JP2014063702A - Method for manufacturing negative electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Method for manufacturing negative electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014063702A JP2014063702A JP2012209616A JP2012209616A JP2014063702A JP 2014063702 A JP2014063702 A JP 2014063702A JP 2012209616 A JP2012209616 A JP 2012209616A JP 2012209616 A JP2012209616 A JP 2012209616A JP 2014063702 A JP2014063702 A JP 2014063702A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- active material
- electrode active
- electrolyte secondary
- secondary battery
- 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
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
本発明は、負極活物質の製造方法及びその方法によって製造された負極活物質を用いた非水電解質二次電池に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a negative electrode active material and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode active material produced by the method.
近年、携帯機器、ハイブリット自動車、電気自動車、家庭用蓄電用途に非水電解質二次電池の研究開発が盛んにおこなわれている。これらの分野に用いられる非水電解質二次電池は、安全性の高さが求められており、その要求を満たすため、電極活物質にチタン系材料を用いた電池が開発されている。しかしながら、電極活物質にチタン系材料を用いた電池は、電解液と負極活物質との表面が反応することによって、ガスが発生し、サイクル安定性が低下するという問題点があった。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have been actively researched and developed for portable devices, hybrid vehicles, electric vehicles, and household power storage applications. Non-aqueous electrolyte secondary batteries used in these fields are required to have high safety. In order to satisfy the demand, batteries using a titanium-based material as an electrode active material have been developed. However, a battery using a titanium-based material as an electrode active material has a problem in that gas is generated due to a reaction between the surface of the electrolytic solution and the negative electrode active material, and cycle stability is lowered.
その問題点を解決するため、例えば、特許文献2〜3にチタン系材料にフッ素化処理を施す技術が開示されている。
特許文献1は、二酸化チタンと炭酸リチウムにフッ素化合物(フッ化リチウム)を混合して焼成し、フッ素化したリチウム含有チタン酸化物からなる負極活物質を得、それを電極に塗布して負極とし、二次電池を作製している。
In order to solve the problem, for example, Patent Documents 2 to 3 disclose techniques for subjecting a titanium-based material to fluorination treatment.
In Patent Document 1, a fluorine compound (lithium fluoride) is mixed with titanium dioxide and lithium carbonate and fired to obtain a negative electrode active material made of fluorinated lithium-containing titanium oxide, which is applied to the electrode to form a negative electrode. A secondary battery is manufactured.
特許文献2は、フッ酸または水を添加した非水電解質を含む二次電池を作製している。作製した二次電池に対して充放電を行ったのち、負極を取り出してX線分光スペクトル測定したところ負極の表面にフッ化物層が存在していることが確認されている。
特許文献3は、負極活物質を電極に塗布して乾かした負極を、Mn(PF6)2と六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)とを、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒に溶解させた非水処理液に漬け、電流を流して、負極の表面を処理している。負極の表面にフッ化マンガン(実施例3,9,15)又はフッ化コバルト(実施例6,12,18)が形成されていることが確認されている。
Patent Document 2 manufactures a secondary battery including a non-aqueous electrolyte to which hydrofluoric acid or water is added. After charging / discharging the fabricated secondary battery, the negative electrode was taken out and measured by X-ray spectroscopy, and it was confirmed that a fluoride layer was present on the surface of the negative electrode.
Patent Document 3 discloses that a negative electrode obtained by applying a negative electrode active material to an electrode and drying it, Mn (PF 6 ) 2 , lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DEC). The surface of the negative electrode is treated by immersing it in a non-aqueous treatment solution dissolved in a mixed solvent of It has been confirmed that manganese fluoride (Examples 3, 9, 15) or cobalt fluoride (Examples 6, 12, 18) is formed on the surface of the negative electrode.
しかし特許文献1に記載された技術では、焼成する前の段階で、負極活物質の前駆体にフッ化物を混合しており、焼成後、フッ化物は負極活物質の表面だけでなく、内部にも多く存在していると想定される。リチウムイオンの移動脱離及び挿入に関係するのは、負極活物質の表面に存在するフッ化物のみと考えられるので、負極活物質の内部にまでフッ化物を混在させる必要はなく、内部まで混在させると、かえって負極活物質の物性の低下を招くおそれがある。 However, in the technique described in Patent Document 1, fluoride is mixed with the precursor of the negative electrode active material in a stage before firing, and after firing, the fluoride is not only inside the surface of the negative electrode active material, but also inside. It is assumed that there are many. Since it is thought that only the fluoride present on the surface of the negative electrode active material is related to the migration and desorption and insertion of lithium ions, it is not necessary to mix the fluoride up to the inside of the negative electrode active material. On the contrary, the physical properties of the negative electrode active material may be reduced.
特許文献2に記載された技術では、フッ酸、水などの添加剤を含む非水電解質を用いて二次電池を作製しなければならず、完成品としての二次電池における、非水電解質の、電極や容器への腐食の問題が予想される。
特許文献3に記載された技術では、負極活物質を用いて負極を作製した後の段階で、負極の表面にフッ化物層を電気化学的に形成する工程を1つ余分に設けなければならず、二次電池の製造工程が増える。
In the technique described in Patent Document 2, a secondary battery must be manufactured using a non-aqueous electrolyte containing additives such as hydrofluoric acid and water, and the non-aqueous electrolyte in the secondary battery as a finished product Corrosion problems to electrodes and containers are expected.
In the technique described in Patent Document 3, one extra step of electrochemically forming a fluoride layer on the surface of the negative electrode must be provided after the negative electrode is produced using the negative electrode active material. The manufacturing process of a secondary battery increases.
本発明の課題は、サイクル運転時においてガス発生がなく、優れたサイクル安定性を発現する負極活物質の製造方法及びその方法によって製造された負極活物質を用いた非水電解質二次電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode active material that does not generate gas during cycle operation and exhibits excellent cycle stability, and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode active material produced by the method It is to be.
本発明者が検討を重ねた結果、ハロゲン化材を含む溶液又は雰囲気を用いることによって、活物質の安定性が低下することなく、負極活物質表面を容易にハロゲン化できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法は、リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行する負極活物質を、ハロゲン元素を含む化合物が含まれる溶液又は雰囲気内に、所定の温度で、所定の時間浸漬し又は設置することによって、前記負極活物質の表面の一部に前記ハロゲン元素が存在した負極活物質を製造する方法である。
As a result of repeated studies by the present inventors, it has been found that by using a solution or atmosphere containing a halogenated material, the surface of the negative electrode active material can be easily halogenated without lowering the stability of the active material. It came to be completed.
The method for producing a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a lithium ion insertion / extraction reaction of 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li). The negative electrode active material that proceeds below is immersed or placed in a solution or atmosphere containing a compound containing a halogen element at a predetermined temperature for a predetermined time, so that the part of the surface of the negative electrode active material is This is a method for producing a negative electrode active material in which a halogen element is present.
前記ハロゲン元素を含む化合物が含まれる溶液は、前記ハロゲン元素を含む化合物を水系溶媒に溶解させたものであってもよい。
前記ハロゲン元素は、典型的にはフッ素である。
リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs.Li+/Li)以上、2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行する前記負極活物質は、チタン含有複合酸化物であってもよい。
The solution containing the halogen-containing compound may be a solution obtained by dissolving the halogen-containing compound in an aqueous solvent.
The halogen element is typically fluorine.
The negative electrode active material in which desorption and insertion of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or higher and 2.0 V (vs. Li + / Li) or lower is a titanium-containing composite oxide. Also good.
本発明は、前述した製造方法で製造された負極活物質を規定する。
また、本発明の非水電解質二次電池用負極活物質は、チタン含有複合酸化物からなる負極活物質の表面の一部にフッ素が存在しているものであって、前記チタン含有複合酸化物をX線光電子分析法(ESCA)にて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比F/Tiが0.01以上、1以下の値を示すことを特徴とする。
This invention prescribes | regulates the negative electrode active material manufactured with the manufacturing method mentioned above.
Further, the negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is one in which fluorine is present on a part of the surface of a negative electrode active material comprising a titanium-containing composite oxide, and the titanium-containing composite oxide As a result of surface analysis by X-ray photoelectron analysis (ESCA), the ratio F / Ti of the peak intensity between Ti and F is 0.01 or more and 1 or less.
また、非水電解質二次電池用負極 は、前記負極活物質を用いている。この負極を用いて、非水電解質二次電池を製造することができる。また、この非水電解質二次電池を複数接続して二次電池モジュールを完成させることができる。 Moreover, the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries uses the negative electrode active material. A nonaqueous electrolyte secondary battery can be manufactured using this negative electrode. Moreover, a secondary battery module can be completed by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries.
本発明の負極活物質は容易に製造でき、それを用いた非水電解質二次電池は、サイクル安定性に優れる。 The negative electrode active material of the present invention can be easily produced, and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode active material is excellent in cycle stability.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
<1.負極活物質>
本発明の非水二次電池に用いる負極活物質は、正極よりも低い電位で、リチウムイオンの挿入・脱離反応が進行すればよく、前記電位は、0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下である。前記電位の範囲内であれば、負極へのリチウム金属の析出がなく、且つ、実用的な電池電圧を発現できる。
Embodiments of the present invention will be described below.
