JP2014063660A - Sulfate, positive electrode material for lithium secondary battery, positive electrode for lithium secondary battery using the same, and lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: novel sulfate; a positive electrode material for a lithium secondary battery, using the sulfate and capable of providing a lithium secondary battery that achieves both high safety and high energy density; a positive electrode for a lithium secondary battery; and a lithium secondary battery using them.SOLUTION: Sulfate is represented by the following general formula (1). Preferably, the sulfate is powder including primary particles having an average particle size of less than 1 μm. Q is selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, V, Mg, Ca, Sr, Cu and Zn. A positive electrode material for a lithium secondary battery comprises the sulfate. Li(MnQ)(SO)...(1) (Q represents at least one dopant element, an index (a) is selected so as to secure the electrical neutrality in the general formula (1), satisfies a relation of 0.5>a≥0, and is a quantity maintaining a crystal structure at a=0.)

Description

本発明は、硫酸塩及びリチウム二次電池用正極材料、並びにこの硫酸塩を用いたリチウム二次電池用正極と、このリチウム二次電池用正極を備えるリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a sulfate and a positive electrode material for a lithium secondary battery, a positive electrode for a lithium secondary battery using the sulfate, and a lithium secondary battery including the positive electrode for a lithium secondary battery.

リチウム二次電池は、エネルギー密度及び出力密度等に優れ、小型、軽量化に有効であるため、ノート型パソコン、携帯電話及びハンディビデオカメラ等の携帯機器の電源としてその需要は急激な伸びを示している。リチウム二次電池はまた、電気自動車や電力のロードレベリング等の電源としても注目されている。   Lithium secondary batteries are excellent in energy density and output density, and are effective in reducing the size and weight. Therefore, the demand for power supplies for portable devices such as notebook computers, mobile phones, and handy video cameras is growing rapidly. ing. Lithium secondary batteries are also attracting attention as power sources for electric vehicles and power load leveling.

現在、リチウム二次電池用の正極活物質材料としては、層状LiMO(ここでMは、例えば、Ni、Mn、Coなどの遷移金属)に代表される酸化物とLiFePOに代表されるポリアニオンとに大別される。酸化物系正極活物質材料は、その放電電位を高くするために希少かつ高価なNi、Coを必要とし、さらに充電状態において酸素を放出しやすくなるため、安全性に潜在的な問題を有する。一方、ポリアニオン系正極活物質材料は、ポリアニオンによるインダクティブ効果により原料が豊富かつ安価なFe、Mnでも酸化物より高い放電電位を達成することができ、また酸素はポリアニオン内で共有結合的に結びついているため、充電状態においても酸素を放出しにくく、本質的に高い安全性を有する。 Currently, as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, an oxide typified by layered LiMO 2 (where M is a transition metal such as Ni, Mn, Co, etc.) and a polyanion typified by LiFePO 4 are used. It is roughly divided into The oxide-based positive electrode active material requires rare and expensive Ni and Co in order to increase the discharge potential, and further tends to release oxygen in a charged state, and thus has a potential safety problem. On the other hand, the polyanionic positive electrode active material can achieve a higher discharge potential than the oxide even with Fe and Mn, which are abundant and inexpensive due to the inductive effect due to the polyanion, and oxygen is covalently bound within the polyanion. Therefore, it is difficult to release oxygen even in a charged state, and has an inherently high safety.

しかしながら、LiFePOの充放電電位は、約3.4V(vs.Li/Li)とLiCoOに代表される4V級正極活物質材料よりも卑な値であるため、エネルギー密度が小さいという欠点を有する。 However, since the charge / discharge potential of LiFePO 4 is lower than that of a 4V class positive electrode active material represented by about 3.4 V (vs. Li / Li + ) and LiCoO 2 , the energy density is low. Have

ここで、リン酸基を更に電気陰性度の高い硫酸基とすることにより放電電位を高くすることが可能であることが知られている。
実際に非特許文献1には、LiFe(SOの充放電電位が約3.8V(vs.Li/Li)と向上するが、本化合物におけるFeの酸化還元は2価と3価の間のみでしか起こらないため、その理論容量はLiFePOの理論容量170mAh/gより小さい102mAh/gであることが記載されている。
Here, it is known that the discharge potential can be increased by making the phosphate group a sulfate group having a higher electronegativity.
Actually, in Non-Patent Document 1, the charge / discharge potential of Li 2 Fe (SO 4 ) 2 is improved to about 3.8 V (vs. Li / Li + ), but the oxidation-reduction of Fe in this compound is divalent. It is described that the theoretical capacity is 102 mAh / g, which is smaller than the theoretical capacity 170 mAh / g of LiFePO 4 , since it occurs only during trivalent.

また、非特許文献2には、LiMn(SOが3.0−4.3V(vs.Li/Li)の電位窓では電気化学的に不活性であることが記載されている。 Non-Patent Document 2 describes that Li 2 Mn 2 (SO 4 ) 3 is electrochemically inactive in a potential window of 3.0 to 4.3 V (vs. Li / Li + ). ing.

Marine Reynaud, Mohamed Ati, Brent C. Melot, Moulay T. Sougrati, Gwenaelle Rousse, Jean-Noel Chotard and Jean-Marie Tarascon,Electrochemistry Communications,21(2012)77-80Marine Reynaud, Mohamed Ati, Brent C. Melot, Moulay T. Sougrati, Gwenaelle Rousse, Jean-Noel Chotard and Jean-Marie Tarascon, Electrochemistry Communications, 21 (2012) 77-80 J.Isasi,C.Train, S.Jaulmes, A.Elfakir and M.Quarton,Journal of Solid State Chemistry,158(2001)148-153J. Isasi, C.I. Train, S. Jaulmes, A. Elfakir and M. Quarton, Journal of Solid State Chemistry, 158 (2001) 148-153

近年の電池に対する更なる高容量化、高安全化の必要性に伴い、本質的に高い安全性と高いエネルギー密度を発現するポリアニオン系正極活物質材料の開発が望まれているが、エネルギー密度の観点から充分な材料は開発されていない。従って、例えば、遷移金属当り複数個のリチウムを可逆的に利用可能な新規なポリアニオン系正極活物質材料の開発が強く求められている。   With the need for higher capacity and higher safety for batteries in recent years, development of a polyanionic positive electrode active material that exhibits intrinsically high safety and high energy density is desired. Sufficient materials have not been developed from the viewpoint. Therefore, for example, development of a novel polyanionic positive electrode active material capable of reversibly utilizing a plurality of lithium per transition metal is strongly demanded.

原料が豊富かつ安価なFe、Mnからなるリチウムを含む硫酸塩として、これまで知られている物質は、前述のLiFe(SOとLiMn(SOの2化合物のみである。しかしながら、LiFe(SOでは遷移金属当り0.86個のリチウムしか利用できていないことが非特許文献1に記載されている。
また、LiMn(SOでは電気化学的な活性を発現することができていないことが非特許文献2に記載されている。
As a sulfate containing abundant raw materials and containing lithium composed of Fe and Mn, the substances known so far are two compounds of Li 2 Fe (SO 4 ) 2 and Li 2 Mn 2 (SO 4 ) 3 described above. Only. However, it is described in Non-Patent Document 1 that Li 2 Fe (SO 4 ) 2 can use only 0.86 lithium per transition metal.
Non-Patent Document 2 describes that Li 2 Mn 2 (SO 4 ) 3 is not capable of expressing electrochemical activity.

本発明は上記の課題を鑑みて創案されたものである。
即ち、本発明は新規な硫酸塩及びそれを用いた高安全性と高エネルギー密度を両立する二次電池を提供し得るリチウム二次電池用正極材料及びリチウム二次電池用正極とこれらを用いたリチウム二次電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems.
That is, the present invention uses a novel sulfate and a positive electrode material for a lithium secondary battery and a positive electrode for a lithium secondary battery that can provide a secondary battery having both high safety and high energy density using the same. An object is to provide a lithium secondary battery.

本発明者らは上記課題を鑑みて、鋭意検討した結果、下記一般式(1)で表される新規な硫酸塩を見出した。また、その一次粒子の大きさを1μm未満とすることで電気化学的活性が向上することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の要旨は、以下の通りである。
As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have found a novel sulfate represented by the following general formula (1). Further, the inventors have found that the electrochemical activity is improved by setting the size of the primary particles to less than 1 μm, thereby completing the present invention.
That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 下記一般式(1)で表される硫酸塩。
Li(Mn1−a)(SO ・・・(1)
(ここで、Qは少なくとも1個のドーパント元素を表し、指数aは一般式(1)で表される硫酸塩の電気的中性を確保するように選択され、0.5>a≧0であり、a=0における結晶構造を維持する量である。)
[1] A sulfate represented by the following general formula (1).
Li 2 (Mn 1-a Q a) (SO 4) 2 ··· (1)
(Where Q represents at least one dopant element, and the index a is selected so as to ensure the electrical neutrality of the sulfate represented by the general formula (1), and 0.5> a ≧ 0) Yes, the amount maintaining the crystal structure at a = 0.)

