JP2014035859A - Positive electrode active material composite material and use of the same - Google Patents

Positive electrode active material composite material and use of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2014035859A
JP2014035859A JP2012175910A JP2012175910A JP2014035859A JP 2014035859 A JP2014035859 A JP 2014035859A JP 2012175910 A JP2012175910 A JP 2012175910A JP 2012175910 A JP2012175910 A JP 2012175910A JP 2014035859 A JP2014035859 A JP 2014035859A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
electrode active
active material
composite
binder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012175910A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenta Ishii
健太 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2012175910A priority Critical patent/JP2014035859A/en
Publication of JP2014035859A publication Critical patent/JP2014035859A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material composite material produced by coating the surface of positive electrode active material particles with a conductive material or other target material, in a state having a sufficient fixing force difficult to peel off the coating material.SOLUTION: A positive electrode active material composite material (1) for use in the positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery contains core particles (2) composed of a positive electrode active material, a binding agent (4) imparted to the surface of the core particles, a conductive carbon material (3) composed of an amorphous carbon having a structure capable of holding the nonaqueous electrolyte, and distributed on the surface of the core particles, and a conductive coating material (6) mainly composed of graphite and distributed on the core particles so as to coat the binding agent and the conductive carbon material.

Description

本発明は、非水電解質二次電池用途の正極材料に関する。詳しくは、表面が炭素材で被覆された正極活物質粒子を主体とする正極材料と、該材料を利用した非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode material for use in a non-aqueous electrolyte secondary battery. Specifically, the present invention relates to a positive electrode material mainly composed of positive electrode active material particles whose surface is coated with a carbon material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the material.

リチウム二次電池等の非水電解質二次電池は、電解質として非水電解質(例えば非水電解液)を使用するとともに、典型的には、アルミニウム箔等からなる正極集電体の表面に正極合材層(正極活物質を主体とするため「正極活物質層」とも呼ばれる。)が形成された正極と、銅箔等からなる負極集電体の表面に負極合材層(負極活物質を主体とするため「負極活物質層」とも呼ばれる。)が形成された負極とを有する。そして、これら電極を非水電解質とともに所定の電池ケースに収容し、該ケースを密閉することにより構成されている。   A non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery uses a non-aqueous electrolyte (for example, a non-aqueous electrolyte) as an electrolyte and typically has a positive electrode combined with the surface of a positive electrode current collector made of aluminum foil or the like. A negative electrode mixture layer (mainly composed of a negative electrode active material) is formed on the surface of a negative electrode current collector composed of a positive electrode on which a material layer (mainly composed of a positive electrode active material and is mainly composed of a positive electrode active material) and copper foil is formed. Therefore, it is also referred to as a “negative electrode active material layer”). These electrodes are housed in a predetermined battery case together with a non-aqueous electrolyte, and the case is sealed.

ところで、この種のリチウム二次電池に用いられる正極活物質材料の一形態として、当該正極活物質を構成する化合物からなる粒子(以下「正極活物質コア粒子」という。)の表面をカーボンブラック等の導電性炭素材料で被覆した複合材料が挙げられる。上記導電性炭素材料(導電材)を正極活物質コア粒子の表面に被覆させることにより、正極合材層の導電性が向上し、ひいては電池性能を高めることができる。
このような正極活物質コア粒子の表面に他の物質を被覆することに関連する技術として、例えば特許文献1には、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム等からなる正極活物質(粉体)と、カーボンブラック等の炭素材とを所定の粉体処理装置内において混ぜ合わせ、メカノフュージョン処理とも呼称されるメカノケミカル処理を行うことによって、当該正極活物質の表面に炭素材が付着してなる複合粒子材料を製造する方法が記載されている。また、特許文献2には、いわゆるメカノケミカル処理を行うことによって、正極活物質の表面に他の無機物を付着させ、さらにメカノケミカル反応により当該無機物を活物質表面と一体化させた複合粒子が記載されている。
By the way, as one form of the positive electrode active material used in this type of lithium secondary battery, the surface of particles (hereinafter referred to as “positive electrode active material core particles”) composed of a compound constituting the positive electrode active material is carbon black or the like. And a composite material coated with a conductive carbon material. By covering the surfaces of the positive electrode active material core particles with the conductive carbon material (conductive material), the conductivity of the positive electrode mixture layer can be improved, and the battery performance can be improved.
As a technique related to coating the surface of such positive electrode active material core particles with other substances, for example, Patent Document 1 discloses a positive electrode active material (powder made of lithium cobaltate, lithium manganate, lithium nickelate, etc.). Body) and a carbon material such as carbon black are mixed in a predetermined powder processing apparatus, and a mechanochemical treatment called a mechanofusion treatment is performed, so that the carbon material adheres to the surface of the positive electrode active material. A method for producing a composite particulate material is described. Patent Document 2 describes composite particles in which other inorganic substances are attached to the surface of the positive electrode active material by performing a so-called mechanochemical treatment, and the inorganic substances are integrated with the active material surface by a mechanochemical reaction. Has been.

特開2003−086174号公報JP 2003-086174 A 特開2009−217946号公報JP 2009-217946 A

上記特許文献に記載されるようなメカノケミカル処理(或いはメカノフュージョン処理)によって、正極活物質コア粒子の表面を所望の物質(典型的にはカーボンブラック等の導電材)で被覆することは、ある程度可能である。
しかしながら、当該被覆物質を正極活物質コア粒子の表面に維持する固定力(即ち剥離され難い性能)が未だ充分とはいえず、正極活物質コア粒子の表面に所望量の目的物質が均一に分散した状態で被覆(固定)している状態を維持することは困難であった。例えば、表面を導電材で被覆した正極活物質粒子を材料として正極合材層形成用スラリーを調製する場合、当該被覆正極活物質粒子を溶媒、バインダ、導電材等と混合(混練)する際に受けるトルク(せん断力)によって導電材の一部が剥離することによって上記均一な分散状態の保持が困難となる。
Covering the surface of the positive electrode active material core particles with a desired substance (typically a conductive material such as carbon black) by mechanochemical treatment (or mechanofusion treatment) as described in the above-mentioned patent document, to some extent Is possible.
However, the fixing force for maintaining the coating material on the surface of the positive electrode active material core particles (that is, the performance that is difficult to peel off) is not yet sufficient, and a desired amount of the target substance is uniformly dispersed on the surface of the positive electrode active material core particles. It was difficult to maintain the state of being covered (fixed) in the state of being applied. For example, when preparing a slurry for forming a positive electrode mixture layer using positive electrode active material particles whose surfaces are coated with a conductive material as a material, the mixed positive electrode active material particles are mixed (kneaded) with a solvent, a binder, a conductive material, or the like. When a part of the conductive material is peeled off by the received torque (shearing force), it becomes difficult to maintain the uniform dispersed state.

そこで本発明は、上述した課題を解決するべく創出されたものであり、その目的とするところは、正極活物質コア粒子の表面に導電材その他の目的物質を剥離し難い充分な固定力を有する状態で被覆させる技術を提供し、あわせて導電材等の目的物質が全体にわたって高度に分散した状態で正極活物質コア粒子の表面に被覆されてなる正極活物質複合材料ならびに該複合材料を用いて構築された二次電池を提供することである。   Therefore, the present invention has been created to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to have a sufficient fixing force that makes it difficult to peel off the conductive material and other target substances on the surface of the positive electrode active material core particles. Provided with a technology for coating in the state, and in addition, a positive electrode active material composite material in which a target material such as a conductive material is coated on the surface of the positive electrode active material core particles in a state of being highly dispersed throughout, and using the composite material It is to provide a constructed secondary battery.

上記目的を実現するべく、ここで開示される非水電解質二次電池の正極に用いられる正極活物質複合材料は、正極活物質からなるコア粒子と、該コア粒子の表面に付与された結着材と、該コア粒子の表面に分散配置された導電炭素材とを有する。ここで該導電炭素材は、非水電解質を保持可能なストラクチャー(典型的にはJIS K6217−4(2008)によるフタル酸ジブチル(DBP)吸油量が100mL/100g以上であるストラクチャー)を有する無定形炭素からなる。ストラクチャーとは、導電炭素材を構成する粒子で構成されるアグリゲート(典型的には粒子がブドウの房状に連なってなる状態)の発達の度合いをいう。
そしてここで開示される正極活物質複合材料は、さらに上記結着材と導電炭素材とを被覆するようにして上記コア粒子上に分散配置された黒鉛を主体とする導電被覆材を有する。
また、本発明によって、ここで開示されるいずれかの正極活物質複合材料を使用した非水電解質二次電池が提供される。典型的には、正極活物質を含む正極合材層が正極集電体の表面に形成された正極を備える非水電解質二次電池であって、該正極合材層が正極活物質を主体とする正極活物質複合材料として上記構成の正極活物質複合材料を含んでいることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the positive electrode active material composite material used for the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein includes a core particle made of a positive electrode active material and a binding applied to the surface of the core particle. And a conductive carbon material dispersed on the surface of the core particle. Here, the conductive carbon material has an amorphous structure having a structure capable of holding a non-aqueous electrolyte (typically a structure having a dibutyl phthalate (DBP) oil absorption amount of 100 mL / 100 g or more according to JIS K6217-4 (2008)). Made of carbon. The structure refers to the degree of development of an aggregate (typically a state in which particles are connected in a bunch of grapes) composed of particles constituting a conductive carbon material.
The positive electrode active material composite material disclosed herein further includes a conductive coating material mainly composed of graphite dispersedly disposed on the core particles so as to cover the binder and the conductive carbon material.
The present invention also provides a non-aqueous electrolyte secondary battery using any of the positive electrode active material composite materials disclosed herein. Typically, a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on the surface of a positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer mainly comprising a positive electrode active material The positive electrode active material composite material includes the positive electrode active material composite material having the above structure.

上記構成の正極活物質複合材料では、正極活物質コア粒子の表面に結着材を介して上記導電炭素材が分散配置されている。これにより、コア粒子表面に導電炭素材が部分的に偏在する場合と比較して導電炭素材の使用量を削減することができる。かかる導電炭素材の使用量の削減は、正極合材層形成用スラリー(ペースト状或いはインク状の正極合材層形成用組成物を包含する。以下同じ。)を調製する際の有機溶媒量の削減につながり、ひいては当該スラリーを使用して正極合材層を作製する際の溶媒の揮発(除去)に要する熱量の削減によって電池製造コストを下げることができる。
上記構成の正極活物質複合材料では、結着材と導電炭素材とを被覆するようにして正極活物質コア粒子上に黒鉛を主体とする導電被覆材が分散配置されている。これにより、正極合材層形成用スラリーを調製する際に受けるトルク(せん断力)によって剥離し易い上記ストラクチャーの導電炭素材を被覆(保護)し、スラリー調製時に導電炭素材が正極活物質コア粒子から剥離するのを防止して上記分散配置状態を維持することができる。従って、比較的少ない導電炭素材量でも高い電子伝導性を確保することができる。また、黒鉛を主体とする導電被覆材の存在も電子伝導性の向上に寄与し得る。
さらに、導電炭素材の使用料削減に伴い充分な電子伝導性を実現しつつ正極合材層における正極活物質含有率を高めて電池容量を増加させることができる。従って、ここで開示される正極活物質複合材料を使用することによって、高電池容量で高速充放電性等に優れた高性能なリチウム二次電池等の非水電解質二次電池を提供することができる。
In the positive electrode active material composite material having the above configuration, the conductive carbon material is dispersedly disposed on the surface of the positive electrode active material core particles with a binder interposed therebetween. Thereby, the usage-amount of a conductive carbon material can be reduced compared with the case where a conductive carbon material is unevenly distributed partially on the core particle surface. The reduction in the amount of the conductive carbon material used is that of the amount of the organic solvent in preparing the slurry for forming the positive electrode mixture layer (including the paste or ink composition for forming the positive electrode mixture layer; the same applies hereinafter). As a result, the battery manufacturing cost can be reduced by reducing the amount of heat required for volatilization (removal) of the solvent when the positive electrode mixture layer is produced using the slurry.
In the positive electrode active material composite material having the above-described configuration, the conductive coating material mainly composed of graphite is dispersedly arranged on the positive electrode active material core particles so as to cover the binder and the conductive carbon material. This coats (protects) the conductive carbon material having the above structure, which is easily peeled off by the torque (shearing force) received when preparing the slurry for forming the positive electrode mixture layer, and the conductive carbon material becomes the positive electrode active material core particles during slurry preparation. Can be prevented from being peeled off, and the dispersed arrangement state can be maintained. Therefore, high electron conductivity can be ensured even with a relatively small amount of conductive carbon material. In addition, the presence of a conductive coating material mainly composed of graphite can also contribute to improvement of electron conductivity.
Furthermore, the battery capacity can be increased by increasing the positive electrode active material content in the positive electrode mixture layer while realizing sufficient electronic conductivity along with the reduction of the usage fee of the conductive carbon material. Accordingly, by using the positive electrode active material composite material disclosed herein, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a high-performance lithium secondary battery having a high battery capacity and excellent high-speed charge / discharge characteristics. it can.