The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
<1. Negative electrode active material>
The negative electrode active material used in the non-aqueous secondary battery of the present invention is only required to undergo lithium ion insertion / extraction reaction at a potential lower than that of the positive electrode, and the potential is 0.3 V (vs. Li + / Li ) Or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less. Within the range of the potential, there is no deposition of lithium metal on the negative electrode, and a practical battery voltage can be expressed.
リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行するとは、負極活物質へのリチウムイオン挿入が2.0V(vs.Li+/Li)以下で開始し、0.3V(vs.Li+/Li)以上で終了することである。一方、リチウムイオンの脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上、2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行するとは、負極活物質からのリチウムイオン脱離が0.3V(vs.Li+/Li)以上で開始し、2.0V(vs.Li+/Li)以下で終了することである。 When the insertion / desorption reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, the insertion of lithium ions into the negative electrode active material is 2.0 V. (vs.Li + / Li) begins below, it is to end with 0.3V (vs.Li + / Li) or more. On the other hand, if the lithium ion desorption reaction proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, the lithium ion desorption from the negative electrode active material is 0. It starts at 3 V (vs. Li + / Li) or higher and ends at 2.0 V (vs. Li + / Li) or lower.
リチウムイオン挿入・脱離反応の電圧値(vs.Li+/Li)は、例えば、負極活物質を用いた動作極、リチウム金属を対極とした半電池の充放電特性を測定し、プラトー開始時、及び終了時の電圧値を読み取ることによって求めることができる。プラトーが2箇所以上あった場合は、もっとも低い電圧値のプラトーが0.3V(vs.Li+/Li)以上であればよく、もっとも高い電圧値のプラトーが2.0V(vs.Li+/Li)以下であればよい。前記半電池に用いる動作極、電解液、セパレータは後述のものと同様のものを用いることができる。 The voltage value (vs. Li + / Li) of the lithium ion insertion / desorption reaction is measured, for example, by measuring the charge / discharge characteristics of the working electrode using the negative electrode active material and the half cell using lithium metal as the counter electrode, and starting the plateau And by reading the voltage value at the end. If plateau had two or more places, as long plateau lowest voltage value is 0.3V (vs.Li + / Li) or more, plateau highest voltage value is 2.0V (vs.Li + / Li) It may be the following. The working electrode, electrolytic solution, and separator used for the half battery can be the same as those described later.
リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行する負極活物質は、チタン酸リチウム、二酸化チタン、H2Ti12O25に代表されるチタン含有複合酸化物や、五酸化ニオブ及び二酸化モリブデンなどの金属酸化物が好ましく、負極活物質の安定性が高い点から、チタン酸リチウム、二酸化チタン、H2Ti12O25がより好ましい。また、これら負極活物質には導電性、あるいは安定性の向上のため、例えばNbなどのリチウム、チタン以外の元素が微量含まれていてもよい。
本発明に用いるチタン酸リチウムは、スピネル構造、ラムズデライト型であることが好ましく、リチウムイオンの挿入・脱離の反応における活物質の膨張収縮が小さいことから、特に好ましくは、スピネル構造であり、分子式としてLi4Ti5O12で表される。
本発明に用いる二酸化チタンは、アナタース型、ブロンズ型であることが好ましい。
これら負極活物質は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
The negative electrode active material in which the insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or higher and 2.0 V (vs. Li + / Li) or lower is lithium titanate, titanium dioxide, H 2. Titanium-containing composite oxides typified by Ti 12 O 25 and metal oxides such as niobium pentoxide and molybdenum dioxide are preferable, and lithium titanate, titanium dioxide, H 2 Ti are preferred because the negative electrode active material has high stability. 12 O 25 is more preferable. These negative electrode active materials may contain a trace amount of elements other than lithium and titanium, such as Nb, for example, in order to improve conductivity or stability.
The lithium titanate used in the present invention preferably has a spinel structure and a ramsdellite type, and particularly preferably has a spinel structure because the expansion and contraction of the active material in the reaction of insertion / extraction of lithium ions is small. The molecular formula is represented by Li 4 Ti 5 O 12 .
The titanium dioxide used in the present invention is preferably anatase type or bronze type.
One type of these negative electrode active materials may be used, or two or more types may be used.
本発明によれば、リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行する負極活物質は、表面の一部にハロゲン元素が存在する。前記ハロゲン元素としては、塩素、フッ素、臭素が挙げられるが、電解液との反応性抑制の効果が大きいことから、特にフッ素が好ましい。
本発明のリチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行する負極活物質は表面の一部に存在するハロゲン元素は、例えば、X線光電子分光分析法(以下、ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)と言う)で測定することができる。本発明に用いるESCAの種類は特に限定されないが、下記条件で行うことが好ましい。
According to the present invention, the negative electrode active material in which the insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less is performed on the surface. There is a halogen element in the part. Examples of the halogen element include chlorine, fluorine, and bromine, and fluorine is particularly preferable because it has a great effect of suppressing reactivity with the electrolytic solution.
The negative electrode active material in which the insertion / extraction reaction of the lithium ion of the present invention proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less exists on a part of the surface. The halogen element can be measured by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (hereinafter referred to as ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)). Although the kind of ESCA used for this invention is not specifically limited, It is preferable to carry out on the following conditions.
ECSAのX線源は、AlKα,MgKα,あるいはAgKαが例示されるが、一般に汎用されているAlKα であることが好ましい。
X線の強度は1kV以上、20kV以下であることが好ましい。1kV未満では測定したい元素を検出できないおそれがあり、20kVより大きい場合ではサンプルが破壊されるおそれがある。測定範囲は、直径100μm以上の円であることが好ましい。100μm未満の場合、測定したい元素を検出できないおそれがある。
The X-ray source of ECSA is exemplified by AlKα, MgKα, or AgKα, but is preferably AlKα that is generally used.
The X-ray intensity is preferably 1 kV or more and 20 kV or less. If it is less than 1 kV, the element to be measured may not be detected, and if it is greater than 20 kV, the sample may be destroyed. The measurement range is preferably a circle having a diameter of 100 μm or more. If it is less than 100 μm, the element to be measured may not be detected.
負極活物質の表面の一部に存在するハロゲン元素の割合は、ESCAでチタンの2pのピーク強度と、ハロゲン元素の1sのピーク強度との割合で規定することができる。ピーク強度は、検出されたピークの面積で算出することができる。例えばチタンの2pのピーク強度は、チタンの2p1/2のピーク面積と2p3/2のピーク面積との和で算出することができる。一方、ハロゲン元素のピーク強度、例えばフッ素のピーク強度の場合は、フッ素の1sのピーク面積から算出することができる。
前記チタンの2pのピーク強度と、ハロゲン元素の1sのピーク強度との割合(ハロゲン元素の1sのピーク強度)/(チタンの2pのピーク強度)は0.01以上、1以下であることが好ましく、0.01以上、0.5以下であることがより好ましく、0.01以上、0.3以下であることが特に好ましい。0.01未満ではガス発生抑制の効果が小さく、1より大きい場合は負極活物質の構造が崩壊する恐れがある。
The ratio of the halogen element present on a part of the surface of the negative electrode active material can be defined by the ratio of the 2p peak intensity of titanium and the 1s peak intensity of the halogen element by ESCA. The peak intensity can be calculated from the area of the detected peak. For example, the 2p peak intensity of titanium can be calculated by the sum of the 2p 1/2 peak area of titanium and the 2p 3/2 peak area. On the other hand, in the case of the peak intensity of a halogen element, for example, the peak intensity of fluorine, it can be calculated from the peak area of 1 s of fluorine.
The ratio of the 2p peak intensity of titanium to the 1s peak intensity of the halogen element (1s peak intensity of the halogen element) / (2p peak intensity of titanium) is preferably 0.01 or more and 1 or less. 0.01 or more and 0.5 or less is more preferable, and 0.01 or more and 0.3 or less is particularly preferable. If it is less than 0.01, the effect of suppressing gas generation is small, and if it is more than 1, the structure of the negative electrode active material may collapse.
リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行する負極活物質の表面の一部に、ハロゲン元素を存在させる方法は、ハロゲン元素を含む化合物を含む溶液で処理する方法、ハロゲン元素を含むガスで処理する方法が例示される。
ハロゲン元素を含む化合物を含む溶液で処理する方法は、ハロゲン元素を含む化合物(通常、粉末状である)が含まれる溶液に、所定の温度、所定の時間で負極活物質を浸漬、あるいは拡散することによって行うことができる。
A halogen element is present on a part of the surface of the negative electrode active material in which the insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less. Examples of the method include a method of treating with a solution containing a compound containing a halogen element and a method of treating with a gas containing a halogen element.
In the method of treating with a solution containing a halogen element-containing compound, the negative electrode active material is immersed or diffused in a solution containing a halogen element-containing compound (usually in a powder form) at a predetermined temperature for a predetermined time. Can be done.