[2] 一次粒子の平均粒径が1μm未満の粉末であることを特徴とする[1]に記載の硫酸塩。 [2] The sulfate according to [1], wherein the primary particles have a mean particle size of less than 1 μm.

[3] Qが、Fe、Co、Ni、V、Mg、Ca、Sr、Cu、及びZnよりなる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の硫酸塩。 [3] Q is one or more selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, V, Mg, Ca, Sr, Cu, and Zn [1] or [2] The sulfate described in 1.

[4] [1]ないし[3]のいずれかに記載の硫酸塩よりなるリチウム二次電池用正極材料。 [4] A positive electrode material for a lithium secondary battery, comprising the sulfate according to any one of [1] to [3].

[5] [1]ないし[3]のいずれかに記載の硫酸塩と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とするリチウム二次電池用正極。 [5] A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising a positive electrode active material layer containing the sulfate according to any one of [1] to [3] and a binder on a current collector.

[6] リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を含有する非水電解質、及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極として[5]に記載のリチウム二次電池用正極を用いたことを特徴とするリチウム二次電池。 [6] A lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, wherein the lithium according to [5] A lithium secondary battery using a positive electrode for a secondary battery.

本発明によれば、高安全性と高エネルギー密度を両立するリチウム二次電池を安価に実現することができる。   According to the present invention, a lithium secondary battery that achieves both high safety and high energy density can be realized at low cost.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に制限されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following description, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.

[硫酸塩]
本発明の硫酸塩は、下記一般式(1)で表されるものである。
Li(Mn1−a)(SO ・・・(1)
(ここで、Qは少なくとも1個のドーパント元素を表し、指数aは一般式(1)で表される硫酸塩の電気的中性を確保するように選択され、0.5>a≧0であり、a=0における結晶構造を維持する量である。)
[Sulfate]
The sulfate of the present invention is represented by the following general formula (1).
Li 2 (Mn 1-a Q a) (SO 4) 2 ··· (1)
(Where Q represents at least one dopant element, and the index a is selected so as to ensure the electrical neutrality of the sulfate represented by the general formula (1), and 0.5> a ≧ 0) Yes, the amount maintaining the crystal structure at a = 0.)

本発明の硫酸塩は、上記一般式(1)を満たす組成であれば特に制限はなく、上記一般式(1)に含まれない異元素が導入されていてもよい。この異元素としては、B、Na、Al、K、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Ag、In、Sn、Sb、Te、Ba、Ta、Mo、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、N、F、Cl、Br、Iの何れか1種以上の中から選択されるものが挙げられる。これらの異元素は、硫酸塩の結晶構造内に取り込まれていてもよく、あるいは、硫酸塩の結晶構造内に取り込まれず、その粒子表面や結晶粒界などに単体もしくは化合物として偏在していてもよい。
なお、本発明の硫酸塩はイオン伝導体、リチウム二次電池の正極材料、触媒として利用できるが、本発明の硫酸塩の用途はこれらに限定されるものではない。
The sulfate of the present invention is not particularly limited as long as it is a composition satisfying the general formula (1), and a different element not included in the general formula (1) may be introduced. The different elements include B, Na, Al, K, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sn, Sb, Te, Ba, Ta, Mo, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi, N, F, Cl, Br, What is selected from any 1 or more types of I is mentioned. These foreign elements may be incorporated into the crystal structure of the sulfate, or may not be incorporated into the crystal structure of the sulfate, and may be unevenly distributed as a simple substance or a compound on the particle surface or grain boundary. Good.
In addition, although the sulfate of this invention can be utilized as an ion conductor, the positive electrode material of a lithium secondary battery, and a catalyst, the use of the sulfate of this invention is not limited to these.

<ドーパント元素Q>
本発明の硫酸塩において、ドーパント元素Qとしては、好ましくはFe、Co、Ni、V、Mg、Ca、Sr、Cu、Znが挙げられ、これらのうち、電気化学的活性を有する点においては、Fe、Vが好ましく、結晶構造の安定化の点においては、Co、Ni、Mg、Ca、Sr、Cu、Znが好ましい。
本発明の硫酸塩は、ドーパント元素Qとして、上記のドーパント元素の1種のみを含んでいてもよく、2種以上を含んでいてもよい。
<Dopant element Q>
In the sulfate of the present invention, the dopant element Q is preferably Fe, Co, Ni, V, Mg, Ca, Sr, Cu, Zn, and among these, in terms of having electrochemical activity, Fe and V are preferable, and Co, Ni, Mg, Ca, Sr, Cu, and Zn are preferable in terms of stabilization of the crystal structure.
The sulfate of the present invention may contain only one of the above dopant elements as the dopant element Q, or may contain two or more kinds.

<a=0における結晶構造>
一般式(1)のa=0における結晶構造とは、LiMn(SO組成の物質が有する結晶構造であれば特に制限はないが、熱力学的な安定相は単斜晶系の空間群P2またはP2/cに帰属される。一般式(1)で表される硫酸塩が、a=0における結晶構造を維持しているか否かは、後述の実施例の項に示されるように、粉末X線回折測定により確認することができる。
<Crystal structure at a = 0>
The crystal structure at a = 0 in the general formula (1) is not particularly limited as long as it is a crystal structure possessed by a substance having a composition of Li 2 Mn (SO 4 ) 2, but the thermodynamic stable phase is monoclinic. Belonging to the space group P2 1 or P2 1 / c. Whether or not the sulfate represented by the general formula (1) maintains the crystal structure at a = 0 can be confirmed by powder X-ray diffraction measurement as shown in the Examples section described later. it can.

本発明において、硫酸塩の組成を求めるには、LiとMnを誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)で、また、Mn、S、Oをエネルギー分散型X線分光法装置(EDX)で分析して、Li/Mn/S/Oの比を求めることで計算される。望ましいa値は、ドーパント元素Qに大きく依存し、Qが電気化学的に不活性な元素であればa値は小さい方が望ましいが、QがFeやV等のような電気化学的に活性な元素であれば、a=0における結晶構造を維持可能な範囲において大きい値の方が望ましいこともある。   In the present invention, the composition of sulfate is obtained by using Li and Mn with an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES), and Mn, S and O with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX). And calculating the ratio of Li / Mn / S / O. The desirable a value greatly depends on the dopant element Q. If Q is an electrochemically inactive element, it is desirable that the a value be small, but Q is electrochemically active such as Fe or V. If it is an element, a larger value may be desirable within a range in which the crystal structure at a = 0 can be maintained.

一般式(1)において、指数aは、ドーパント元素QがFe、Vの場合は、特に0.5>a≧0であることが好ましく、ドーパント元素QがCo、Ni、Mg、Ca、Sr、Cu、Znの場合は、特に0.4≧a≧0であることが好ましい。   In the general formula (1), the index a is preferably 0.5> a ≧ 0 particularly when the dopant element Q is Fe or V, and the dopant element Q is Co, Ni, Mg, Ca, Sr, In the case of Cu and Zn, it is particularly preferable that 0.4 ≧ a ≧ 0.

<一次粒子の平均粒径>
本発明の硫酸塩の一次粒子の平均粒径は、SEMにて異なる3視野以上を観察し、その平均値から求めることができる。なお、一次粒子が繊維状の場合は繊維径方向を、楕円形(ラグビーボール状)の場合は短軸方向を平均粒径として用いる。本発明の硫酸塩の一次粒子の平均粒径は1μm未満、好ましくは0.1μm以下、更に好ましくは10nm以下である。一次粒子の平均粒径が上記上限より小さい硫酸塩であればリチウムの出し入れが容易となり、理論容量に近い容量を発現することが可能となるので、リチウム二次電池用正極材料としての用途において特に好ましい。なお、本発明の硫酸塩の一次粒子の平均粒径の下限については特に制限はないが、取り扱いの容易さの点で通常1nmである。
<Average particle size of primary particles>
The average particle diameter of the primary particles of the sulfate of the present invention can be determined from the average value obtained by observing three or more different fields of view with an SEM. When the primary particles are fibrous, the fiber diameter direction is used as the average particle diameter, and when the primary particles are elliptical (rugby ball shape), the minor axis direction is used as the average particle diameter. The average particle diameter of the primary particles of the sulfate of the present invention is less than 1 μm, preferably 0.1 μm or less, more preferably 10 nm or less. In particular, in applications as a positive electrode material for lithium secondary batteries, it is easy to put in and take out lithium if the average particle size of the primary particles is smaller than the above upper limit, and it is possible to express a capacity close to the theoretical capacity. preferable. In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the minimum of the average particle diameter of the primary particle of the sulfate of this invention, Usually, it is 1 nm at the point of the ease of handling.