ここで開示される正極活物質複合材料(ならびに該複合材料を使用した二次電池)の好適な一態様では、上記結着材として、所定の電池電圧を超えた際に分解してガスを発生し得るガス発生剤を構成する有機化合物が使用されている。
このような有機化合物を結着材として使用した正極活物質複合材料を正極合材に利用すると、電池内のガス圧が高まることによって電流を遮断する電流遮断機構(Current Interrupt Device:CID)をより好適に作動させることができる。
即ち、かかる電流遮断機構は電池ケース内の圧力が所定値以上になると電池の充電経路を切断してそれ以上の過充電を防止し得るように構成されているところ、本発明においては、所定の電池電圧を超えた際、典型的には非水電解質(非水系溶媒)よりも低い電位で分解してガスを発生し得る化合物(ガス発生剤)を上記結着材として正極活物質(コア粒子)の表面に付与した状態の正極活物質複合材料を正極合材層に含有させておくことができる。ここで「過充電」の状態とは、典型的には、充電深度(SOC)が100%を超えた状態をいう。SOCは可逆的に充放電可能な作動電圧の範囲において、その上限となる電圧が得られる充電状態(即ち、満充電状態)を100%とし、下限となる電圧が得られる充電状態を0%としたときの充電状態を示すものである。
このように、ガス発生剤を過充電時にガス発生が生じる反応場所である正極活物質の表面に予め配置しておくことにより、非水電解質(非水系溶媒)中にガス発生剤を含有させておく従来の態様の電池と比較してより効率よく過充電時にガスを発生させることができる。このため、精度の高い電流遮断機構を実現することができる。また、非水電解質中に無駄な量のガス発生剤を配合させておく必要が無く、二次電池の製造コスト減に寄与する。
好ましくは、上記有機化合物として、リチウム金属極基準(vs.Li/Li+)での酸化電位が4.6V以下である有機化合物が使用される。比較的低電位においてガスを発生させることにより、より高精度な電流遮断機構を構築することができる。
In a preferred embodiment of the positive electrode active material composite material (and a secondary battery using the composite material) disclosed herein, the binder is decomposed to generate gas when a predetermined battery voltage is exceeded. Organic compounds constituting possible gas generants are used.
When a positive electrode active material composite material using such an organic compound as a binder is used as a positive electrode mixture, a current interrupt device (CID) that cuts off current by increasing the gas pressure in the battery is further provided. It can operate suitably.
That is, such a current interruption mechanism is configured to cut off the charging path of the battery and prevent further overcharge when the pressure in the battery case exceeds a predetermined value. When the battery voltage is exceeded, a positive electrode active material (core particle) is typically obtained by using a compound (gas generating agent) that can be decomposed at a lower potential than a nonaqueous electrolyte (nonaqueous solvent) to generate gas (gas generating agent) as the binder. ) Can be contained in the positive electrode mixture layer in a state of being applied to the surface. Here, the “overcharged” state typically means a state where the depth of charge (SOC) exceeds 100%. In the operating voltage range in which the SOC can be reversibly charged / discharged, the state of charge in which the upper limit voltage is obtained (that is, the fully charged state) is 100%, and the state of charge in which the lower limit voltage is obtained is 0%. It shows the state of charge when
As described above, the gas generating agent is contained in the non-aqueous electrolyte (non-aqueous solvent) by arranging the gas generating agent in advance on the surface of the positive electrode active material which is a reaction site where gas generation occurs during overcharge. Compared to the conventional battery, the gas can be generated more efficiently during overcharging. For this reason, a highly accurate current interruption mechanism is realizable. Moreover, it is not necessary to mix a wasteful amount of a gas generating agent in the nonaqueous electrolyte, which contributes to a reduction in the manufacturing cost of the secondary battery.
Preferably, an organic compound having an oxidation potential of 4.6 V or less based on a lithium metal electrode standard (vs. Li / Li + ) is used as the organic compound. By generating gas at a relatively low potential, a more accurate current interruption mechanism can be constructed.

ここで開示される正極活物質複合材料(ならびに該複合材料を使用した二次電池)の好適な他の一態様では、上記結着材の含有量は、正極活物質100質量部に対して5〜20質量部であることを特徴とする。
この程度の配合比で結着材を含有させることにより、電池の内部抵抗の増加を抑えつつ導電炭素材とコア粒子との充分な結着力(固定力)を維持することができる。
In another preferable embodiment of the positive electrode active material composite material (and the secondary battery using the composite material) disclosed herein, the content of the binder is 5 with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. It is -20 mass parts, It is characterized by the above-mentioned.
By including the binder at such a blending ratio, a sufficient binding force (fixing force) between the conductive carbon material and the core particles can be maintained while suppressing an increase in the internal resistance of the battery.

ここで開示される正極活物質複合材料の好適な他の一態様では、上記コア粒子が少なくとも1種のリチウム遷移金属複合酸化物から構成されており、リチウム二次電池の正極材料として用いられる。ここで開示される正極活物質複合材料は、リチウム二次電池の構築に好適に利用することができる。   In another preferred embodiment of the positive electrode active material composite material disclosed herein, the core particle is composed of at least one lithium transition metal composite oxide, and is used as a positive electrode material for a lithium secondary battery. The positive electrode active material composite material disclosed here can be suitably used for the construction of a lithium secondary battery.

また、上記目的を実現するために本発明は他の側面として、ここで開示されるいずれかの正極活物質複合材料を製造する方法を提供する。
即ち、ここで開示される正極活物質複合材料の製造方法は、
(1)コア粒子材料として用意した所定の正極活物質からなる粒子と、結着材と、非水電解質を保持可能なストラクチャー構造を有する無定形炭素からなる導電炭素材とを混合し、該混合物の温度が上記結着材を構成する物質の融点以上且つ沸点未満の温度域に保持されるように機械的エネルギーを付与しつつ該混合物を攪拌することによって、上記コア粒子の表面に結着材が付与されるとともに、導電炭素材が該コア粒子表面に分散配置された第一の複合粒子を調製する工程と、
(2)上記第一の複合粒子と、黒鉛を主体とする導電被覆材とを混合し、該第一の複合粒子と導電被覆材との混合物に対して機械的エネルギーを付与しつつ該混合物を攪拌することによって、上記結着材と導電炭素材とを被覆するようにして上記第一の複合粒子上に上記導電被覆材が分散配置されてなる第二の複合粒子を調製する工程とを包含する。
かかる(1)第一の複合粒子調製工程と(2)第二の複合粒子調製工程とを実施することによって、上述した構成の非水電解質二次電池の正極に用いられる正極活物質複合材料を好適に製造することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides, as another aspect, a method for producing any one of the positive electrode active material composite materials disclosed herein.
That is, the manufacturing method of the positive electrode active material composite material disclosed here is:
(1) Mixing particles made of a predetermined positive electrode active material prepared as a core particle material, a binder, and a conductive carbon material made of amorphous carbon having a structure capable of holding a nonaqueous electrolyte, and the mixture By stirring the mixture while applying mechanical energy so that the temperature is maintained in a temperature range above and below the melting point of the substance constituting the binder, the binder is applied to the surface of the core particles. And preparing a first composite particle in which a conductive carbon material is dispersed and arranged on the surface of the core particle;
(2) The first composite particles and a conductive coating material mainly composed of graphite are mixed, and the mixture is applied while applying mechanical energy to the mixture of the first composite particles and the conductive coating material. And a step of preparing second composite particles in which the conductive coating material is dispersedly arranged on the first composite particles so as to cover the binder and the conductive carbon material by stirring. To do.
By carrying out the (1) first composite particle preparation step and (2) the second composite particle preparation step, a positive electrode active material composite material used for the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery having the above-described configuration is obtained. It can manufacture suitably.

好ましくは、(1)第一の複合粒子調製工程と(2)第二の複合粒子調製工程とは、それぞれ、各工程における上記混合物中でメカノケミカル反応を生じさせ得るように機械的エネルギーを付与しつつ連続的に行われることを特徴とする。
メカノケミカル反応が生じ得る状態で上記第一の複合粒子を調製し、次いで、上記第二の複合粒子を調製することにより、導電炭素材の固定力に優れる第一の複合粒子、導電被覆材の固定力に優れる第二の複合粒子を調製することができる。
Preferably, (1) the first composite particle preparation step and (2) the second composite particle preparation step each impart mechanical energy so as to cause a mechanochemical reaction in the mixture in each step. However, it is performed continuously.
By preparing the first composite particles in a state where a mechanochemical reaction can occur, and then preparing the second composite particles, the first composite particles having excellent fixing power of the conductive carbon material, the conductive coating material Second composite particles having excellent fixing force can be prepared.

好ましくは、上記結着材として、所定の電池電圧を超えた際に分解してガスを発生し得るガス発生剤を構成する有機化合物を使用することを特徴とする。かかる有機化合物として、リチウム金属極基準(vs.Li/Li+)での酸化電位が4.6V以下である有機化合物を使用することが特に好ましい。
本態様の製造方法によると、電流遮断機構を備える二次電池に好適な正極活物質複合材料を製造することができる。
Preferably, as the binder, an organic compound constituting a gas generating agent capable of decomposing and generating gas when a predetermined battery voltage is exceeded is used. As such an organic compound, it is particularly preferable to use an organic compound having an oxidation potential of 4.6 V or less based on a lithium metal electrode standard (vs. Li / Li + ).
According to the manufacturing method of this aspect, a positive electrode active material composite material suitable for a secondary battery having a current interruption mechanism can be manufactured.

また、ここで開示される正極活物質複合材料製造方法の好適な他の一態様では、結着材の添加量を正極活物質100質量部に対して5〜20質量部とすることを特徴とする。
この程度の配合比で結着材を含有させることにより、電池の内部抵抗の増加を抑えつつ導電炭素材とコア粒子との充分な結着力を維持し得る正極活物質複合材料を製造することができる。
In another preferred embodiment of the method for producing a positive electrode active material composite material disclosed herein, the additive amount of the binder is 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. To do.
By including the binder at such a blending ratio, it is possible to produce a positive electrode active material composite material capable of maintaining a sufficient binding force between the conductive carbon material and the core particles while suppressing an increase in the internal resistance of the battery. it can.

また、ここで開示される正極活物質複合材料製造方法の好適な他の一態様は、上記コア粒子材料として、リチウム二次電池用正極活物質として使用可能なリチウム遷移金属複合酸化物からなる粒子を使用することを特徴とする。
このことによって、リチウム二次電池の構築に好適に利用され得る正極活物質複合材料を製造することができる。
Another preferred embodiment of the method for producing a positive electrode active material composite material disclosed herein is a particle comprising a lithium transition metal composite oxide that can be used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery as the core particle material. It is characterized by using.
By this, the positive electrode active material composite material which can be utilized suitably for construction of a lithium secondary battery can be manufactured.

一実施形態に係る二次電池(リチウム二次電池)の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the secondary battery (lithium secondary battery) which concerns on one Embodiment. 図1の二次電池のII−II線における断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-sectional structure in the II-II line of the secondary battery of FIG. 図1の二次電池に装備される捲回電極体の構成を模式的に示す一部破断の斜視図である。It is a partially broken perspective view which shows typically the structure of the winding electrode body with which the secondary battery of FIG. 1 is equipped. 一実施形態に係る正極活物質複合材料の製造フロー図である。It is a manufacturing flowchart of the positive electrode active material composite material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る第一の複合粒子の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the 1st composite particle which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る第二の複合粒子(正極活物質複合材料)の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the 2nd composite particle (positive electrode active material composite material) which concerns on one Embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子(物理電池)を包含する用語である。本明細書において「電極活物質」とは、二次電池において電荷担体となる化学種を可逆的に吸蔵および放出(典型的には挿入および脱離)可能な物質をいう。「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン電池(若しくはリチウムイオン二次電池)等と称される二次電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
In this specification, the “secondary battery” generally refers to a rechargeable power storage device in general, a so-called storage battery such as a lithium secondary battery (typically a lithium ion battery), a nickel hydrogen battery, a nickel cadmium battery, and the like. It is a term that encompasses power storage elements (physical batteries) such as electric double layer capacitors. In the present specification, the “electrode active material” refers to a material capable of reversibly occluding and releasing (typically inserting and detaching) chemical species serving as a charge carrier in a secondary battery. The “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by movement of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes. A secondary battery generally called a lithium ion battery (or a lithium ion secondary battery) is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification.

以下、ここで開示される二次電池の一例としてリチウム二次電池(リチウムイオン電池)に関する好適な一実施形態を図面を参照しつつ説明する。特に限定することを意図したものではないが、以下では捲回電極体と非水電解質(非水電解液)とを角形(即ち直方体の箱形状)のケースに収容した形態の密閉型リチウム二次電池を例として説明する。各図における寸法(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。   Hereinafter, a preferred embodiment relating to a lithium secondary battery (lithium ion battery) as an example of the secondary battery disclosed herein will be described with reference to the drawings. Although not intended to be particularly limited, in the following, a sealed lithium secondary in a form in which the wound electrode body and the nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte) are accommodated in a rectangular (that is, rectangular box shape) case. A battery will be described as an example. The dimensions (length, width, thickness, etc.) in each figure do not reflect actual dimensional relationships. Further, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or simplified.

図1は、本実施形態に係る密閉型の非水電解質二次電池100の外形を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示した密閉型二次電池のII−II線に沿う断面構造を模式的に示す図である。図3は、捲回電極体80の構成を模式的に示す一部破断の斜視図である。
図1および図2に示すように、本実施形態に係る二次電池100は、捲回電極体80と、電池ケース(外容器)50とを備える。この電池ケース50は、上端が開放された扁平な直方体形状(角形)の電池ケース本体52と、その開口部を塞ぐ蓋体54とを備える。電池ケース50の上面(即ち蓋体54)には、捲回電極体80の正極と電気的に接続する外部接続用の正極端子70および該電極体80の負極と電気的に接続する負極端子72が設けられている。また、蓋体54には、従来の非水電解質二次電池の電池ケースと同様に、電池ケース50内部で発生したガスをケース50の外部に排出するための安全弁55が備えられている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an outer shape of a sealed nonaqueous electrolyte secondary battery 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure taken along line II-II of the sealed secondary battery shown in FIG. FIG. 3 is a partially broken perspective view schematically showing the configuration of the wound electrode body 80.
As shown in FIGS. 1 and 2, the secondary battery 100 according to this embodiment includes a wound electrode body 80 and a battery case (outer container) 50. The battery case 50 includes a flat rectangular parallelepiped (square) battery case main body 52 having an open upper end, and a lid 54 that closes the opening. On the upper surface of the battery case 50 (that is, the lid 54), a positive terminal 70 for external connection that is electrically connected to the positive electrode of the wound electrode body 80 and a negative electrode terminal 72 that is electrically connected to the negative electrode of the electrode body 80. Is provided. In addition, the lid 54 is provided with a safety valve 55 for discharging gas generated inside the battery case 50 to the outside of the case 50, similarly to the battery case of the conventional nonaqueous electrolyte secondary battery.

