JP2014071947A - Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解液二次電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing the same.
従来、非水電解液二次電池として、正極電極部材、負極電極部材、及び電解液を備えたものが知られている。また、前記正極電極部材は、正極集電体と、該集電体上に積層された正極活物質層とを備え、前記負極電極部材は、負極集電体と、該集電体上に積層された負極活物質層とを備えている。また、正極電極部材と負極電極部材は、通常、セパレータを介して隔てられている。 Conventionally, as a non-aqueous electrolyte secondary battery, a battery including a positive electrode member, a negative electrode member, and an electrolytic solution is known. The positive electrode member includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer laminated on the current collector, and the negative electrode member is laminated on the negative electrode current collector and the current collector. Negative electrode active material layer. In addition, the positive electrode member and the negative electrode member are usually separated by a separator.
この種の非水電解液二次電池として、正極活物質がリン酸鉄リチウム化合物といった鉄を含有する化合物であるものが知られている。かかる非水電解液二次電池は、自動車に装備されたり、高温環境下で放置されたり使用されたりする場合がある。このような場合、非水電解液二次電池内部が高温となり、正極活物質中に存在している鉄(Fe)が電解液中に溶出するおそれがある。そして、溶出物が負極電極部材の表面で析出し、析出物が該表面を被覆することによって、耐久性の低下や容量の低下が生じるという問題がある。 As this type of nonaqueous electrolyte secondary battery, a battery in which the positive electrode active material is a compound containing iron such as a lithium iron phosphate compound is known. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery may be installed in an automobile, or may be left in a high temperature environment or used. In such a case, the temperature inside the nonaqueous electrolyte secondary battery becomes high, and iron (Fe) present in the positive electrode active material may be eluted into the electrolyte. And the elution thing precipitates on the surface of a negative electrode member, and there exists a problem that durability fall and the fall of a capacity | capacitance arise because a precipitate coat | covers this surface.
そこで、このような正極活物質からの鉄の溶出が抑制された非水電解液二次電池が提案されている。例えば、活物質または活物質を構成する原料中のFe不純物を、磁力発生装置によって除去し、Fe不純物が除去された活物質を用いて製造された非水電解液二次電池が提案されている(特許文献1参照)。 Therefore, a nonaqueous electrolyte secondary battery in which elution of iron from such a positive electrode active material is suppressed has been proposed. For example, a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by using an active material from which Fe impurities in an active material or a raw material constituting the active material are removed by a magnetic force generator and Fe impurities are removed has been proposed. (See Patent Document 1).
上記した非水電解液二次電池によれば、正極活物質中の不純物は除去される。しかし、正極活物質にその構成成分として鉄が含有されている場合には、不純物を除去しても、高温環境下で放置されたり使用されたりしたときに、上記したような耐久性の低下や容量の低下が依然として生じることとなる。 According to the non-aqueous electrolyte secondary battery described above, impurities in the positive electrode active material are removed. However, when the positive electrode active material contains iron as a constituent component, even if the impurities are removed, the durability decreases as described above when left in a high temperature environment or used. Capacity reduction will still occur.
上記問題点に鑑み、本発明は、高温環境下で放置されたり使用されたりした場合であっても、耐久性の低下及び容量の低下が十分に抑制された非水電解液二次電池を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a decrease in durability and a decrease in capacity are sufficiently suppressed even when left standing or used in a high temperature environment. The task is to do.
本発明に係る非水電解液二次電池は、
正極集電体と、該正極集電体上に塗布された正極活物質と、を含む正極電極部材と、負極電極部材と、電解液とを備え、
前記正極活物質は、少なくとも鉄を含有する正極活物質と該正極活物質の酸化物とから構成され、
前記酸化物は、前記正極活物質の前記正極集電体側よりも前記正極集電体と反対側に多く含有されている
Nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention,
A positive electrode member including a positive electrode current collector, and a positive electrode active material applied on the positive electrode current collector, a negative electrode member, and an electrolyte solution,
The positive electrode active material is composed of a positive electrode active material containing at least iron and an oxide of the positive electrode active material,
The oxide is contained more on the opposite side of the positive electrode current collector than the positive electrode current collector side of the positive electrode active material.
ここで、「鉄を含有する」とは、正極活物質層を構成する物質の一部として鉄を成分として含有することを意味するが、該「鉄を含有する」には、不純物としての鉄のように不可避的に正極活物質に混入している鉄を含有することも含まれる。
また、「該正極活物質の酸化物」とは、前記鉄を含有する正極活物質を酸化させる(酸素と化合させる)ことによって生成させたものを意味する。
Here, “containing iron” means containing iron as a component as a part of the material constituting the positive electrode active material layer, and “containing iron” includes iron as an impurity. Including iron inevitably mixed in the positive electrode active material is also included.
In addition, “the oxide of the positive electrode active material” means a material produced by oxidizing (combining with oxygen) the positive electrode active material containing iron.
かかる構成の非水電解液二次電池によれば、鉄を含有する正極活物質の酸化物が正極活物質の正極集電体側よりも正極集電体と反対側に多く含有されていることによって、正極活物質にその構成成分として含有されている鉄は、前記正極集電体側よりも上記反対側の方が電解液に対して十分に不溶化されるため、前記反対側からの鉄の溶出が抑制される。これにより、高温環境下での耐久性の低下が十分に抑制される。加えて、正極活物質の全体に一様に酸化物が含有されている場合と比較して、前記酸化物に起因する容量の低下が十分に抑制される。
従って、高温環境下で放置や使用された場合であっても、耐久性の低下及び容量の低下が十分に抑制され得る。
According to the non-aqueous electrolyte secondary battery having such a configuration, the positive electrode active material containing iron contains more oxide on the side opposite to the positive electrode current collector than on the positive electrode current collector side of the positive electrode active material. The iron contained as a component in the positive electrode active material is sufficiently insolubilized in the electrolyte solution on the opposite side than the positive electrode current collector side, so that the iron is eluted from the opposite side. It is suppressed. Thereby, the fall of the durability in a high temperature environment is fully suppressed. In addition, compared with the case where the oxide is uniformly contained in the whole positive electrode active material, the capacity | capacitance fall resulting from the said oxide is fully suppressed.
Therefore, even when left standing or used in a high temperature environment, a decrease in durability and a decrease in capacity can be sufficiently suppressed.
また、上記非水電解液二次電池においては、前記正極活物質が、リン酸鉄リチウム化合物であることが好ましい。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery, the positive electrode active material is preferably a lithium iron phosphate compound.
また、上記非水電解液二次電池においては、前記酸化物は、少なくとも前記正極活物質の表面から内側に向かって5μmまで含有されていることが好ましい。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery, it is preferable that the oxide is contained up to 5 μm from the surface of the positive electrode active material to the inside.