<硫酸塩の製造方法>
本発明の硫酸塩の製造方法は、特定の製法に限定されるものではないが、例えば、硫酸リチウム、硫酸マンガンを所定の割合で混合し、該混合物を焼成して製造してもよいし、無水硫酸リチウムと硫酸マンガンを混合し、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミド等のようなイオン性液体やテトラエチレングリコール等の有機溶媒に分散後、オートクレーブ中で熱処理を行うことで製造しても良い。
<Method for producing sulfate>
The method for producing a sulfate of the present invention is not limited to a specific production method. For example, lithium sulfate and manganese sulfate may be mixed at a predetermined ratio, and the mixture may be baked and produced. Anhydrous lithium sulfate and manganese sulfate are mixed and dispersed in an ionic liquid such as 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide or an organic solvent such as tetraethylene glycol, followed by heat treatment in an autoclave. You may manufacture by doing.

ドーパント元素Qを含む硫酸塩の場合には、硫酸リチウム、硫酸マンガンに加え、更にドーパント元素Qの硫酸塩を所定の割合で用い、上記と同様にして製造することができ、原料として用いる各硫酸塩の使用割合を調整することにより、所望の組成の硫酸塩を得ることができる。   In the case of a sulfate containing the dopant element Q, in addition to lithium sulfate and manganese sulfate, a sulfate of the dopant element Q can be used in a predetermined ratio and can be produced in the same manner as above, and each sulfuric acid used as a raw material By adjusting the use ratio of the salt, a sulfate having a desired composition can be obtained.

上記混合物の焼成時の焼成条件としては特に制限はないが、焼成温度は300℃以上、特に400℃以上で、1000℃以下、特に900℃以下であることが好ましい。焼成温度が低過ぎると未反応原料が残存したり、長い反応時間が必要となり、高過ぎると硫酸アニオンが分解する可能性がある。焼成時間は、焼成温度や使用する原料等によっても異なるが、通常5〜168時間、好ましくは24〜96時間である。この範囲よりも焼成時間が短いと反応が完結しないことがあり、長いと非経済的である。   There are no particular limitations on the firing conditions during firing of the above mixture, but the firing temperature is preferably 300 ° C or higher, particularly 400 ° C or higher, and 1000 ° C or lower, particularly 900 ° C or lower. If the calcination temperature is too low, unreacted raw materials remain or a long reaction time is required, and if it is too high, the sulfate anion may be decomposed. The firing time is usually 5 to 168 hours, preferably 24 to 96 hours, although it varies depending on the firing temperature and the raw materials used. If the firing time is shorter than this range, the reaction may not be completed, and if it is longer, it is uneconomical.

焼成雰囲気はドーパント元素QとしてFe、Vを用いる場合には、Ar、Nのような不活性雰囲気が必要である。それ以外の場合には大気雰囲気でよいが、不活性雰囲気であってもよい。 The firing atmosphere requires an inert atmosphere such as Ar or N 2 when Fe or V is used as the dopant element Q. In other cases, an air atmosphere may be used, but an inert atmosphere may be used.

なお、このようにして硫酸塩を製造することにより、一次粒子の平均粒径が上記上限よりも小さい硫酸塩を得るには、焼成後ボールミルなどで粉砕すればよい。また、一次粒子の平均粒径が上記上限よりも小さい硫酸塩を直接得るには、上記イオン性液体や有機溶媒を用いたイオノサーマル法やソルボサーマル法が好ましい。   In addition, what is necessary is just to grind | pulverize by a ball mill etc. after baking in order to obtain a sulfate whose average particle diameter of a primary particle is smaller than the said upper limit by manufacturing a sulfate in this way. In order to directly obtain a sulfate having an average primary particle size smaller than the above upper limit, an ionothermal method or a solvothermal method using the ionic liquid or organic solvent is preferable.

[リチウム二次電池用正極材料]
本発明のリチウム二次電池用正極材料は、上記のような本発明の硫酸塩よりなるものであり、前述の如く、一次粒子の平均粒径が1μm未満、特に0.1μm以下、とりわけ10nm以下であり、1nm以上であることが好ましい。
[Positive electrode material for lithium secondary batteries]
The positive electrode material for a lithium secondary battery of the present invention is composed of the sulfate of the present invention as described above. As described above, the average particle size of primary particles is less than 1 μm, particularly 0.1 μm or less, especially 10 nm or less. It is preferable that it is 1 nm or more.

[リチウム二次電池用正極]
本発明のリチウム二次電池用正極は、上記の本発明の硫酸塩と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とする。
[Positive electrode for lithium secondary battery]
The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is characterized by having a positive electrode active material layer containing the sulfate of the present invention and a binder on the current collector.

<正極活物質>
本発明のリチウム二次電池用正極は、正極活物質層の正極活物質(正極材料)として本発明のリチウム二次電池用正極材料である本発明の硫酸塩を用いたものである。正極活物質としては、本発明の硫酸塩のみを用いてもよく、必要に応じて本発明の硫酸塩以外の他の正極活物質を併用してもよい。その場合、他の正極活物質としてはリチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等の遷移金属酸化物、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム等の遷移金属ポリアニオン等の1種又は2種以上を用いることができるが、本発明の硫酸塩を用いることによる安全性とエネルギー密度の向上効果を有効に得る上で、全正極活物質中の本発明の硫酸塩の割合が20質量%以上、特に40質量%以上となるように他の正極活物質を用いることが好ましい。
<Positive electrode active material>
The positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention uses the sulfate of the present invention which is a positive electrode material for a lithium secondary battery of the present invention as a positive electrode active material (positive electrode material) of a positive electrode active material layer. As the positive electrode active material, only the sulfate of the present invention may be used, and if necessary, other positive electrode active materials other than the sulfate of the present invention may be used in combination. In that case, as other positive electrode active materials, transition metal oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide, transition metal polyanions such as lithium iron phosphate, lithium manganese phosphate, etc. Two or more kinds can be used, but the ratio of the sulfate of the present invention in the total positive electrode active material is 20 mass in order to effectively obtain the safety and energy density improvement effect by using the sulfate of the present invention. It is preferable to use another positive electrode active material so that it may become more than%, especially 40 mass% or more.

正極活物質層中の正極活物質の含有量は、50〜98質量%、特に65〜95質量%であることが好ましい。正極活物質層中の正極活物質の含有量が少な過ぎると、電池容量や導電性が十分でない場合があり、多過ぎると相対的に結着剤の含有量が少なくなって正極の機械的強度が不足する場合がある。   The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 50 to 98% by mass, particularly 65 to 95% by mass. If the content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is too small, the battery capacity and conductivity may not be sufficient, and if it is too large, the binder content will be relatively small and the mechanical strength of the positive electrode will be reduced. May be insufficient.

<結着剤>
結着剤としては、後述する液体溶媒に対して安定な高分子が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロース等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム又はエチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、又はプロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜12)共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、又はポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Binder>
As the binder, a polymer that is stable against a liquid solvent described later is preferable. For example, resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, cellulose, rubbery polymers such as styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber or ethylene / propylene rubber, styrene / butadiene / styrene block Polymers, hydrogenated products thereof, styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers and thermoplastic elastomeric polymers such as hydrogenated products, syndiotactic 1,2-polybutadiene , Ethylene / vinyl acetate copolymer, or soft resinous polymer such as propylene / α-olefin (carbon number 2 to 12) copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), or polytetrafluoroethylene. Fluorine polymers such as Oroechiren-ethylene copolymer, a polymer composition such as having ion conductivity of an alkali metal ion (especially lithium ion) and the like. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

上記のイオン伝導性を有する高分子組成物としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物や、ポリエーテル化合物の架橋体高分子や、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、又はポリアクリロニトリル等の高分子化合物に、リチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩を複合させた高分子、又はこれにプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等の高い誘電率又はイオン−双極子相互作用力を有する有機化合物を配合した高分子を用いることができる。   Examples of the polymer composition having ion conductivity include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, crosslinked polymers of polyether compounds, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, and polyvinylpyrrolidone. , A polymer obtained by combining a lithium salt or an alkali metal salt mainly composed of lithium with a polymer compound such as polyvinylidene carbonate or polyacrylonitrile, or a high dielectric constant such as propylene carbonate, ethylene carbonate or γ-butyrolactone. Alternatively, a polymer in which an organic compound having an ion-dipole interaction force is mixed can be used.