ハロゲン元素を含む化合物が含まれる溶液とは、ハロゲン元素を含む化合物を水系溶媒、あるいは非水溶媒に溶解させたものが例示されるが、取り扱いが容易な水溶液が好ましい。
水溶液の場合は、溶媒中にハロゲン元素のイオンが存在すればよく、ハロゲン元素を含む化合物として、ハロゲン化水素を水に溶かしたもの、あるいはハロゲン化塩を酸水溶液に溶かしたものが挙げられる。例えば、ハロゲン元素がフッ素の場合、フッ化水素を含む水溶液、フッ化ナトリウムを塩酸水溶液に溶解させたものが例示される。
Examples of the solution containing a compound containing a halogen element include those obtained by dissolving a compound containing a halogen element in an aqueous solvent or a non-aqueous solvent, but an aqueous solution that is easy to handle is preferable.
In the case of an aqueous solution, a halogen element ion may be present in the solvent, and examples of the compound containing a halogen element include a compound in which hydrogen halide is dissolved in water or a compound in which a halide salt is dissolved in an acid aqueous solution. For example, when the halogen element is fluorine, an aqueous solution containing hydrogen fluoride, or a solution in which sodium fluoride is dissolved in an aqueous hydrochloric acid solution is exemplified.
溶液に含まれるハロゲン元素イオンの濃度は、0.001mol/L以上、5.0mol/L以下が好ましく、0.01mol/L以上、3.0mol/L以下がより好ましい。さらに言えば、負極活物質の溶解が極めて小さく、ハロゲン元素を前記負極活物質表面に存在させることが可能であることから、0.01mol/L以上、1.0mol/L以下が特に好ましい。 The concentration of halogen element ions contained in the solution is preferably 0.001 mol / L or more and 5.0 mol / L or less, and more preferably 0.01 mol / L or more and 3.0 mol / L or less. Furthermore, since dissolution of the negative electrode active material is extremely small and a halogen element can be present on the surface of the negative electrode active material, 0.01 mol / L or more and 1.0 mol / L or less are particularly preferable.
ハロゲン元素を含む化合物が含まれる溶液で処理するときの温度は、溶媒の凝固点より高く、沸点未満であることが好ましい。反応性を低下させず、且つ光熱費の影響が小さいことから、常温、あるいは5℃以上40℃未満であることが好ましい。5℃未満では、反応の進行が遅く、一方、40℃より高い場合は負極活物質が溶解する恐れがある。
ハロゲン元素を含む化合物が含まれる溶液で処理するときの時間は、1分〜100時間以下であることが好ましい。反応性を低下させず、且つ光熱費の影響が小さいことから、1分〜100時間であることが好ましい。一方、1分よりより短い場合は負極活物質の表面にハロゲン元素が付着しない可能性がある。
The temperature at the time of treatment with a solution containing a compound containing a halogen element is preferably higher than the freezing point of the solvent and lower than the boiling point. Since the reactivity is not lowered and the influence of the utility cost is small, it is preferably room temperature or 5 ° C. or more and less than 40 ° C. If the temperature is lower than 5 ° C, the reaction proceeds slowly. On the other hand, if the temperature is higher than 40 ° C, the negative electrode active material may be dissolved.
The time for treatment with a solution containing a compound containing a halogen element is preferably 1 minute to 100 hours or less. It is preferably 1 minute to 100 hours because the reactivity is not lowered and the influence of utility costs is small. On the other hand, when the time is shorter than 1 minute, the halogen element may not adhere to the surface of the negative electrode active material.
気体状のハロゲン元素を含む化合物で処理する場合は、前記負極活物質をガス流通型炉の中に設置し、気体状のハロゲン元素を含む化合物を前記炉内に流通させながら、所望の温度、例えば500〜950℃の温度で1分〜200時間加熱する方法が例示される。前記気体状のハロゲン元素を含む化合物は、例えばフッ素、フッ化メチル、臭素、臭化メチル、塩素、塩化メチル等を挙げることができる。 In the case of treating with a compound containing a gaseous halogen element, the negative electrode active material is placed in a gas flow type furnace, and the compound containing the gaseous halogen element is circulated in the furnace while at a desired temperature, For example, the method of heating at the temperature of 500-950 degreeC for 1 minute-200 hours is illustrated. Examples of the compound containing a gaseous halogen element include fluorine, methyl fluoride, bromine, methyl bromide, chlorine, and methyl chloride.
本発明の負極活物質の粒子径は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、1μm以上30μm以下であることが、取り扱いの観点からさらに好ましい。前記粒子径はSEM、TEM像から各粒子の大きさを測定し、平均粒子径を算出した値である。
本発明の負極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上50m2/g以下であることは所望の出力密度を得やすいことから好ましい。前記比表面積は、水銀ポロシメータ、BET法での測定により算出するのがよい。
The particle diameter of the negative electrode active material of the present invention is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of handling. The particle diameter is a value obtained by measuring the size of each particle from SEM and TEM images and calculating the average particle diameter.
The specific surface area of the negative electrode active material of the present invention is preferably 0.1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less because a desired output density is easily obtained. The specific surface area may be calculated by measurement using a mercury porosimeter or BET method.
本発明の負極活物質の嵩密度は、0.2g/cm3以上1.5g/cm3以下であることが好ましい。0.2g/cm3未満の場合では後述のスラリー作製時に多量の溶媒が必要となるため経済的に不利となる傾向があり、1.5g/cm3より大きいと後述の導電助材、バインダーとの混合が困難となる傾向がある。
<2.負極>
本発明の負極には、少なくとも前記負極活物質が含まれる。
The negative electrode active material of the present invention preferably has a bulk density of 0.2 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. 0.2 g / cm in the case of less than 3 tend to be economically disadvantageous because it requires a large amount of solvent in the step of preparing the slurry described below, 1.5 g / cm 3 greater than the later of conductive agent, and a binder Tend to be difficult to mix.
<2. Negative electrode>
The negative electrode of the present invention contains at least the negative electrode active material.
本発明の負極には、さらに導電助材を含有してもよく、導電助材としては、特に限定されないが、金属材料、炭素材料が好ましい。金属材料の場合は、銅、及びニッケルなど、炭素材料の場合は天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びファーネスブラックなどが挙げられる。これら導電助材は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。 The negative electrode of the present invention may further contain a conductive additive, and the conductive additive is not particularly limited, but a metal material and a carbon material are preferable. Examples of the metal material include copper and nickel, and examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. These conductive aids may be used alone or in combination of two or more.
本発明において、負極に含まれる導電助材の量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上、30重量部以下、より好ましくは2重量部以上、15重量部以下である。上記範囲であれば、負極の導電性が確保される。また、後述のバインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明において負極には、活物質を集電体に結着させるため、バインダーを使用してよく、バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、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)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミド、アクリル樹脂及びそれらの誘導体からなる群からえらばれる少なくとも1種を用いることができる。バインダーは負極の作製しやすさから、非水溶媒又は水に、溶解又は分散されていることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
In the present invention, the amount of the conductive additive contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. is there. If it is the said range, the electroconductivity of a negative electrode will be ensured. Moreover, adhesiveness with the below-mentioned binder is maintained, and adhesiveness with a collector can fully be obtained.
In the present invention, a binder may be used for the negative electrode in order to bind the active material to the current collector, and the binder is not particularly limited. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE) ), At least one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, polyimide, acrylic resin, and derivatives thereof. The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the negative electrode. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. You may add a dispersing agent and a thickener to these.
本発明において、負極に含まれるバインダーの量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。上記範囲であれば、負極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明において好ましい負極の一形態としては、負極活物質、導電助材、及びバインダーの混合物を集電体上に形成することによって作製されるが、作製方法の容易さから、上記混合物及び溶媒でスラリーを作製し、得られたスラリーを集電体上に塗工した後に、溶媒を除去することによって負極を作製する方法が好ましい。
In the present invention, the amount of the binder contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. If it is the said range, the adhesiveness of a negative electrode active material and a conductive support material will be maintained, and adhesiveness with a collector can fully be acquired.
As a preferred embodiment of the negative electrode in the present invention, it is prepared by forming a mixture of a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder on a current collector. From the ease of the preparation method, the mixture and the solvent are used. A method of preparing a negative electrode by removing the solvent after preparing the slurry and coating the obtained slurry on a current collector is preferable.
本発明の負極に用いることのできる集電体は、銅、SUS、ニッケル、チタン、アルミニウム及びそれらの合金が好ましい。
なお、集電体は、金属材料(銅、SUS、ニッケル、チタン、及びそれらの合金)の表面に負極の電位で反応しない金属を被覆したものも用いることもできる。
スラリーの作製方法は、特に限定されないが、負極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を均一に混合できることから、ボールミル、プラネタリミキサ、ジェットミル、薄膜旋回型ミキサーを用いることが好ましい。スラリーの作製は、特に限定されないが、負極活物質、導電助材、及びバインダーを混合した後に溶媒を加えて作製してもよいし、負極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を一緒に混合して作製してもよい。
The current collector that can be used in the negative electrode of the present invention is preferably copper, SUS, nickel, titanium, aluminum, or an alloy thereof.