このように、前記表面から内側に5μmまでの領域の正極活物質に前記酸化物が含有されていることによって、正極活物質の前記正極集電体側よりも前記反対側の方に、前記酸化物がより確実に含有されていることになる。これにより、より確実に、上記した高温環境下での耐久性の低下が抑制される。 Thus, the oxide is contained in the positive electrode active material in a region of 5 μm inward from the surface, so that the oxide is more on the opposite side than the positive electrode current collector side of the positive electrode active material. Is contained more reliably. This more reliably suppresses the decrease in durability under the high temperature environment described above.
また、本発明に係る非水電解液二次電池の製造方法は、
正極活物質を正極集電体上に塗布し、
前記正極活物質の表面を、酸素存在下で加熱することで酸化させて正極電極部材を作製し、
得られた前記正極電極部材を用いて非水電解液二次電池を作製する。
In addition, the method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes:
Apply the positive electrode active material on the positive electrode current collector,
The surface of the positive electrode active material is oxidized by heating in the presence of oxygen to produce a positive electrode member,
A non-aqueous electrolyte secondary battery is produced using the obtained positive electrode member.
以上の通り、本発明によれば、高温環境下で放置や使用された場合であっても、耐久性の低下及び容量の低下が十分に抑制された非水電解液二次電池が提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a nonaqueous electrolyte secondary battery in which a decrease in durability and a decrease in capacity are sufficiently suppressed even when left and used in a high temperature environment. .
以下、本発明に係る非水電解液二次電池及びその製造方法について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, a non-aqueous electrolyte secondary battery and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施形態の非水電解液二次電池について説明する。 First, the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment will be described.
図1、図2に示すように、本実施形態の非水電解液二次電池1は、容器2と、前記容器2内に収容された、正極電極部材11及び負極電極部材13を具備する発電要素としてのエレメント10と、前記容器2内に収容された電解液20とを備えている。また、電解液20は、エレメント10に含浸されていても、該含浸されつつ容器2の底部に存在していてもよい。
前記容器2は、エレメント10を収容可能な容器本体3と、容器本体3を覆う蓋部材4とを備えている。容器本体3及び蓋部材4は、例えばステンレス鋼板で形成され、互いに溶接されている。
蓋部材4の外面には、絶縁材料から形成された外部ガスケット5が配され、蓋部材4の開口部と外部ガスケット5の開口部とが連なっている。この外部ガスケット5の内部に外部端子21が収容されている。
外部端子21は、外部ガスケット5の開口部及び蓋部材4の開口部を貫通して容器本体3の内部に突出しており、該外部端子21の突出部分は、エレメント10の正極及び負極電極部材11、13に接続された集電部と接続されている。なお、集電部の形状は特に限定されないが、例えば板状である。集電部は、接続される電極部材と同じ種類の金属部材から形成されている。外部端子21は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系合金材料で形成されている。
外部ガスケット5及び外部端子21は、正極用と負極用とが設けられている。正極用の外部ガスケット5及び外部端子21は、蓋部材4の長手方向における一端側に配され、負極用の外部ガスケット5及び外部端子21は、該長手方向における他端側に配されている。
蓋部材4は、電解液20を容器本体3内に注入するための注入口(不図示)を有しており、この注入口は、電解液20の注入後に封止されるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment includes a
The
An
The
The
The lid member 4 has an injection port (not shown) for injecting the
エレメント10は、正極電極部材11と、負極電極部材13と、これら電極部材の間に配されたセパレータ15とを具備しており、これらが積層されて構成されている。
The
図1及び図2に示すように、容器本体3内には、エレメント10が収容されていている。容器本体3内には、1つのエレメント10が収容されていてもよく、複数のエレメント10が収容されていてもよい。後者の場合には、複数のエレメント10は、電気的に並列に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
前記正極電極部材11は、アルミ箔等の正極集電体11aと正極活物質層11bとを備えており、正極集電体11a上に、正極活物質層11bを形成するための材料が塗布されている。
なお、正極活物質層11bの詳細については後述する。また、本実施形態では、正極集電体11a上に正極活物質が層状に配された態様を示すが、本発明の正極活物質は、このような層状に特に限定されるものではない。
The
The details of the positive electrode
前記負極電極部材13は、銅箔等の負極集電体13aと負極活物質層13bとを備えており、負極集電体13aに負極活物質層13bを形成するための材料が塗布されている。
The
前記負極活物質は、負極において充電反応及び放電反応の電極反応に寄与し得る物質である。かかる負極活物質としては、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、黒鉛等の炭素系物質等が挙げられる。 The negative electrode active material is a material that can contribute to an electrode reaction of a charge reaction and a discharge reaction in the negative electrode. Examples of the negative electrode active material include carbon-based materials such as amorphous carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, and graphite.
前記負極活物質層13bは、例えば、前記負極活物質の他、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の結着剤、アセチレンブラック等の導電助剤を有しているが、他の成分を有していてもよい。
The negative electrode
セパレータ15は、正極及び負極電極部材11、13との電気的な接続を遮断しつつ、電解液20の通過を許容するものである。かかるセパレータ15としては、例えばポリエチレン等のポリオレフィン樹脂から形成された多孔質膜等が挙げられる。かかる多孔質膜には、可塑剤、酸化防止剤、難燃剤等の添加剤が含有されていてもよい。
The
前記電解液20は、有機溶媒に電解質が溶解されて構成されている。前記電解液20に用いられる有機溶媒には、特に制限はなく、例えばエーテル類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、硫黄化合物、ハロゲン化炭化水素類、エステル類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系化合物、スルホラン系炭化水素類等を用いることができるが、これらのうちでもエーテル類、ケトン類、エステル類、ラクトン類、ハロゲン化炭化水素類、カーボネート類、スルホラン系化合物が好ましい。これらの例としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、アニソール、モノグライム、4−メチル−2−ペンタノン、酢酸エチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、1,2−ジクロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタン、メチルフォルメイト、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、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルチオホルムアミド、スルホラン、3−メチル−スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルおよびこれらの混合溶媒等を挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。好ましくは環状カーボネート類および環状エステル類である。もっとも好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、メチルエチルカーボネート、およびジエチルカーボネートのうち、1種または2種以上した混合物の有機溶媒である。
また、前記電解液20に用いられる電解質塩としては、特に制限はないが、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、CF3SO3Li、LiPF6、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiI、LiAlCl4等およびそれらの混合物が挙げられる。好ましくは、LiBF4及びLiPF6の1種または2種以上を混合したリチウム塩である。
なお、電解液20は、上記の有機溶媒及び電解質塩を含有する電解液に特に限定されるものではない。
また、上記の他、電解質として、補助的に固体のイオン導伝性材料から形成された膜(固体電解質膜)をさらに用いることもできる。この場合、非水電解液二次電池1が、正極電極部材11と負極電極部材13とこれらの間に配されたセパレータ15及び前記固体電解質膜と、電解液20とで形成されることができる。また、非水電解液二次電池1が、正極電極部材11と負極電極部材13とこれらの間に配された前記固体電解質膜と、電解液20とで形成されることもできる。
また、前記固体電解質膜が、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルまたはポリエチレングリコール、およびこれらの変成体等から形成されている有機固体電解質である場合には、軽量で柔軟性があるため、巻回される場合に有利である。さらに、前記固体電解質膜としては、上記の他、無機固体電解質、または、有機固体電解質と無機固体電解質との混合材料等を用いて形成されることもできる。
The
The electrolyte salt used in the
In addition, the
In addition to the above, a membrane (solid electrolyte membrane) that is supplementarily formed from a solid ion conductive material can also be used as the electrolyte. In this case, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 can be formed by the
Further, when the solid electrolyte membrane is an organic solid electrolyte formed from polyethylene oxide, polyacrylonitrile or polyethylene glycol, and modified products thereof, it is lightweight and flexible, and therefore is wound. Is advantageous. Furthermore, in addition to the above, the solid electrolyte membrane can be formed using an inorganic solid electrolyte or a mixed material of an organic solid electrolyte and an inorganic solid electrolyte.