具体的には、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、又はセルロース及びその誘導体(例えばカルボキシメチルセルロース)等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、又はエチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子が挙げられ、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン・ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエチレンオキシドが挙げられ、更に好ましくは、ポリエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、又はポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。これらは、現在工業的に一般に使用されており、扱い易いため好適である。   Specifically, resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, or cellulose and derivatives thereof (for example, carboxymethylcellulose), styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, or ethylene / propylene are usually used. Rubber-like polymers such as rubber, fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers, polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyethers Examples include crosslinked polymers of the compound, preferably polyethylene, polypropylene, styrene / butadiene rubber, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, or polyethylene oxide. Is, more preferably, polyethylene, styrene-butadiene, polyvinylidene fluoride, or polytetrafluoroethylene. These are currently used industrially and are suitable because they are easy to handle.

正極活物質層中の結着剤の含有量は、通常1〜15質量%、好ましくは1〜10質量%である。正極活物質層中の結着剤の含有量が少なすぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまうおそれがある一方で、多すぎると、電池容量や導電性の低下につながるおそれがある。   Content of the binder in a positive electrode active material layer is 1-15 mass% normally, Preferably it is 1-10 mass%. If the content of the binder in the positive electrode active material layer is too small, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the positive electrode has insufficient mechanical strength, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. If the amount is too large, the battery capacity and conductivity may be reduced.

<導電剤>
本発明に係る正極活物質層には、導電剤を含んでいてもよい。導電剤は、用いる正極活物質の充放電電位において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であればどのようなものでもよい。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカ−ボンブラック類、炭素繊維、気相成長炭素繊維(VGCF)、金属繊維等の導電性繊維類、フッ化カーボン、銅等の金属粉末類等を単独又はこれらの混合物として含ませることができる。これらの導電剤のなかで、アセチレンブラック、VGCFが特に好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Conductive agent>
The positive electrode active material layer according to the present invention may contain a conductive agent. The conductive agent may be any electron conductive material that does not cause a chemical change at the charge / discharge potential of the positive electrode active material to be used. For example, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black, carbon fibers, vapor grown carbon fibers (VGCF), conductive fibers such as metal fibers, fluorine Metal powders such as carbonized carbon and copper can be contained alone or as a mixture thereof. Of these conductive agents, acetylene black and VGCF are particularly preferable. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

正極活物質層中の導電剤の含有量は、特に限定されないが、正極活物質に対して、1〜30質量%が好ましく、特に1〜15質量%が好ましい。正極活物質層中の導電剤の含有量が少なすぎると導電性が不十分になることがあり、逆に多すぎると電池容量が低下することがある。   Although content of the electrically conductive agent in a positive electrode active material layer is not specifically limited, 1-30 mass% is preferable with respect to a positive electrode active material, and 1-15 mass% is especially preferable. If the content of the conductive agent in the positive electrode active material layer is too small, the conductivity may be insufficient. Conversely, if the content is too large, the battery capacity may be reduced.

<集電体>
集電体としては、例えば、金属円柱、金属コイル、金属板、金属箔膜、炭素板、炭素薄
膜、炭素円柱等が用いられる。この中でも特に金属箔膜が、現在工業化製品に使用されて
いるために好ましい。なお、金属薄膜は適宣メッシュ状にして用いてもよい。
<Current collector>
As the current collector, for example, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal foil film, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon cylinder, or the like is used. Among these, a metal foil film is particularly preferable because it is currently used in industrialized products. The metal thin film may be used in a suitable mesh shape.

集電体として用いる金属箔膜の厚さは、特に限定はされないが、通常1μm以上、好ましくは5μm以上、更に好ましくは10μm以上、また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは20μm以下である。上記範囲よりも薄い金属箔膜の場合、集電体として必要な強度が不足する場合がある。一方で、上記範囲よりも厚いと、取り扱い性が損なわれる場合がある。   The thickness of the metal foil film used as a current collector is not particularly limited, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. It is. In the case of a metal foil film thinner than the above range, the strength required as a current collector may be insufficient. On the other hand, if it is thicker than the above range, the handleability may be impaired.

また、集電体に用いられる金属としては、具体的には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鉄、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられ、好ましくはアルミニウムである。   Specific examples of the metal used for the current collector include copper, nickel, stainless steel, iron, titanium, aluminum, and an aluminum alloy, preferably aluminum.

<製造方法>
本発明のリチウム二次電池用正極の製造方法は特に限定されない。リチウム二次電池用正極は、例えば、正極活物質としての本発明の硫酸塩と結合剤と、必要に応じて用いられる導電剤とを分散液中に分散させたスラリー状のもの(正極活物質スラリー)を、集電体上に薄く塗布・乾燥する工程、続いて所定の厚み・密度まで圧密するプレス工程により製造される。
正極活物質及び結着剤と、必要に応じて用いられる導電剤を混合して集電体上に塗布する際の正極活物質スラリーの調製には、有機溶媒が分散媒として用いられる。
<Manufacturing method>
The manufacturing method of the positive electrode for lithium secondary batteries of this invention is not specifically limited. The positive electrode for a lithium secondary battery is, for example, a slurry (positive electrode active material) in which the sulfate of the present invention as a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent used as necessary are dispersed in a dispersion. Slurry) is manufactured by a thin coating and drying process on a current collector, followed by a pressing process for compacting to a predetermined thickness and density.
An organic solvent is used as a dispersion medium for preparing a positive electrode active material slurry when a positive electrode active material and a binder are mixed with a conductive agent used as necessary and applied onto a current collector.

有機溶媒としては、通常、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類、アニソール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類が挙げられ、中でも、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類等が好ましい。これらの有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the organic solvent, usually, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, and aromatic hydrocarbons such as anisole, toluene and xylene And alcohols such as butanol and cyclohexanol. Among them, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide are preferable. These organic solvents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

正極活物質、結着剤及び必要に応じて配合される導電剤をこれらの有機溶媒に混合して正極活物質スラリーを調製し、これを正極用集電体に所定の厚みとなるように塗布することにより正極活物質層が形成される。   A positive electrode active material, a binder, and a conductive agent blended as necessary are mixed with these organic solvents to prepare a positive electrode active material slurry, and this is applied to a positive electrode current collector to a predetermined thickness. By doing so, a positive electrode active material layer is formed.

正極活物質スラリー中の正極活物質の濃度の上限は通常70質量%以下、好ましくは55質量%以下であり、下限は通常30質量%以上、好ましくは40質量%以上である。正極活物質の濃度がこの上限を超えると正極活物質スラリー中の正極活物質が凝集し易くなり、下限を下回ると正極活物質スラリーの保存中に正極活物質が沈降し易くなる。
また、正極活物質スラリー中の結着剤の濃度の上限は通常30質量%以下、好ましくは10質量%以下であり、下限は通常0.1質量%以上、好ましくは0.5重量以上である。結着剤の濃度がこの上限を超えると得られる正極の内部抵抗が大きくなり、上記下限を下回ると正極活物質層の結着性に劣るものとなる。
The upper limit of the concentration of the positive electrode active material in the positive electrode active material slurry is usually 70% by mass or less, preferably 55% by mass or less, and the lower limit is usually 30% by mass or more, preferably 40% by mass or more. If the concentration of the positive electrode active material exceeds this upper limit, the positive electrode active material in the positive electrode active material slurry tends to aggregate, and if it falls below the lower limit, the positive electrode active material tends to settle during storage of the positive electrode active material slurry.
Further, the upper limit of the concentration of the binder in the positive electrode active material slurry is usually 30% by mass or less, preferably 10% by mass or less, and the lower limit is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% or more. . When the concentration of the binder exceeds this upper limit, the internal resistance of the positive electrode obtained increases, and when it falls below the lower limit, the binding property of the positive electrode active material layer becomes poor.

なお、塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。   The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.

リチウム二次電池用正極はまた、後述の実施例に示されるように、正極活物質としての本発明の硫酸塩と結合剤と、必要に応じて用いられる導電剤とを混合してペースト状としたものを成膜して製造することもできる。   The positive electrode for a lithium secondary battery is also paste-like by mixing the sulfate of the present invention as a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent used as necessary, as shown in the examples described later. It is also possible to manufacture the film by forming a film.