電池ケース50の内部には、長尺シート状の正極(正極シート)10と長尺シート状の負極(負極シート)20が2枚の長尺シート状のセパレータ40A,40Bとを介して扁平に捲回された形態の電極体(捲回電極体)80が、図示しない非水電解質とともに収容される。具体的には、図3に示すように、かかる捲回電極体80の捲回方向に対する横方向にややずらしつつ捲回された結果として、正極シート10および負極シート20の端の一部がそれぞれ捲回コア部分82から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分(即ち後述する正極合材層14の非形成部分)16および負極側はみ出し部分(即ち負極合材層24の非形成部分)26には、正極リード端子74および負極リード端子76が付設されており、それらのリード端子74,76がそれぞれ上述の正極端子70および負極端子72と電気的に接続される。
なお、捲回電極体80を構成する各部材の材料自体は、従来のリチウム二次電池に備えられる電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート10の正極集電体12は、アルミニウム箔等の金属箔によって構成される。負極シート20の負極集電体22は、銅箔等の金属によって構成される。これら箔状集電体の厚みは特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから5μm〜50μm(典型的には8μm〜30μm)程度のものを用いることができる。セパレータ40A,40Bとしては、従来と同様のセパレータを使用することができる。例えばポリオレフィン樹脂から成る多孔質のシート(多孔質フィルム)等を使用することができる。
Inside the battery case 50, a long sheet-like positive electrode (positive electrode sheet) 10 and a long sheet-like negative electrode (negative electrode sheet) 20 are flattened via two long sheet-like separators 40A and 40B. A wound electrode body (winding electrode body) 80 is accommodated together with a non-aqueous electrolyte (not shown). Specifically, as shown in FIG. 3, as a result of the winding electrode body 80 being wound while being slightly shifted in the lateral direction with respect to the winding direction, a part of the ends of the positive electrode sheet 10 and the negative electrode sheet 20 are respectively It protrudes outward from the wound core portion 82. A positive electrode lead terminal 74 and a negative electrode lead terminal 76 are provided on the positive electrode side protruding portion (that is, a non-formed portion of the positive electrode mixture layer 14 described later) 16 and the negative electrode side protruding portion (that is, a portion where the negative electrode mixture layer 24 is not formed) 26. The lead terminals 74 and 76 are electrically connected to the positive terminal 70 and the negative terminal 72 described above, respectively.
In addition, the material itself of each member constituting the wound electrode body 80 may be the same as the electrode body provided in the conventional lithium secondary battery, and there is no particular limitation. For example, the positive electrode current collector 12 of the positive electrode sheet 10 is made of a metal foil such as an aluminum foil. The negative electrode current collector 22 of the negative electrode sheet 20 is made of a metal such as copper foil. Although the thickness of these foil-shaped current collectors is not particularly limited, those having a thickness of about 5 μm to 50 μm (typically 8 μm to 30 μm) can be used in consideration of the capacity density of the battery and the strength of the current collector. As the separators 40A and 40B, the same separators as in the past can be used. For example, a porous sheet (porous film) made of a polyolefin resin can be used.

上記コア部分82を構成する正極シート10の両面には正極合材層14が形成されており、同様に、コア部分82を構成する負極シート20の両面には負極合材層24が形成されている。本実施形態においては、本明細書において開示される正極活物質複合材料を正極活物質材料として使用して正極集電体12上に正極合材層14を形成するのであるが、かかる正極合材層24の形成方法自体は、従来と同様でよく、特に本発明を実施するにあたって特別な処理を要しない。正極活物質複合材料の製造ならびに正極合材層の形成方法の詳細については後述する。
また、本実施形態においては、負極合材層24については、従来のリチウム二次電池と同様の材料、製法で作製すればよく、特に制限はない。例えば、負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵且つ放出可能な材料であればよく、黒鉛(グラファイト)等の炭素材料、リチウム・チタン酸化物(LiTi12)等の酸化物材料、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)等の合金からなる合金材料、等が挙げられる。典型例として、黒鉛等から成る粉末状の炭素材料が挙げられる。特に黒鉛粒子は、粒径が小さく単位体積当たりの表面積が大きいことからより急速充放電(例えば高出力放電)に適した負極活物質となり得る。
そしてかかる粉末状活物質材料を適当な結着材とともに適当な分散媒体に分散させて混練することによって、スラリー状の負極合材層形成用組成物を調製することができる。このスラリーを、負極集電体22上に適当量塗布しさらに乾燥ならびにプレスすることによって、負極合材層24を作製することができる。負極合材層24の密度は、例えば1.0g/cm以上(典型的には1.2g/cm以上、例えば1.3g/cm以上)であって、1.5g/cm以下とすることができる。
The positive electrode mixture layer 14 is formed on both surfaces of the positive electrode sheet 10 constituting the core portion 82. Similarly, the negative electrode mixture layer 24 is formed on both surfaces of the negative electrode sheet 20 constituting the core portion 82. Yes. In the present embodiment, the positive electrode active material composite material disclosed in this specification is used as a positive electrode active material, and the positive electrode mixture layer 14 is formed on the positive electrode current collector 12. The formation method itself of the layer 24 may be the same as that of the prior art, and no special treatment is required for carrying out the present invention. Details of the production of the positive electrode active material composite and the method of forming the positive electrode mixture layer will be described later.
In the present embodiment, the negative electrode mixture layer 24 may be manufactured using the same material and manufacturing method as those of conventional lithium secondary batteries, and is not particularly limited. For example, the negative electrode active material may be any material that can occlude and release lithium ions, such as a carbon material such as graphite, an oxide material such as lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), Examples include alloy materials made of alloys such as tin (Sn), aluminum (Al), zinc (Zn), and silicon (Si). A typical example is a powdery carbon material made of graphite or the like. In particular, the graphite particles can be a negative electrode active material more suitable for rapid charge / discharge (for example, high-power discharge) because the particle size is small and the surface area per unit volume is large.
A slurry-like composition for forming a negative electrode mixture layer can be prepared by dispersing and kneading such a powdery active material material together with an appropriate binder in an appropriate dispersion medium. By applying an appropriate amount of this slurry onto the negative electrode current collector 22 and further drying and pressing, the negative electrode mixture layer 24 can be produced. The density of the negative electrode mixture layer 24 is, for example, 1.0 g / cm 3 or more (typically 1.2 g / cm 3 or more, for example, 1.3 g / cm 3 or more), and 1.5 g / cm 3 or less. It can be.

また、本実施形態に係るリチウム二次電池は、上述したような電流遮断機構30を備える。即ち、図2に示すように、電池ケース50の内部には、電池ケースの内圧上昇により作動する電流遮断機構30が設けられている。電流遮断機構30は、電池ケース50の内圧が上昇した場合に少なくとも一方の電極端子から電極体80に至る導電経路(例えば、充電経路)を切断するように構成されていればよく、特定の形状に限定されない。例えば図2に示す形態では、電流遮断機構30は蓋体54に固定した正極端子70と電極体80との間に設けられ、電池ケース50の内圧(ガス圧)が上昇した場合に正極端子70から電極体80に至る導電経路を切断するように構成されている。
具体的には、上記電流遮断機構30は、例えば第一部材32と第二部材34とを含み得る。そして、電池ケース50の内圧が上昇した場合に第一部材32および第二部材34の少なくとも一方が変形して他方から離隔することにより上記導電経路を切断するように構成されている。この実施形態では、第一部材32は変形金属板であり、第二部材34は上記変形金属板32に接合された接続金属板である。変形金属板(第一部材)32は、中央部分が下方へ湾曲したアーチ形状を有し、その周縁部分が集電リード端子35を介して正極端子70の下面と接続されている。また、変形金属板32の湾曲部分33の先端が接続金属板34の上面と接合されている。接続金属板34の下面(裏面)には正極集電板74が接合され、かかる正極集電板74が電極体80の正極10に接続されている。このようにして、正極端子70から電極体80に至る導電経路が形成されている。
Moreover, the lithium secondary battery according to the present embodiment includes the current interrupt mechanism 30 as described above. That is, as shown in FIG. 2, the battery case 50 is provided with a current interrupt mechanism 30 that operates when the internal pressure of the battery case increases. The current interruption mechanism 30 only needs to be configured to cut a conductive path (for example, a charging path) from at least one electrode terminal to the electrode body 80 when the internal pressure of the battery case 50 increases, and has a specific shape. It is not limited to. For example, in the form shown in FIG. 2, the current interrupt mechanism 30 is provided between the positive electrode terminal 70 fixed to the lid body 54 and the electrode body 80, and when the internal pressure (gas pressure) of the battery case 50 rises, the positive electrode terminal 70. It is comprised so that the electrically conductive path | route from to the electrode body 80 may be cut | disconnected.
Specifically, the current interrupt mechanism 30 can include, for example, a first member 32 and a second member 34. When the internal pressure of the battery case 50 rises, at least one of the first member 32 and the second member 34 is deformed and separated from the other, thereby cutting the conductive path. In this embodiment, the first member 32 is a deformed metal plate, and the second member 34 is a connection metal plate joined to the deformed metal plate 32. The deformed metal plate (first member) 32 has an arch shape in which a central portion is curved downward, and a peripheral portion thereof is connected to the lower surface of the positive electrode terminal 70 via a current collecting lead terminal 35. Further, the tip of the curved portion 33 of the deformed metal plate 32 is joined to the upper surface of the connection metal plate 34. A positive current collector plate 74 is joined to the lower surface (back surface) of the connection metal plate 34, and the positive current collector plate 74 is connected to the positive electrode 10 of the electrode body 80. In this way, a conductive path from the positive electrode terminal 70 to the electrode body 80 is formed.

また、電流遮断機構30は、プラスチック等により形成された絶縁ケース38を備えている。該絶縁ケース38は、変形金属板32を囲むように設けられ、変形金属板32の上面を気密に密閉している。この気密に密閉された湾曲部分33の上面には、電池ケース50の内圧が作用しない。また、絶縁ケース38は、変形金属板32の湾曲部分33を嵌入する開口部を有しており、該開口部から湾曲部分33の下面を電池ケース50の内部に露出している。この電池ケース50の内部に露出した湾曲部分33の下面には、電池ケース50の内圧が作用する。かかる構成の電流遮断機構30において、電池ケース50の内圧が高まると、該内圧が変形金属板32の湾曲部分33の下面に作用し、下方へ湾曲した湾曲部分33が上方へ押し上げられる。この湾曲部分33の上方への押し上げは、電池ケース50の内圧が上昇するに従い増大する。そして、電池ケース50の内圧が設定圧力を超えると、湾曲部分33が上下反転し上方へ湾曲するように変形する。かかる湾曲部分33の変形によって、変形金属板32と接続金属板34との接合点36が切断される。このことにより、正極端子70から電極体80に至る導電経路が切断され、過充電電流が遮断されるようになっている。
なお、電流遮断機構30は正極端子70側に限らず、負極端子72側に設けてもよい。また、電流遮断機構30は、上述した変形金属板32の変形を伴う機械的な切断に限定されず、例えば、電池ケース50の内圧をセンサで検知し、該センサで検知した内圧が設定圧力を超えると充電電流を遮断するような外部回路を電流遮断機構として設けることもできる。
The current interrupt mechanism 30 includes an insulating case 38 made of plastic or the like. The insulating case 38 is provided so as to surround the deformed metal plate 32 and hermetically seals the upper surface of the deformed metal plate 32. The internal pressure of the battery case 50 does not act on the upper surface of the hermetically sealed curved portion 33. The insulating case 38 has an opening into which the curved portion 33 of the deformed metal plate 32 is fitted, and the lower surface of the curved portion 33 is exposed from the opening to the inside of the battery case 50. The internal pressure of the battery case 50 acts on the lower surface of the curved portion 33 exposed inside the battery case 50. In the current interrupt mechanism 30 having such a configuration, when the internal pressure of the battery case 50 increases, the internal pressure acts on the lower surface of the curved portion 33 of the deformed metal plate 32, and the curved portion 33 curved downward is pushed upward. The upward push of the curved portion 33 increases as the internal pressure of the battery case 50 increases. When the internal pressure of the battery case 50 exceeds the set pressure, the curved portion 33 is inverted so as to be bent up and down. Due to the deformation of the curved portion 33, the joint point 36 between the deformed metal plate 32 and the connection metal plate 34 is cut. As a result, the conductive path from the positive electrode terminal 70 to the electrode body 80 is cut, and the overcharge current is cut off.
The current interrupt mechanism 30 is not limited to the positive terminal 70 side, and may be provided on the negative terminal 72 side. Further, the current interrupt mechanism 30 is not limited to the mechanical cutting accompanied by the deformation of the deformed metal plate 32 described above. For example, the internal pressure of the battery case 50 is detected by a sensor, and the internal pressure detected by the sensor sets the set pressure. An external circuit that cuts off the charging current when exceeded can be provided as a current cut-off mechanism.