そして、本実施形態では、前記正極活物質層11bは、少なくとも鉄を含有する正極活物質と該正極活物質の酸化物とから構成されており、前記酸化物は、前記正極活物質層11bの前記正極集電体11a側よりも前記正極集電体11aと反対側に多く含有されている。
And in this embodiment, the said positive electrode
具体的な態様を図3に示す。図3は、本実施形態での正極活物質層11bの厚み方向の構成を模式的に示す図である。この図のように模式的に示すと、正極活物質層11bのうち正極集電体11a側(下側)には、鉄を含有している正極活物質で構成された第1の領域11cが存在し、この第1の領域11cと隣接して正極集電体11aと反対側(上側)には、前記酸化物で構成された第2の領域11dが存在している。
かかる正極活物質層11bの厚みは、特に限定されるものではないが、通常、20μm〜200μm程度である。
なお、図3では、このように2つの領域が積層された態様を示すが、本発明の正極活物質層11bは、かかる態様に限定されるものではなく、正極活物質層11bの正極集電体11a側から前記反対側へ向かう程前記酸化物の含有量が多くなっているような態様であってもよい。
A specific embodiment is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration in the thickness direction of the positive electrode
The thickness of the positive electrode
Note that FIG. 3 shows a mode in which two regions are laminated in this way, but the positive electrode
前記正極活物質は、正極において充電反応及び放電反応の電極反応に寄与する物質であり、且つ、鉄を含有する化合物である。かかる正極活物質としては、例えば、リン酸鉄リチウム化合物が挙げられ、該リン酸リチウム化合物としては、LiFePO4の他、一般式LiMn(1-x-y)FexMyPO4(0≦x≦0.5、0≦y≦0.1、M=Mg、Co、Cr、Ti、Y、Mo又はNb)で表される化合物等が挙げられる。
正極活物質が、前記一般式で表される化合物である場合には、非水電解液二次電池1の放電容量がより大きくなるという利点がある。
なお、上記した正極活物質は、従来公知の方法を用いて適宜製造することができる。例えば、前記一般式で表される化合物は、例えば、酢酸マンガン四水和物と酢酸鉄を精製水に溶解させ、この混合液を撹拌しながらリン酸水溶液を滴下し、リン酸水溶液の滴下後、混合液に水酸化リチウム一水和物の粉末を加え、得られた混合液を60℃のウォーターバス中で撹拌しながらアンモニア水を加え、pHを9.5に調整し、さらにウォーターバスの温度を80℃に変更して撹拌することによって固形物が沈殿した混合液を得、得られた混合液を真空乾燥した後、得られた固形分を粉砕し、必要に応じて窒素ガスの流通下で焼成することによって製造することができる。
The positive electrode active material is a substance that contributes to the electrode reactions of the charge reaction and the discharge reaction in the positive electrode, and is a compound containing iron. Such a positive electrode active material, e.g., lithium iron phosphate compounds may be mentioned. As the lithium phosphate compound, other LiFePO 4, the general formula LiMn (1-xy) Fe x M y PO 4 (0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.1, M = Mg, Co, Cr, Ti, Y, Mo, or a compound represented by Nb).
When the positive electrode active material is a compound represented by the above general formula, there is an advantage that the discharge capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 becomes larger.
The positive electrode active material described above can be appropriately manufactured using a conventionally known method. For example, the compound represented by the above general formula is prepared by, for example, dissolving manganese acetate tetrahydrate and iron acetate in purified water, adding dropwise an aqueous phosphoric acid solution while stirring this mixed solution, Then, lithium hydroxide monohydrate powder was added to the mixed solution, and ammonia water was added while stirring the obtained mixed solution in a water bath at 60 ° C. to adjust the pH to 9.5. By changing the temperature to 80 ° C. and stirring, a liquid mixture in which solid matter is precipitated is obtained. After the obtained liquid mixture is vacuum-dried, the obtained solid content is pulverized and nitrogen gas is circulated as necessary. It can be manufactured by firing under.
前記正極活物質の酸化物は、前記正極活物質を酸化させることによって生成させたものである。かかる酸化物には、前記正極活物質に含有されている鉄が酸化されてなる酸化鉄(例えば、Fe2O3、Fe3O4)や酸化水酸化鉄(例えば、FeO(OH))が含有されており、これら鉄酸化物は、電解液20に対してほとんど溶けない。
このように、正極活物質層11bのうち前記酸化物が含有されている第2の領域11dは、正極活物質中の鉄が不溶化されているため、前記酸化物が含有されていない第2の領域11cよりも鉄が電解液20に溶出し難くなっている。
The positive electrode active material oxide is produced by oxidizing the positive electrode active material. Examples of the oxide include iron oxide (for example, Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 ) obtained by oxidizing iron contained in the positive electrode active material and iron oxide hydroxide (for example, FeO (OH)). These iron oxides are hardly dissolved in the
Thus, in the positive electrode
なお、前記正極活物質層11bは、例えば、前記正極活物質、前記酸化物の他、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の結着剤、アセチレンブラック等の導電助剤を有しているが、他の成分を有していてもよい。
また、正極電極部材11は、正極活物質層11bの表面に積層されたカーボンコート層を、さらに備えていてもよい。かかるカーボンコート層としては、特開2008−117749号公報に開示されているような繊維状のカーボン等が挙げられる。このように正極電極部材11がカーボンコート層を備えていることによって、電子伝導性が高められ、高率充放電性能に優れた電池を供給できるという利点がある。
The positive electrode
The
上記のように、前記正極活物質層11bが、鉄を含有する正極活物質と該正極活物質の酸化物とを含有しており、前記酸化物が、前記正極活物質層の前記正極集電体11a側よりも前記正極集電体11aと反対側に多く含有されていることによって、正極活物質層11bにその構成成分として含有されている鉄は、正極集電体11a側よりも前記反対側の方が電解液20に対して十分に不溶化されるため、前記反対側からの鉄の溶出が抑制される。これにより、高温環境下での耐久性の低下が十分に抑制される。加えて、正極活物質層11bの全体に一様に酸化物が含有されている場合と比較して、前記酸化物に起因する容量の低下が十分に抑制される。
従って、高温環境下で放置や使用された場合であっても、耐久性の低下及び容量の低下が十分に抑制される。
As described above, the positive electrode
Therefore, even when left standing or used in a high temperature environment, a decrease in durability and a decrease in capacity are sufficiently suppressed.
