JP2015037068A - Positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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裕子 岸見
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研二 河野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery having a large volume energy density and good load characteristic, and a positive electrode for lithium ion battery which enables the arrangement of the lithium ion secondary battery.SOLUTION: A positive electrode for lithium ion battery comprises: a positive electrode mixture layer including active material particles, a conductive assistant agent, a dispersant and a resin binder. The active material particles include 70-95 mass% of particles having particle diameters of 0.8-35 μm, and 5-30 mass% of particles having particle diameters of 0.001-0.4 μm. The particles having particle diameters of 0.8-35 μm, and the particles having particle diameters of 0.001-0.4 μm account for 90 mass% or more in total. The conductive assistant agent contains a carbon material. In the positive electrode mixture layer, the content of the carbon material is 0.5-7 mass%. The positive electrode mixture layer has a porosity of 5-15 vol.%. A lithium ion secondary battery comprises the positive electrode for lithium ion battery.

Description

本発明は、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性が良好なリチウムイオン二次電池と、前記リチウムイオン二次電池を構成し得るリチウムイオン電池用正極とに関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery having a large volume energy density and good load characteristics, and a positive electrode for a lithium ion battery that can constitute the lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、携帯用電子機器やハイブリッド自動車などに用いるための電池として、急速に開発が進められている。このようなリチウムイオン二次電池では、負極活物質には主に炭素材料が用いられ、正極活物質には、金属酸化物、金属硫化物、各種ポリマーなどが用いられている。特に、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウム複合酸化物は、高エネルギー密度で高電圧の電池を実現できることから、現在、リチウムイオン二次電池の正極活物質として一般的に用いられている。   Lithium ion secondary batteries are being rapidly developed as batteries for use in portable electronic devices and hybrid vehicles. In such a lithium ion secondary battery, a carbon material is mainly used as the negative electrode active material, and metal oxides, metal sulfides, various polymers, and the like are used as the positive electrode active material. In particular, lithium composite oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate can be used as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries because they can realize high energy density and high voltage batteries. It has been.

また、適用機器の高機能化や適用分野の拡大に伴って、リチウムイオン二次電池には体積エネルギー密度の更なる向上が求められている。   In addition, with the enhancement of functionality of applied devices and the expansion of application fields, lithium ion secondary batteries are required to further improve volume energy density.

リチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度を高めるに際しては、例えば、正極活物質や導電性助剤、バインダなどを含有する正極合剤層の空隙率を下げ、層内に導入する正極活物質の量を増やすことが考えられる。   In increasing the volume energy density of the lithium ion secondary battery, for example, the porosity of the positive electrode mixture layer containing the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder, etc. is lowered, and the amount of the positive electrode active material introduced into the layer It is possible to increase

例えば、特許文献1には、平均粒径の異なる2種のコバルト酸リチウム粒子粉末を特定比率で混合した正極活物質を使用することで、正極合剤層の密度を高める技術が提案されている。   For example, Patent Document 1 proposes a technique for increasing the density of the positive electrode mixture layer by using a positive electrode active material in which two types of lithium cobaltate particles having different average particle diameters are mixed at a specific ratio. .

特開2006−286511号公報JP 2006-286511 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術でも、リチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度を従来のものよりも大きく高め得るような低空隙率の正極合剤層は形成し難い。   However, even with the technique described in Patent Document 1, it is difficult to form a positive electrode mixture layer having a low porosity that can increase the volume energy density of the lithium ion secondary battery to be higher than that of the conventional one.

また、正極合剤層の空隙率を下げると、正極合剤層内に非水電解液が浸透し難くなるため、特に大きな電流値で充放電を行った際に、電池反応に関与できない正極活物質の割合が多くなって容量が小さくなるといった問題が生じやすく、こうした点において、特許文献1に記載の技術も含めた従来の技術には改善の余地がある。よって、正極合剤層の空隙率を下げることによってリチウムイオン二次電池の高容量化を図るに当たっては、大きな電流値で充放電を行っても十分に容量が引き出せるようにして、良好な負荷特性を維持できるようにすることも求められる。   Further, when the porosity of the positive electrode mixture layer is lowered, the nonaqueous electrolyte solution does not easily penetrate into the positive electrode mixture layer. Therefore, when the charge / discharge is performed at a particularly large current value, the positive electrode active layer that cannot participate in the battery reaction can be obtained. The problem that the volume of the substance increases and the capacity decreases tends to occur. In this respect, there is room for improvement in the conventional techniques including the technique described in Patent Document 1. Therefore, in order to increase the capacity of the lithium ion secondary battery by lowering the porosity of the positive electrode mixture layer, it is possible to sufficiently extract the capacity even when charging / discharging with a large current value, and to have good load characteristics. It is also required to be able to maintain