以下、本実施形態に係る正極活物質複合材料とその製造について詳細に説明する。
ここで開示される正極活物質複合材料は、正極合材層中に正極活物質として含まれる材料であり、所定の正極活物質を主体として構成される正極材料である。即ち、図6に示すように、本実施形態に係る正極活物質複合材料1は、正極活物質からなるコア粒子2と、該コア粒子2の表面に付与された結着材4と、非水電解質を保持可能なストラクチャーを有する無定形炭素からなる導電炭素材3であってコア粒子2の表面に分散配置された導電炭素材3と、上記結着材4と導電炭素材3とを被覆するようにしてコア粒子2上に分散配置された黒鉛を主体とする導電被覆材6とから構成されている。
Hereinafter, the positive electrode active material composite material according to the present embodiment and the production thereof will be described in detail.
The positive electrode active material composite material disclosed here is a material contained as a positive electrode active material in the positive electrode mixture layer, and is a positive electrode material mainly composed of a predetermined positive electrode active material. That is, as shown in FIG. 6, the positive electrode active material composite material 1 according to this embodiment includes a core particle 2 made of a positive electrode active material, a binder 4 applied to the surface of the core particle 2, and a non-aqueous solution. A conductive carbon material 3 made of amorphous carbon having a structure capable of holding an electrolyte, the conductive carbon material 3 dispersed on the surface of the core particle 2, and the binder 4 and the conductive carbon material 3 are covered. In this way, the conductive coating material 6 mainly composed of graphite arranged in a dispersed manner on the core particle 2 is formed.

正極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、リチウムニッケル酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト酸化物(例えばLiCoO)、リチウムマンガン酸化物(例えばLiMn)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属複合酸化物)や、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、リン酸鉄リチウム(LiFePO)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含むリン酸塩等が挙げられる。
例えば、構成元素としてリチウム元素、ニッケル元素、コバルト元素およびマンガン元素を含む層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3)を主成分とする正極活物質(典型的には、実質的にリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物からなる正極活物質)は、熱安定性に優れ、高エネルギー密度を実現し得ることから好ましく用いることができる。ここでリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物とは、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)を構成金属元素とする酸化物のほか、Li、Ni、Co、Mnの一部が、他の少なくとも一種の金属元素(Li、Ni、Co、Mn以外の遷移金属元素および/または典型金属元素)によって置換された酸化物をも包含する意味である。かかる金属元素は、例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、鉄(Fe)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pb)、白金(Pt)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)のうちの一種または二種以上の元素であり得る。また、リチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、及びリチウムマンガン酸化物についても同様である。上記置換的な構成元素の量は、特に限定されないが、例えば、当該置換元素とNiとCoとMnとの合計100質量%に対し、0.05質量%以上(典型的には0.1質量%以上、例えば0.2質量%以上)であって、5質量%以下(典型的には3質量%以下、例えば2.5質量%以下)とすることができる。
このような化合物から成る粒状の正極活物質を、上記コア粒子2として使用することができる。
上述したような各種の正極活物質を構成する複合酸化物は、当該複合酸化物の構成元素とそれらの原子組成に応じて適宜選択される数種の供給源(化合物)を所定のモル比で混合し、当該混合物を適当な手段で所定温度で焼成することにより得ることができる。例えば、適当なリチウム供給源化合物と、1種以上の遷移金属供給源化合物とを混合し、焼成し、粉砕・造粒することによって、所望の組成のリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質を得ることができる。
焼成後、得られた複合酸化物(正極活物質)を適当な手段で粉砕処理、ならびに必要に応じて造粒処理を行うことによって、所望する平均粒子径の正極活物質コア粒子を調製することができる。該コア粒子の性状は特に限定されないが、例えばレーザー回折・光散乱法に基づく平均粒径が1μm以上20μm以下(例えば1μm以上10μm以下)程度が好ましい。また、コア粒子の比表面積は0.1m/g以上(典型的には0.5m/g以上、好ましくは1m/g以上)であって、30m/g以下(典型的には20m/g以下、好ましくは10m/g以下)とすることができる。正極活物質コア粒子の性状が上記範囲にある場合、緻密で導電性の高い正極合材層を作製し得る。また該正極合材層内に適度な空隙を保持することができるため、非水電解質が浸漬し易く、電池抵抗を低減することができる。また、ガス発生剤との反応場を広く確保し得ることから、過充電時の信頼性を確保し得る。
As the positive electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium secondary batteries can be used without particular limitation. As a preferred example, an oxide containing lithium and a transition metal element as constituent metal elements such as lithium nickel oxide (for example, LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), and lithium manganese oxide (for example, LiMn 2 O 4 ). And a phosphate containing lithium and a transition metal element as constituent metal elements such as lithium oxide (lithium transition metal composite oxide), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).
For example, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide (for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) having a layered structure including lithium element, nickel element, cobalt element, and manganese element as a constituent element is used as a main component. A positive electrode active material (typically, a positive electrode active material substantially made of a lithium nickel cobalt manganese composite oxide) can be preferably used because it has excellent thermal stability and can realize a high energy density. Here, the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide is an oxide containing lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) as a constituent metal element, or Li, Ni, Co, Mn. It is meant to include oxides partially substituted with at least one other metal element (transition metal elements other than Li, Ni, Co, and Mn and / or typical metal elements). Such metal elements include, for example, magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb), chromium (Cr), molybdenum (Mo ), Tungsten (W), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pb), platinum (Pt), copper (Cu), zinc (Zn), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) ), Indium (In), tin (Sn), lanthanum (La), and cerium (Ce). The same applies to lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, and lithium manganese oxide. The amount of the substitutional constituent element is not particularly limited. For example, it is 0.05% by mass or more (typically 0.1% by mass with respect to the total of 100% by mass of the substitution element, Ni, Co, and Mn. % Or more, for example, 0.2% by mass or more) and 5% by mass or less (typically 3% by mass or less, for example, 2.5% by mass or less).
A granular positive electrode active material composed of such a compound can be used as the core particle 2.
The composite oxides constituting the various positive electrode active materials as described above include several kinds of supply sources (compounds) appropriately selected according to the constituent elements of the composite oxides and their atomic compositions at a predetermined molar ratio. It can be obtained by mixing and baking the mixture at a predetermined temperature by an appropriate means. For example, a positive active material comprising a lithium transition metal composite oxide having a desired composition by mixing an appropriate lithium source compound and one or more transition metal source compounds, firing, pulverizing and granulating Can be obtained.
After firing, the obtained composite oxide (positive electrode active material) is pulverized by an appropriate means, and if necessary, granulated, to prepare positive active material core particles having a desired average particle size Can do. The properties of the core particles are not particularly limited. For example, the average particle size based on the laser diffraction / light scattering method is preferably about 1 μm to 20 μm (for example, 1 μm to 10 μm). The specific surface area of the core particles is 0.1 m 2 / g or more (typically 0.5 m 2 / g or more, preferably 1 m 2 / g or more), and 30 m 2 / g or less (typically 20 m 2 / g or less, preferably 10 m 2 / g or less). When the properties of the positive electrode active material core particles are within the above range, a dense and highly conductive positive electrode mixture layer can be produced. Moreover, since a moderate space | gap can be hold | maintained in this positive electrode compound material layer, a non-aqueous electrolyte can be easily immersed and battery resistance can be reduced. Further, since a wide reaction field with the gas generating agent can be secured, reliability during overcharge can be secured.

ここで開示される正極活物質複合材料1を構成するための導電炭素材3は、非水電解質を保持可能なストラクチャーを有する無定形炭素であれば特に限定はない。典型的には、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックが挙げられる。ここで「ストラクチャー」の程度は、JIS K6217−4(2008)に基づくDBP吸油量によって規定することができる。該DBP給油量が100mL/100g以上であるものが適当であり、200mL/100g以上のものが好ましい。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックは、かかる要求に適合するストラクチャーを有する無定形炭素材であり、ここで開示される正極活物質複合材料の導電炭素材として好適に使用することができる。
導電炭素材の電子顕微鏡観察に基づく平均粒径(一次粒子)は、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることが特に好ましい。比表面積は、50〜1000m/g、或いは1000m/g以上であり得るが、比較的比表面積が小さいものが好ましい。例えば、比表面積50〜200m/g程度のカーボンブラック(アセチレンブラック等)を好適に用いることができる。
また、導電炭素材の添加量は、正極活物質100質量部に対して2〜10質量部程度が適当であり、3〜6質量部程度が好ましい。
The conductive carbon material 3 for constituting the positive electrode active material composite material 1 disclosed here is not particularly limited as long as it is amorphous carbon having a structure capable of holding a nonaqueous electrolyte. Typically, carbon black such as acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black, and thermal black can be used. Here, the degree of “structure” can be defined by the DBP oil absorption based on JIS K6217-4 (2008). The DBP oil supply amount is suitably 100 mL / 100 g or more, preferably 200 mL / 100 g or more. For example, carbon black such as acetylene black and ketjen black is an amorphous carbon material having a structure that meets such requirements, and can be suitably used as a conductive carbon material for the positive electrode active material composite material disclosed herein. it can.
The average particle diameter (primary particles) based on observation of the conductive carbon material with an electron microscope is preferably 100 nm or less, and particularly preferably 50 nm or less. The specific surface area may be 50 to 1000 m 2 / g, or 1000 m 2 / g or more, but those having a relatively small specific surface area are preferred. For example, carbon black (acetylene black or the like) having a specific surface area of about 50 to 200 m 2 / g can be suitably used.
Moreover, the addition amount of the conductive carbon material is suitably about 2 to 10 parts by mass, preferably about 3 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

ここで開示される正極活物質複合材料1を構成するための結着材4は、従来より正極合材層中に結着材(バインダ)として含有される有機化合物(例えばPVDF等のフッ化ビニリデン系ポリマー)であればよいが、本実施形態に係るリチウム二次電池100のような電流遮断機構30を備える二次電池に使用する場合は、上述したガス発生剤として機能する有機化合物を結着材4として使用することが好ましい。
ガス発生剤としては、所定の電池電圧を超えた際に分解してガスを発生し得る化合物(即ち、酸化電位が非水電解質二次電池の作動電圧以上であって、該電池が過充電状態となった場合に分解してガスを発生するような化合物)であれば特に限定することなく使用することができる。
具体的には、ビフェニル化合物、アルキルビフェニル化合物、シクロアルキルベンゼン化合物、アルキルベンゼン化合物、有機リン化合物、フッ素原子置換芳香族化合物、カーボネート化合物、環状カルバメート化合物、脂環式炭化水素等の芳香族化合物が挙げられる。より具体的な化合物(および該化合物の有するリチウム金属極基準での酸化電位(vs.Li/Li))としては、ビフェニル(4.5V)、シクロヘキシルベンゼン(4.6V)、1−フルオロ−2−シクロヘキシルベンゼン(4.8V)、1−フルオロ−3−シクロヘキシルベンゼン(4.8V)、1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼン(4.8V)、1−ブロモ−4−シクロヘキシルベンゼン(4.8V)、trans−ブチルシクロヘキシルベンゼン(4.6V)、シクロペンチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン(4.9V)、tert−ペンチルベンゼン(4.8V)、1−フルオロ−4−tert−ブチルベンゼン(4.9V)、1−クロロ−4−tert−ブチルベンゼン(4.9V)、1−ブロモ−4−tert−ブチルベンゼン(4.9V)、tert−ペンチルベンゼン(4.8V)、1−フルオロ−4−tert−ペンチルベンゼン(4.8V)、1−クロロ−4−tert−ペンチルベンゼン(4.8V)、1−ブロモ−4−tert−ペンチルベンゼン(4.8V)、tert−アミノベンゼン、ターフェニル、2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン、tris−(t−ブチルフェニル)ホスフェート(4.8V)、フェニルフルオライド(4.9V)、4−フルオロフェニルアセテート(4.7V)、ジフェニルカーボネート(4.9V)、メチルフェニルカーボネート(4.8V)、ビスターシャリーブチルフェニルカーボネート(4.7V)、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等が挙げられる。正極集電体12上に形成した正極合材層14を乾燥させる際の温度を上回る沸点(例えば沸点が160℃以上、好ましくは200℃以上)を有する有機化合物の使用が好ましい。
ガス発生剤は、電池の設計(作動電圧)等に応じて適宜選択することが好ましく、例えば、該電池の作動上限電圧より0.1V(或いは0.2V若しくは0.3V)程度高い酸化電位を有しているものを好ましく選択することができる。従って、シクロヘキシルベンゼン(4.6V)やビフェニル(4.5V)のような比較的低電位に酸化電位があり、例えば非水電解質成分よりも低電位(例えば4.6V以下)においてガスを発生し得る有機化合物が特に好ましい。なお、上記酸化電位は、例えばサイクリックボルタンメトリ(CV)の手法によって上記電荷担体吸蔵開始電位と同様に測定することができる。
The binder 4 for constituting the positive electrode active material composite material 1 disclosed here is an organic compound conventionally contained as a binder (binder) in the positive electrode mixture layer (for example, vinylidene fluoride such as PVDF). In the case of being used for a secondary battery including the current interruption mechanism 30 such as the lithium secondary battery 100 according to the present embodiment, the organic compound that functions as the gas generating agent is bound. It is preferable to use as the material 4.
As the gas generating agent, a compound capable of decomposing and generating gas when a predetermined battery voltage is exceeded (that is, the oxidation potential is equal to or higher than the operating voltage of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the battery is in an overcharged state) If it becomes a compound that decomposes to generate gas when it becomes, it can be used without any particular limitation.
Specific examples include aromatic compounds such as biphenyl compounds, alkylbiphenyl compounds, cycloalkylbenzene compounds, alkylbenzene compounds, organic phosphorus compounds, fluorine atom-substituted aromatic compounds, carbonate compounds, cyclic carbamate compounds, and alicyclic hydrocarbons. . More specific compounds (and the oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the compound with respect to the lithium metal electrode) include biphenyl (4.5 V), cyclohexylbenzene (4.6 V), 1-fluoro- 2-cyclohexylbenzene (4.8V), 1-fluoro-3-cyclohexylbenzene (4.8V), 1-fluoro-4-cyclohexylbenzene (4.8V), 1-bromo-4-cyclohexylbenzene (4.8V) ), Trans-butylcyclohexylbenzene (4.6V), cyclopentylbenzene, tert-butylbenzene (4.9V), tert-pentylbenzene (4.8V), 1-fluoro-4-tert-butylbenzene (4.9V) ), 1-chloro-4-tert-butylbenzene (4.9V), 1-bromo-4-t rt-butylbenzene (4.9V), tert-pentylbenzene (4.8V), 1-fluoro-4-tert-pentylbenzene (4.8V), 1-chloro-4-tert-pentylbenzene (4.8V) ), 1-bromo-4-tert-pentylbenzene (4.8V), tert-aminobenzene, terphenyl, 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4′-difluorobiphenyl, o -Cyclohexyl fluorobenzene, p-cyclohexyl fluorobenzene, tris- (t-butylphenyl) phosphate (4.8V), phenyl fluoride (4.9V), 4-fluorophenyl acetate (4.7V), diphenyl carbonate (4 .9V), methyl phenyl carbonate (4.8) ), Bicester tertiary butyl phenyl carbonate (4.7V), diphenyl ether, dibenzofuran, and the like. It is preferable to use an organic compound having a boiling point (for example, a boiling point of 160 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher) exceeding the temperature at which the positive electrode mixture layer 14 formed on the positive electrode current collector 12 is dried.
The gas generating agent is preferably selected according to the design (operating voltage) of the battery. For example, the gas generating agent has an oxidation potential higher by about 0.1 V (or 0.2 V or 0.3 V) than the operating upper limit voltage of the battery. What it has can be selected preferably. Therefore, there is an oxidation potential at a relatively low potential such as cyclohexylbenzene (4.6 V) and biphenyl (4.5 V), and gas is generated at a lower potential (eg, 4.6 V or less) than the nonaqueous electrolyte component, for example. The resulting organic compound is particularly preferred. The oxidation potential can be measured in the same manner as the charge carrier occlusion start potential by, for example, cyclic voltammetry (CV).