例えば、本実施形態において、特に、前記正極活物質がリン酸鉄リチウム化合物(LiFePO4)であり、電解液20がLiPF6等の酸を発生可能な成分を有しているような構成を採用した場合には、高温環境下においてLiPF6が分解して酸が発生するおそれがある。この場合、発生した酸とリン酸鉄リチウム化合物中の鉄とが反応することによって、前記正極活物質から鉄が溶出し、上記した容量の低下及び耐久性の低下が招かれるおそれがある。
しかし、上記のように、前記酸化物が、正極活物質層11bの正極集電体11a側よりも前記反対側に多く含有されていることによって、前記反対側の鉄が、例えば、Fe2O3、Fe3O4やFeO(OH)等に転換されて、電解液20中の酸に対して十分に不溶化される。これにより、前記反対側からの鉄の溶出が抑制されるため、上記した高温環境下での容量の低下及び耐久性の低下が抑制される。
For example, in the present embodiment, a configuration in which the positive electrode active material is a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) and the
However, as described above, since the oxide is contained more on the opposite side than the cathode
また、前記酸化物が、少なくとも前記正極活物質層11bの表面から5μmまでに含有されていることが好ましい。
このように、前記酸化物が少なくとも前記深さの領域の正極活物質層11bに含有されていることによって、正極活物質層11bの正極集電体11a側よりも前記反対側の方に、前記酸化物がより確実に含有されていることになる。これにより、より確実に、上記した高温環境下での耐久性の低下が抑制される。
なお、図3に示す態様では、正極電極部材11が上記したようなカーボンコート層を有していないが、カーボンコート層を有する場合には、該カーボンコート層の下側に配された正極活物質11bの表面から内側に5μmまでの領域が、上記領域に相当する。
The oxide is preferably contained at least 5 μm from the surface of the positive electrode
As described above, when the oxide is contained in at least the positive electrode
In the embodiment shown in FIG. 3, the
また、正極活物質層11bにおいて前記酸化物が正極集電体11aと反対側に多く含有されていることは、o−フェナントロリン発色法による比色分析を応用することによって確認することができる。
かかる分析では、まず、正極活物質11bの表面から内側に該正極活物質11bの厚みの1/10までを第1の試料として採取し、正極活物質11bの裏面(正極集電体11a側の面)から内側に該厚みの1/10までを第2の試料として採取する。
次に、前記第1の試料における第一鉄(2価の鉄)の含有量及び第二鉄(3価の鉄)の含有量(濃度)を、それぞれ第一鉄イオン(Fe2+)の含有量及び第二鉄イオン(Fe3+)の含有量として測定する。第一鉄の含有量は、酸化されていない正極活物質の含有量に相当し、第二鉄の含有量は、前記酸化物の含有量に相当する。この測定結果に基づいて、第一鉄に対する第二鉄の比率(Fe3+/Fe2+)を算出する。
なお、上記測定及び算出は、実施例に記載された方法で行う。
In addition, it can be confirmed by applying colorimetric analysis by the o-phenanthroline coloring method that the oxide is contained in the cathode
In this analysis, first, from the surface of the positive electrode
Next, the content of ferrous iron (divalent iron) and the content (concentration) of ferric iron (trivalent iron) in the first sample are the same as that of ferrous ions (Fe 2+ ), respectively. Measured as content and content of ferric ion (Fe 3+ ). The ferrous content corresponds to the content of the positive electrode active material that has not been oxidized, and the ferric content corresponds to the content of the oxide. Based on this measurement result, the ratio of ferric iron to ferrous iron (Fe 3+ / Fe 2+ ) is calculated.
In addition, the said measurement and calculation are performed by the method described in the Example.
同様に、第2の試料についても、第一鉄の含有量と第二鉄の含有量とを測定し、この測定結果に基づいて、第一鉄に対する第二鉄の比率(Fe3+/Fe2+)を算出する。
そして、第1の試料の上記比率をA、第2の試料の上記比率をBとしたとき、Bに対するAの比率が1よりも大きい場合(A/B>1)、前記酸化物が正極集電体11aよりも前記反対側に多く含有されていることになる。
Similarly, for the second sample, the ferrous content and the ferric content are measured, and based on the measurement results, the ratio of ferric iron to ferrous (Fe 3+ / Fe 2+ ) is calculated.
When the ratio of the first sample is A and the ratio of the second sample is B, when the ratio of A to B is greater than 1 (A / B> 1), the oxide is a positive electrode collector. It is contained more on the opposite side than the
なお、非水電解液二次電池1が、未充電の場合には、正極活物質11bについて上記のように分析を行えばよく、充電されている場合には、2.0Vまで放電した後に、電池を解体して正極電極部材を取り出し、放電状態が未充電の場合と同じになるように(例えばLizFePO4(0<z<1)がLiFePO4となるように)ビーカーセル等で調整して、上記のように分析を行えばよい。すなわち、上記の分析は、非水電解液二次電池1の充電量を2.0V以下として行えばよい。
When the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 is not charged, the positive electrode
また、A/Bは、1より大きければ特に限定されるものではない。ただし、A/Bが大きくなる程、前記反対側により多く前記酸化物が含有されていることになって耐久性がより向上する傾向にある。一方、A/Bが小さくなる程、容量の低下が抑制される傾向にある。従って、例えば、かかる観点を考慮して、A/Bが2〜10であることが好ましい。 Further, A / B is not particularly limited as long as it is larger than 1. However, the larger A / B, the more the oxide is contained on the opposite side, and the durability tends to be further improved. On the other hand, as A / B becomes smaller, the decrease in capacity tends to be suppressed. Therefore, for example, in view of such a viewpoint, it is preferable that A / B is 2 to 10.