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性が良好なリチウムイオン二次電池と、前記リチウムイオン二次電池を構成し得るリチウムイオン電池用正極とを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a lithium ion secondary battery having a large volumetric energy density and good load characteristics, and a lithium ion battery that can constitute the lithium ion secondary battery. It is to provide a positive electrode for use.

前記目的を達成し得た本発明のリチウムイオン電池用正極(以下、単に「正極」という場合がある)は、活物質粒子、導電性助剤および樹脂製バインダを含む正極合剤層を有するものであって、前記活物質粒子として、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が70〜95質量%であり、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が5〜30質量%であり、前記粒子径が0.8〜35μmの粒子と前記粒子径が0.001〜0.4μmの粒子とを合計した割合が90質量%以上のものを使用し、前記導電性助剤としてカーボン材料を含有し、前記正極合剤層における前記カーボン材料の含有量が0.5〜7質量%であり、前記正極合剤層の空隙率が5〜15vol.%(体積%)であることを特徴とするものである。   The positive electrode for a lithium ion battery of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “positive electrode”) that has achieved the above object has a positive electrode mixture layer containing active material particles, a conductive auxiliary agent, and a resin binder. As the active material particles, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 70 to 95 mass%, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 5 to 30 mass. %, And the ratio of the total of the particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and the particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 90% by mass or more, and the conductive auxiliary agent As a carbon material, the content of the carbon material in the positive electrode mixture layer is 0.5 to 7% by mass, and the porosity of the positive electrode mixture layer is 5 to 15 vol. % (Volume%).

また、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有しており、前記正極に、本発明のリチウムイオン電池用正極を用いたことを特徴とするものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode for a lithium ion battery of the present invention is used as the positive electrode. is there.

本発明によれば、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性が良好なリチウムイオン二次電池と、前記リチウムイオン二次電池を構成し得るリチウムイオン電池用正極とを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having a large volumetric energy density and good load characteristics, and a positive electrode for a lithium ion battery that can constitute the lithium ion secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view which represents typically an example of the lithium ion secondary battery of this invention. 図1のリチウムイオン二次電池のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of the lithium ion secondary battery of FIG.

本発明のリチウムイオン電池用正極は、物質粒子、導電性助剤、分散剤および樹脂製バインダを含む正極合剤層を有しており、例えば、前記正極合剤層を集電体の片面または両面に形成した構造のものである。   The positive electrode for a lithium ion battery according to the present invention has a positive electrode mixture layer containing substance particles, a conductive auxiliary agent, a dispersant, and a resin binder. For example, the positive electrode mixture layer is formed on one side of a current collector or The structure is formed on both sides.

本発明の正極は、正極合剤層の空隙率が、15vol.%以下、好ましくは13vol.%以下である。本発明では、正極における正極合剤層の空隙率を前記のように小さくし、正極合剤層に充填できる活物質粒子の量を多くすることで、体積エネルギー密度の大きなリチウムイオン二次電池を構成できるようにしている。   In the positive electrode of the present invention, the porosity of the positive electrode mixture layer is 15 vol. % Or less, preferably 13 vol. % Or less. In the present invention, by reducing the porosity of the positive electrode mixture layer in the positive electrode as described above and increasing the amount of active material particles that can be filled in the positive electrode mixture layer, a lithium ion secondary battery having a large volume energy density is obtained. It can be configured.

しかしながら、正極合剤層の空隙率を前記のように小さくすることは容易ではなく、また、正極合剤層の空隙率を単純に小さくしても、前記の通り、正極合剤層内に非水電解液が浸透し難くなることから、リチウムイオン二次電池の負荷特性が損なわれてしまう。   However, it is not easy to reduce the porosity of the positive electrode mixture layer as described above, and even if the porosity of the positive electrode mixture layer is simply reduced, as described above, there is no non-existence in the positive electrode mixture layer. Since it becomes difficult for the water electrolyte to penetrate, the load characteristics of the lithium ion secondary battery are impaired.