結着材(例えば上記ガス発生剤)4の含有量は特に限定されないが、極端に少なすぎる場合は正極活物質コア粒子2と導電炭素材3とを固定する固定力が不充分となり好ましくない。他方、かかる含有量が極端に多すぎると、電池の内部抵抗の増大を招くため、好ましくない。従って、かかる含有量は、正極活物質100質量部に対して3〜30質量部程度が適当であり、正極活物質100質量部に対して5〜20質量部程度が好ましい。含有量を上記範囲とすることで、結着材(例えば上記ガス発生剤)の添加に伴う内部抵抗の増大(典型的には、電荷移動抵抗の増大)をより低く抑えることができ、高い固定力と優れた電池性能とを両立させることができる。   The content of the binder (for example, the gas generating agent) 4 is not particularly limited. However, when the content is too small, the fixing force for fixing the positive electrode active material core particles 2 and the conductive carbon material 3 is not preferable. On the other hand, if the content is too large, the internal resistance of the battery is increased, which is not preferable. Therefore, about 3-30 mass parts is suitable for this content with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials, and about 5-20 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials. By setting the content within the above range, an increase in internal resistance (typically, an increase in charge transfer resistance) accompanying the addition of a binder (for example, the gas generating agent) can be suppressed to a low level, and high fixation is achieved. Both strength and excellent battery performance can be achieved.

ここで開示される正極活物質複合材料1を構成するための導電被覆材6は、黒鉛を主体とする(典型的には黒鉛からなる)導電被覆材6であり、構成上、上述の導電炭素材3とは明確に異なる炭素材である。かかる導電被覆材6は、正極活物質コア粒子2の表面上に分散配置された導電炭素材3を維持するための被覆材として機能し得る限り、使用する黒鉛のタイプに特に限定はないが、ここで開示される用途に適するという観点からは、高結晶性の球状若しくは鱗片(薄片)状の黒鉛が好ましい。例えば、光散乱法若しくは顕微鏡観察に基づく平均粒径が、1〜20μm程度の鱗片(薄片)状の黒鉛が好ましく、X線回折(XRD)における炭素六角網面層の層間距離(面間距離)であるd002が、0.337nm以下(特に好ましくは0.336nm以下)であるような高結晶性の黒鉛が特に好適である。
また、導電被覆材の添加量は、正極活物質100質量部に対して2〜10質量部程度が適当であり、3〜6質量部程度が好ましい。
The conductive coating material 6 for constituting the positive electrode active material composite material 1 disclosed here is a conductive coating material 6 mainly composed of graphite (typically made of graphite). It is a carbon material that is clearly different from the material 3. As long as the conductive coating material 6 can function as a coating material for maintaining the conductive carbon material 3 dispersed and disposed on the surface of the positive electrode active material core particles 2, the type of graphite used is not particularly limited. From the viewpoint of being suitable for the application disclosed herein, highly crystalline spherical or scale (flaky) graphite is preferred. For example, scale-like graphite having an average particle diameter based on a light scattering method or microscopic observation of about 1 to 20 μm is preferable, and an interlayer distance (inter-face distance) between carbon hexagonal network layers in X-ray diffraction (XRD). A highly crystalline graphite having a d 002 of 0.337 nm or less (particularly preferably 0.336 nm or less) is particularly suitable.
Moreover, the addition amount of the conductive coating material is suitably about 2 to 10 parts by mass, preferably about 3 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

而して、上述した材料を使用して正極活物質複合材料1を製造する。具体的には、図4の製造フローに示すように、先ず、正極活物質コア粒子2、導電炭素材3および結着材4の3種の材料を適当な配合比で混合し、該混合物に対して該混合物の温度が結着材4を構成する物質の融点以上且つ沸点未満の温度域に保持しつつ、衝突(衝撃)、圧縮、摩擦等の適度な機械的エネルギー(必要に応じてさらに熱エネルギー)を付与し該混合物を攪拌することによる(1)第一の複合粒子5(図5参照)調製工程を行う。
この際に付与される衝突(衝撃)、圧縮、摩擦等の機械的エネルギーの程度は、コア粒子2の表面に結着材4を介して導電炭素材3が、全体に亘ってほぼ均一に分散配置されることを実現すればよく、特に限定するものではない。好ましくは、攪拌中の混合物中において所謂メカノケミカル反応を生じさせ得る程度の機械的エネルギーの付与が好ましい。
ここでメカノケミカル反応とは、対象物質に機械的エネルギーを与えることで物質の物理化学的性質の変化、および周囲の物質との反応を生じさせる現象を利用した反応である。例えば、衝突(衝撃)、圧縮、摩擦ないしは摩砕、その他、剪断力やずり応力が生じ得る大きな機械的エネルギーを固体に加えると、固体の表面の結晶構造が変化し、あるいは固体の表面が活性化され物理化学的性質が変化して周囲との界面で化学反応を起こし得る。
従って、上記付与する機械的エネルギーのレベルを、かかるメカノケミカル反応が生じ得る程度に制御することによって、効率よく正極活物質コア粒子2の表面に結着材4を介して導電炭素材を一様に分散した状態で固定することができる。
Thus, the positive electrode active material composite material 1 is manufactured using the materials described above. Specifically, as shown in the manufacturing flow of FIG. 4, first, three materials of the positive electrode active material core particle 2, the conductive carbon material 3, and the binder 4 are mixed at an appropriate blending ratio, and the mixture is mixed. On the other hand, while maintaining the temperature of the mixture in a temperature range higher than the melting point of the substance constituting the binder 4 and lower than the boiling point, moderate mechanical energy such as collision (impact), compression, friction, etc. (if necessary, further (1) A first composite particle 5 (see FIG. 5) preparation step is performed by applying thermal energy) and stirring the mixture.
The degree of mechanical energy such as collision (impact), compression, friction, etc. applied at this time is such that the conductive carbon material 3 is dispersed almost uniformly over the surface of the core particle 2 via the binder 4. What is necessary is just to implement | achieve arrangement | positioning and it does not specifically limit. It is preferable to apply mechanical energy to such a degree that a so-called mechanochemical reaction can occur in the stirring mixture.
Here, the mechanochemical reaction is a reaction that utilizes a phenomenon in which a physicochemical property of a substance is changed and a reaction with a surrounding substance is caused by applying mechanical energy to the target substance. For example, applying a large mechanical energy to a solid that may cause collisions (impacts), compression, friction or grinding, or other shearing or shear stresses will change the crystal structure of the solid surface or activate the solid surface. Can change the physicochemical properties and cause a chemical reaction at the interface with the surroundings.
Therefore, by controlling the level of the mechanical energy to be applied to such an extent that such a mechanochemical reaction can occur, the conductive carbon material can be made uniform on the surface of the positive electrode active material core particle 2 through the binder 4 efficiently. Can be fixed in a dispersed state.

なお、メカノケミカル反応を生じさせ得る程度の機械的エネルギーを付与する装置としては特に制限はないが、摩擦、圧縮、衝突等の機械的エネルギーを付与し得る装置であればよく、特に限定されない。例えば、市販されている種々の遊星ボールミル、混練分散装置、粉体混合装置、および高速気流中衝撃法を用いたハイブリダイゼーションシステム等を好ましく用いることができる。ただし、これらは例示にすぎず、本発明の実施を限定するものではない。
遊星ボールミルは広義のボールミル装置の一種であり、数個のポットないし円筒状のミルが自転しつつ、その回転軸と平行な軸のまわりを大きく公転する構造を有する。ミルの複雑な運動に伴ってミル内のボールおよび上記3種の材料の混合物も複雑な動きを示し、適度な機械的エネルギーを混合物に付与することができる。
また、混練分散装置、例えばミラクルKCK(浅田鉄工株式会社製)は、固体状態で強い剪断力をかけて混練する装置である。固定円盤キャビティと回転円盤キャビティのスライスを利用した一軸連続式であり、上記3種の材料の混合物に対して圧縮、剪断、等の適度な機械的エネルギーを付与することができる。
或いは、その他の好ましい装置として、粉体混合装置、例えばノビルタ(ホソカワミクロン社製)を用いることができる。かかる装置は、水平円筒状の混合容器内で攪拌翼(ブレード)が高速回転する(例えば40〜80m/s程度で高速回転する)高速回転混合装置であり、上記混合物を構成する粒子個々に衝撃(衝突)、圧縮、剪断の力を均一に付与することができる。
またその他の好ましい装置としては、高速気流中衝撃法を用いたハイブリダイゼーションシステムを用いることができる。かかる装置は、材料が高速回転するローター、ステーターおよび循環回路の作用で装置内に分散されながら圧縮、摩擦、剪断力などの機械的エネルギーを付与しつつ、短時間で攪拌することができる。
In addition, although there is no restriction | limiting in particular as an apparatus which provides the mechanical energy of the grade which can produce a mechanochemical reaction, What is necessary is just an apparatus which can provide mechanical energy, such as friction, compression, a collision, and it does not specifically limit. For example, various commercially available planetary ball mills, kneading / dispersing devices, powder mixing devices, and hybridization systems using a high-speed in-air impact method can be preferably used. However, these are only examples and do not limit the implementation of the present invention.
The planetary ball mill is a kind of ball mill device in a broad sense, and has a structure in which several pots or cylindrical mills revolve around an axis parallel to the rotation axis while rotating. With the complex movement of the mill, the balls in the mill and the mixture of the three materials also exhibit complex movement and can impart moderate mechanical energy to the mixture.
A kneading and dispersing apparatus, for example, Miracle KCK (manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) is an apparatus for kneading by applying a strong shearing force in a solid state. It is a uniaxial continuous type using slices of a fixed disk cavity and a rotating disk cavity, and can impart appropriate mechanical energy such as compression and shearing to the mixture of the above three materials.
Alternatively, as another preferable apparatus, a powder mixing apparatus such as Nobilta (manufactured by Hosokawa Micron) can be used. Such an apparatus is a high-speed rotating mixing apparatus in which a stirring blade (blade) rotates at a high speed in a horizontal cylindrical mixing container (for example, rotates at a high speed of about 40 to 80 m / s), and impacts each particle constituting the mixture. (Collision), compression and shearing force can be applied uniformly.
As another preferable apparatus, a hybridization system using a high-speed air-flow impact method can be used. Such a device can be stirred in a short time while imparting mechanical energy such as compression, friction, shearing force and the like while being dispersed in the device by the action of a rotor, a stator and a circulation circuit that rotate at high speed.