次に、本実施形態の非水電解液二次電池の製造方法について説明する。
本実施形態の非水電解液二次電池1の製造方法は、正極活物質を正極集電体11a上に塗布し、前記正極活物質の表面を、酸素の存在下で加熱して、前記正極活物質における表面側を酸化させて正極電極部材11を作製し、得られた前記正極電極部材11と負極電極部材13と電解液20とを用いて非水電解液二次電池1を作製する。
Next, the manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment will be described.
In the manufacturing method of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment, a positive electrode active material is applied on the positive electrode
具体的には、まず、前記正極活物質と、前記結着剤と、前記導電助剤等と、N-メチルピロリドン等の有機溶媒とが混合されて、ペースト状の混合物(正極合剤ペースト)が得られる。
この混合物が、正極集電体11aの上に塗布されて乾燥される。
次に、乾燥された上記正極合剤の表面が、酸素が存在する条件下(例えば空気中)で、例えば80〜150℃で加熱されることによって、正極活物質層の表面側が酸化されて該正極活物質の酸化物が生成され、これにより、正極電極部材11が作製される。
Specifically, first, the positive electrode active material, the binder, the conductive additive, and an organic solvent such as N-methylpyrrolidone are mixed to form a paste-like mixture (positive electrode mixture paste). Is obtained.
This mixture is applied onto the positive electrode
Next, the surface of the dried positive electrode mixture is heated at, for example, 80 to 150 ° C. under conditions where oxygen is present (for example, in air), so that the surface side of the positive electrode active material layer is oxidized and the surface is oxidized. An oxide of the positive electrode active material is generated, whereby the
次に、得られた正極電極部材11、セパレータ15、負極電極部材13及びセパレータ15が、この順で積層された後、巻回されてエレメント10が形成される。そして、容器本体3にエレメント10を挿入し、正極及び負極電極部材11、13に集電部を接続し、外部ガスケット5及び外部端子21が装着された蓋部材4で容器本体3を覆って集電部と外部端子21とを接続し、この状態で容器本体3と蓋部材4を溶接し、注入口(不図示)を通して電解液20を注入し、そして該注入口を塞ぐことによって、非水電解液二次電池が作製される。
Next, the obtained
なお、本実施形態の非水電解液二次電池1の製造方法は、上記製造方法に特に限定されるものではない。 In addition, the manufacturing method of the non-aqueous-electrolyte secondary battery 1 of this embodiment is not specifically limited to the said manufacturing method.
上記した通り、本実施形態の非水電解液二次電池1は、正極集電体11aと該正極集電体11a上に塗布された正極活物質(ここでは正極活物質層11b)とを含む正極電極部材11と、負極電極部材13と、電解液20とを備え、前記正極活物質層11bは、鉄を含有する正極活物質と該正極活物質の酸化物とを含有しており、前記酸化物は、前記正極活物質層11bの前記正極集電体11a側よりも前記正極集電体11aと反対側に多く含有されている。
As described above, the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment includes the positive electrode
かかる構成の非水電解液二次電池1によれば、鉄を含有する正極活物質の酸化物が正極活物質層11bの正極集電体11a側よりも正極集電体11aと反対側に多く含有されていることによって、正極活物質にその構成成分として含有されている鉄は、上記正極集電体11a側よりも前記反対側の方が電解液に対して十分に不溶化され得るため、前記反対側からの鉄の溶出が抑制され得る。これにより、高温環境下での耐久性の低下が十分に抑制され得る。加えて、正極活物質層11bの全体に一様に酸化物が含有されている場合と比較して、前記酸化物に起因する容量の低下が十分に抑制され得る。
従って、高温環境下で放置や使用された場合であっても、耐久性の低下及び容量の低下が十分に抑制され得る。
According to the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 having such a configuration, the oxide of the positive electrode active material containing iron is more on the opposite side of the positive electrode
Therefore, even when left standing or used in a high temperature environment, a decrease in durability and a decrease in capacity can be sufficiently suppressed.
また、上記非水電解液二次電池1においては、前記正極活物質が、リン酸鉄リチウム化合物であることが好ましい。
また、上記非水電解液二次電池1においては、前記酸化物が、少なくとも前記正極活物質層11bの表面から内側に向かって5μmまでに含有されていることが好ましい。このように、少なくとも上記表面から内側に5μmまでの領域に前記酸化物が含有されていることによって、正極活物質層11bの正極集電体11a側よりも前記反対側の方に、前記酸化物がより確実に含有されていることになる。これにより、より確実に、上記した高温環境下での耐久性の低下が抑制され得る。
Moreover, in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the positive electrode active material is preferably a lithium iron phosphate compound.
In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the oxide is preferably contained at least 5 μm from the surface of the positive electrode
また、本実施形態の非水電解液二次電池1の製造方法は、正極活物質を正極集電体11a上に塗布し、前記正極活物質の表面を、酸素存在下で加熱することで酸化させて正極電極部材11を作製し、得られた前記正極電極部材11を用いて非水電解液二次電池を作製する。
Moreover, the manufacturing method of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 of the present embodiment is applied by applying a positive electrode active material on the positive electrode
また、本実施形態の非水電解液二次電池1は、上記した製造方法で製造されたものであることが好ましい。すなわち、本実施形態の非水電解液二次電池1は、正極活物質を正極集電体11a上に塗布し、前記正極活物質の表面を、酸素存在下で加熱することで酸化させて正極電極部材11を作製し、得られた前記正極電極部材11を用いて作製されたことが好ましい。
Moreover, it is preferable that the non-aqueous-electrolyte secondary battery 1 of this embodiment is manufactured with an above-described manufacturing method. That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 according to the present embodiment has a positive electrode active material coated on the positive electrode
本発明の非水電解液二次電池及びその製造方法は、上記の通りであるが、本発明は上記実施形態に限定されず本発明の意図する範囲内において適宜設計変更可能である。また、本発明の作用効果も上記実施形態に限定されるものではない。 The non-aqueous electrolyte secondary battery and the manufacturing method thereof of the present invention are as described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the intended scope of the present invention. Moreover, the effect of this invention is not limited to the said embodiment.
次に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these.
<リン酸鉄リチウム(LiFePO4)の作製>
正極活物質としてのLiFePO4を作製した。有機酸鉄(II)塩であるシュウ酸鉄二水和物(FeC2O4・2H2O)と、リン酸アンモニウム塩であるリン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)と、リチウム塩である炭酸リチウム(Li2CO3)とをモル比が2:2:1になるように計り取り、これらを乾式で混合した。得られた混合物に、エタノールを加えてペースト状とし、窒素雰囲気下にて、ボールミル(FRITSCH社製プラネタリーミル、ボール径1cm)を用いて2時間湿式粉砕混合を行った。このようにして、鉄源、リン源及びリチウム源を含む混合物を準備した。
<Preparation of lithium iron phosphate (LiFePO 4 )>
LiFePO 4 as a positive electrode active material was produced. Iron oxalate dihydrate (FeC 2 O 4 .2H 2 O) that is an organic acid iron (II) salt, ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) that is an ammonium phosphate salt, and a lithium salt Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was measured so as to have a molar ratio of 2: 2: 1, and these were mixed by a dry method. Ethanol was added to the resulting mixture to form a paste, and wet pulverization and mixing were performed for 2 hours using a ball mill (planetary mill manufactured by FRITSCH, ball diameter: 1 cm) under a nitrogen atmosphere. Thus, the mixture containing an iron source, a phosphorus source, and a lithium source was prepared.
