素の単体又は合金であるケイ素、スズ等を挙げることができる。   The negative electrode can be produced in the same manner as the positive electrode. As the negative electrode active material, a compound that occludes lithium ions during charging and desorbs during discharging can be used. The active material is not particularly limited in its material configuration, and a known material and configuration can be used. Specific examples of the active material have been described above, and materials that exhibit a capacity such as graphite can be specifically mentioned. More specifically, a simple substance of a group 4B metal element or a semi-metal element in the short-period periodic table Alternatively, an alloy such as silicon or tin can be used.

電極ユニットは、上記の正極及び負極を交互に対向配置しながら積層して構成する。本実施形態のリチウムイオン二次電池Bでは、積層された上下の両端部の外層の電極が正極で、両面で異なる正極活物質層と電子供給化合物層とを有しており、電子供給化合物の側が負極と対向しない外層に配される例を示したが、本発明の構成はこれに限られない。電極ユニットは積層型に限らず、例えば正極活物質層及び電子供給化合物層を両面に備えた1つの正極と1つの負極とよりなる電極でも構わない。また、電子供給化合物層を備えた正極は、必ずしも外層に配置されなくとも構わない。 The electrode unit is formed by laminating the positive electrode and the negative electrode alternately while facing each other. In the lithium ion secondary battery B 1 of the present embodiment, the stacked outer layer electrodes at both upper and lower end portions are positive electrodes, and have a positive electrode active material layer and an electron supply compound layer that are different on both sides, and an electron supply compound Although the example which is distribute | arranged to the outer layer which does not oppose a negative electrode was shown, the structure of this invention is not restricted to this. The electrode unit is not limited to the laminated type, and for example, an electrode including one positive electrode and one negative electrode each provided with a positive electrode active material layer and an electron supply compound layer may be used. Moreover, the positive electrode provided with the electron supply compound layer does not necessarily have to be disposed in the outer layer.

上記したリチウムイオン二次電池Bでは、電極ユニットUの積層方向Lの両端部に外層の正極10、10を配しているが、一方の端部のみに外層の正極10を配し、他方の端部は負極2が配された構成でもよい。 In the lithium ion secondary battery B 1 described above, the outer layer positive electrodes 10 and 10 are arranged at both ends in the stacking direction L of the electrode unit U, but the outer layer positive electrode 10 is arranged only at one end, and the other The end may be configured such that the negative electrode 2 is disposed.

また、リチウムイオン二次電池Bでは、電極ユニットUを電池容器(図示せず)に収納するときに、電池容器と電極ユニットUとの接触を規制する部材を配していてもよい。この部材としては、たとえば、セパレータをあげることができる。 Also, in the lithium ion secondary battery B 1, when accommodating the electrode unit U in the battery container (not shown) may be arranged member for restricting contact between the battery container and the electrode unit U. An example of this member is a separator.

本実施形態としてリチウムイオン二次電池Bについて説明したが、本発明に係る金属イオンは、電解液中で電気伝導を担えるイオンになり得るものなら、リチウムに限られない。本発明の非水電解液二次電池は、上記の要素以外に、その他必要に応じた要素からなる。本発明の非水電解液二次電池は、その形状には特に制限を受けず、コイン型、円筒型、角型等、種々の形状の電池として使用できる。また、本発明の非水電解液二次電池のケースについても限定されるものではなく、金属製、樹脂製のその外形を保持できるケース、ラミネートパック等の軟質のケース等、種々の形態の電池として使用できる。 It has been described lithium-ion secondary battery B 1 as the present embodiment, the metal ions according to the present invention, if those that may become ions Ninaeru the electric conductivity in the electrolytic solution is not limited to lithium. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes other elements as required in addition to the above elements. The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be used as a battery having various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape. Also, the case of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not limited, but various forms of batteries such as a metal or resin case that can retain its outer shape, a soft case such as a laminate pack, etc. Can be used as

本発明の非水電解液二次電池は、その製造方法が限定されるものではなく、従来公知の非水電解液二次電池の製造方法と同様に製造することができる。   The manufacturing method of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not limited, and can be manufactured in the same manner as a conventionally known method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。本発明の非水電解液二次電池の実施例として、コイン型のリチウムイオン二次電池Bを作成した。なお、以下の実施例は、本発明を具体的に実施した一つの形態を示すものであり、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described using examples. As an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention to prepare a lithium ion secondary battery B 2 coin. The following examples show one embodiment in which the present invention is specifically implemented, and the present invention is not limited to the following examples.