As the current collector, a metal material (copper, SUS, nickel, titanium, and alloys thereof) coated with a metal that does not react with the potential of the negative electrode can be used.
A method for producing the slurry is not particularly limited, but it is preferable to use a ball mill, a planetary mixer, a jet mill, or a thin-film swirl mixer because the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent can be mixed uniformly. Although the production of the slurry is not particularly limited, it may be produced by mixing the negative electrode active material, the conductive additive, and the binder and then adding a solvent, or the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent together. You may mix and produce.
スラリーの固形分濃度は、30wt%以上80wt%以下であることが好ましい。30wt%未満の場合、スラリーの粘度が低すぎる傾向があり、一方、80wt%より高い場合は、スラリーの粘度が高すぎる傾向があるため、後述の電極の形成が困難となる場合がある。
スラリーに用いる溶媒は、非水溶媒、あるいは水であることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。また、これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
The solid content concentration of the slurry is preferably 30 wt% or more and 80 wt% or less. If it is less than 30 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too low, whereas if it is higher than 80 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too high, and it may be difficult to form an electrode described later.
The solvent used for the slurry is preferably a non-aqueous solvent or water. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. Moreover, you may add a dispersing agent and a thickener to these.
集電体上への負極の形成方法は、特に限定されないが、例えば上記スラリーをドクターブレード、ダイコータ、コンマコータ等により塗布した後に、溶剤を除去する方法、あるいはスプレーにより塗布した後に溶剤を除去する方法が好ましい。溶媒を除去する方法は、オーブンや真空オーブンを用いた乾燥が簡単であり好ましい。雰囲気としては室温、あるいは高温とした空気、不活性ガス、真空状態などが挙げられる。負極の形成は、前述の正極を形成する前でも、後でもよい。また、負極作製後、ロールプレス機などを用いて負極を圧縮させてもよい。前記電極の圧縮は、前述の正極を形成する前でも、後でもよい。 The method of forming the negative electrode on the current collector is not particularly limited. For example, after applying the slurry by a doctor blade, die coater, comma coater, etc., the method of removing the solvent, or the method of removing the solvent after applying by spraying Is preferred. The method for removing the solvent is preferable because it is easy to dry using an oven or a vacuum oven. Examples of the atmosphere include room temperature or high temperature air, an inert gas, and a vacuum state. The negative electrode may be formed before or after the above-described positive electrode is formed. Moreover, you may compress a negative electrode using a roll press machine etc. after negative electrode preparation. The electrode may be compressed before or after the positive electrode is formed.
本発明において、負極の厚みは、10μm以上200μm以下であることが好ましい。10μm以下では、所望の容量を得ることが難しい場合があり、200μmより厚い場合は、所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。
本発明において、負極の重量密度は、1.0g/cm3以上4.0g/cm3以下であることが好ましい。1.0g/cm3未満であれば、負極活物質、導電助材との接触が不十分となり電子伝導性が低下する場合がある。4.0g/cm3より大きい場合は、後述の電解液が負極内に浸透しにくくなり、リチウム伝導性が低下する場合がある。負極は、所望の厚み、密度まで圧縮させてもよい。圧縮は、特に限定されないが、例えば、ロールプレス、油圧プレス等を用いて行うことができる。電極の圧縮は、前述の正極を形成する前でも、後でもよい。
In the present invention, the thickness of the negative electrode is preferably 10 μm or more and 200 μm or less. If it is 10 μm or less, it may be difficult to obtain a desired capacity, and if it is thicker than 200 μm, it may be difficult to obtain a desired output density.
In the present invention, the weight density of the negative electrode is preferably 1.0 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less. If it is less than 1.0 g / cm 3 , the contact with the negative electrode active material and the conductive additive becomes insufficient, and the electronic conductivity may decrease. When it is larger than 4.0 g / cm 3 , an electrolyte solution described later hardly penetrates into the negative electrode, and lithium conductivity may be lowered. The negative electrode may be compressed to a desired thickness and density. Although compression is not specifically limited, For example, it can carry out using a roll press, a hydraulic press, etc. The electrode may be compressed before or after the above-described positive electrode is formed.
本発明において、負極の1cm2あたりの電気容量は、0.5mAh以上6.0mAh以下であることが好ましい。0.5mAh未満である場合は所望する容量の電池の大きさが大きくなる場合があり、一方、6.0mAhより多い場合は所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。負極の1cm2あたりの電気容量の算出は、負極作製後、リチウム金属を対極とした半電池を作製した後に、充放電特性を測定することによって算出できる。負極の負極1cm2あたりの電気容量は、特に限定されないが、集電体単位面積あたりに形成させる負極の重量で制御する方法、例えば、前述の負極塗工時の塗工厚みで制御することができる。 In the present invention, the electric capacity per 1 cm 2 of the negative electrode is preferably 0.5 mAh or more and 6.0 mAh or less. If it is less than 0.5 mAh, the size of the battery having a desired capacity may be increased. On the other hand, if it is more than 6.0 mAh, it may be difficult to obtain a desired output density. Calculation of the electric capacity per 1 cm < 2 > of a negative electrode can be calculated by measuring a charging / discharging characteristic after producing a half cell which made lithium metal a counter electrode after negative electrode preparation. The electric capacity per 1 cm 2 of negative electrode of the negative electrode is not particularly limited, but can be controlled by the method of controlling by the weight of the negative electrode formed per unit area of the current collector, for example, by the coating thickness at the time of the negative electrode coating described above. it can.
<3.正極>
本発明の非水電解質二次電池に用いる正極に含まれる正極活物質は、特に限定されないが、リチウム遷移金属化合物であればよく、リチウムコバルト化合物、リチウムニッケル化合物、リチウムマンガン化合物、リチウム鉄化合物などが例示される。また、遷移金属は1種類に限定されず、2種類以上であってもよく、例えば、リチウムコバルトニッケルマンガン化合物、リチウムニッケルマンガン化合物などが例示される。また、リチウム遷移金属化合物の安定性を向上する効果が高いことから、例えばアルミニウム、マグネシウム、チタンなどの元素が微量含まれていてもよい。
<3. Positive electrode>
The positive electrode active material contained in the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be a lithium transition metal compound, such as a lithium cobalt compound, a lithium nickel compound, a lithium manganese compound, and a lithium iron compound. Is exemplified. Further, the transition metal is not limited to one type, and may be two or more types, and examples thereof include a lithium cobalt nickel manganese compound and a lithium nickel manganese compound. Moreover, since the effect which improves the stability of a lithium transition metal compound is high, elements, such as aluminum, magnesium, titanium, may be contained in trace amounts, for example.
リチウムマンガン化合物としては、中でも、正極活物質の安定性が高いことから、Li1+xMyMn2―x―yO4(0≦x≦0.2、0<y≦0.6、Mは2〜13族でかつ第3〜4周期に属する元素からなる群から選ばれる少なくとも1種)で表されるリチウムマンガン化合物であることが特に好ましい。x<0の場合は、正極活物質の容量が減少する傾向がある。また、x>0.2の場合は炭酸リチウムなどの不純物が多く含まれるようになる傾向がある。y=0の場合は、正極活物質の安定性が低くなる傾向がある。また、y>0.6の場合はMの酸化物などの不純物が多く含まれるようになる傾向がある。 As the lithium manganese compound, since the stability of the positive electrode active material is particularly high, Li 1 + x M y Mn 2−xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.6, M is A lithium manganese compound represented by at least one selected from the group consisting of elements belonging to Groups 2 to 13 and belonging to the third to fourth periods is particularly preferable. When x <0, the capacity of the positive electrode active material tends to decrease. Further, when x> 0.2, there is a tendency that many impurities such as lithium carbonate are included. When y = 0, the stability of the positive electrode active material tends to be low. Further, when y> 0.6, a large amount of impurities such as M oxide tends to be contained.
本発明の正極活物質の表面には、導電性向上、あるいは安定性向上のため、炭素材料、金属酸化物、あるいは高分子等で覆われてもよい。
本発明の正極には導電助材を含有させてもよい。導電助材としては、特に限定されないが、炭素材料が好ましい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びファーネスブラックなどが挙げられる。これら炭素材料は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
The surface of the positive electrode active material of the present invention may be covered with a carbon material, a metal oxide, a polymer, or the like in order to improve conductivity or stability.
The positive electrode of the present invention may contain a conductive additive. Although it does not specifically limit as a conductive support material, A carbon material is preferable. Examples thereof include natural graphite, artificial graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.
本発明の正極に含まれる導電助材の量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。上記範囲であれば、正極の導電性が確保される。また、後述のバインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明の正極にはバインダーを含有させてよい。バインダーは、特に限定されないが、例えば、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)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミド、アクリル系樹脂及びそれらの誘導体からなる群からえらばれる少なくとも1種を用いることができる。バインダーは正極の作製しやすさから、非水溶媒又は水に溶解又は分散されていることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
The amount of the conductive additive contained in the positive electrode of the present invention is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is the said range, the electroconductivity of a positive electrode will be ensured. Moreover, adhesiveness with the below-mentioned binder is maintained, and adhesiveness with a collector can fully be obtained.