前記混合物をアルミナ製の匣鉢(外形寸法90×90×50mm)に入れ、雰囲気置換式焼成炉(デンケン社製卓上真空ガス置換炉KDF−75)を用いて、露点温度−20℃の水分量に調節した水素0.5体積%を含む水素/窒素混合ガスの流通下(流速2.0リットル/分)で焼成した。焼成温度は750℃とし、焼成時間(前記焼成温度を維持する時間)は5時間とした。なお、昇温速度は5℃/分、降温は自然放冷とした。このようにして、正極活物質としてのリン酸鉄リチウム化合物(LiFePO4)を作製した。
The mixture was put in an alumina sagger (outside
<正極電極部材の作製>
上記のように作製した正極活物質を用い、各正極活物質86重量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック7重量%と、PVDF7重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて正極合剤ペーストを形成した。3.2g/100cm2の正極合剤ペーストを、正極集電体としての20μmの厚さのアルミニウム箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで500kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の正極電極部材を、それぞれ作製した。各正極電極部材の大きさは、長さが210cmで、幅が13cmで、正極集電体と両面の正極活物質層との合計の厚みが190μmであった。
かかる乾燥後、正極集電体と正極活物質とを、150℃の乾燥機内(空気雰囲気)で、0(放置なし、すなわち酸化処理なし)、0.1、0.5、1、2、5、10、15、20、30、40、50時間放置して、正極電極部材をそれぞれ作製した。
<Preparation of positive electrode member>
Using the positive electrode active material produced as described above, 86% by weight of each positive electrode active material, 7% by weight of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 7% by weight of PVDF were mixed, and N-methyl as a solvent was added to this mixture. Pyrrolidone was added to form a positive electrode mixture paste. 3.2 g / 100 cm 2 of positive electrode mixture paste was applied to both sides of a 20 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector, dried, and then applied with a 500 kgf / cm load by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like positive electrode member was produced. The size of each positive electrode member was 210 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the positive electrode current collector and the positive electrode active material layers on both sides was 190 μm.
After such drying, the positive electrode current collector and the positive electrode active material are placed in a dryer (air atmosphere) at 150 ° C., 0 (no standing, ie, no oxidation treatment), 0.1, 0.5, 1, 2, 5 The positive electrode member was produced by leaving it for 10, 15, 20, 30, 40, and 50 hours, respectively.
<正極活物質における酸化物の分布状態の確認>
(試料の採取)
上記のように作製した各正極電極部材において、表面の縦30mm×横30mmの領域において該表面から内側に5μmまでの第1の試料と、裏面(正極集電体11a側の面)の縦30mm×横30mmにおいて該裏面から内側に5μmまでの第2の試料を採取した。
(o−フェナントロリン発色法による比色分析)
・第一鉄イオン標準液の調製
硫酸第一鉄アンモニウム六水和物0.7022gを水に溶解し、6N塩酸0.2mLを加え、100mLに定容してストック溶液を調製した。ストック溶液には、1000ppmの第一鉄イオン(Fe2+)が含有されている。このストック溶液から、標準液を調製した。具体的には、まず、ストック溶液を水で5ppmに希釈して希釈液を調整した。次いで、水と希釈液の比が、体積比で2.5:0、2:0.5、1.5:1、0.5:2、0:2.5となるようにそれぞれ混合して、検量線作成用の一群の標準液を調製した。
・o−フェナントロリン溶液の調製
o−フェナントロリン塩酸塩一水和物0.025gを20mLの水に溶解し、氷酢酸5.76g(比重1.05により5.5mL)を加え、200mLに溶解して、o−フェナントロリン溶液を調製した。
・緩衝液(pH4.9)の調製
酢酸ナトリウム(無水物)13.6gを100mLの水に溶解し、氷酢酸5.76g(比重1.05により5.5mL)を加え、200mLに定容して、pH4.9の緩衝液を調製した。
・塩酸ヒドロキシルアミン溶液の調製
塩酸ヒドリキシルアミン1gを水10gに溶解して、塩酸ヒドロキシルアミン溶液を調製した。
・3N塩酸溶液
濃塩酸を水で希釈して、3N塩酸溶液を調製した。
・6Nアンモニア水
30重量%アンモニア水(17.6N)を、水で2.9倍に希釈して、6Nアンモニア水を調製した。
・試料溶液の調製
大気との接触を遮断し、十分に窒素置換した3N塩酸溶液10mLに各第1の試料10mgを加え、30分間超音波を照射して溶解させて、各第1の試料溶液を調製した。また、各第2の試料10mgを加えること以外は同様にして、各第2の試料溶液を調製した。
・第一鉄イオン含有量の測定
o−フェナントロリン溶液0.25mL、緩衝液0.25mLを混合した後、各第1の試料溶液を2.5mL加え、さらに水を2mL加えて撹拌し、撹拌後30分間放置した後、得られた混合溶液の波長510nmでの吸光度を、一般的な吸光光度計を用いて測定し、上記した検量線用標準液を用いて作成した検量線と比較して、各第1の試料溶液中の第一鉄イオン(Fe2+)濃度を得た。
また、各第2の試料溶液を2.5mL加えること以外は同様にして、吸光度を測定し、各第2の試料溶液の第一鉄イオン(Fe2+)濃度を得た。
・全鉄イオン(第一鉄イオン及び第二鉄イオンの総量)の測定
各第1の試料溶液2.5mLに3N塩酸溶液0.5mLを加え、5分間加熱した後、室温まで冷却した。得られた溶液に塩酸ヒドロキシルアミン溶液0.1mL、o−フェナントロリン溶液0.25mLを加えて撹拌した後、6Nアンモニウム水を加えてpHを3.5に調製した。pHが調製された溶液に、緩衝液0.25mLを加え、さらに水を加えて5mLに定容した。得られた混合溶液を撹拌し、撹拌後30分間放置した後、得られた混合溶液の波長510nmでの吸光度を一般的な吸光光度計を用いて測定し、上記した検量線用標準液を用いて作成した検量線と比較して、各第1の試料溶液中の全鉄イオン(Fe2+、Fe3+の合計)濃度を得た。
また、各第2の試料溶液2.5mLを用いること以外は上記と同様にして、各第2の試料溶液中の全鉄イオン濃度を得た。
なお、上記で冷却したに後、溶液が濁っている場合には、ろ過によって濁りを除去すればよい。
・第1の試料及び第2の試料における、第一鉄イオン含有量に対する第二鉄イオン含有量の比率(A、B)の算出
上記で得られた全鉄イオン濃度から第一鉄イオン濃度を差し引くことによって、第1の試料溶液中の第二鉄イオン(Fe3+)濃度を算出した。同様にして、第2の試料溶液中の第二鉄イオン(Fe3+)濃度を算出した。
次いで、第1の試料溶液中の第一鉄イオン濃度に対する第二鉄イオン濃度の比率を算出することによって、第1の試料の第一鉄に対する第二鉄の比率(Fe3+/Fe2+)を算出した。この比率をAとした。
同様にして、第2の試料の第一鉄に対する第二鉄の比率(Fe3+/Fe2+)を算出した。この比率をBとした。
そして、各正極活物質について、第2の試料の上記比率Bに対する第1の試料の上記比率Aの比率(A/B)を算出した。結果を、図4に示す。
<Confirmation of oxide distribution in positive electrode active material>
(Sample collection)
In each positive electrode member produced as described above, in the region of 30 mm length × 30 mm width of the surface, the first sample up to 5 μm inward from the surface and the back surface (surface on the positive electrode
(Colorimetric analysis by o-phenanthroline coloring method)
-Preparation of ferrous ion standard solution 0.7022 g of ferrous ammonium sulfate hexahydrate was dissolved in water, 0.2 mL of 6N hydrochloric acid was added, and the volume was adjusted to 100 mL to prepare a stock solution. The stock solution contains 1000 ppm of ferrous ions (Fe 2+ ). A standard solution was prepared from this stock solution. Specifically, first, the stock solution was diluted with water to 5 ppm to prepare a diluted solution. Next, the ratios of water and diluting solution are mixed so that the volume ratio is 2.5: 0, 2: 0.5, 1.5: 1, 0.5: 2, 0: 2.5. A group of standard solutions for preparing a calibration curve was prepared.