上記のように機械的エネルギーを付与しつつ、典型的には該エネルギー付与によって混合物が加熱された状態(例えば50〜80℃程度まで加熱された状態)として攪拌することによって、図5に示すような第一の複合粒子5を調製することができる。
次いで、好ましくは連続的に、第二の複合粒子(即ち正極活物質複合材料を構成する複合粒子)1の調製工程を実施する。即ち、図4に示すように、調製された第一の複合粒子に対して上記導電被覆材を添加し、これらを混合するとともに該混合物に対して所定の機械的エネルギーを付与しつつ該混合物を攪拌する。このとき、衝突(衝撃)、圧縮、摩擦ないしは摩砕、その他、剪断力やずり応力が生じ得る大きな機械的エネルギーを付与することが好ましいのは、第一の複合粒子調製工程の場合と同じである。
これら調製工程の時間は特に制限はない。あまり処理時間が長いと、コア粒子2の表面にいったん固定化された導電性炭素材を過剰な処理によって剥離させる虞があるため好ましくない。他方、あまり処理時間が短いと、コア粒子2と導電炭素材3との固定力不足、或いは第一の複合粒子5と導電被覆材6との固定力不足の原因になり好ましくない。例えば、第一の複合粒子調製工程は1〜10分間程度、第二の複合粒子調製工程は1〜5分間程度の処理が好ましい。
As shown in FIG. 5, the mechanical energy is applied as described above, and the mixture is typically stirred as the mixture is heated by the application of energy (for example, heated to about 50 to 80 ° C.). 1st composite particle 5 can be prepared.
Next, preferably, continuously, a preparation step of the second composite particles (that is, composite particles constituting the positive electrode active material composite material) 1 is performed. That is, as shown in FIG. 4, the conductive coating material is added to the prepared first composite particles, and the mixture is mixed and the mixture is given a predetermined mechanical energy. Stir. At this time, it is preferable to apply a large mechanical energy that may generate a collision force (impact), compression, friction or grinding, or other shearing force or shear stress, as in the case of the first composite particle preparation step. is there.
The time for these preparation steps is not particularly limited. If the treatment time is too long, the conductive carbon material once immobilized on the surface of the core particle 2 may be peeled off by excessive treatment, which is not preferable. On the other hand, if the treatment time is too short, the fixing force between the core particle 2 and the conductive carbon material 3 is insufficient, or the fixing force between the first composite particle 5 and the conductive coating material 6 is insufficient. For example, the first composite particle preparation step is preferably about 1 to 10 minutes, and the second composite particle preparation step is preferably about 1 to 5 minutes.

こうして得られた正極活物質複合材料1(図6)を従来の正極材料(正極活物質)と同様に利用することによって、正極合材層14を形成する。
具体的には、正極合材層14は、上記のようにして得られた粉末状の正極活物質複合材料1を適当なバインダや必要に応じて更に導電材とともに適当な溶媒中で混合してスラリー状の組成物を調製し、該正極合材層形成用スラリーをシート長手方向に正極集電体12上に付与し、乾燥し、必要に応じてプレスすることにより形成することができる。
特に限定するものではないが、正極合材層14全体に占める正極活物質の割合は50質量%以上(典型的には70質量%以上100質量%未満、例えば80質量%以上99質量%以下)であることが好ましい。正極合材層14の密度は例えば2.0g/cm以上(典型的には2.5g/cm以上)であって、4.5g/cm以下(典型的には4.2g/cm以下)とすることができる。
The positive electrode active material composite material 1 (FIG. 6) thus obtained is used in the same manner as a conventional positive electrode material (positive electrode active material) to form the positive electrode mixture layer 14.
Specifically, the positive electrode mixture layer 14 is obtained by mixing the powdered positive electrode active material composite material 1 obtained as described above in a suitable solvent together with a suitable binder and, if necessary, a conductive material. It can be formed by preparing a slurry composition, applying the slurry for forming the positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector 12 in the longitudinal direction of the sheet, drying, and pressing as necessary.
Although not particularly limited, the proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode mixture layer 14 is 50% by mass or more (typically 70% by mass or more and less than 100% by mass, for example, 80% by mass or more and 99% by mass or less). It is preferable that The density of the positive electrode mixture layer 14 is, for example, 2.0 g / cm 3 or more (typically 2.5 g / cm 3 or more) and 4.5 g / cm 3 or less (typically 4.2 g / cm 3 ). 3 or less).

使用されるバインダとしては、従来から非水電解質二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、有機溶剤に分散または溶解するポリマー材料を好ましく採用し得る。かかるポリマー材料としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。
また、導電材を添加する場合には、各種のカーボンブラック類、コークス、黒鉛(天然黒鉛およびその改質体、人造黒鉛)、炭素繊維(PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維)、ナノカーボン等の炭素材料から選択される一種または二種以上が挙げられる。ここで開示される正極活物質複合材料1を使用することによって、遊離状態の導電材の使用量を低減することができる。或いは、遊離状態の導電材の使用を無くすことができる。かかる遊離状態の導電材の使用をしないか或いはその使用量を低減することによって、有機溶媒の使用量(含有量)を抑えることができ、結果として、高固形分濃度の正極合材層形成用スラリーを調製することができ、高密度高容量の正極合材層14を形成することが容易となる。正極合材層14全体に占める導電材の割合は、特に限定するものではないが、例えば15質量%以下とすることができる。好ましくは10質量%以下とすることができる。
As the binder to be used, one kind or two or more kinds of substances conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without particular limitation. For example, a polymer material that is dispersed or dissolved in an organic solvent can be preferably used. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene oxide, and the like.
In addition, when adding a conductive material, various carbon blacks, coke, graphite (natural graphite and modified products thereof, artificial graphite), carbon fiber (PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber), nanocarbon, etc. 1 type or 2 types or more selected from these carbon materials are mentioned. By using the positive electrode active material composite material 1 disclosed here, the amount of the conductive material in the free state can be reduced. Alternatively, the use of a conductive material in a free state can be eliminated. By not using or reducing the amount of the conductive material in the free state, the amount of organic solvent used (content) can be reduced, resulting in the formation of a positive electrode mixture layer having a high solid content concentration. A slurry can be prepared, and it becomes easy to form the high-density, high-capacity positive electrode mixture layer 14. The ratio of the conductive material in the entire positive electrode mixture layer 14 is not particularly limited, but may be, for example, 15% by mass or less. Preferably it can be 10 mass% or less.

また、スラリーを調製するのに使用される有機溶媒としては、例えば、アミド、アルコール、ケトン、エステル、アミン、エーテル、ニトリル、環状エーテル、芳香族炭化水素等が挙げられる。より具体的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−プロパノール、エタノール、メタノール、アセトン、メチルエチルケトン、プロペン酸メチル、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、アセトニトリル、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンジメチルスルホキシド、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロエタン等が挙げられ、典型的にはNMPを用いることができる。
ここで開示される正極活物質層形成用スラリーの固形分濃度(NV)は60質量%〜80質量%(例えば60質量%〜75質量%)程度とすることができる。
Examples of the organic solvent used for preparing the slurry include amide, alcohol, ketone, ester, amine, ether, nitrile, cyclic ether, and aromatic hydrocarbon. More specifically, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 2-propanol, ethanol, methanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl propenoate, cyclohexanone, acetic acid Methyl, ethyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, acetonitrile, ethylene oxide, tetrahydrofuran, dioxane, benzene, toluene, ethylbenzene, xylene dimethyl sulfoxide, dichloromethane, trichloromethane, dichloroethane, etc. Typically, NMP can be used.
The solid content concentration (NV) of the positive electrode active material layer forming slurry disclosed herein can be about 60% by mass to 80% by mass (for example, 60% by mass to 75% by mass).

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.

まず、リチウム二次電池(リチウムイオン電池)の正極材料として使用する正極活物質複合材料を以下のとおり計7種類作製した。引き続いて各正極活物質複合材料を用いて、以下のとおり計7種類の正極合材層形成用スラリーを作製した。   First, a total of seven types of positive electrode active material composite materials used as a positive electrode material of a lithium secondary battery (lithium ion battery) were prepared as follows. Subsequently, using each positive electrode active material composite material, a total of seven types of positive electrode mixture layer forming slurries were prepared as follows.

<サンプル1>
正極活物質コア粒子として、平均粒径が約7.4μmである層状構造リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3)粉末を用意した。
結着材として、固形のビフェニル(BP)を用意した。
導電炭素材として比表面積が78m/gのアセチレンブラックを用意した。
また、導電被覆材として、平均粒径が約6.4μmである鱗片状の黒鉛粉末を用意した。
<Sample 1>
As the positive electrode active material core particles, layered lithium nickel cobalt manganese composite oxide (for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) powder having an average particle diameter of about 7.4 μm was prepared.
Solid biphenyl (BP) was prepared as a binder.
Acetylene black having a specific surface area of 78 m 2 / g was prepared as a conductive carbon material.
In addition, a scaly graphite powder having an average particle diameter of about 6.4 μm was prepared as a conductive coating material.

而して、正極活物質コア粒子100gに対して、結着材(BP)5g、導電炭素材(アセチレンブラック)3gを添加し、これら混合物を市販の高速粉体混合装置(ホソカワミクロン社製)の高速回転攪拌翼(ブレード)付き水平円筒状容器に収容した。次いで、攪拌翼の回転速度を60m/sに設定し、3分間の攪拌混合を行った。なお、混合攪拌時に生じる摩擦その他の機械的エネルギーによって容器内の混合物(粉体)は加熱されるが、本例では容器の外壁に設けられたウォータージャケット内部を循環する水量、水温を調整することによって、容器内の混合物(粉体)の温度を73℃に維持しながら処理を行った。かかる混合物(粉体)の温度は、容器に設けられた接触型熱電対により測定した。
引き続き、正極活物質コア粒子100gに対して導電被覆材(鱗片状黒鉛)3gを容器内に投入し、上記攪拌および温度条件を維持しつつさらに1分間の攪拌混合を行った。こうしてサンプル1の正極活物質複合材料を得た。
次いで、該正極活物質複合材料と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、質量比97:3となるように混合するとともに、溶媒としてNMPを全固形分量を100としたときの30質量%に相当する量だけ添加し混合することによって、サンプル1の正極活物質層形成用スラリーを調製した。
Thus, 5 g of binder (BP) and 3 g of conductive carbon material (acetylene black) are added to 100 g of the positive electrode active material core particles, and these mixtures are mixed with a commercially available high-speed powder mixer (manufactured by Hosokawa Micron). It was housed in a horizontal cylindrical container with a high-speed rotating stirring blade (blade). Subsequently, the rotational speed of the stirring blade was set to 60 m / s, and stirring and mixing were performed for 3 minutes. The mixture (powder) in the container is heated by friction and other mechanical energy generated during mixing and stirring. In this example, the amount of water circulating in the water jacket provided on the outer wall of the container and the water temperature are adjusted. Thus, the temperature of the mixture (powder) in the container was maintained at 73 ° C. The temperature of the mixture (powder) was measured by a contact thermocouple provided in the container.
Subsequently, 3 g of a conductive coating material (flaky graphite) was added to 100 g of the positive electrode active material core particles in a container, and stirring and mixing were further performed for 1 minute while maintaining the above stirring and temperature conditions. Thus, a positive electrode active material composite material of Sample 1 was obtained.
Next, the positive electrode active material composite material and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed so as to have a mass ratio of 97: 3, and NMP is used as a solvent when the total solid content is 100. A positive electrode active material layer forming slurry of Sample 1 was prepared by adding and mixing in an amount corresponding to 30% by mass.

<サンプル2>
正極活物質コア粒子100gに対する結着材(BP)の添加量を20gに変更し、且つ,攪拌混合時の温度条件を78℃に変更した以外は、サンプル1の調製と同様に処理を行い、サンプル2の正極活物質複合材料を得た。
次いで、該正極活物質複合材料と、PVDFとを、質量比97:3となるように混合するとともに、NMPを全固形分量を100としたときの30質量%に相当する量だけ添加し混合することによって、サンプル1の正極活物質層形成用スラリーとほぼ同様の粘度を有するサンプル2の正極活物質層形成用スラリーを調製した。
<Sample 2>
Except for changing the addition amount of the binder (BP) to 100 g of the positive electrode active material core particles to 20 g and changing the temperature condition at the time of stirring and mixing to 78 ° C., the same treatment as in the preparation of Sample 1 was performed, A positive electrode active material composite material of Sample 2 was obtained.
Next, the positive electrode active material composite material and PVDF are mixed so as to have a mass ratio of 97: 3, and NMP is added and mixed in an amount corresponding to 30% by mass when the total solid content is 100. Thus, a positive electrode active material layer forming slurry of sample 2 having substantially the same viscosity as the positive electrode active material layer forming slurry of sample 1 was prepared.

<サンプル3>
正極活物質コア粒子100gに対する結着材(BP)の添加量を2gに変更した以外は、サンプル1の調製と同様に処理を行い、サンプル3の正極活物質複合材料を得た。
次いで、該正極活物質複合材料と、PVDFとを、質量比97:3となるように混合するとともに、NMPを全固形分量を100としたときの40質量%に相当する量だけ添加し混合することによって、サンプル1〜2の正極活物質層形成用スラリーとほぼ同様の粘度を有するサンプル3の正極活物質層形成用スラリーを調製した。
<Sample 3>
A positive electrode active material composite material of Sample 3 was obtained in the same manner as in Preparation of Sample 1, except that the amount of binder (BP) added to 100 g of the positive electrode active material core particles was changed to 2 g.
Next, the positive electrode active material composite material and PVDF are mixed so as to have a mass ratio of 97: 3, and NMP is added and mixed in an amount corresponding to 40% by mass when the total solid content is 100. Thus, a positive electrode active material layer forming slurry of sample 3 having substantially the same viscosity as the positive electrode active material layer forming slurry of samples 1 and 2 was prepared.