The positive electrode of the present invention may contain a binder. The binder is not particularly limited, and for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyimide, acrylic resin, and derivatives thereof is used. be able to. The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the positive electrode. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. You may add a dispersing agent and a thickener to these.
本発明の正極に含まれるバインダーの量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。上記範囲であれば、正極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明の正極の作製方法としては、正極活物質、導電助材、及びバインダーの混合物を集電体上に塗工することによって作製する方法が挙げられるが、作製方法の容易さから、前記混合物及び溶媒でスラリーを作製し、得られたスラリーを集電体上に塗工した後に、溶媒を除去することによって正極を作製する方法が好ましい。
The amount of the binder contained in the positive electrode of the present invention is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is the said range, the adhesiveness of a positive electrode active material and a conductive support material will be maintained, and adhesiveness with a collector can fully be acquired.
Examples of the method for producing the positive electrode of the present invention include a method of producing a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder by coating a current collector on the current collector. In addition, a method of preparing a positive electrode by preparing a slurry with a solvent and applying the obtained slurry onto a current collector and then removing the solvent is preferable.
本発明の正極に用いる集電体は、アルミニウム及びその合金であることが好ましい。前記アルミニウムは、正極反応雰囲気下で安定であることから、特に限定されないが、JIS規格1030、1050、1085、1N90、1N99等に代表される高純度アルミニウムであることが好ましい。
なお、集電体は、アルミニウム以外の金属(銅、SUS、ニッケル、チタン、及びそれらの合金)の表面にアルミニウムを被覆したものも用いることもできる。
スラリーの作製方法は、特に限定されないが、正極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を均一に混合できることから、ボールミル、プラネタリミキサ、ジェットミル、薄膜旋回型ミキサーを用いることが好ましい。スラリーの作製は、特に限定されないが、正極活物質、導電助材、及びバインダーを混合した後に溶媒を加えて作製してもよいし、正極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を一緒に混合して作製してもよい。
The current collector used for the positive electrode of the present invention is preferably aluminum and its alloys. The aluminum is not particularly limited because it is stable in a positive electrode reaction atmosphere, but is preferably high-purity aluminum represented by JIS standards 1030, 1050, 1085, 1N90, 1N99 and the like.
Note that the current collector may be a metal whose surface is covered with aluminum other than aluminum (copper, SUS, nickel, titanium, and alloys thereof).
The method for preparing the slurry is not particularly limited, but it is preferable to use a ball mill, a planetary mixer, a jet mill, or a thin film swirl mixer because the positive electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent can be mixed uniformly. Although the preparation of the slurry is not particularly limited, it may be prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive additive, and the binder and then adding a solvent, or the positive electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent together. You may mix and produce.
スラリーの固形分濃度は、30wt%以上80wt%以下であることが好ましい。30wt%未満の場合スラリーの粘度が低すぎる傾向があるため、一方、80wt%より高い場合はスラリーの粘度が高すぎる傾向があるため、後述の電極の形成が困難となる場合がある。
スラリーに用いる溶媒は、非水溶媒、あるいは水であることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。また、これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
The solid content concentration of the slurry is preferably 30 wt% or more and 80 wt% or less. If it is less than 30 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too low. On the other hand, if it is higher than 80 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too high, so that it may be difficult to form an electrode described later.
The solvent used for the slurry is preferably a non-aqueous solvent or water. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. Moreover, you may add a dispersing agent and a thickener to these.
集電体上への正極の形成方法は、特に限定されないが、例えば上記スラリーをドクターブレード、ダイコータ、コンマコータ等により塗布した後に、溶剤を除去する方法、あるいはスプレーにより塗布した後に溶剤を除去する方法が好ましい。溶媒を除去する方法は、オーブンや真空オーブンを用いた乾燥が簡単であり好ましい。溶媒を除去する雰囲気としては、空気、不活性ガス、真空状態などが挙げられる。また、溶媒を除去する温度は、特に限定されないが、60℃以上250℃以下であることが好ましい。60℃未満では溶媒の除去に時間を要する場合があり、250℃より高いと、バインダーが劣化する場合がある。なお、正極の形成は、後述の負極を形成する前でも、後でもよい。 The method of forming the positive electrode on the current collector is not particularly limited. For example, the method of removing the solvent after applying the slurry with a doctor blade, die coater, comma coater or the like, or the method of removing the solvent after applying with a spray Is preferred. The method for removing the solvent is preferable because it is easy to dry using an oven or a vacuum oven. Examples of the atmosphere for removing the solvent include air, an inert gas, and a vacuum state. The temperature at which the solvent is removed is not particularly limited, but is preferably 60 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. If the temperature is lower than 60 ° C, it may take time to remove the solvent. If the temperature is higher than 250 ° C, the binder may deteriorate. The positive electrode may be formed before or after forming the negative electrode described later.
本発明の正極の厚みは、10μm以上200μm以下であることが好ましい。10μm未満では所望の容量を得ることが難しい場合があり、一方、200μmより厚い場合は所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。
本発明の正極の重量密度は、1.0g/cm3以上4.0g/cm3以下であることが好ましい。1.0g/cm3未満であると、正極活物質、導電助材との接触が不十分となり電子伝導性が低下する場合がある。一方、4.0g/cm3より大きいと、電解液が正極内に浸透しにくくなり、リチウム伝導性が低下する場合がある。
The thickness of the positive electrode of the present invention is preferably 10 μm or more and 200 μm or less. If it is less than 10 μm, it may be difficult to obtain a desired capacity, while if it is thicker than 200 μm, it may be difficult to obtain a desired output density.
The weight density of the positive electrode of the present invention is preferably 1.0 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less. If it is less than 1.0 g / cm 3 , the contact with the positive electrode active material and the conductive additive becomes insufficient, and the electronic conductivity may decrease. On the other hand, if it is larger than 4.0 g / cm 3 , the electrolytic solution is less likely to penetrate into the positive electrode, and the lithium conductivity may decrease.
本発明の正極は、所望の厚み、密度まで圧縮させてもよい。圧縮は、特に限定されないが、例えば、ロールプレス、油圧プレス等を用いて行うことができる。電極の圧縮は、後述の負極を形成する前でも、後でもよい。
本発明の正極は、正極1cm2あたりの電気容量が0.5mAh以上5.0mAh以下であることが好ましい。0.5mAh未満である場合は所望する容量の電池の大きさが大きくなる傾向があり、5.0mAhより多い場合は所望の出力密度を得ることが難しくなる傾向がある。正極1cm2あたりの電気容量の算出は、正極作製後、リチウム金属を対極とした半電池を作製した後に、充放電特性を測定することによって算出してもよい。
The positive electrode of the present invention may be compressed to a desired thickness and density. Although compression is not specifically limited, For example, it can carry out using a roll press, a hydraulic press, etc. The electrode may be compressed before or after the later-described negative electrode is formed.
In the positive electrode of the present invention, the electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode is preferably 0.5 mAh or more and 5.0 mAh or less. When it is less than 0.5 mAh, the size of a battery having a desired capacity tends to increase, and when it exceeds 5.0 mAh, it tends to be difficult to obtain a desired output density. The electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode may be calculated by measuring charge / discharge characteristics after preparing a positive electrode and then preparing a half battery using lithium metal as a counter electrode.
前記正極の正極1cm2あたりの電気容量は、特に限定されないが、集電体単位面積あたりに形成させる正極の重量で制御する方法、例えば、前述のスラリー塗工時の塗工厚みで制御することができる。
<4.セパレータ>
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータは、前述の正極と負極との間に設置され、電子伝導性がなくかつリチウムイオン伝導性を有する物質であればよく、例えば、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリポロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、及びそれらを2種類以上複合したものの織布、不織布、微多孔膜などが挙げられる。セパレータには、各種可塑剤、酸化防止剤、難燃剤が含まれてもよいし、金属酸化物等が被覆されていてもよい。
The electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode of the positive electrode is not particularly limited, but is controlled by the weight of the positive electrode formed per current collector unit area, for example, by the coating thickness at the time of the slurry application described above. Can do.
<4. Separator>
The separator used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be any material that is installed between the positive electrode and the negative electrode and has no electronic conductivity and lithium ion conductivity. For example, nylon, cellulose, Examples include polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, and woven fabrics, nonwoven fabrics, and microporous membranes of two or more of them. The separator may include various plasticizers, antioxidants, flame retardants, and may be coated with a metal oxide or the like.
セパレータの厚みは、10μm以上100μm以下であることが好ましい。10μm未満の場合、正極と負極との接触する場合があり、100μmより厚い場合は電池の抵抗が高くなる場合がある。経済性、取り扱いの観点から、15μm以上50μm以下であることがさらに好ましい。
<5.非水電解質>
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、特に限定されないが、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質などを用いることができる。
The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. When the thickness is less than 10 μm, the positive electrode and the negative electrode may be in contact with each other. When the thickness is greater than 100 μm, the resistance of the battery may be increased. From the viewpoint of economy and handling, it is more preferably 15 μm or more and 50 μm or less.