このようにして形成される正極活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。   Thus, the thickness of the positive electrode active material layer formed is about 10-200 micrometers normally.

<充填密度>
本発明のリチウム二次電池用正極の正極活物質層の充填密度は、特に制限されないが、通常0.1g/cm以上、好ましくは0.5g/cm以上、また通常5.0g/cm以下、好ましくは4.0g/cm以下である。正極の充填密度がこの範囲を下回ると、高容量の電池を得難い場合もある。一方、この範囲を上回ると正極中の気孔量が少なくなる場合があり、好ましい電池特性を得難い場合もある。正極の充填密度は、集電体を除く正極重量を、正極面積と正極厚みで除して求めた値を用いる。
<Filling density>
The packing density of the positive electrode active material layer of the positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is usually 0.1 g / cm 3 or more, preferably 0.5 g / cm 3 or more, and usually 5.0 g / cm. 3 or less, preferably 4.0 g / cm 3 or less. If the packing density of the positive electrode is below this range, it may be difficult to obtain a high-capacity battery. On the other hand, if it exceeds this range, the amount of pores in the positive electrode may decrease, and it may be difficult to obtain favorable battery characteristics. As the packing density of the positive electrode, a value obtained by dividing the weight of the positive electrode excluding the current collector by the positive electrode area and the positive electrode thickness is used.

<空隙率>
本発明のリチウム二次電池用正極の正極活物質層の空隙率は、特に制限されないが、通常10%以上、好ましくは20%以上、また通常50%以下、好ましくは40%以下である。正極の空隙率がこの範囲を下回ると、正極中の気孔が少なく電解液が浸透し難くなり、好ましい電池特性を得難い場合もある。一方、この範囲を上回ると、正極中の気孔が多く正極強度が弱くなりすぎて、好ましい電池特性を得難い場合もある。正極の空隙率は、正極の水銀ポロシメータによる細孔分布測定によって得られる全細孔容積を、集電体を除いた正極活物質層の見掛け体積で割った値の百分率を用いる。
<Porosity>
The porosity of the positive electrode active material layer of the positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is usually 10% or more, preferably 20% or more, and usually 50% or less, preferably 40% or less. When the porosity of the positive electrode is less than this range, there are few pores in the positive electrode, and the electrolyte does not easily penetrate, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics. On the other hand, if this range is exceeded, there may be many pores in the positive electrode and the positive electrode strength becomes too weak, making it difficult to obtain favorable battery characteristics. As the porosity of the positive electrode, a percentage obtained by dividing the total pore volume obtained by measuring the pore distribution with a mercury porosimeter of the positive electrode by the apparent volume of the positive electrode active material layer excluding the current collector is used.

[リチウム二次電池]
本発明のリチウム二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びにリチウム塩を含有する非水電解質を備え、正極として本発明のリチウム二次電池用正極を用いたものである。
[Lithium secondary battery]
The lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, and uses the positive electrode for a lithium secondary battery of the present invention as a positive electrode. .

本発明のリチウム二次電池を構成する負極、非水電解質等の電池構成上必要な、正極以外の部材の選択については特に制限されない。以下において、本発明のリチウム二次電池用正極を用いた本発明のリチウム二次電池を構成する正極以外の部材の材料等を例示するが、使用し得る材料はこれらの具体例に限定されるものではない。   The selection of members other than the positive electrode necessary for the battery configuration such as the negative electrode and the nonaqueous electrolyte constituting the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. In the following, materials of members other than the positive electrode constituting the lithium secondary battery of the present invention using the positive electrode for lithium secondary battery of the present invention will be exemplified, but usable materials are limited to these specific examples. It is not a thing.

<負極>
負極は、集電体基板上に、負極活物質と、結着及び増粘効果を有する有機物(結着剤)を含有する活物質層を形成してなり、通常、負極活物質と結着剤を、水又は有機溶媒中に分散させたスラリー状のものを、集電体上に薄く塗布・乾燥する工程、続いて所定の厚み・密度まで圧密するプレス工程により形成される。
<Negative electrode>
The negative electrode is formed by forming an active material layer containing a negative electrode active material and an organic substance (binder) having a binding and thickening effect on a current collector substrate. Usually, the negative electrode active material and the binder are used. Is formed by a step of thinly applying and drying a slurry in which water is dispersed in water or an organic solvent on a current collector, followed by a pressing step of compacting to a predetermined thickness and density.

<負極活物質>
負極活物質には、リチウムを吸蔵・放出できる機能を有している限り特に制限はないが、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛、球形化黒鉛等)、人造黒鉛(メソカーボンマイクロビーズ等)のグラファイト類、ピッチや樹脂等を焼成した非晶質炭素類、黒鉛と非晶質炭素を複合化した多相構造材料類、アルミニウム、錫等の金属類、SiO、チタン酸リチウム、TiO等の酸化物類が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it has a function capable of occluding and releasing lithium. For example, natural graphite (scaly graphite, spheroidized graphite, etc.), artificial graphite (mesocarbon microbeads, etc.) Graphite, amorphous carbon obtained by firing pitch, resin, etc., multi-phase structural material obtained by combining graphite and amorphous carbon, metals such as aluminum and tin, SiO 2 , lithium titanate, TiO 2, etc. These oxides are mentioned. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

負極活物質層中の負極活物質の含有量は、50〜99質量%が好ましく、65〜95質量%が特に好ましい。負極活物質層中の負極活物質の含有量が少な過ぎると電池容量や導電性が十分でない場合があり、多過ぎると相対的に結着剤の含有量が少なくなって、負極の機械的強度が不足する場合がある。   The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably 50 to 99% by mass, particularly preferably 65 to 95% by mass. If the content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is too small, the battery capacity and conductivity may not be sufficient. If the content is too large, the binder content will be relatively small, and the mechanical strength of the negative electrode will be reduced. May be insufficient.

<導電剤>
負極活物質層には、負極用導電剤を用いることができる。負極用導電剤は、用いる負極活物質の充放電電位において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば何でもよい。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、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類;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類;フッ化カーボン類;アルミニウム等の金属粉末類;酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類;酸化チタン等の導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料;等を単独又はこれらの混合物として含ませることができる。これらの導電剤のなかで、人造黒鉛、アセチレンブラック等が特に好ましい。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Conducting agent>
A negative electrode conductive agent can be used for the negative electrode active material layer. The negative electrode conductive agent may be any electron conductive material that does not cause a chemical change at the charge / discharge potential of the negative electrode active material to be used. For example, graphite such as natural graphite (flaky graphite, etc.), artificial graphite, etc .; carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, etc .; conductive properties such as carbon fiber, metal fiber, etc. Conductive fibers; Carbon fluorides; Metal powders such as aluminum; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; It can be included alone or as a mixture thereof. Among these conductive agents, artificial graphite, acetylene black and the like are particularly preferable.
These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

導電剤の添加量は、特に限定されないが、負極活物質に対して1〜50質量%が好ましく、特に1〜30質量%が好ましい。カーボンブラックやグラファイトでは、2〜15質量%が特に好ましい。   Although the addition amount of a electrically conductive agent is not specifically limited, 1-50 mass% is preferable with respect to a negative electrode active material, and 1-30 mass% is especially preferable. In the case of carbon black or graphite, 2 to 15% by mass is particularly preferable.

<結着剤>
負極活物質層の形成に用いられる結着剤としては、特に制限はなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の何れであってもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体又は前記材料の(Na)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体又は前記材料の(Na)イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体又は前記材料の(Na)イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体又は前記材料の(Na)イオン架橋体を挙げることができ、これらの材料を単独又は混合物として用いることができる。これらの材料の中でより好ましい材料はポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。
<Binder>
There is no restriction | limiting in particular as a binder used for formation of a negative electrode active material layer, Any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin may be sufficient. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), Tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin) , Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrif Oroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer or (Na + ) ion crosslinked product, ethylene-methacrylic acid copolymer or (Na + ) ion crosslinked product of the material, ethylene-methyl acrylate copolymer, or (Na + ) ion crosslinked product of the material, ethylene-methacrylic acid Examples thereof include an acid methyl copolymer or a (Na + ) ion-crosslinked product of the above materials, and these materials can be used alone or as a mixture. Among these materials, more preferable materials are polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE).

負極活物質層中の結着剤の含有量は1〜30質量%が好ましく、特に1〜10質量%が好ましい。   The content of the binder in the negative electrode active material layer is preferably 1 to 30% by mass, and particularly preferably 1 to 10% by mass.