<サンプル4>
攪拌混合時の温度条件を30℃に変更した以外は、サンプル1の調製と同様に処理を行い、サンプル2の正極活物質複合材料を得た。
次いで、該正極活物質複合材料と、PVDFとを、質量比97:3となるように混合するとともに、NMPを全固形分量を100としたときの53質量%に相当する量だけ添加し混合することによって、サンプル1〜3の正極活物質層形成用スラリーとほぼ同様の粘度を有するサンプル4の正極活物質層形成用スラリーを調製した。
<Sample 4>
The positive electrode active material composite material of Sample 2 was obtained in the same manner as in Preparation of Sample 1, except that the temperature condition during stirring and mixing was changed to 30 ° C.
Next, the positive electrode active material composite material and PVDF are mixed so as to have a mass ratio of 97: 3, and NMP is added and mixed in an amount corresponding to 53% by mass when the total solid content is 100. Thus, a positive electrode active material layer forming slurry of sample 4 having substantially the same viscosity as the positive electrode active material layer forming slurries of samples 1 to 3 was prepared.

<サンプル5>
結着材(BP)を添加せずにサンプル1の調製と同様に処理を行い、結着材を含まないサンプル5の正極活物質複合材料を得た。
次いで、該正極活物質複合材料と、PVDFとを、質量比97:3となるように混合するとともに、NMPを全固形分量を100としたときの54質量%に相当する量だけ添加し混合することによって、サンプル1〜4の正極活物質層形成用スラリーとほぼ同様の粘度を有するサンプル5の正極活物質層形成用スラリーを調製した。
<Sample 5>
The treatment was performed in the same manner as in the preparation of Sample 1 without adding the binder (BP) to obtain a positive electrode active material composite material of Sample 5 that does not contain the binder.
Next, the positive electrode active material composite material and PVDF are mixed so as to have a mass ratio of 97: 3, and NMP is added and mixed in an amount corresponding to 54% by mass when the total solid content is 100. Thus, a positive electrode active material layer forming slurry of sample 5 having substantially the same viscosity as the positive electrode active material layer forming slurry of samples 1 to 4 was prepared.

<サンプル6>
各材料の配合比は同様であるが、上記高速粉体混合装置による攪拌混合処理自体を行わないことを特徴とするサンプル6の正極活物質複合材料を得た。
次いで、該正極活物質複合材料と、PVDFとを、質量比97:3となるように混合するとともに、NMPを全固形分量を100としたときの52質量%に相当する量だけ添加し混合することによって、サンプル1〜5の正極活物質層形成用スラリーとほぼ同様の粘度を有するサンプル6の正極活物質層形成用スラリーを調製した。
<Sample 6>
Although the mixing ratio of each material was the same, a positive electrode active material composite material of Sample 6 was obtained, in which the stirring and mixing process itself by the high-speed powder mixing apparatus was not performed.
Next, the positive electrode active material composite material and PVDF are mixed so as to have a mass ratio of 97: 3, and NMP is added and mixed in an amount corresponding to 52% by mass when the total solid content is 100. Thus, a positive electrode active material layer forming slurry of sample 6 having substantially the same viscosity as the positive electrode active material layer forming slurry of samples 1 to 5 was prepared.

<サンプル7>
正極活物質コア粒子100gに対する導電炭素材(アセチレンブラック)の添加量を6gに変更した以外は、サンプル6と同様に処理して(即ち攪拌混合処理自体を行わない。)サンプル7の正極活物質複合材料を得た。
次いで、該正極活物質複合材料と、PVDFとを、質量比97:3となるように混合するとともに、NMPを全固形分量を100としたときの71質量%に相当する量だけ添加し混合することによって、サンプル1〜6の正極活物質層形成用スラリーとほぼ同様の粘度を有するサンプル7の正極活物質層形成用スラリーを調製した。
これら各サンプルの正極活物質複合材料およびスラリーの構成上、製造上の特徴を以下の表1に示す。
<Sample 7>
The positive electrode active material of Sample 7 was treated in the same manner as Sample 6 (that is, the stirring and mixing treatment itself was not performed) except that the amount of conductive carbon material (acetylene black) added to 100 g of the positive electrode active material core particles was changed to 6 g. A composite material was obtained.
Next, the positive electrode active material composite material and PVDF are mixed so as to have a mass ratio of 97: 3, and NMP is added and mixed in an amount corresponding to 71% by mass when the total solid content is 100. Thus, a positive electrode active material layer forming slurry of sample 7 having substantially the same viscosity as the positive electrode active material layer forming slurry of samples 1 to 6 was prepared.
Table 1 below shows the characteristics of the positive electrode active material composite material and slurry of each sample in terms of the production and manufacturing characteristics.

Figure 2014035859
Figure 2014035859

<リチウム二次電池の構築>
評価試験用リチウム二次電池として、上述した図1、図2に示すような角形の電池ケースに捲回電極体が収容された構造の密閉型リチウム二次電池(リチウムイオン電池)を作製した。なお、以下の説明において、使用した正極合材層形成用スラリー(即ち正極活物質複合材料)の種類(サンプル1〜7)にそのまま対応させて、サンプル1〜7の電池と呼称する。
<Construction of lithium secondary battery>
As a lithium secondary battery for evaluation tests, a sealed lithium secondary battery (lithium ion battery) having a structure in which a wound electrode body was housed in a rectangular battery case as shown in FIGS. In the following description, the batteries of Samples 1 to 7 are referred to as they correspond to the types (Samples 1 to 7) of the positive electrode mixture layer forming slurry (that is, the positive electrode active material composite material) used.

<正極>
正極集電体として、幅方向の寸法116mm、シート長4500mm、厚み15μmのアルミニウム箔を用意した。
而して、上記サンプル1〜7のいずれかのスラリーを使用し、アルミニウム箔の一端に沿って未塗工部分(即ち正極活物質層非形成部)を残しつつ、単位面積あたりの正極活物質の被覆量(目付量)が両面で30mg/cmとなるように両面塗布し乾燥させた。乾燥後、圧延プレス機にて、正極合材層の密度がおよそ3.0g/cmとなるように圧延を行い、上記いずれかのスラリーに対応したサンプル1〜7の正極シートを作製した。
<Positive electrode>
An aluminum foil having a width dimension of 116 mm, a sheet length of 4500 mm, and a thickness of 15 μm was prepared as a positive electrode current collector.
Thus, using the slurry of any of Samples 1 to 7 above, leaving the uncoated portion (that is, the portion where the positive electrode active material layer is not formed) along one end of the aluminum foil, the positive electrode active material per unit area Was coated on both sides and dried so that the coating amount (weight per unit area) was 30 mg / cm 2 on both sides. After drying, rolling was performed with a rolling press so that the density of the positive electrode mixture layer was approximately 3.0 g / cm 3, and positive electrode sheets of Samples 1 to 7 corresponding to any one of the above slurries were produced.

<負極>
球形化黒鉛(負極活物質)と、結着材としてのスチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)と、増粘材としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これら材料の質量比が98:1:1となるようにイオン交換水と混合することにより、負極合材層形成用スラリーを調製した。また、負極集電体として、幅方向の寸法119mm、シート長4700mm、厚み10μmの銅箔を用意した。
而して、上記スラリーを、銅箔の一端に沿って未塗工部分(即ち負極合材層非形成部)を残しつつ、単位面積あたりの負極活物質の被覆量(目付量)が両面で15mg/cmとなるように両面塗布し乾燥させた。乾燥後、圧延プレス機にて負極合材層の密度がおよそ1.4g/cmとなるように圧延を行い、負極シートを作製した。
<Negative electrode>
Spherical graphite (negative electrode active material), styrene butadiene block copolymer (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener have a mass ratio of 98: 1: 1. A slurry for forming a negative electrode mixture layer was prepared by mixing with ion-exchanged water so that Further, a copper foil having a width direction dimension of 119 mm, a sheet length of 4700 mm, and a thickness of 10 μm was prepared as a negative electrode current collector.
Thus, the slurry has a negative electrode active material coating amount (weight per unit area) on both sides while leaving an uncoated part (that is, a negative electrode mixture layer non-formed part) along one end of the copper foil. Both sides were applied and dried so as to be 15 mg / cm 2 . After drying, rolling was performed with a rolling press so that the density of the negative electrode mixture layer was about 1.4 g / cm 3 , thereby preparing a negative electrode sheet.

<評価試験用電池の構築>
上記いずれかの正極シートと負極シートを使用し、評価試験用のリチウム二次電池を構築した。
即ち、図3に示すようにセパレータを間に介して、正極と負極とを、互いの合材層非形成部が反対側に位置するように、且つ、負極合材層が正極合材層を幅方向で覆うように積層し更にセパレータの幅方向の両端が負極合材層および正極合材層にかからないようにして楕円体形状に捲回し、次いで扁平形状に拉げさせることで捲回型電極体を作製した。
そして、かかる捲回電極体を非水電解液とともにアルミニウム製の上述したような電流遮断機構を備える角型電池ケースに収容し、封口して約285kWh/mの高エネルギー密度タイプの評価用リチウム二次電池(サンプル1〜7)を構築した。なお、非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを3:3:4(体積比)で混合した混合溶媒に、リチウム塩としてLiPFを1.1mol/Lとなるように添加したものを使用した。
こうして得られた電池を25℃の恒温槽内に配置し、1Cで4.1Vまで定電流定電圧充電(CC充電)を行い、1.5時間ほど4.1Vの電圧値を保持した。次いで、60℃の恒温槽内にて24時間放置することによってエージングを完了させた。
<Construction of evaluation test battery>
A lithium secondary battery for evaluation test was constructed using any of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
That is, as shown in FIG. 3, the positive electrode and the negative electrode are arranged with the separator interposed therebetween, so that the non-mixed material layer non-forming portion is located on the opposite side, and the negative electrode mixed material layer is the positive electrode mixed material layer. Winding electrode by laminating so as to cover in the width direction and winding it into an ellipsoidal shape so that both ends in the width direction of the separator do not cover the negative electrode mixture layer and the positive electrode mixture layer, and then letting it into a flat shape The body was made.
Then, the wound electrode body is housed in a prismatic battery case having a current interruption mechanism made of aluminum as described above together with a non-aqueous electrolyte, and sealed to provide a high energy density type evaluation lithium of about 285 kWh / m 3. Secondary batteries (Samples 1 to 7) were constructed. The non-aqueous electrolyte was prepared by mixing LiPF 6 as a lithium salt in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at 3: 3: 4 (volume ratio). What was added so that it might become 1.1 mol / L was used.
The battery thus obtained was placed in a constant temperature bath at 25 ° C., and constant current and constant voltage charging (CC charging) was performed at 1 C up to 4.1 V, and a voltage value of 4.1 V was maintained for about 1.5 hours. Subsequently, aging was completed by leaving it to stand in a 60 degreeC thermostat for 24 hours.

<評価試験1:電池内部抵抗の測定>
各電池の電池抵抗(内部抵抗:IV抵抗値)を測定した。具体的には、SOC(state of charge)を60%に調整し、−30℃にて2Cのレートで5秒間放電し、その際の電圧降下から内部抵抗(IV抵抗値(mΩ))を算出した。結果を表2の該当欄に示した。
<Evaluation test 1: Measurement of battery internal resistance>
The battery resistance (internal resistance: IV resistance value) of each battery was measured. Specifically, the SOC (state of charge) is adjusted to 60%, discharged at a rate of 2C at −30 ° C. for 5 seconds, and the internal resistance (IV resistance value (mΩ)) is calculated from the voltage drop at that time. did. The results are shown in the corresponding column of Table 2.

<評価試験2:過充電試験>
各電池について、25℃の環境温度にて1Cの電流密度でSOC100%の状態から過充電を開始した。その後、電流遮断機構(CID)の作動の有無を確認した。なお、CIDの作動の有無は、過充電に起因する温度上昇もなく室温まで冷却されたものをCIDの作動ありと認定した。結果を表2の該当欄に示した。
<Evaluation test 2: Overcharge test>
For each battery, overcharging was started from an SOC of 100% at a current density of 1 C at an environmental temperature of 25 ° C. Then, the presence or absence of the action | operation of a current interruption mechanism (CID) was confirmed. In addition, the presence or absence of the operation | movement of CID recognized that the thing which was cooled to room temperature without the temperature rise resulting from an overcharge having the operation of CID. The results are shown in the corresponding column of Table 2.

Figure 2014035859
Figure 2014035859

以上の結果から明らかなように、サンプル1およびサンプル2の電池については、電池内部抵抗が他の電池よりも低い値を示した。また、NMPの使用量も少なく、高容量、高エネルギー密度のリチウム二次電池を構築することができることが確認された。
また、CIDも良好に作動し、本発明の正極活物質複合材料の使用によって、非水電解質中にガス発生剤を添加する従来のタイプの電池よりも効率よくCIDの作動を実現し得ることが確認された。
As is clear from the above results, the batteries of Sample 1 and Sample 2 showed lower values of battery internal resistance than other batteries. In addition, it was confirmed that a lithium secondary battery having a high capacity and a high energy density can be constructed with a small amount of NMP used.
Also, the CID operates well, and the use of the positive electrode active material composite material of the present invention can realize the operation of the CID more efficiently than a conventional type battery in which a gas generating agent is added to the nonaqueous electrolyte. confirmed.