<5. Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but a polymer is impregnated with an electrolytic solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent, or an electrolytic solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent. A gel electrolyte or the like can be used.
非水溶媒としては、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。環状の非プロトン性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホン及び環状エーテルなどが例示される。鎖状の非プロトン性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル及び鎖状エーテルなどが例示される。また、上記に加えアセトニトリルなどの一般的に非水電解質の溶媒として用いられる溶媒を用いても良い。より具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、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、γ−ブチルラクトン、1、2−ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、プロピオン酸メチルなどを用いることができる。これら溶媒は1種類で用いてもよいし、2種類以上混合しても用いてもよいが、後述の溶質を溶解させやすさ、リチウムイオンの伝導性の高さから、2種類以上混合した溶媒を用いることが好ましい。また、高分子に電解液をしみこませたゲル状電解質も用いることができる。 The non-aqueous solvent preferably includes a cyclic aprotic solvent and / or a chain aprotic solvent. Examples of the cyclic aprotic solvent include cyclic carbonates, cyclic esters, cyclic sulfones and cyclic ethers. Examples of the chain aprotic solvent include chain carbonates, chain carboxylic acid esters and chain ethers. In addition to the above, a solvent generally used as a solvent for nonaqueous electrolytes such as acetonitrile may be used. More specifically, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyl lactone, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dioxolane, propion For example, methyl acid can be used. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more. However, in view of the ease of dissolving the solute described below and the high conductivity of lithium ions, a mixture of two or more of these solvents. Is preferably used. A gel electrolyte in which an electrolyte is impregnated in a polymer can also be used.
溶質は、特に限定されないが、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiBOB(Lithium Bis (Oxalato) Borate)、LiN(SO2CF3)2などは溶媒に溶解しやすいことから好ましい。電解液に含まれる溶質の濃度は、0.5mol/L以上2.0mol/L以下であることが好ましい。0.5mol/L未満では所望のリチウムイオン伝導性が発現しない場合があり、一方、2.0mol/Lより高いと、溶質がそれ以上溶解しない場合がある。非水電解質には、難燃剤、安定化剤などの添加剤が微量含まれてもよい。 The solute is not particularly limited. For example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBOB (Lithium Bis (Oxalato) Borate), LiN (SO 2 CF 3 ) 2, etc. are dissolved in the solvent. It is preferable because it is easy to do. The concentration of the solute contained in the electrolytic solution is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. If it is less than 0.5 mol / L, the desired lithium ion conductivity may not be exhibited. On the other hand, if it is higher than 2.0 mol / L, the solute may not be dissolved any more. The non-aqueous electrolyte may contain a trace amount of additives such as a flame retardant and a stabilizer.
<6.非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池の正極及び負極は、集電体の両面に同じ電極を形成させた形態であってもよく、集電体の片面に正極、一方の面に負極を形成させた形態、すなわち、バイポーラ電極であってもよい。例えば、バイポーラ電極である場合は、隣り合うバイポーラ電極の正極側と負極側との間にセパレータを配置し、各正極側と負極側とが対向した層内は、液絡を防止するため正極及び負極の周辺部に絶縁材料が配置されている。
<6. Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode and the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be in the form in which the same electrode is formed on both sides of the current collector, and the positive electrode is formed on one side of the current collector and the negative electrode is formed on one side. Alternatively, it may be a bipolar electrode. For example, in the case of a bipolar electrode, a separator is disposed between the positive electrode side and the negative electrode side of the adjacent bipolar electrode, and the positive electrode and An insulating material is disposed around the negative electrode.
本発明の非水電解質二次電池は、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回したものであってもよいし、積層したものであってもよい。正極、負極、及びセパレータには、リチウムイオン伝導を担う非水電解質が含まれている。
本発明の非水電解質二次電池における正極の電気容量と負極の電気容量との比は、下記式(1)を満たすことが好ましい。
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be one obtained by winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side. The positive electrode, the negative electrode, and the separator contain a nonaqueous electrolyte that is responsible for lithium ion conduction.
The ratio of the electric capacity of the positive electrode and the electric capacity of the negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably satisfies the following formula (1).
1≦B/A≦1.2 (1)
但し、上記式(1)中、Aは正極1cm2あたりの電気容量を示し、Bは負極1cm2あたりの電気容量を示す。
B/Aが1未満である場合は、過充電時に負極の電位がリチウムの析出電位になる場合があり、一方、B/Aが1.2より大きい場合は電池反応に関与しない負極活物質多いために副反応が起こる場合がある。
1 ≦ B / A ≦ 1.2 (1)
In the above formula (1), A represents the electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode, and B represents the electric capacity per 1 cm 2 of the negative electrode.
When B / A is less than 1, the potential of the negative electrode may be a lithium deposition potential during overcharge, while when B / A is greater than 1.2, there are many negative electrode active materials not involved in the battery reaction. As a result, side reactions may occur.
本発明の非水電解質二次電池における正極と負極との面積比は、特に限定されないが、下記式(2)を満たすことが好ましい。
1≦D/C≦1.2 (2)
(但し、Cは正極の面積、Dは負極の面積を示す。)
D/Cが1未満である場合は、例えば先述のB/A=1の場合、負極の容量が正極よりも小さくなるため、過充電時に負極の電位がリチウムの析出電位になる恐れがある。一方、D/Cが1.2より大きい場合は、正極と接していない部分の負極が大きいため、電池反応に関与しない負極活物質が副反応を起こす場合がある。正極及び負極の面積の制御は特に限定されないが、例えば、スラリー塗工の際、塗工幅を制御することによって行うことができる。
Although the area ratio of the positive electrode to the negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, it is preferable to satisfy the following formula (2).
1 ≦ D / C ≦ 1.2 (2)
(However, C represents the area of the positive electrode, and D represents the area of the negative electrode.)
When D / C is less than 1, for example, when B / A = 1 as described above, the capacity of the negative electrode is smaller than that of the positive electrode, so that the potential of the negative electrode may become a lithium deposition potential during overcharge. On the other hand, if D / C is greater than 1.2, the negative electrode active material not involved in the battery reaction may cause a side reaction because the portion of the negative electrode that is not in contact with the positive electrode is large. Although control of the area of a positive electrode and a negative electrode is not specifically limited, For example, in the case of slurry coating, it can carry out by controlling the coating width.
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータと負極との面積比は特に限定されないが、下記式(3)を満たすことが好ましい。
1≦F/E≦1.5 (3)
(但し、Eは負極の面積、Fはセパレータの面積を示す。)
F/Eが1未満である場合は、正極と負極とが接触し、1.5より大きい場合は外装に要する体積が大きくなり、電池の出力密度が低下する場合がある。
The area ratio between the separator and the negative electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but preferably satisfies the following formula (3).
1 ≦ F / E ≦ 1.5 (3)
(However, E represents the area of the negative electrode, and F represents the area of the separator.)
When F / E is less than 1, the positive electrode and the negative electrode are in contact with each other, and when F / E is greater than 1.5, the volume required for the exterior increases, and the output density of the battery may decrease.
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質の量は、特に限定されないが、電池容量1Ahあたり、0.1mL以上であることが好ましい。0.1mL未満の場合、電極反応に伴うリチウムイオンの伝導が追いつかず、所望の電池性能が発現しない場合がある。
非水電解質は、あらかじめ正極、負極及びセパレータに含ませてもよいし、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回、あるいは積層した後に添加してもよい。
The amount of the nonaqueous electrolyte used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 mL or more per 1 Ah of battery capacity. If it is less than 0.1 mL, the conduction of lithium ions accompanying the electrode reaction may not catch up, and the desired battery performance may not be exhibited.
The nonaqueous electrolyte may be added to the positive electrode, the negative electrode, and the separator in advance, or may be added after winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side.
本発明の非水電解質二次電池は、上記積層体を倦回、あるいは複数積層した後にラミネートフィルムで外装してもよいし、角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形、シート形の金属缶で外装してもよい。外装には発生したガスを放出するための機構が備わっていてもよい。積層体の積層数は、所望の電圧値、電池容量を発現するまで積層させることができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be wound or laminated with a laminate film after the laminate is wound, or may be rectangular, elliptical, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or sheet-shaped. It may be packaged with a metal can. The exterior may be provided with a mechanism for releasing the generated gas. The number of stacked layers can be stacked until a desired voltage value and battery capacity are exhibited.
本発明の非水電解質二次電池は、複数接続することによって組電池とすることができる。本発明の組電池は、所望の大きさ、容量、電圧によって適宜直列、並列に接続することによって作製することができる。また、各電池の充電状態の確認、安全性向上のため、前記組電池に制御回路が付属されていることが好ましい。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be formed into an assembled battery by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries. The assembled battery of the present invention can be produced by appropriately connecting in series or in parallel according to a desired size, capacity, and voltage. Moreover, it is preferable that a control circuit is attached to the assembled battery in order to confirm the state of charge of each battery and improve safety.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。
(負極活物質の合成)
負極活物質のLi4Ti5O12 を、文献("Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1/3Ti5/3] O4 for Rechargeable Lithium Cells" J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995))に記載されている方法で作製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.