そこで、本発明では、正極合剤層に含有させる活物質の粒径および組成、並びに正極合剤層に含有させる導電性助剤の種類および組成を調整し、これにより、前記のような空隙率の小さな正極合剤層の形成を可能としてリチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度向上を可能とする一方で、良好な負荷特性を維持できるようにしている。   Therefore, in the present invention, the particle size and composition of the active material contained in the positive electrode mixture layer and the type and composition of the conductive auxiliary agent contained in the positive electrode mixture layer are adjusted, whereby the porosity as described above is adjusted. Thus, it is possible to form a small positive electrode material mixture layer and to improve the volume energy density of the lithium ion secondary battery, while maintaining good load characteristics.

ただし、正極合剤層の空隙率が小さすぎると、正極合剤層内に浸透できる非水電解液の量が非常に少なくなって、電池特性の低下を引き起こす虞がある。よって、本発明の正極は、正極合剤層の空隙率が、5vol.%以上、好ましくは7vol.%以上である。   However, if the porosity of the positive electrode mixture layer is too small, the amount of the non-aqueous electrolyte solution that can penetrate into the positive electrode mixture layer is very small, which may cause deterioration in battery characteristics. Therefore, the positive electrode of the present invention has a positive electrode mixture layer with a porosity of 5 vol. % Or more, preferably 7 vol. % Or more.

本明細書でいう正極合剤層の空隙率は、正極合剤層の見掛けの体積(空隙を含む体積)を100%としたときの、正極合剤層に含まれる全ての材料の部分を除く部分の体積割合を百分率で表したものである。具体的には、まず、正極の質量を測定し、その値から正極集電体の質量を引いて求められる正極合剤層の質量を、正極5点の平均厚みから正極集電体の厚みを引いて求められる正極合剤層の厚みに正極合剤層の面積を描けて求められる正極合剤層の体積で除して、正極合剤層の密度Dcを求める。次に、正極合剤層に含まれる全ての材料の真比重と質量比率とから、正極合剤層の真比重Mcを求める。そして、空隙率pは、前記の正極合剤層の密度Dcと真比重Mcとを用いて、下記式によって求められる。
p = {1−(Dc/Mc)}×100
The porosity of the positive electrode mixture layer referred to in this specification excludes all material portions contained in the positive electrode mixture layer when the apparent volume (volume including voids) of the positive electrode mixture layer is 100%. The volume ratio of the part is expressed as a percentage. Specifically, first, the mass of the positive electrode is measured, the mass of the positive electrode mixture layer obtained by subtracting the mass of the positive electrode current collector from that value, and the thickness of the positive electrode current collector from the average thickness of 5 positive electrodes. The density Dc of the positive electrode mixture layer is obtained by dividing the thickness of the positive electrode mixture layer obtained by drawing the area of the positive electrode mixture layer by the volume of the positive electrode mixture layer obtained. Next, the true specific gravity Mc of the positive electrode mixture layer is determined from the true specific gravity and mass ratio of all the materials contained in the positive electrode mixture layer. And the porosity p is calculated | required by a following formula using the density Dc and true specific gravity Mc of the said positive mix layer.
p = {1- (Dc / Mc)} × 100

正極の活物質粒子には、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が70〜95質量%であり、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が5〜30質量%であり、前記粒子径が0.8〜35μmの粒子と前記粒子径が0.001〜0.4μmの粒子とを合計した割合が90質量%以上のものを使用する。   In the positive electrode active material particles, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 70 to 95 mass%, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 5 to 30 mass%. In addition, a particle having a total ratio of 90% by mass or more of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is used.

正極に使用する活物質粒子が前記のような粒度分布を有している場合には、より粒子径が大きな粒子(粒子径が0.8〜35μmの粒子)同士の間に生じた隙間が、より粒子径が小さな粒子(粒子径が0.001〜0.4μmの粒子)が入り込むことで適正に埋められるため、正極合剤層の空隙率を前記のように小さくすることが可能となる。よって、正極合剤層内に導入する活物質粒子の量を多くし得ることから、体積エネルギー密度の大きなリチウムイオン二次電池を構成可能な正極とすることができる。   When the active material particles used for the positive electrode have a particle size distribution as described above, a gap formed between particles having a larger particle size (particles having a particle size of 0.8 to 35 μm), Since particles having a smaller particle diameter (particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm) are appropriately filled, the porosity of the positive electrode mixture layer can be reduced as described above. Therefore, since the amount of active material particles introduced into the positive electrode mixture layer can be increased, a positive electrode capable of constituting a lithium ion secondary battery having a large volume energy density can be obtained.