-Preparation of o-phenanthroline solution 0.025 g of o-phenanthroline hydrochloride monohydrate was dissolved in 20 mL of water, 5.76 g of glacial acetic acid (5.5 mL with a specific gravity of 1.05) was added, and dissolved in 200 mL. An o-phenanthroline solution was prepared.
-Preparation of buffer solution (pH 4.9) 13.6 g of sodium acetate (anhydrous) was dissolved in 100 mL of water, 5.76 g of glacial acetic acid (5.5 mL with a specific gravity of 1.05) was added, and the volume was adjusted to 200 mL. Thus, a buffer solution having a pH of 4.9 was prepared.
-Preparation of hydroxylamine hydrochloride solution 1 g of hydroxylamine hydrochloride was dissolved in 10 g of water to prepare a hydroxylamine hydrochloride solution.
-3N hydrochloric acid solution 3N hydrochloric acid solution was prepared by diluting concentrated hydrochloric acid with water.
・ Preparation of
・ Measurement of ferrous ion content After mixing 0.25 mL of o-phenanthroline solution and 0.25 mL of buffer solution, 2.5 mL of each first sample solution was added, and 2 mL of water was further added and stirred. After leaving for 30 minutes, the absorbance at a wavelength of 510 nm of the obtained mixed solution was measured using a general absorptiometer, and compared with a calibration curve prepared using the above standard curve standard solution, The ferrous ion (Fe 2+ ) concentration in each first sample solution was obtained.
Further, the absorbance was measured in the same manner except that 2.5 mL of each second sample solution was added, and the ferrous ion (Fe 2+ ) concentration of each second sample solution was obtained.
Measurement of total iron ions (total amount of ferrous ions and ferric ions) 0.5 mL of 3N hydrochloric acid solution was added to 2.5 mL of each first sample solution, heated for 5 minutes, and then cooled to room temperature. To the resulting solution, 0.1 mL of hydroxylamine hydrochloride solution and 0.25 mL of o-phenanthroline solution were added and stirred, and then 6N ammonium water was added to adjust the pH to 3.5. To the solution whose pH was adjusted, 0.25 mL of buffer solution was added, and water was further added to adjust the volume to 5 mL. The obtained mixed solution is stirred and allowed to stand for 30 minutes after stirring, and then the absorbance at a wavelength of 510 nm of the obtained mixed solution is measured using a general absorptiometer, and the above standard curve standard solution is used. Compared with the calibration curve prepared in this way, the total iron ion (Fe 2+ , Fe 3+ total) concentration in each first sample solution was obtained.
Further, the total iron ion concentration in each second sample solution was obtained in the same manner as above except that 2.5 mL of each second sample solution was used.
In addition, what is necessary is just to remove turbidity by filtration, when the solution is turbid after cooling in the above.
-Calculation of ratio (A, B) of ferric ion content with respect to ferrous ion content in 1st sample and 2nd sample Ferrous ion concentration is calculated from the total iron ion concentration obtained above. By subtracting, the concentration of ferric ion (Fe 3+ ) in the first sample solution was calculated. Similarly, the ferric ion (Fe 3+ ) concentration in the second sample solution was calculated.
Next, by calculating the ratio of ferric ion concentration to ferrous ion concentration in the first sample solution, the ratio of ferric iron to ferrous iron in the first sample (Fe 3+ / Fe 2+). ) Was calculated. This ratio was A.
Similarly, the ratio of ferric iron to ferrous iron (Fe 3+ / Fe 2+ ) in the second sample was calculated. This ratio was B.
And about each positive electrode active material, the ratio (A / B) of the said ratio A of the 1st sample with respect to the said ratio B of the 2nd sample was computed. The results are shown in FIG.
(負極電極部材の作製)
負極活物質としてのグラファイト90重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)10重量%とを混合し、この混合物に溶剤としてのN−メチルピロリドンを加えて負極合剤ペーストを形成した。1.5g/100cm2の負極合剤ペーストを、負極集電体としての10μmの厚さの銅箔の両面に塗布し、これを乾燥した後、ロールプレスで100kgf/cmの負荷を印加して圧縮成型した。これにより、帯状の負極電極部材を作製した。負極電極部材の大きさは、長さが220cmで、幅が13cmで、負極集電体と両面の負極活物質層との合計の厚みが120μmであった。
(Preparation of negative electrode member)
90% by weight of graphite as a negative electrode active material and 10% by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed, and N-methylpyrrolidone as a solvent was added to this mixture to form a negative electrode mixture paste. . A negative electrode mixture paste of 1.5 g / 100 cm 2 was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil as a negative electrode current collector, dried, and then applied with a load of 100 kgf / cm by a roll press. Compression molded. Thereby, a strip-like negative electrode member was produced. The size of the negative electrode member was 220 cm in length, 13 cm in width, and the total thickness of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layers on both sides was 120 μm.