(実施例)
(正極)
(LiFePO合材の作製)
正極活物質としてLiFePOを80質量部、バインダーとしてPVDFを10質量部、導電材としてアセチレンブラックを10質量部を混合し、適量のN−メチル−2−ピロリドンを添加して混練してLiFePOのペースト状の正極活物質合材を得た。
(Example)
(Positive electrode)
(Preparation of LiFePO 4 composite material)
80 parts by mass of LiFePO 4 as a positive electrode active material, 10 parts by mass of PVDF as a binder, and 10 parts by mass of acetylene black as a conductive material are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone is added and kneaded to form LiFePO 4. A paste-like positive electrode active material mixture was obtained.

(電子供給化合物合材の作製)
SBR(日本ゼオン社製)を50質量部、アセチレンブラックを50質量部を混合し、適量のN−メチル−2−ピロリドンを添加して混練してSBR及びアセチレンブラックのペースト状の電子供給化合物合材を得た。
(Preparation of electron supply compound compound material)
50 parts by mass of SBR (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and 50 parts by mass of acetylene black are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone is added and kneaded to combine the SBR and acetylene black paste-like electron supply compound. The material was obtained.

(正極の作製)
得られたペースト状の正極活物質合材を、100メッシュのアルミメッシュよりなる正極集電体の一方の表面に塗布、乾燥し、プレス工程を施して、正極活物質層が製造された。
(Preparation of positive electrode)
The obtained paste-like positive electrode active material mixture was applied to one surface of a positive electrode current collector made of 100 mesh aluminum mesh, dried, and subjected to a pressing step to produce a positive electrode active material layer.

また、得られたペースト状の電子供給化合物合材を、正極集電体の他方の表面に塗布、乾燥し、プレス工程を経て、電子供給化合物層が形成された。   The obtained paste-like electron supply compound mixture was applied to the other surface of the positive electrode current collector and dried, and an electron supply compound layer was formed through a pressing step.

(負極の作製)
(グラファイト合材の作製)
負極活物質としてグラファイトを98質量部、バインダーとしてSBRを1質量部、分散剤としてCMCを1質量部を混合し、適量のN−メチル−2−ピロリドンを添加して混練してグラファイトのペースト状の負極活物質合材を得た。
(Preparation of negative electrode)
(Production of graphite mixture)
98 parts by weight of graphite as a negative electrode active material, 1 part by weight of SBR as a binder, and 1 part by weight of CMC as a dispersant are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone is added and kneaded to form a paste of graphite. The negative electrode active material mixture was obtained.

得られたペースト状の負極活物質合材を厚さ10μmの銅製の薄膜よりなる負極集電体に塗布し、乾燥後、プレスして、負極板とした。   The obtained paste-like negative electrode active material mixture was applied to a negative electrode current collector made of a copper thin film having a thickness of 10 μm, dried and pressed to obtain a negative electrode plate.

(電解液の調製)
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比で7:3になるように混合した有機溶媒に、LiPFを1.0mol/Lの濃度となるように添加した非水溶媒電解液を用いた。
(Preparation of electrolyte)
Nonaqueous solvent electrolyte in which LiPF 6 is added at a concentration of 1.0 mol / L to an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 7: 3. Was used.

(コイン型電池の作製)
作製したコイン型電池Bの断面図を図3に示す。前述した実施形態と同一/類似の構成に対して、同じ/類似の番号を付した。
(Production of coin-type battery)
The cross-sectional view of a coin type battery B 2 produced is shown in FIG. The same / similar numbers are assigned to the same / similar configurations as the above-described embodiment.

正極1及び負極2には、それぞれ上記の正極及び負極を用いた。電解液3には、調製した上記の電解液を用いた。   As the positive electrode 1 and the negative electrode 2, the above positive electrode and negative electrode were used, respectively. As the electrolytic solution 3, the prepared electrolytic solution was used.