しかも、正極に使用する活物質粒子が前記のような粒度分布を有している場合には、正極合剤層の空隙率を前記のように小さくしても、負荷特性の低下を抑制したリチウムイオン二次電池を構成可能な正極とすることができる。その理由は定かではないが、正極合剤層の形成に前記のような粒度分布を有する活物質粒子を用いた場合、正極合剤層内に形成される空隙が非常に微細かつ多数になると考えられ、これにより、空隙率自体は小さくても、正極合剤層内の全体にわたって高い均一性で非水電解液が浸透できるようになるためであると推測される。   In addition, when the active material particles used for the positive electrode have the particle size distribution as described above, even if the porosity of the positive electrode mixture layer is reduced as described above, lithium that suppresses the deterioration of load characteristics is suppressed. It can be set as the positive electrode which can comprise an ion secondary battery. The reason is not clear, but when the active material particles having the particle size distribution as described above are used for forming the positive electrode mixture layer, the voids formed in the positive electrode mixture layer are considered to be very fine and numerous. Thus, even if the porosity itself is small, it is presumed that the non-aqueous electrolyte can permeate with high uniformity throughout the positive electrode mixture layer.

本発明の正極においては、全活物質粒子中における粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の含有量が、5質量%以上、好ましくは9質量%以上であって、30質量%以下、好ましくは20質量%以下である。正極の活物質粒子全量中における粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の含有量が前記の値である場合には、正極合剤層の空隙率を前記のように小さくすることができると共に、リチウムイオン二次電池の負荷特性の低下を抑制することができる。   In the positive electrode of the present invention, the content of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in all active material particles is 5% by mass or more, preferably 9% by mass or more, and 30% by mass or less. Preferably it is 20 mass% or less. When the content of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the active material particles of the positive electrode is the above value, the porosity of the positive electrode mixture layer can be reduced as described above. At the same time, it is possible to suppress a decrease in load characteristics of the lithium ion secondary battery.

また、本発明の正極において、全活物質粒子中における粒子径が0.8〜35μmの粒子の含有量は、70質量%以上、好ましくは80質量%以上であって、95質量%以下、好ましくは91質量%以下である。   In the positive electrode of the present invention, the content of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm in all active material particles is 70% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and preferably 95% by mass or less. Is 91 mass% or less.

本発明の正極は、活物質粒子として、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子および粒子径が0.8〜35μmの粒子のみを含有していてもよく、また、粒子径が0.8〜35μmおよび0.001〜0.4μmに該当しない粒子を含有していてもよい。ただし、粒子径が0.8〜35μmおよび0.001〜0.4μmに該当しない粒子を使用する場合には、全活物質粒子中において、10質量%以下とすればよい。   The positive electrode of the present invention may contain only particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm and particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm as active material particles. You may contain the particle | grains which do not correspond to 8-35 micrometers and 0.001-0.4 micrometers. However, when using particles whose particle diameters do not fall within the range of 0.8 to 35 μm and 0.001 to 0.4 μm, the total active material particles may be 10% by mass or less.

正極の活物質粒子を、前記のような粒度分布とするには、例えば、第1群粒子と、第1群粒子よりも粒子径が小さな第2群粒子とを使用すればよい。すなわち、粒子径が0.001〜0.4μmの間に粒度分布を有する第2群粒子と、粒子径が0.8〜35μmの間に粒度分布を有する第1群粒子とを使用することにより、正極の活物質粒子の粒度分布を、前記のように調整することができる。この場合、全活物質粒子中において、第1群粒子:70質量%以上(好ましくは80質量%以上)95質量%以下(好ましくは91質量%以下)、第2群粒子:5質量%以上(好ましくは9質量%以上)30質量%以下(好ましくは20質量%以下)の割合で併用すればよい。   In order to make the active material particles of the positive electrode have the particle size distribution as described above, for example, first group particles and second group particles having a particle diameter smaller than that of the first group particles may be used. That is, by using the second group particles having a particle size distribution between 0.001 and 0.4 μm and the first group particles having a particle size distribution between 0.8 and 35 μm. The particle size distribution of the positive electrode active material particles can be adjusted as described above. In this case, in all active material particles, the first group particles: 70% by mass or more (preferably 80% by mass or more) 95% by mass or less (preferably 91% by mass or less), the second group particles: 5% by mass or more ( What is necessary is just to use together in the ratio of 30 mass% or less (preferably 20 mass% or less).