(Synthesis of negative electrode active material)
Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material is described in the literature (“Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1 / 3Ti5 / 3] O4 for Rechargeable Lithium Cells” J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995)).
すなわち、まず二酸化チタンと水酸化リチウムを、チタンとリチウムとのモル比を5:4となるように混合し、次にこの混合物を窒素雰囲気下800℃で12時間加熱することによってチタン酸リチウムを作製し、このチタン酸リチウムに対して次の非加熱処理を行って、 合成例1〜 合成例6の負極活物質を得た。
(合成例1)
フッ素化剤として、0.1Mフッ化ナトリウムの1M塩酸水溶液1Lを調製した。この溶液に前記チタン酸リチウム(50g)をいれ、室温下、1時間攪拌した。つぎに、上澄み液を除去した後に、脱イオン水(1L)で5回洗浄した。最後に、105℃で12時間真空乾燥させることによって表面にフッ素を形成させたチタン酸リチウムを調製した。このチタン酸リチウムをX線光電子分析法(ESCA)にて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比はF/Ti=0.012であった。X線光電子分析装置にはアルバック・ファイ社製の”Quantum2000”を用いた。X線源はAlKα、X線強度は15kV、測定範囲は100μmφとした。
That is, first, titanium dioxide and lithium hydroxide are mixed so that the molar ratio of titanium and lithium is 5: 4, and then this mixture is heated at 800 ° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere to thereby obtain lithium titanate. Then, the following non-heat treatment was performed on this lithium titanate to obtain negative electrode active materials of Synthesis Examples 1 to 6.
(Synthesis Example 1)
As a fluorinating agent, 1 L of 1 M aqueous hydrochloric acid solution of 0.1 M sodium fluoride was prepared. The lithium titanate (50 g) was added to this solution and stirred at room temperature for 1 hour. Next, after removing the supernatant, it was washed 5 times with deionized water (1 L). Finally, lithium titanate having fluorine formed on the surface was prepared by vacuum drying at 105 ° C. for 12 hours. As a result of surface analysis of this lithium titanate by X-ray photoelectron analysis (ESCA), the ratio of the peak intensities of Ti and F was F / Ti = 0.112. “Quantum 2000” manufactured by ULVAC-PHI was used as the X-ray photoelectron analyzer. The X-ray source was AlKα, the X-ray intensity was 15 kV, and the measurement range was 100 μmφ.
(合成例2)
攪拌時間を24時間にした以外は合成例1と同様にして合成例2のチタン酸リチウムを調製した。このチタン酸リチウムをESCAにて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比はF/Ti=0.082であった。
(合成例3)
0.2Mフッ化ナトリウムの1M塩酸水溶液を用いたこと以外は合成例2と同様にして合成例3のチタン酸リチウムを調製した。このチタン酸リチウムをESCAにて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比はF/Ti=0.21であった。
(合成例4)
0.1Mフッ化ナトリウムの1M塩酸水溶液に替わりに、1wt%フッ化水素酸水溶液を用いたこと以外は合成例1と同様にして合成例4のチタン酸リチウムを調製した。このチタン酸リチウムをESCAにて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比はF/Ti=0.012であった。
(合成例5)
0.1Mフッ化ナトリウムの1M塩酸水溶液に替わりに、1wt%フッ化水素酸水溶液を用いたこと以外は合成例2と同様にして合成例5のチタン酸リチウムを調製した。このチタン酸リチウムをESCAにて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比はF/Ti=0.10であった。
(合成例6)
0.1Mフッ化ナトリウムの1M塩酸水溶液に替わりに、5wt%フッ化水素酸水溶液を用いたこと以外は合成例3と同様にして合成例6のチタン酸リチウムを調製した。このチタン酸リチウムをESCAにて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比はF/Ti=0.25であった。
<実施例1>
(負極の製造)
合成例1の負極活物質を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を6.8重量部、及びバインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を固形分6.8重量部混合してスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工した後に、170℃で真空乾燥することによって負極(50cm2)を作製した。
(Synthesis Example 2)
A lithium titanate of Synthesis Example 2 was prepared in the same manner as Synthesis Example 1 except that the stirring time was 24 hours. As a result of surface analysis of this lithium titanate by ESCA, the ratio of the peak intensities of Ti and F was F / Ti = 0.082.
(Synthesis Example 3)
The lithium titanate of Synthesis Example 3 was prepared in the same manner as Synthesis Example 2 except that a 1M hydrochloric acid aqueous solution of 0.2M sodium fluoride was used. As a result of surface analysis of this lithium titanate by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and F was F / Ti = 0.21.
(Synthesis Example 4)
Lithium titanate of Synthesis Example 4 was prepared in the same manner as Synthesis Example 1 except that a 1 wt% hydrofluoric acid aqueous solution was used instead of 0.1 M sodium fluoride in 1M hydrochloric acid. As a result of surface analysis of this lithium titanate by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and F was F / Ti = 0.012.
(Synthesis Example 5)
Lithium titanate of Synthesis Example 5 was prepared in the same manner as Synthesis Example 2 except that a 1 wt% hydrofluoric acid aqueous solution was used instead of 0.1 M sodium fluoride in 1M hydrochloric acid. As a result of surface analysis of this lithium titanate by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and F was F / Ti = 0.10.
(Synthesis Example 6)
Lithium titanate of Synthesis Example 6 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 3 except that a 5 wt% hydrofluoric acid aqueous solution was used instead of 0.1 M sodium fluoride in 1M hydrochloric acid. As a result of surface analysis of this lithium titanate by ESCA, the ratio of the peak intensities of Ti and F was F / Ti = 0.25.
<Example 1>
(Manufacture of negative electrode)
A slurry prepared by mixing 100 parts by weight of the negative electrode active material of Synthesis Example 1, 6.8 parts by weight of a conductive additive (acetylene black), and 6.8 parts by weight of a binder (solid content concentration 12 wt%, NMP solution). Was made. The slurry was applied to an aluminum foil (20 μm) and then vacuum dried at 170 ° C. to produce a negative electrode (50 cm 2).
負極の容量は次の充放電試験で測定した。
前述と同様の条件でアルミニウム箔の片面に電極を塗工し、16mmΦに打ち抜き動作極を作製した。Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。これらの電極を用いて、動作極(片面塗工)/セパレータ/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=3/7vol%、LiPF6 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。この半電池を25℃で一日放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。この半電池を25℃、0.4mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:2.0V)を5回繰り返し、5回目の結果を正極の容量とした。その結果、負極の容量は、1.2mAh/cm2であった。
(正極の製造)
正極活物質のLi1.1Al0.1Mn1.8O4を、文献("Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries" Electrochemical and Solid-State Letters Volume9, Issue12, Pages A557 (2006))に記載されている方法で作製した。
The capacity of the negative electrode was measured by the following charge / discharge test.
An electrode was applied to one side of the aluminum foil under the same conditions as described above, and a working electrode was punched out to 16 mmΦ. Li metal was punched out to 16 mmΦ as a counter electrode. Using these electrodes, a working electrode (single-sided coating) / separator / Li metal was laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 3/7 vol). %, LiPF6 1 mol / L) was added to prepare a half battery. The half-cell was allowed to stand at 25 ° C. for one day, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). The half-cell was subjected to constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 2.0 V) at 25 ° C. and 0.4 mA five times, and the fifth result was defined as the positive electrode capacity. As a result, the capacity of the negative electrode was 1.2 mAh / cm 2 .
(Manufacture of positive electrode)
The positive electrode active material Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 is described in the literature ("Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries" Electrochemical and Solid-State Letters Volume 9, Issue 12 , Pages A557 (2006)).
すなわち、二酸化マンガン、炭酸リチウム、水酸化アルミニウム、及びホウ酸の水分散液を調製し、スプレードライ法で混合粉末を作製した。このとき、二酸化マンガン、炭酸リチウム及び水酸化アルミニウムの量は、リチウム、アルミニウム及びマンガンのモル比が1.1:0.1:1.8となるように調製した。次に、この混合粉末を空気雰囲気下900℃で12時間加熱した後、再度650℃で24時間加熱した。最後に、この粉末を95℃の水で洗浄後、乾燥させることによって実施例1に用いる正極活物質を作製した。 That is, an aqueous dispersion of manganese dioxide, lithium carbonate, aluminum hydroxide, and boric acid was prepared, and a mixed powder was prepared by a spray drying method. At this time, the amounts of manganese dioxide, lithium carbonate and aluminum hydroxide were adjusted so that the molar ratio of lithium, aluminum and manganese was 1.1: 0.1: 1.8. Next, the mixed powder was heated at 900 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, and then again heated at 650 ° C. for 24 hours. Finally, the powder was washed with water at 95 ° C. and dried to prepare a positive electrode active material used in Example 1.
この正極活物質を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を6.8重量部、及びバインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を6.8重量部混合してスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工した後に、170℃で真空乾燥することによって正極(50cm2)を作製した。
正極の容量は次の充放電試験で測定した。
100 parts by weight of this positive electrode active material, 6.8 parts by weight of a conductive additive (acetylene black), and 6.8 parts by weight of a binder (solid content concentration 12 wt%, NMP solution) were mixed to prepare a slurry. This slurry was applied to an aluminum foil (20 μm), and then vacuum dried at 170 ° C. to produce a positive electrode (50 cm 2 ).