<その他の添加剤>
負極活物質層には、前述の導電剤の他、更にフィラー、分散剤、イオン伝導体、圧力増強剤及びその他の各種添加剤を配合することができる。フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であればどのようなものでも用いることができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素等の繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、負極活物質層中の含有量として0〜30質量%が好ましい。
<Other additives>
In addition to the conductive agent described above, the negative electrode active material layer may further contain a filler, a dispersant, an ionic conductor, a pressure enhancer, and other various additives. Any filler can be used as long as it is a fibrous material that does not cause a chemical change in the constructed battery. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, and fibers such as glass and carbon are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0-30 mass% is preferable as content in a negative electrode active material layer.

<集電体>
負極用集電体としては、例えば、電解液中での陽極酸化によって表面に不動態皮膜を形成する弁金属又はその合金を用いるのが好ましい。弁金属としては、周期表4族、5族、13族に属する金属及びこれらの合金を例示することができる。具体的には、Al、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta及びこれらの金属を含む合金等を例示することができ、Al、Ti、Ta及びこれらの金属を含む合金を好ましく使用することができる。特にAl及びその合金は軽量であるためエネルギー密度が高くて望ましい。負極用集電体の厚みは特に限定されないが通常1〜50μm程度である。
<Current collector>
As the negative electrode current collector, for example, a valve metal or an alloy thereof that forms a passive film on the surface by anodic oxidation in an electrolytic solution is preferably used. Examples of the valve metal include metals belonging to Groups 4, 5, and 13 of the periodic table and alloys thereof. Specifically, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta and alloys containing these metals can be exemplified, and Al, Ti, Ta and alloys containing these metals can be preferably used. . In particular, Al and its alloys are desirable because of their light weight and high energy density. The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, but is usually about 1 to 50 μm.

<製造方法>
前述の負極活物質、結着剤及び必要に応じて配合される負極用導電剤、その他フィラー等をこれらの溶媒に混合して負極活物質スラリーを調製し、これを負極用集電体に所定の厚みとなるように塗布することにより負極活物質層が形成される。
<Manufacturing method>
A negative electrode active material slurry is prepared by mixing the above-described negative electrode active material, a binder, a negative electrode conductive agent blended as necessary, and other fillers with these solvents, and this is used as a negative electrode current collector. The negative electrode active material layer is formed by coating so that the thickness becomes.

負極活物質スラリーの調製には、水系溶媒又は有機溶媒が分散媒として用いられる。水系溶媒としては、通常、水が用いられるが、これにエタノール等のアルコール類、N−メチルピロリドン等の環状アミド類等の添加剤を水に対して、30質量%以下程度まで添加することもできる。また、有機溶媒としては、通常、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類、アニソール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類が挙げられ、中でも、N−メチルピロリドン等の環状アミド類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類等が好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   For the preparation of the negative electrode active material slurry, an aqueous solvent or an organic solvent is used as a dispersion medium. As the aqueous solvent, water is usually used, and additives such as alcohols such as ethanol and cyclic amides such as N-methylpyrrolidone may be added to water up to about 30% by mass or less. it can. As the organic solvent, usually, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, and aromatic carbonization such as anisole, toluene and xylene Examples thereof include alcohols such as hydrogens, butanol and cyclohexanol, among which cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, linear amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide are preferable. . These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

負極活物質スラリー中の負極活物質の濃度の上限は通常70質量%以下、好ましくは55質量%以下であり、下限は通常30質量%以上、好ましくは40質量%以上である。負極活物質の濃度がこの上限を超えると負極活物質スラリー中の負極活物質が凝集し易くなり、下限を下回ると負極活物質スラリーの保存中に負極活物質が沈降し易くなる。
また、負極活物質スラリー中の結着剤の濃度の上限は通常30質量%以下、好ましくは10質量%以下であり、下限は通常0.1質量%以上、好ましくは0.5重量以上である。結着剤の濃度がこの上限を超えると得られる負極の内部抵抗が大きくなり、下限を下回ると負極活物質層の結着性に劣るものとなる場合もある。
The upper limit of the concentration of the negative electrode active material in the negative electrode active material slurry is usually 70% by mass or less, preferably 55% by mass or less, and the lower limit is usually 30% by mass or more, preferably 40% by mass or more. When the concentration of the negative electrode active material exceeds this upper limit, the negative electrode active material in the negative electrode active material slurry tends to aggregate, and when the concentration is lower than the lower limit, the negative electrode active material tends to settle during storage of the negative electrode active material slurry.
The upper limit of the binder concentration in the negative electrode active material slurry is usually 30% by mass or less, preferably 10% by mass or less, and the lower limit is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% or more. . When the concentration of the binder exceeds the upper limit, the internal resistance of the negative electrode obtained increases, and when the concentration is lower than the lower limit, the binding property of the negative electrode active material layer may be inferior.

このようにして形成される負極活物質層の厚さは、通常5〜200μm程度である。   The thickness of the negative electrode active material layer thus formed is usually about 5 to 200 μm.

<非水電解質>
非水電解質としては、非水系電解液や固体電解質等、任意の非水電解質を用いることができる。なおここで電解質とはイオン導電体すべてのことをいい、電解液及び固体電解質は共に電解質に含まれるものとする。
非水系電解液としては、例えば、非水系溶媒に溶質を溶解したものを用いることができる。溶質としては、リチウム塩が用いられる。具体的には、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiC(CFSO等が好ましく用いられる。これらの溶質は、1種類を選択して使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。電解液中のこれらの溶質の含有量は、0.2mol/L以上、特に0.5mol/L以上で、2mol/L以下、特に1.5mol/L以下であることが好ましい。
<Nonaqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, any non-aqueous electrolyte such as a non-aqueous electrolyte solution or a solid electrolyte can be used. Here, the electrolyte refers to all ionic conductors, and both the electrolytic solution and the solid electrolyte are included in the electrolyte.
As the non-aqueous electrolyte, for example, a solution obtained by dissolving a solute in a non-aqueous solvent can be used. A lithium salt is used as the solute. Specifically, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and the like are preferably used. One kind of these solutes may be selected and used, or two or more kinds may be mixed and used. The content of these solutes in the electrolytic solution is preferably 0.2 mol / L or more, particularly 0.5 mol / L or more, and 2 mol / L or less, particularly 1.5 mol / L or less.

非水系溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状エステル化合物;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル;クラウンエーテル、2−メチルテトラヒドロフラン、1,2−ジメチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル;ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;テトラメチレンスルホン等のスルホン類等を用いることができる。これらの中でも、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含有する非水溶媒が好ましい。
これらの溶媒は1種類を選択して使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate, cyclic ester compounds such as γ-butyrolactone; chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; crown ethers, 2- Cyclic ethers such as methyltetrahydrofuran, 1,2-dimethyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane and tetrahydrofuran; chain carbonates such as diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dimethyl carbonate; sulfones such as tetramethylene sulfone and the like can be used. . Among these, a nonaqueous solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is preferable.
One type of these solvents may be selected and used, or two or more types may be mixed and used.

本発明に係る非水系電解液は、分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステルや従来公知の過充電防止剤、脱酸剤、脱水剤等の種々の助剤を含有していてもよい。   The nonaqueous electrolytic solution according to the present invention may contain various auxiliary agents such as a cyclic carbonate having an unsaturated bond in the molecule, a conventionally known overcharge inhibitor, a deoxidizer, and a dehydrator.

分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、ビニレンカーボネート系化合物、ビニルエチレンカーボネート系化合物、メチレンエチレンカーボネート系化合物等が挙げられる。   Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond in the molecule include vinylene carbonate compounds, vinyl ethylene carbonate compounds, methylene ethylene carbonate compounds, and the like.

ビニレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、4,5−ジエチルビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネート等が挙げられる。   Examples of the vinylene carbonate compounds include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, 4,5-diethyl vinylene carbonate, fluoro vinylene carbonate, trifluoromethyl vinylene carbonate, and the like.

ビニルエチレンカーボネート系化合物としては、例えば、ビニルエチレンカーボネート、4−メチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4−エチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4−n−プロピル−4−ビニルエチレンカーボネート、5−メチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。   Examples of the vinyl ethylene carbonate compound include vinyl ethylene carbonate, 4-methyl-4-vinyl ethylene carbonate, 4-ethyl-4-vinyl ethylene carbonate, 4-n-propyl-4-vinyl ethylene carbonate, 5-methyl- Examples include 4-vinylethylene carbonate, 4,4-divinylethylene carbonate, 4,5-divinylethylene carbonate, and the like.