また、第1群粒子および第2群粒子に該当しない粒子径を有する第3群粒子を、活物質粒子全体の10質量%以下の範囲で含有していてもよい。   Moreover, you may contain the 3rd group particle which has a particle diameter which does not correspond to a 1st group particle and a 2nd group particle in the range of 10 mass% or less of the whole active material particle.

そして、第1群粒子の平均粒子径A(μm)は、例えば、1μm以上、好ましくは5μm以上であって、30μm以下、好ましくは20μm以下とすればよい。また、第2群粒子の平均粒子径B(μm)は、例えば、0.001μm以上、好ましくは0.005μm以上であって、0.3μm以下、好ましくは0.2μm以下とすればよい。   The average particle diameter A (μm) of the first group particles is, for example, 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and 30 μm or less, preferably 20 μm or less. The average particle diameter B (μm) of the second group particles is, for example, 0.001 μm or more, preferably 0.005 μm or more, and 0.3 μm or less, preferably 0.2 μm or less.

本明細書でいう各種粒子(第1群粒子、第2群粒子、および後述する遷移金属酸化物粒子)の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察した粒子300個について、粒子の直径(粒子が球形の場合)または長軸長さの径(粒子が球形以外の形状の場合)を求め、これらの粒子径の合計値を個数(300個)で除して求められる平均値である。   The average particle size of the various particles (first group particles, second group particles, and transition metal oxide particles described later) referred to in the present specification is the particle diameter of 300 particles observed with a transmission electron microscope (TEM). (When the particles are spherical) or the diameter of the major axis length (when the particles have a shape other than the spherical shape), and the average value obtained by dividing the total value of these particle diameters by the number (300) .

また、本明細書でいう正極の活物質粒子の粒度分布は、正極の活物質粒子が1群の粒子群(すなわち、粒子径の異なる活物質粒子が集まった集合体)の場合には、これらの粒子群中の粒子300個について、前記の平均粒子径を求める場合と同じ方法で各粒子径を調べ、粒子径が0.8〜35μmの粒子群中に含まれる粒子の個数と、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子群中に含まれる個数とを求め、それぞれの粒子群の質量割合を算出する方法によって求められる値である。ただし、例えば、正極の活物質粒子に、2つの粒子群を使用する場合であって、それぞれの粒子群に含まれる各粒子の範囲が、前記の平均粒子径の測定方法と同じ方法によって既知である場合(すなわち、一方の粒子群中に含まれる全粒子の粒子径が0.8〜35μmの範囲内にあり、他方の粒子群中に含まれる全粒子の粒子径が0.001〜0.4μmの範囲内にある場合)には、各粒子群の使用量を調整することで、本明細書でいう正極の活物質の粒度分布を把握することができる。   Further, the particle size distribution of the positive electrode active material particles in this specification is such that when the positive electrode active material particles are a group of particles (that is, an aggregate of active material particles having different particle diameters), For each of the 300 particles in the particle group, each particle diameter was examined by the same method as that for obtaining the average particle diameter, and the number of particles contained in the particle group having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and the particle diameter Is a value obtained by a method of obtaining the number of particles contained in a particle group of 0.001 to 0.4 μm and calculating the mass ratio of each particle group. However, for example, when two particle groups are used for the positive electrode active material particles, the range of each particle included in each particle group is known by the same method as the method for measuring the average particle diameter described above. In some cases (that is, the particle size of all the particles contained in one particle group is in the range of 0.8 to 35 μm, and the particle size of all the particles contained in the other particle group is 0.001 to 0.001). When the particle size is in the range of 4 μm), the particle size distribution of the active material of the positive electrode referred to in this specification can be grasped by adjusting the amount of each particle group used.

また、第1群粒子の平均粒子径Aと、第2群粒子の平均粒子径Bとの比A/Bが、40以上、好ましくは50以上となるような関係の第1群粒子と第2群粒子とを使用することが望ましい。   Further, the first group particles and the second particles are in such a relationship that the ratio A / B between the average particle diameter A of the first group particles and the average particle diameter B of the second group particles is 40 or more, preferably 50 or more. It is desirable to use group particles.