セパレータ7は厚さ25μmのポリエチレン製の多孔質膜をそれぞれ用いて、コイン型電池Bを製造した。正極1は、貫通孔12cが形成された正極集電体12を有し、負極2は負極集電体22を有する。なお、図示において、21は負極活物資層を、11は正極集電体12の一方の面12aに形成された正極活物資層を、13は同様に他方の面12aに形成された電子供給化合物層を示す。 The separator 7 using a polyethylene porous film having a thickness of 25μm, respectively, A coin-type battery was produced B 2. The positive electrode 1 has a positive electrode current collector 12 in which a through hole 12 c is formed, and the negative electrode 2 has a negative electrode current collector 22. In the drawing, 21 is a negative electrode active material layer, 11 is a positive electrode active material layer formed on one surface 12a of the positive electrode current collector 12, and 13 is an electron supply compound similarly formed on the other surface 12a. Indicates the layer.

これらの発電要素をステンレス製のケース(正極ケース42と負極ケース52から構成されている)中に収納した。ここで、正極1は、正極活物質層11と電子供給化合物層13とが、それぞれ負極2と対向する正極集電体12の一方の面12aと、対向しない他方の面12bとに、それぞれ配されるように収納されている。また、正極ケース42と負極ケース52とは正極端子と負極端子とを兼ねている。正極ケース42と負極ケース52との間にはポリプロピレン製のガスケット6を介装することで密閉性と正極ケース42と負極ケース52との間の絶縁性とを担保している。   These power generation elements were housed in a stainless steel case (consisting of a positive electrode case 42 and a negative electrode case 52). Here, in the positive electrode 1, the positive electrode active material layer 11 and the electron supply compound layer 13 are respectively arranged on one surface 12 a of the positive electrode current collector 12 facing the negative electrode 2 and on the other surface 12 b not facing each other. It is stored as is. Moreover, the positive electrode case 42 and the negative electrode case 52 serve as a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. A gasket 6 made of polypropylene is interposed between the positive electrode case 42 and the negative electrode case 52 to ensure sealing and insulation between the positive electrode case 42 and the negative electrode case 52.

(CV試験)
電子供給化合物として使用するSBR及びアセチレンブラックが、不可逆的に電子を供給し、またSBRがLiFePOよりも貴な酸化電位を有することを予め確認するためにCV試験を行った。
(CV test)
A CV test was conducted to confirm in advance that SBR and acetylene black used as electron supply compounds irreversibly supply electrons and that SBR has a noble oxidation potential than LiFePO 4 .

まず、実施例の正極活物質層を用いて、電極電位を2.0Vから4.3Vまで掃引したのち、再び2.0Vまで戻す作業を行った。走査速度は0.01V/秒とした。3.4V付近にLiFePOのリチウム離脱反応に相当する酸化ピークが、3.3V付近にリチウム吸蔵反応に相当する還元ピークが確認できた。 First, using the positive electrode active material layer of the example, the electrode potential was swept from 2.0 V to 4.3 V and then returned to 2.0 V again. The scanning speed was 0.01 V / second. An oxidation peak corresponding to the lithium elimination reaction of LiFePO 4 was observed near 3.4 V, and a reduction peak corresponding to the lithium occlusion reaction was confirmed near 3.3 V.

一方、実施例の電子供給化合物層を用いて上述と同様にCV試験を行った。4.1V付近にSBRが電子を供給(放出)する酸化ピークが確認できた。還元ピークは確認できなかった。   On the other hand, a CV test was conducted in the same manner as described above using the electron supply compound layer of the example. An oxidation peak in which SBR supplies (releases) electrons in the vicinity of 4.1 V was confirmed. A reduction peak could not be confirmed.

(比表面積の測定)
正極活物質層と電子供給化合物層との、それぞれの比表面積は、クオンタクロームインスツルメンツ製AUTOSORB-1で測定した。それぞれ、20、40(m/g)であった。
(Measurement of specific surface area)
The specific surface areas of the positive electrode active material layer and the electron supply compound layer were measured with AUTOSORB-1 manufactured by Quantum Chrome Instruments. They were 20, 40 (m 2 / g), respectively.