メチレンエチレンカーボネート系化合物としては、例えば、メチレンエチレンカーボネート、4,4−ジメチル−5−メチレンエチレンカーボネート、4,4−ジエチル−5−メチレンエチレンカーボネート等が挙げられる。   Examples of the methylene ethylene carbonate compound include methylene ethylene carbonate, 4,4-dimethyl-5-methylene ethylene carbonate, 4,4-diethyl-5-methylene ethylene carbonate, and the like.

これらのうち、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、特にビニレンカーボネートが好ましい。
これらは1種を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
Of these, vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate is particularly preferable.
These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

非水系電解液が分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.3質量%以上、最も好ましくは0.5質量%以上であり、通常8質量%以下、好ましくは4質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。   When the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carbonate having an unsaturated bond in the molecule, the proportion in the non-aqueous electrolyte is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, particularly preferably. Is 0.3% by mass or more, most preferably 0.5% by mass or more, usually 8% by mass or less, preferably 4% by mass or less, and particularly preferably 3% by mass or less.

分子内に不飽和結合を有する環状炭酸エステルを電解液に含有させることにより、電池のサイクル特性を向上させることができる。その理由は明かではないが、負極の表面に安定な保護被膜を形成することができるためと推測される。ただし、その含有量が少ないとこの特性が十分に向上しない。しかし、その含有量が多すぎると高温保存時にガス発生量が増大する傾向にあるので、電解液中の含有量は上記の範囲とするのが好ましい。   By including in the electrolyte a cyclic carbonate having an unsaturated bond in the molecule, the cycle characteristics of the battery can be improved. Although the reason is not clear, it is presumed that a stable protective film can be formed on the surface of the negative electrode. However, when the content is small, this property is not sufficiently improved. However, if the content is too large, the amount of gas generation tends to increase during high-temperature storage, so the content in the electrolyte is preferably in the above range.

過充電防止剤としては、例えば、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2−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等の前記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール;2,6−ジフルオロアニソ−ル等の含フッ素アニソール化合物等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上併用してもよい。
Examples of the overcharge inhibitor include aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran; 2-fluoro Partially fluorinated products of the above aromatic compounds such as biphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene; fluorine-containing compounds such as 2,4-difluoroanisole and 2,5-difluoroanisole; Anisole compounds and the like can be mentioned.
These may be used alone or in combination of two or more.

非水系電解液中における過充電防止剤の割合は、通常0.1〜5質量%である。過充電防止剤を含有させることにより、過充電等のときに電池の破裂・発火を抑制することができる。   The ratio of the overcharge inhibitor in the non-aqueous electrolyte is usually 0.1 to 5% by mass. By containing an overcharge preventing agent, rupture / ignition of the battery can be suppressed during overcharge or the like.

他の助剤としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、フェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィド、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド等の含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド等の含フッ素芳香族化合物等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上併用して用いてもよい。
Examples of other auxiliaries include carbonate compounds such as fluoroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, phenylethylene carbonate, erythritan carbonate, spiro-bis-dimethylene carbonate, methoxyethyl-methyl carbonate; succinic anhydride, anhydrous glutar Carboxylic acid anhydrides such as acid, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, phenylsuccinic anhydride; Ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, tetramethylthiuram monosulfide Sulfur-containing compounds such as N, N-dimethylmethanesulfonamide and N, N-diethylmethanesulfonamide; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3 -Nitrogen-containing compounds such as dimethyl-2-imidazolidinone and N-methylsuccinimide; hydrocarbon compounds such as heptane, octane and cycloheptane; fluorine-containing compounds such as fluorobenzene, difluorobenzene, hexafluorobenzene and benzotrifluoride An aromatic compound etc. are mentioned.
These may be used alone or in combination of two or more.

非水系電解液中におけるこれらの助剤の割合は、通常0.1〜5質量%である。これらの助剤を含有することにより、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させることができる。   The ratio of these auxiliaries in the nonaqueous electrolytic solution is usually 0.1 to 5% by mass. By containing these auxiliaries, capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage can be improved.

また、非水系電解液は、電解液中に有機高分子化合物を含ませ、ゲル状、ゴム状、固体シート状等の固体電解質としてもよい。この場合、有機高分子化合物の具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピクロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等のビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)等のポリマー共重合体等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上併用して用いてもよい。
Further, the non-aqueous electrolyte solution may include an organic polymer compound in the electrolyte solution, and may be a solid electrolyte such as a gel, rubber, or solid sheet. In this case, specific examples of the organic polymer compound include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide; crosslinked polymers of polyether polymer compounds; vinyl alcohol polymers such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral. Compound: insolubilized product of vinyl alcohol polymer compound; polyepichlorohydrin; polyphosphazene; polysiloxane; vinyl polymer compound such as polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile; poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate), Examples thereof include polymer copolymers such as poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate-co-methyl methacrylate).
These may be used alone or in combination of two or more.

<その他の構成部材>
本発明のリチウム二次電池には、非水電解質、負極、及び正極の他に、更に必要に応じて、外缶、セパレータ、ガスケット、封口板、セルケース等を用いることもできる。
<Other components>
In addition to the non-aqueous electrolyte, the negative electrode, and the positive electrode, an outer can, a separator, a gasket, a sealing plate, a cell case, and the like can also be used for the lithium secondary battery of the present invention as necessary.

セパレータの材質や形状は特に制限されない。セパレータは正極と負極が物理的に接触しないように分離するためのものであり、イオン透過性が高く、電気抵抗が低いものが好ましい。セパレータは電解液に対して安定で保液性が優れた材料の中から選択するのが好ましい。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布が挙げられる。   The material and shape of the separator are not particularly limited. The separator is for separating the positive electrode and the negative electrode so that they do not come into physical contact, and preferably has a high ion permeability and a low electric resistance. The separator is preferably selected from materials that are stable with respect to the electrolyte and excellent in liquid retention. Specific examples include porous sheets or nonwoven fabrics made from polyolefins such as polyethylene and polypropylene.

<リチウム二次電池の形状>
本発明のリチウム二次電池の形状は特に制限されず、例えば、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等にすることができる。
<Shape of lithium secondary battery>
The shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spiral, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a pellet electrode and a separator are stacked. It can be a coin type or the like.

<リチウム二次電池の製造方法>
非水電解質、負極及び正極を少なくとも有する本発明のリチウム二次電池を製造する方法は特に限定されず、通常採用されている方法の中から適宜選択することができる。本発明のリチウム二次電池の製造方法の一例を挙げると、外缶上に負極を載せ、その上に非水系電解液とセパレータを設け、更に負極と対向するように正極を載せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池を組み立てる方法が挙げられる。
<Method for producing lithium secondary battery>
The method for producing the lithium secondary battery of the present invention having at least a nonaqueous electrolyte, a negative electrode, and a positive electrode is not particularly limited, and can be appropriately selected from commonly employed methods. An example of a method for producing a lithium secondary battery of the present invention is as follows. A negative electrode is placed on an outer can, a non-aqueous electrolyte and a separator are provided thereon, a positive electrode is placed so as to face the negative electrode, a gasket, A method of assembling the battery by caulking with a sealing plate is mentioned.

次に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these Examples, unless the summary is exceeded.

[物性の測定方法]
後述の各実施例及び比較例において製造された硫酸塩の物性等は、各々次のようにして測定した。
[Measurement method of physical properties]
The physical properties and the like of sulfates produced in each of Examples and Comparative Examples described later were measured as follows.

<一次粒子径>
SEMにて異なる3視野を観察し、その平均値から一次粒子の平均粒径を求めた。
<Primary particle size>
Three different visual fields were observed with SEM, and the average particle size of primary particles was determined from the average value.