第1群粒子の平均粒子径と第2群粒子の平均粒子径とが前記の関係にある場合には、正極合剤層内の空隙を、より微細かつ多数にすることが可能となるためか、電池の負荷特性がより良好に維持されるようになる。   If the average particle diameter of the first group particles and the average particle diameter of the second group particles are in the above relationship, the voids in the positive electrode mixture layer can be made finer and more numerous. Thus, the load characteristics of the battery are better maintained.

前記A/B値の上限値については特に制限はなく、第1群粒子の平均粒子径Aおよび第2群粒子の平均粒子径Bが、それぞれ前記の値を満たす範囲内であればよいが、通常は、2500以下である。   The upper limit of the A / B value is not particularly limited as long as the average particle diameter A of the first group particles and the average particle diameter B of the second group particles are within the ranges satisfying the above values, respectively. Usually, it is 2500 or less.

活物質粒子の種類については特に制限はなく、従来から知られているリチウムイオン二次電池で使用されている活物質の粒子と同じものを使用することができる。具体的には、例えば、Li1+c(−0.1<c<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム遷移金属酸化物の粒子、(1−x)LiMnO−xLiMO(0.2<x<0.7、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される固溶体からなる層状酸化物の粒子、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウム遷移金属酸化物の粒子、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるリン酸遷移金属化合物などの粒子が挙げられる。前記層状構造のリチウム遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOやLiNi1−dCod−eAl(0.1≦d≦0.3、0.01≦e≦0.2)などの他、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、LiMn3/5Ni1/5Co1/5など)などを例示することができる。 There is no restriction | limiting in particular about the kind of active material particle, The same thing as the particle of the active material currently used with the lithium ion secondary battery known conventionally can be used. Specifically, for example, lithium transition metal oxidation of a layered structure represented by Li 1 + c M 1 O 2 (−0.1 <c <0.1, M 1 : Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.) Layered oxide composed of solid solution represented by (1-x) Li 2 MnO 3 —xLiMO 2 (0.2 <x <0.7, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.) LiM 2 PO 4 (M 2 : Co, Ni, Mn, Fe, etc.), a lithium transition metal oxide particle having a spinel structure in which LiMn 2 O 4 and a part of its elements are substituted with other elements And particles of a transition metal phosphate compound. Specific examples of the lithium transition metal oxide having a layered structure include LiCoO 2 and LiNi 1-d Co d e Al e O 2 (0.1 ≦ d ≦ 0.3, 0.01 ≦ e ≦ 0.2). ) And other oxides containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiMn 3/5 Ni 1/5 Co 1/5 O 2 etc.).

前記例示の各活物質の粒子は、それぞれ1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。すなわち、第1群粒子と第2群粒子とには、前記例示の各活物質の粒子のうちの同じものを使用してもよく、第1群粒子と第2群粒子とで、前記例示の各活物質の粒子のうちの異なる種類のものを使用してもよい。また、第1群粒子および第2群粒子は、それぞれ、前記例示の各活物質の粒子のうちの2種以上の粒子を含んでいてもよい。   Each of the exemplified active material particles may be used alone or in combination of two or more. That is, for the first group particles and the second group particles, the same particles of the active material particles illustrated above may be used. The first group particles and the second group particles may be the same as those illustrated above. Different types of particles of each active material may be used. Further, the first group particles and the second group particles may each include two or more kinds of particles of the active material particles exemplified above.

第1群粒子は、例えば、市販されている前記例示の活物質の粒子の中から、平均粒子径Aが前記の値を満たすものを選択して使用したり、必要に応じて分級して平均粒子径Aが前記の値Aを満たすように調製したものを使用したりすることができる。   The first group particles are, for example, selected from the commercially available active material particles, those having an average particle diameter A satisfying the above values, or classified as necessary and averaged. What was prepared so that the particle diameter A satisfy | fills the said value A can be used.

また、第2群粒子については、例えば、以下の各方法によって合成することができる。   The second group particles can be synthesized by, for example, the following methods.

第2群粒子が、前記の層状構造のリチウム遷移金属酸化物やスピネル構造のリチウム遷移金属酸化物の粒子の場合には、下記の水熱合成法や溶融合成法によって合成することができる。   When the second group particles are particles of the lithium transition metal oxide having the layered structure or the lithium transition metal oxide having the spinel structure, they can be synthesized by the following hydrothermal synthesis method or melt synthesis method.