(サイクル特性の評価)
作製したリチウム二次電池Bの容量特性の評価を、0.3C相当の定電流値にて3.6Vに達するまで定電流充電して満充電させた。その後、満充電されたリチウムイオン二次電池Bを、放電終止電圧2.0Vになるまで、0.3C相当の定電流値で放電した際の放電容量を測定して初回放電容量とした。なお、25℃の雰囲気で充放電及び放電容量の測定を行った。
(Evaluation of cycle characteristics)
The evaluation of the prepared capacity characteristics of the lithium secondary battery B 2, were fully charged by constant current charging until the 3.6V at 0.3C equivalent constant current value. Thereafter, the fully charged lithium ion secondary battery B 2, until the discharge end voltage 2.0 V, and the initial discharge capacity to measure the discharge capacity when discharged at a constant current value corresponding 0.3 C. In addition, the measurement of charging / discharging and discharge capacity was performed in 25 degreeC atmosphere.

初回充放電後の次の1〜10回目は、充電電流0.3C相当の定電流値にて、充電終止電圧3.6Vに達するまで充電して満充電させた。   In the next 1 to 10 times after the first charge / discharge, the battery was fully charged by charging at a constant current value corresponding to a charge current of 0.3 C until reaching a charge end voltage of 3.6 V.

その後、満充電時の電圧3.6Vから充電終止電圧4.3Vになるまで、0.3C相当の定電流、及び定電圧充電を4.3Vの時間が10時間維持されるように充電を行なった。この間に、SBRが電子を供給し、リチウムイオンが負極活物質層21中にインターカレーションされる。   After that, charging is performed so that a constant current equivalent to 0.3 C and a constant voltage charging are maintained for 10 hours from a voltage 3.6 V at full charge to a charge end voltage 4.3 V for 10 hours. It was. During this time, SBR supplies electrons, and lithium ions are intercalated into the negative electrode active material layer 21.

次の11〜20回目は、充電電流0.3C相当の定電流値にて充電終止電圧3.6Vに達するまで充電して満充電させた。それから、充電終止電圧3.6Vから放電終止電圧2.0Vになるまで、0.3C相当の定電流値で放電するサイクルを繰り返して行った。   In the next 11th to 20th times, the battery was fully charged by charging at a constant current value corresponding to a charge current of 0.3 C until reaching a charge end voltage of 3.6 V. Then, a cycle of discharging at a constant current value corresponding to 0.3 C was repeated from the charge end voltage of 3.6 V to the discharge end voltage of 2.0 V.

上記の充放電の1〜20回目における各回の放電容量を初回と同様に測定して、容量維持率を算出して図4に示した。なお、図4においては、初回放電容量を100として下記式により容量維持率を求めた。   The discharge capacity of each time in the 1st to 20th charge / discharge was measured in the same manner as the first time, and the capacity retention rate was calculated and shown in FIG. In FIG. 4, the capacity retention rate was obtained by the following formula with the initial discharge capacity being 100.

容量維持率(%)=[(各サイクルでの放電容量)/(初回放電容量)]×100
(比較例)
(コイン型電池の作製)
正極活物質としてLiFePOを使用した正極活物質層11のみを用いて、正極集電体12の両面12a、12bに塗布し、乾燥後、プレスして、正極1´とした。
Capacity maintenance rate (%) = [(discharge capacity in each cycle) / (initial discharge capacity)] × 100
(Comparative example)
(Production of coin-type battery)
Using only the positive electrode active material layer 11 using LiFePO 4 as the positive electrode active material, it was applied to both surfaces 12a and 12b of the positive electrode current collector 12, dried, and pressed to obtain a positive electrode 1 ′.

正極1´を用いた以外は、実施例と同様の方法で電池を作製した。   A battery was produced in the same manner as in the example except that the positive electrode 1 ′ was used.

(サイクル特性の評価)
実施例と同様の条件、方法で初回放電容量を求めた。
(Evaluation of cycle characteristics)
The initial discharge capacity was determined under the same conditions and method as in the examples.

初回充放電後の1〜20回目の全サイクルにおいて、同一の充電終止電圧を3.6Vとすること以外は、実施例と同様に試験して、各回における放電容量を測定し、容量維持率として図4に示した。   In all the first to twentieth cycles after the first charge / discharge, except that the same charge end voltage is 3.6 V, the test is performed in the same manner as in the examples, the discharge capacity at each time is measured, and the capacity maintenance rate is This is shown in FIG.