一方、電池内部抵抗がサンプル1〜2よりも相対的に高くなったサンプル3の電池については、結着材の添加量が少なく、そのために正極活物質コア粒子表面に固定された導電炭素材が相対的に少なくなったものと考えられる。また、結着材の添加量が少なかった為、ガス発生量が不足してCID作動に至らなかったものと考えられる。このような場合には、ガス発生剤を補助的に正極合材層及び/又は電解液中に補填しておくとよい。また、サンプル4の電池については、攪拌時温度が低いため、結着材の機能をよく発揮できなかったため、正極活物質コア粒子表面に固定された導電炭素材が相対的に少なくなり、電池内部抵抗が高くなったものと考えられる。
サンプル5〜7の電池については、結着材が存在しない、機械的エネルギーが付与されていない等の理由によって、ここで開示される正極活物質複合材料(即ち上記第二の複合粒子)が形成されておらず、電池抵抗の増大やCIDの非作動が認められた。
On the other hand, for the battery of sample 3 in which the battery internal resistance is relatively higher than those of samples 1 and 2, the amount of the binder added is small, and therefore the conductive carbon material fixed on the surface of the positive electrode active material core particles is It is thought that it was relatively less. In addition, since the amount of the binder added was small, it was considered that the gas generation amount was insufficient and the CID operation was not achieved. In such a case, it is preferable to supplement the gas generating agent in the positive electrode mixture layer and / or the electrolyte solution in an auxiliary manner. In addition, since the battery of sample 4 had a low stirring temperature, the function of the binder could not be exhibited well, so that the conductive carbon material fixed on the surface of the positive electrode active material core particles was relatively small, It is thought that resistance became high.
For the batteries of Samples 5 to 7, the positive electrode active material composite material (that is, the second composite particles) disclosed herein is formed due to reasons such as the absence of a binder and the absence of mechanical energy. No increase in battery resistance or non-operation of CID was observed.

以上の実施例から明らかなように、ここで開示される正極活物質複合材料を正極材料として利用することによって、少ない導電材量で高い電子伝達性を実現することができる。従って、正極合材層中の導電材量を減らすことで、体積あたりの電池容量を増加させることができる。
また、結着材としてBP等のガス発生剤を利用することにより、効率よく過充電時にガスを発生させ得、非水電解質中に過剰にガス発生剤を添加することなく低コストで信頼性の高い電流遮断機構を備える高性能な非水電解質二次電池を提供することができる。
従って、本発明はまた、ここで開示されるリチウム二次電池等の非水電解質二次電池を単電池とし、該単電池を相互に電気的に接続して複数個備えることを特徴とする組電池を提供することができる。また、該組電池を駆動用電源として備えるプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等の車両を提供することができる。
As is clear from the above examples, by using the positive electrode active material composite material disclosed here as the positive electrode material, high electron transferability can be realized with a small amount of conductive material. Therefore, the battery capacity per volume can be increased by reducing the amount of the conductive material in the positive electrode mixture layer.
In addition, by using a gas generating agent such as BP as a binder, gas can be efficiently generated during overcharging, and low cost and reliability without excessively adding the gas generating agent to the non-aqueous electrolyte. A high-performance non-aqueous electrolyte secondary battery having a high current interruption mechanism can be provided.
Accordingly, the present invention also provides a set comprising a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery disclosed herein as a single battery, and a plurality of the single batteries connected to each other. A battery can be provided. In addition, a vehicle such as a plug-in hybrid vehicle (PHV), a hybrid vehicle (HV), or an electric vehicle (EV) including the assembled battery as a driving power source can be provided.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 正極活物質複合材料(第二の複合粒子)
2 コア粒子
3 導電炭素材
4 結着材
5 第一の複合粒子
6 導電被覆材
10 正極シート
12 正極集電体
14 正極合材層
20 負極シート
22 負極集電体
24 負極合材層
30 電流遮断機構
40A,40B セパレータ
50 電池ケース
52 ケース本体
54 蓋体
55 安全弁
70 正極端子
72 負極端子
80 捲回電極体
100 リチウム二次電池
1 Positive electrode active material composite material (second composite particle)
2 Core particle 3 Conductive carbon material 4 Binder 5 First composite particle 6 Conductive coating material 10 Positive electrode sheet 12 Positive electrode current collector 14 Positive electrode composite material layer 20 Negative electrode sheet 22 Negative electrode current collector 24 Negative electrode composite material layer 30 Current interruption Mechanism 40A, 40B Separator 50 Battery case 52 Case body 54 Lid 55 Safety valve 70 Positive electrode terminal 72 Negative electrode terminal 80 Winding electrode body 100 Lithium secondary battery

Claims (8)

非水電解質二次電池の正極に用いられる正極活物質複合材料であって、
正極活物質からなるコア粒子と、
前記コア粒子の表面に付与された結着材と、
非水電解質を保持可能なストラクチャーを有する無定形炭素からなる導電炭素材であって前記コア粒子の表面に分散配置された導電炭素材と、
前記結着材と導電炭素材とを被覆するようにして前記コア粒子上に分散配置された黒鉛を主体とする導電被覆材とを有する、正極活物質複合材料。
A positive electrode active material composite material used for a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery,
Core particles made of a positive electrode active material;
A binder applied to the surface of the core particles;
A conductive carbon material made of amorphous carbon having a structure capable of holding a non-aqueous electrolyte and dispersed on the surface of the core particles; and
A positive electrode active material composite material, comprising: a conductive coating material mainly composed of graphite dispersedly disposed on the core particles so as to cover the binder and the conductive carbon material.
前記結着材として、所定の電池電圧を超えた際に分解してガスを発生し得るガス発生剤を構成する有機化合物が使用されている、請求項1に記載の正極活物質複合材料。   The positive electrode active material composite material according to claim 1, wherein an organic compound constituting a gas generating agent capable of decomposing and generating gas when a predetermined battery voltage is exceeded is used as the binder. 前記有機化合物として、リチウム金属極基準(vs.Li/Li+)での酸化電位が4.6V以下である有機化合物が使用されている、請求項2に記載の正極活物質複合材料。 The positive electrode active material composite material according to claim 2, wherein an organic compound having an oxidation potential of 4.6 V or less based on a lithium metal electrode standard (vs. Li / Li + ) is used as the organic compound. 前記結着材の含有量は、前記正極活物質100質量部に対して5〜20質量部である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の正極活物質複合材料。   The positive electrode active material composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the binder is 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. 前記コア粒子は、少なくとも1種のリチウム遷移金属複合酸化物から構成されており、リチウム二次電池の正極材料として用いられる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の正極活物質複合材料。   The said core particle is comprised from the at least 1 sort (s) of lithium transition metal complex oxide, and is used as a positive electrode material of a lithium secondary battery, The positive electrode active material composite material as described in any one of Claims 1-4 . 請求項1〜5のいずれか一項に記載の正極活物質複合材料を使用した非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode active material composite material as described in any one of Claims 1-5. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池の正極に用いられる正極活物質複合材料を製造する方法であって、
(1)コア粒子材料として用意した所定の正極活物質からなる粒子と、結着材と、非水電解質を保持可能なストラクチャー構造を有する無定形炭素からなる導電炭素材とを混合し、該混合物の温度が前記結着材を構成する物質の融点以上且つ沸点未満の温度域に保持されるように機械的エネルギーを付与しつつ該混合物を攪拌することによって、前記コア粒子の表面に結着材が付与されるとともに、導電炭素材が該コア粒子表面に分散配置された第一の複合粒子を調製する工程と、
(2)前記第一の複合粒子と、黒鉛を主体とする導電被覆材とを混合し、該第一の複合粒子と導電被覆材との混合物に対して機械的エネルギーを付与しつつ該混合物を攪拌することによって、前記結着材と導電炭素材とを被覆するようにして前記第一の複合粒子上に前記導電被覆材が分散配置されてなる第二の複合粒子を調製する工程と、
を包含する、製造方法。
A method for producing a positive electrode active material composite material used for the positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
(1) Mixing particles made of a predetermined positive electrode active material prepared as a core particle material, a binder, and a conductive carbon material made of amorphous carbon having a structure capable of holding a nonaqueous electrolyte, and the mixture By stirring the mixture while applying mechanical energy so that the temperature of the material is maintained in a temperature range not lower than the melting point and lower than the boiling point of the substance constituting the binding material, the surface of the core particles can be bonded. And preparing a first composite particle in which a conductive carbon material is dispersed and arranged on the surface of the core particle;
(2) The first composite particles and a conductive coating material mainly composed of graphite are mixed, and the mixture is applied while applying mechanical energy to the mixture of the first composite particles and the conductive coating material. A step of preparing second composite particles in which the conductive coating material is dispersedly arranged on the first composite particles so as to cover the binder and the conductive carbon material by stirring;
Manufacturing method.
前記(1)第一の複合粒子調製工程と前記(2)第二の複合粒子調製工程とは、それぞれ、各工程における前記混合物中でメカノケミカル反応を生じさせ得るように機械的エネルギーを付与しつつ連続的に行われる、請求項7に記載の製造方法。
The (1) first composite particle preparation step and the (2) second composite particle preparation step each impart mechanical energy so as to cause a mechanochemical reaction in the mixture in each step. The manufacturing method according to claim 7, which is continuously performed.
JP2012175910A 2012-08-08 2012-08-08 Positive electrode active material composite material and use of the same Pending JP2014035859A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012175910A JP2014035859A (en) 2012-08-08 2012-08-08 Positive electrode active material composite material and use of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012175910A JP2014035859A (en) 2012-08-08 2012-08-08 Positive electrode active material composite material and use of the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014035859A true JP2014035859A (en) 2014-02-24

Family

ID=50284759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012175910A Pending JP2014035859A (en) 2012-08-08 2012-08-08 Positive electrode active material composite material and use of the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014035859A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160017364A (en) * 2014-08-05 2016-02-16 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode composition for rechargeable lithium battery, and positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP2016154100A (en) * 2015-02-20 2016-08-25 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same
WO2016178280A1 (en) * 2015-05-01 2016-11-10 エリーパワー株式会社 Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode, and secondary battery
JP2017182913A (en) * 2016-03-28 2017-10-05 積水化学工業株式会社 Complex and method of manufacturing the same, positive electrode material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2017195055A (en) * 2016-04-19 2017-10-26 日産自動車株式会社 Method for manufacturing positive electrode slurry for nonaqueous electrolyte secondary battery
CN112054202A (en) * 2020-09-10 2020-12-08 辽宁九夷锂能股份有限公司 High-energy high-rate lithium battery positive electrode additive, preparation method thereof and positive plate containing positive electrode additive
JP2023516229A (en) * 2021-06-30 2023-04-18 北京当升材料科技股▲フン▼有限公司 Cathode material, manufacturing method and use thereof, positive electrode plate of lithium ion battery and lithium ion battery

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160017364A (en) * 2014-08-05 2016-02-16 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode composition for rechargeable lithium battery, and positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP2016039142A (en) * 2014-08-05 2016-03-22 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co.,Ltd. Positive electrode composition for rechargeable lithium battery, positive electrode for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery
KR102270513B1 (en) 2014-08-05 2021-06-30 삼성에스디아이 주식회사 Positive electrode composition for rechargeable lithium battery, and positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP2016154100A (en) * 2015-02-20 2016-08-25 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same
US10431814B2 (en) 2015-02-20 2019-10-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same
WO2016178280A1 (en) * 2015-05-01 2016-11-10 エリーパワー株式会社 Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, positive electrode, and secondary battery
CN107534145A (en) * 2015-05-01 2018-01-02 艾利电力能源有限公司 Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, positive pole and secondary cell
JP2017182913A (en) * 2016-03-28 2017-10-05 積水化学工業株式会社 Complex and method of manufacturing the same, positive electrode material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2017195055A (en) * 2016-04-19 2017-10-26 日産自動車株式会社 Method for manufacturing positive electrode slurry for nonaqueous electrolyte secondary battery
CN112054202A (en) * 2020-09-10 2020-12-08 辽宁九夷锂能股份有限公司 High-energy high-rate lithium battery positive electrode additive, preparation method thereof and positive plate containing positive electrode additive
JP2023516229A (en) * 2021-06-30 2023-04-18 北京当升材料科技股▲フン▼有限公司 Cathode material, manufacturing method and use thereof, positive electrode plate of lithium ion battery and lithium ion battery
JP7313578B2 (en) 2021-06-30 2023-07-24 北京当升材料科技股▲フン▼有限公司 Cathode material, manufacturing method and use thereof, positive electrode plate of lithium ion battery and lithium ion battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10511026B2 (en) Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, battery pack, and vehicle
KR102348710B1 (en) Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries, nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing negative electrode active material particles
JP5896218B2 (en) Sealed non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5255143B2 (en) Positive electrode material, lithium ion secondary battery using the same, and method for manufacturing positive electrode material
JP5668993B2 (en) Sealed nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same
JP5709008B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof
JP2015149224A (en) Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries, manufacturing method thereof, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2007048525A (en) Cathode material for nonaqueous electrolyte lithium ion battery, and battery using the same
JP2008041502A (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and non-aqueous secondary battery
JP2008041465A (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and non-aqueous secondary battery
JP2014035859A (en) Positive electrode active material composite material and use of the same
JP5692174B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery
CN102844911B (en) Negative electrode active material for electricity storage device and use its electrical storage device negative material and electrical storage device negative pole
JP6358470B2 (en) Method for producing negative electrode for secondary battery
JP5904383B2 (en) Lithium secondary battery
JP2013084449A (en) Positive electrode active material, lithium ion secondary battery including the same, and method for producing positive electrode active material
JP2011146158A (en) Lithium secondary battery
JP2013062089A (en) Lithium ion secondary battery
JP5880964B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5815354B2 (en) Electric storage device and positive electrode for electric storage device
US10276866B2 (en) Electric device
JP2013073818A (en) Composite negative electrode active material for lithium ion secondary battery
JP2015170476A (en) Method for manufacturing lithium ion secondary battery
WO2011058979A1 (en) Lithium secondary battery
WO2017159073A1 (en) Negative electrode for secondary batteries, secondary battery, battery pack, electric vehicle, power storage system, electric tool, and electronic apparatus