(試験電池の作製) (Production of test battery)
上記のように作製した各正極電極部材及び負極電極部材の各々に、正極タブ及び負極タブを取り付けた。
また、セパレータとして幅12cm、厚み25μmのポリオレフィン製微多孔膜を準備した。
A positive electrode tab and a negative electrode tab were attached to each of the positive electrode member and the negative electrode member produced as described above.
Further, a microporous polyolefin membrane having a width of 12 cm and a thickness of 25 μm was prepared as a separator.
次に、各正極電極部材、セパレータ、負極電極部材及びセパレータの順に積層し、長円筒状に巻回した。これにより、エレメント(電極群)を作製した。かかるエレメントを、容器に収容し、該容器に蓋をし、電解液を注入することによって、各試験電池を作製した。 Next, each positive electrode member, separator, negative electrode member and separator were laminated in this order and wound into a long cylindrical shape. This produced the element (electrode group). Each of the test batteries was fabricated by housing the element in a container, capping the container, and injecting an electrolyte solution.
(容量保持性試験)
各試験電池を用いて、容量保持性試験を行った。
具体的には、1CAの電流で3.6Vの電圧まで充電した後、1CAの電流で2.0Vの電圧まで放電したときの放電容量を測定し、正極活物質1g当たりの初期放電容量を算定した。
次に、この試験電池を同じ充放電条件で300サイクル充放電した後の放電容量を求め、放電容量比(%)を算出した。なお、ここで「放電容量比(%)」とは、300サイクル後の放電容量を初期放電容量で除した値に100を掛けた値とした。
各比率A/Bと、放電容量比との関係を、図4に示す。
(Capacity retention test)
A capacity retention test was performed using each test battery.
Specifically, after charging to a voltage of 3.6 V with a current of 1 CA, the discharge capacity when discharging to a voltage of 2.0 V with a current of 1 CA is measured, and the initial discharge capacity per gram of the positive electrode active material is calculated. did.
Next, the discharge capacity after charging / discharging this test battery for 300 cycles under the same charge / discharge conditions was determined, and the discharge capacity ratio (%) was calculated. Here, the “discharge capacity ratio (%)” is a value obtained by multiplying the value obtained by dividing the discharge capacity after 300 cycles by the initial discharge capacity by 100.
FIG. 4 shows the relationship between each ratio A / B and the discharge capacity ratio.
(耐久性試験)
さらに、充放電サイクル試験に供した電池と同様に作製した別の電池を用い、耐久性試験を行った。1CAの電流で3.6Vの電圧まで再度充電した後、電池を60℃の環境下で10日間保存し、保存後も初期と同様の充放電条件で3回充放電を繰り返し、3回目の放電容量を保存後放電容量とし、耐久性能比を算出した。なお、ここで「耐久性能比(%)」とは、保存後放電容量を初期放電容量で除して100を掛けた値とした。
各比率A/Bと、耐久性能比との関係を、図4に示す。
(Durability test)
Furthermore, the durability test was done using another battery produced similarly to the battery used for the charge / discharge cycle test. After charging again to a voltage of 3.6 V with a current of 1 CA, the battery is stored for 10 days in an environment of 60 ° C. After the storage, the battery is repeatedly charged and discharged three times under the same charge and discharge conditions as the initial stage. The capacity was defined as the discharge capacity after storage, and the durability performance ratio was calculated. The “durability performance ratio (%)” is a value obtained by dividing the discharge capacity after storage by the initial discharge capacity and multiplying by 100.
FIG. 4 shows the relationship between each ratio A / B and the durability performance ratio.
図4に示すように、正極活物質の表面側に正極集電体側よりも多くの前記酸化物が含有されていることによって、一様に酸化されている場合よりも、放電容量比(容量)の低下も耐久性能比(耐久性)の低下も抑制され得ることがわかった。さらに、上記A/Bの比率が、2以上10以下では、この範囲を外れる場合よりも、放電容量比(容量)の低下も耐久性能比(耐久性)の低下も一層抑制されることがわかった。この結果、正極活物質層の表面側に正極活物質の酸化物が含有されていることによって、酸化物による耐久性能比の低下を抑制しつつ、放電容量比の低下が一層抑制されることがわかった。 As shown in FIG. 4, the discharge capacity ratio (capacity) is larger than that in the case where the oxide is contained more uniformly on the surface side of the positive electrode active material than on the positive electrode current collector side. It has been found that both a decrease in durability and a decrease in durability performance ratio (durability) can be suppressed. Further, it is understood that when the A / B ratio is 2 or more and 10 or less, the decrease in the discharge capacity ratio (capacity) and the decrease in the durability performance ratio (durability) are further suppressed than when the ratio is outside this range. It was. As a result, by containing the oxide of the positive electrode active material on the surface side of the positive electrode active material layer, it is possible to further suppress the decrease in the discharge capacity ratio while suppressing the decrease in the durability performance ratio due to the oxide. all right.
1:非水電解液二次電池、10:エレメント、11:正極電極部材、11a:正極集電体、11b:正極活物質層、11c:第1の領域、11d:第2の領域、13:負極電極部材、13a:負極集電体、13b:負極活物質層、20:電解液 1: non-aqueous electrolyte secondary battery, 10: element, 11: positive electrode member, 11a: positive electrode current collector, 11b: positive electrode active material layer, 11c: first region, 11d: second region, 13: Negative electrode member, 13a: negative electrode current collector, 13b: negative electrode active material layer, 20: electrolyte solution
Claims (4)
前記正極活物質は、少なくとも鉄を含有する正極活物質と該正極活物質の酸化物とから構成され、
前記酸化物は、前記正極活物質の前記正極集電体側よりも前記正極集電体と反対側に多く含有されている非水電解液二次電池。 A positive electrode member including a positive electrode current collector, and a positive electrode active material applied on the positive electrode current collector, a negative electrode member, and an electrolyte solution,
The positive electrode active material is composed of a positive electrode active material containing at least iron and an oxide of the positive electrode active material,
The non-aqueous electrolyte secondary battery in which the oxide is contained more on the opposite side of the positive electrode current collector than on the positive electrode current collector side of the positive electrode active material.
前記正極活物質の表面を、酸素存在下で加熱することで酸化させて正極電極部材を作製し、
得られた前記正極電極部材を用いて非水電解液二次電池を作製する非水電解液二次電池の製造方法。 Apply the positive electrode active material on the positive electrode current collector,
The surface of the positive electrode active material is oxidized by heating in the presence of oxygen to produce a positive electrode member,
A method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein a nonaqueous electrolyte secondary battery is produced using the obtained positive electrode member.
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