図4に示すように、正極活物質層11及び電子供給化合物層13を有する正極1を備えた実施例の電池Bは、充電終止電圧を高くした後の11〜20回目のサイクルで容量維持率の向上が認められ、その特性に優れた電池となっていることが確認出来た。また、容量維持率が60%を下回った10サイクル目を終えた後に充電終止電圧を上げることにより、好適な容量回復が認められた。 As shown in FIG. 4, the battery B 2 of the example including the positive electrode 1 having the positive electrode active material layer 11 and the electron supply compound layer 13 maintains the capacity in the 11th to 20th cycles after increasing the end-of-charge voltage. It was confirmed that the battery was excellent in the characteristics. In addition, after the 10th cycle in which the capacity retention rate was less than 60% was completed, a suitable capacity recovery was recognized by increasing the charge end voltage.

なお、上記の実施例における効果は、電極の組成によらずに得られる。このため、本実施例は、電極を構成する材質の組成比によって制限を受けるものではない。   In addition, the effect in said Example is acquired irrespective of a composition of an electrode. For this reason, a present Example is not restrict | limited by the composition ratio of the material which comprises an electrode.

,B:リチウムイオン二次電池
U:電極ユニット
1:正極 10:外層の正極
11:正極活物質層
12:正極集電体
12a:一方面 12b:他方面
13:電子供給化合物層
2:負極
21:負極活物質層
22:負極集電体
3:電解液
B 1 and B 2 : Lithium ion secondary battery U: Electrode unit 1: Positive electrode 10: Positive electrode of outer layer 11: Positive electrode active material layer 12: Positive electrode current collector 12a: One side 12b: Other side 13: Electron supply compound layer 2 : Negative electrode 21: Negative electrode active material layer 22: Negative electrode current collector 3: Electrolytic solution

Claims (6)

正極集電体(12)及び該正極集電体に配された正極活物質層(11)を有する正極(1、10、100)と、
前記正極に対向して配置され、負極集電体(22)及び該負極集電体に配された負極活物質層(21)を有する負極(2)と、
前記正極と前記負極との間に介在する電解液(3)と、
を備える非水電解液二次電池(B、B)において、
前記正極(1、10)は、前記正極集電体の表面であって前記負極と対向しない表面(12b)に、不可逆的に電子を供給する電子供給化合物が配されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
A positive electrode (1, 10, 100) having a positive electrode current collector (12) and a positive electrode active material layer (11) disposed on the positive electrode current collector;
A negative electrode (2) disposed opposite to the positive electrode and having a negative electrode current collector (22) and a negative electrode active material layer (21) disposed on the negative electrode current collector;
An electrolyte solution (3) interposed between the positive electrode and the negative electrode;
In a non-aqueous electrolyte secondary battery (B 1 , B 2 ) comprising:
The positive electrode (1, 10) is characterized in that an electron supply compound for irreversibly supplying electrons is disposed on a surface (12b) of the positive electrode current collector that is not opposed to the negative electrode. Non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記電子供給化合物は、正極活物質よりも貴な酸化電位を有する化合物であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the electron supply compound is a compound having an oxidation potential nobler than that of the positive electrode active material. 電子供給化合物を含有する電子供給化合物層(13)は、前記正極活物質層よりも比表面積が大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the electron supply compound layer (13) containing an electron supply compound has a specific surface area larger than that of the positive electrode active material layer. 前記正極(1、10)は、板状の前記正極集電体の表面であって前記負極と対向する一方の表面(12a)に前記正極活物質層を配し、他方の表面(12b)に前記電子供給化合物層を配している請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解液二次電池。   The positive electrode (1, 10) is a plate-like surface of the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer is disposed on one surface (12a) facing the negative electrode, and the other surface (12b). The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the electron supply compound layer is disposed. 前記正極活物質層と前記電子供給化合物層とを有する前記正極は、前記電解液に含まれるイオンが通過する貫通孔(12c)を有する請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解液二次電池。   The nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 4, wherein the positive electrode having the positive electrode active material layer and the electron supply compound layer has a through hole (12c) through which ions contained in the electrolytic solution pass. Secondary battery. 積層方向(L)の少なくとも一方の端部を前記正極(10)が形成した状態で、前記正極と前記負極とが交互に積層している請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解液二次電池。   The nonaqueous electrolysis according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated in a state in which the positive electrode (10) is formed at least one end in the laminating direction (L). Liquid secondary battery.
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