<結晶相の確認>
以下に記載のCuKα線を使用した粉末X線回折測定により求めた。
(粉末X線回折測定装置仕様)
装置名:オランダPANalytical社製 X’Pert Pro
光学系:集中法光学系
(光学系仕様)
入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit(0.04rad)
Divergence Slit (Fixed Slit)
試料台:回転試料台(Spinner)
受光側:半導体アレイ検出器(PIXcel−1D)
Ni−filter
Soller Slit(0.04rad)
ゴニオ半径:240mm
(測定条件)
X線出力(CuKα):40kV、45mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):10.0−110.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.013°
計数時間:298.095sec
<Confirmation of crystal phase>
It calculated | required by the powder X-ray-diffraction measurement using the CuK (alpha) ray described below.
(Powder X-ray diffraction measurement device specifications)
Device name: X'Pert Pro, manufactured by PANallytical, Netherlands
Optical system: Concentrated optical system (optical system specification)
Incident side: Enclosed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (0.04 rad)
Divergence Slit (Fixed Slit)
Sample stage: Rotating sample stage (Spinner)
Light receiving side: Semiconductor array detector (PIXcel-1D)
Ni-filter
Soller Slit (0.04 rad)
Gonio radius: 240mm
(Measurement condition)
X-ray output (CuKα): 40 kV, 45 mA
Scanning axis: θ / 2θ
Scanning range (2θ): 10.0-110.0 °
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.013 °
Counting time: 298.095 sec

[実施例1]
<硫酸塩の製造>
LiSO・HOとMnSO・HOを、0.98:1.00のモル比となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下、550℃で4日間熱処理を行うことにより、組成がLiMn(SOの硫酸塩を得た。
得られた硫酸塩の物性の評価結果を表1に示す。
[Example 1]
<Manufacture of sulfate>
Li 2 SO 4 .H 2 O and MnSO 4 .H 2 O are weighed and mixed at a molar ratio of 0.98: 1.00, and then heat-treated at 550 ° C. for 4 days in an air atmosphere. Thus, a sulfate having a composition of Li 2 Mn (SO 4 ) 2 was obtained.
Table 1 shows the evaluation results of the physical properties of the obtained sulfate.

<リチウム二次電池用正極の作製>
上記方法で作製した硫酸塩に導電剤として15質量%のカーボンブラック(Alfa Aesar社製)を添加し、2時間ボールミルで処理を行った。この粉末160mg(21mgのカーボンブラック含有)に対し、更に導電剤としてカーボンブラック20mgを入れ、乳鉢中で混合した。この混合物に、バインダーとしPTFE(三井・デュポンフルオロケミカル株式会社製「6−J」)を20mg入れ、乳鉢中で更に混合した。得られたバインダーを含む混合物を引き伸ばした後、12mmφの径に打ち抜き正極とした。ここで、正極の重量は10mg程度になるように調整した。
この正極を60℃で一晩乾燥して評価用の正極とした。
<Preparation of positive electrode for lithium secondary battery>
15% by mass of carbon black (manufactured by Alfa Aesar) as a conductive agent was added to the sulfate produced by the above method, and the resultant was treated with a ball mill for 2 hours. 20 mg of carbon black was further added as a conductive agent to 160 mg of this powder (containing 21 mg of carbon black), and mixed in a mortar. 20 mg of PTFE (“6-J” manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) as a binder was added to this mixture, and further mixed in a mortar. The obtained mixture containing the binder was stretched and then punched out to a diameter of 12 mmφ to obtain a positive electrode. Here, the weight of the positive electrode was adjusted to be about 10 mg.
This positive electrode was dried at 60 ° C. overnight to obtain a positive electrode for evaluation.

<リチウム二次電池の作製>
得られた正極をAr雰囲気下のグローブボックスに移し、テトラメチレンスルホンを溶媒とした1mol/L−LiClO電解液と、セパレータとしてボロシリケートグラスファイバーシート(Whatman GF/D)と、対極としてリチウム金属箔とを用い、スエジロックセル(リチウム二次電池)を作製した。
<Production of lithium secondary battery>
The obtained positive electrode was transferred to a glove box under an Ar atmosphere, 1 mol / L-LiClO 4 electrolytic solution using tetramethylene sulfone as a solvent, borosilicate glass fiber sheet (Whatman GF / D) as a separator, and lithium metal as a counter electrode. Using the foil, a swagelok cell (lithium secondary battery) was produced.

<電池評価>
1/20C(理論容量を1Cとして計算)の電流密度でリチウム対極に対して5.0Vまで充電し、更に、5.0Vの一定電圧で電流値が1/100Cまたは理論容量になるまで充電し、正極中からリチウムを脱離させた後、1/20Cの電流密度でリチウム対極に対して2.0Vまで放電を行ない、放電容量を調べた。結果を表1に示す。
<Battery evaluation>
Charge the lithium counter electrode to 5.0 V at a current density of 1/20 C (calculated assuming a theoretical capacity of 1 C), and further charge until the current value reaches 1/100 C or the theoretical capacity at a constant voltage of 5.0 V. After desorbing lithium from the positive electrode, the lithium counter electrode was discharged to 2.0 V at a current density of 1/20 C, and the discharge capacity was examined. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
実施例1において、原料硫酸塩として、LiSO・HO、MnSO4・HO、CoSO・7HOを、モル比で1.00:0.80:0.20の割合で用いたこと以外は同様にして、硫酸塩の製造、正極及び電池の作製、並びに評価を行い、その結果を表1に示した。
[Example 2]
In Example 1, as a raw material sulfate, Li 2 SO 4 .H 2 O, MnSO 4 .H 2 O, CoSO 4 .7H 2 O were used in a molar ratio of 1.00: 0.80: 0.20. The production of sulfate, the production of the positive electrode and the battery, and the evaluation were carried out in the same manner except that they were used in Table 1. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
実施例1において、原料硫酸塩として、LiSO・HO、MnSO4・HO、CoSO・7HOを、モル比で1.00:0.60:0.40の割合で用いたこと以外は同様にして、硫酸塩の製造、正極及び電池の作製、並びに評価を行い、その結果を表1に示した。
[Example 3]
In Example 1, as a raw material sulfate, Li 2 SO 4 .H 2 O, MnSO 4 .H 2 O, CoSO 4 .7H 2 O were used in a molar ratio of 1.00: 0.60: 0.40. The production of sulfate, the production of the positive electrode and the battery, and the evaluation were carried out in the same manner except that they were used in Table 1. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
実施例1において、原料硫酸塩として、LiSO・HO、MnSO・HO、ZnSOをモル比で1.00:0.80:0.20の割合で用いたこと以外は同様にして、硫酸塩の製造、正極及び電池の作製、並びに評価を行い、その結果を表1に示した。
[Example 4]
In Example 1, except that Li 2 SO 4 .H 2 O, MnSO 4 .H 2 O, and ZnSO 4 were used as raw material sulfates in a molar ratio of 1.00: 0.80: 0.20. In the same manner, production of sulfate, production of positive electrode and battery, and evaluation were performed, and the results are shown in Table 1.

Figure 2014063660
Figure 2014063660

これらの実施例から、本発明の硫酸塩が電気化学的に活性であり、電気化学的に不活性な元素Qが低ドープ量の場合には、初回の充電容量がLiFePOの理論容量170mAh/gを上回ることが分かる。 From these examples, when the sulfate of the present invention is electrochemically active and the electrochemically inactive element Q has a low doping amount, the initial charge capacity is 170 mAh / liter of LiFePO 4 theoretical capacity. It can be seen that it exceeds g.

Claims (6)

下記一般式(1)で表される硫酸塩。
Li(Mn1−a)(SO ・・・(1)
(ここで、Qは少なくとも1個のドーパント元素を表し、指数aは一般式(1)で表される硫酸塩の電気的中性を確保するように選択され、0.5>a≧0であり、a=0における結晶構造を維持する量である。)
A sulfate represented by the following general formula (1).
Li 2 (Mn 1-a Q a) (SO 4) 2 ··· (1)
(Where Q represents at least one dopant element, and the index a is selected so as to ensure the electrical neutrality of the sulfate represented by the general formula (1), and 0.5> a ≧ 0) Yes, the amount maintaining the crystal structure at a = 0.)
一次粒子の平均粒径が1μm未満の粉体であることを特徴とする請求項1に記載の硫酸塩。   The sulfate according to claim 1, wherein the average particle size of the primary particles is a powder having a particle size of less than 1 µm. Qが、Fe、Co、Ni、V、Mg、Ca、Sr、Cu、及びZnよりなる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の硫酸塩。   The sulfate according to claim 1 or 2, wherein Q is one or more selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, V, Mg, Ca, Sr, Cu, and Zn. . 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の硫酸塩よりなるリチウム二次電池用正極材料。   The positive electrode material for lithium secondary batteries which consists of a sulfate of any one of Claim 1 thru | or 3. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の硫酸塩と結着剤とを含有する正極活物質層を集電体上に有することを特徴とするリチウム二次電池用正極。   A positive electrode for a lithium secondary battery, comprising a positive electrode active material layer containing the sulfate according to any one of claims 1 to 3 and a binder on a current collector. リチウムを吸蔵・放出可能な負極、リチウム塩を含有する非水電解質、及びリチウムを吸蔵・放出可能な正極を備えたリチウム二次電池であって、正極として請求項5に記載のリチウム二次電池用正極を用いたことを特徴とするリチウム二次電池。   A lithium secondary battery comprising a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt, and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, wherein the lithium secondary battery according to claim 5 is used as the positive electrode. A lithium secondary battery using a positive electrode for a battery.
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