The capacity of the positive electrode was measured by the following charge / discharge test.
前述と同様にアルミニウム箔の片面に塗工した電極を16mmΦに打ち抜き動作極、Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。これらの電極を用いて、動作極(片面塗工)/セパレータ/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=3/7vol%、LiPF6 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。この半電池を25℃で一日放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。この半電池を25℃、0.4mAで定電流充電(終止電圧:4.5V)及び定電流放電(終止電圧:3.5V)を5回繰り返し、5回目の結果を正極の容量とした。その結果、正極の容量は、1.0mAh/cm2であった。
(非水電解質二次電池の製造)
実施例1の非水電解質二次電池を、次のとおりに作製した。
In the same manner as described above, an electrode coated on one surface of an aluminum foil was punched into a working electrode of 16 mmΦ, and a Li metal was punched out of 16 mmΦ as a counter electrode. Using these electrodes, a working electrode (single-sided coating) / separator / Li metal was laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 3/7 vol). %, LiPF 6 1 mol / L) was added to prepare a half cell. The half-cell was allowed to stand at 25 ° C. for one day, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). The half-cell was subjected to constant current charging (end voltage: 4.5 V) and constant current discharge (end voltage: 3.5 V) at 25 ° C. and 0.4 mA five times, and the fifth result was taken as the positive electrode capacity. As a result, the capacity of the positive electrode was 1.0 mAh / cm 2 .
(Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries)
The nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was produced as follows.
電極は、アルミニウム箔の片面に正極、あるいは負極のみを片面塗工した電極を用いた。セパレータは、セルロース不職布(25μm、55cm2)を用いた。最初に、前記作製した正極(片面塗工)、負極(片面塗工)、及びセパレータを、正極(片面塗工)/セパレータ/負極(片面塗工)の順に積層した。次に、両端の正極及び負極にアルミニウムタブを振動溶着させた後に、袋状のアルミラミネートシートに入れた。非水電解質(プロピレンカーボネート/メチルエチルカーボネート=3/7vol%、LiPF6 1mol/L)を2mL入れた後に、減圧しながら封止することによって実施例1の非水電解質二次電池を作製した。 As the electrode, an electrode obtained by coating only one side of a positive electrode or a negative electrode on one side of an aluminum foil was used. Cellulose unwoven cloth (25 μm, 55 cm 2 ) was used as the separator. First, the prepared positive electrode (single-sided coating), negative electrode (single-sided coating), and separator were laminated in the order of positive electrode (single-sided coating) / separator / negative electrode (single-sided coating). Next, aluminum tabs were vibration welded to the positive and negative electrodes at both ends, and then placed in a bag-like aluminum laminate sheet. After 2 mL of nonaqueous electrolyte (propylene carbonate / methylethyl carbonate = 3/7 vol%, LiPF 6 1 mol / L) was added, the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was fabricated by sealing while reducing the pressure.
<実施例2〜6>
実施例2、実施例3、実施例4、実施例5及び実施例6の各非水電解質二次電池は、合成例1の負極活物質の代わりに、それぞれ合成例2、合成例3、合成例4、合成例5及び合成例6の負極活物質を用いたものである。そのこと以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を製造した。
<Examples 2 to 6>
Each of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, and Example 6 was replaced with Synthesis Example 2, Synthesis Example 3, and Synthesis, respectively, instead of the negative electrode active material of Synthesis Example 1. The negative electrode active materials of Example 4, Synthesis Example 5 and Synthesis Example 6 are used. A nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured in the same manner as Example 1 except for the above.
<比較例>
比較例の非水電解質二次電池は、合成例1の負極活物質の代わりに、ハロゲン元素を含む化合物で処理をしていない負極活物質を用いたものである。それ以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
(サイクル特性の測定)
実施例1〜6、比較例の非水電解質二次電池を、充放電装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続し、サイクル特性を評価した。
<Comparative example>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the comparative example uses a negative electrode active material not treated with a compound containing a halogen element, instead of the negative electrode active material of Synthesis Example 1. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the nonaqueous electrolyte secondary battery.
(Measurement of cycle characteristics)
The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 6 and the comparative example were connected to a charge / discharge device (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko), and the cycle characteristics were evaluated.
サイクル特性は、60℃、25mA定電流充電、25mA定電流放電を500回繰り返した。このときの実施例1〜6と比較例との充電終止電圧及び放電終止電圧は、それぞれ2.7V及び2.0Vとした。1回目の放電容量を100としたときの、500回目の放電容量及びガス発生の有無を表1に示す。 As the cycle characteristics, 60 ° C., 25 mA constant current charging, and 25 mA constant current discharging were repeated 500 times. The charge end voltage and the discharge end voltage in Examples 1 to 6 and the comparative example at this time were set to 2.7 V and 2.0 V, respectively. Table 1 shows the 500th discharge capacity and the presence / absence of gas generation when the first discharge capacity is 100.
表1から明らかなとおり、本発明の実施例1〜6の非水電解質二次電池は、ガス発生することなく、かつ、比較例の非水電解質二次電池と比べて、容量維持率が90%以上であり、容量維持率が75%である比較例よりもサイクル安定性が向上していることが分かる。 As is clear from Table 1, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 6 of the present invention did not generate gas and had a capacity retention rate of 90 compared to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the comparative example. It can be seen that the cycle stability is improved as compared with the comparative example in which the capacity retention ratio is 75% or more.
Claims (10)
リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li+/Li)以上2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行する負極活物質を、ハロゲン元素を含む化合物が含まれる溶液又は雰囲気内に、所定の温度で、所定の時間浸漬し又は設置することによって、前記負極活物質の表面の一部に前記ハロゲン元素が存在した負極活物質を製造する方法。 A method for producing a negative electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, comprising:
A solution containing a halogen element as a negative electrode active material in which insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less Alternatively, a method for producing a negative electrode active material in which the halogen element is present on a part of the surface of the negative electrode active material by immersing or setting in an atmosphere at a predetermined temperature for a predetermined time.
前記チタン含有複合酸化物をX線光電子分析法(ESCA)にて表面分析した結果、TiとFとのピーク強度の比F/Tiが0.01以上、1以下の値を示す、負極活物質。 A negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which fluorine is present on a part of the surface of a negative electrode active material comprising a titanium-containing composite oxide,
As a result of surface analysis of the titanium-containing composite oxide by X-ray photoelectron analysis (ESCA), the ratio F / Ti of the peak intensity of Ti and F is 0.01 or more and 1 or less. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012209616A JP2014063702A (en) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | Method for manufacturing negative electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012209616A JP2014063702A (en) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | Method for manufacturing negative electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014063702A true JP2014063702A (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50618751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012209616A Pending JP2014063702A (en) | 2012-09-24 | 2012-09-24 | Method for manufacturing negative electrode active material, and nonaqueous electrolyte secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014063702A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012234746A (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-29 | Toyota Industries Corp | Negative electrode active material for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof, as well as lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof |
JP2013030420A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Doshisha | Negative electrode material for lithium ion battery containing surface-fluorinated b-type titanium oxide and manufacturing method thereof, and lithium ion battery using the same |
JP2013114809A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Panasonic Corp | Nonaqueous electrolytic secondary battery and method of manufacturing the same |
-
2012
- 2012-09-24 JP JP2012209616A patent/JP2014063702A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012234746A (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-29 | Toyota Industries Corp | Negative electrode active material for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof, as well as lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof |
JP2013030420A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Doshisha | Negative electrode material for lithium ion battery containing surface-fluorinated b-type titanium oxide and manufacturing method thereof, and lithium ion battery using the same |
JP2013114809A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Panasonic Corp | Nonaqueous electrolytic secondary battery and method of manufacturing the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6016011561; 菊地優: 'TiOF2の合成とリチウム二次電池用負極特性' 第51回電池討論会 講演要旨集 , 2010, 第265頁 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6183472B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and its assembled battery | |
JPWO2016098708A1 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP6978234B2 (en) | Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery | |
JP2012174546A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2016207313A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack thereof | |
JP2015118742A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2014006971A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack including the same | |
JP2012129095A (en) | Bipolar electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same | |
JP2012156087A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2013098034A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2014022321A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery including scavenger | |
JP6136057B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and secondary battery module | |
TWI600195B (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery module using the same | |
JP2013191484A (en) | Negative electrode active material layer, manufacturing method therefor and nonaqueous electrolyte secondary cell | |
JP2015187929A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2011008950A (en) | Active material for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and method for manufacturing active material for lithium secondary battery | |
CN108695513A (en) | Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, anode and lithium rechargeable battery | |
JP2019169346A (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP5758731B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP6244604B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof | |
JP6124061B2 (en) | Negative electrode for non-aqueous secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous secondary battery | |
JP5726603B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2014238946A (en) | Method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery manufactured thereby | |
JP2014086382A (en) | Method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery manufactured by the method | |
JP2014072062A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150721 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160318 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160331 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20161006 |