水熱合成法としては、例えば、リチウム含有化合物(水酸化リチウムなど)と、遷移金属含有化合物(硝酸塩など)と、酸化剤(酸素など)とを所定量含む水溶液を使用し、水が亜臨界状態または超臨界状態となる条件(温度250℃以上、圧力20MPa以上)で水熱反応させる方法(より詳しくは、例えば、特開2001−163700号公報に記載の方法)が挙げられる。この方法では、リチウム含有化合物と遷移金属含有酸化物と酸化剤とを含む水溶液に、亜臨界状態または超臨界状態の水を混合することで水熱反応させてもよく、遷移金属含有酸化物と酸化剤とを含む水溶液に、リチウム含有化合物を含み、かつ亜臨界状態または超臨界状態とした水を混合することで水熱反応を行ってもよい。   As the hydrothermal synthesis method, for example, an aqueous solution containing a predetermined amount of a lithium-containing compound (such as lithium hydroxide), a transition metal-containing compound (such as nitrate), and an oxidizing agent (such as oxygen) is used. Examples thereof include a method of hydrothermal reaction (more specifically, for example, a method described in JP-A No. 2001-163700) under conditions that cause a state or a supercritical state (temperature: 250 ° C. or higher, pressure: 20 MPa or higher). In this method, an aqueous solution containing a lithium-containing compound, a transition metal-containing oxide, and an oxidizing agent may be subjected to a hydrothermal reaction by mixing water in a subcritical state or a supercritical state. The hydrothermal reaction may be performed by mixing water containing a lithium-containing compound and in a subcritical state or a supercritical state with an aqueous solution containing an oxidizing agent.

また、溶融合成法としては、例えば、遷移金属含有化合物(酸化物、水酸化物、塩化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩など)と、水酸化リチウムと、硝酸リチウムとを所定の組成で混合し、300〜550℃程度の温度で溶融反応させる方法(より詳しくは、例えば、国際公開第2011/111364号に記載の方法)が挙げられる。   As the melt synthesis method, for example, a transition metal-containing compound (oxide, hydroxide, chloride, nitrate, carbonate, acetate, etc.), lithium hydroxide, and lithium nitrate are mixed in a predetermined composition. And a method of melting reaction at a temperature of about 300 to 550 ° C. (more specifically, for example, a method described in International Publication No. 2011/111364).

他方、第2群粒子が前記のリン酸遷移金属化合物の場合には、平均粒子径が50nm以下の遷移金属酸化物粒子を成長核に使用し、この粒子と、リチウム含有化合物(炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウムなど)およびリン含有化合物(リン酸など)を含む溶液(水溶液など)とを混合し、この混合物を加熱する方法(より詳しくは、例えば、特開2008−159495号公報に記載の方法)が挙げられる。   On the other hand, when the second group particles are the above-described transition metal phosphate compound, transition metal oxide particles having an average particle size of 50 nm or less are used as growth nuclei, and the particles and lithium-containing compounds (lithium carbonate, water, A method of mixing a solution (such as an aqueous solution) containing a lithium-containing compound (such as lithium oxide or lithium nitrate) and a phosphorus-containing compound (such as phosphoric acid) and heating the mixture (for example, see JP-A-2008-159495) Method).

なお、平均粒子径が50nm以下の遷移金属酸化物粒子の合成は、微細な粒子の合成が容易であることから、水熱合成法を採用することが好ましい。また、遷移金属酸化物粒子と、リチウム含有化合物およびリン含有化合物を含む溶液との混合物を加熱する際には、不活性雰囲気または還元雰囲気中で乾燥加熱処理を行うか、水熱処理するか、または水熱処理した後に不活性雰囲気または還元雰囲気中で乾燥加熱処理を行うことが好ましい。前記の乾燥加熱処理時の温度は、500〜700℃であることが好ましい。また、前記の水熱処理時の温度は、150〜200℃であることが好ましい。   In addition, since the synthesis | combination of the transition metal oxide particle whose average particle diameter is 50 nm or less is easy to synthesize | combine a fine particle, it is preferable to employ | adopt a hydrothermal synthesis method. In addition, when heating the mixture of the transition metal oxide particles and the solution containing the lithium-containing compound and the phosphorus-containing compound, dry heat treatment in an inert atmosphere or a reducing atmosphere, hydrothermal treatment, or After the hydrothermal treatment, it is preferable to perform a drying heat treatment in an inert atmosphere or a reducing atmosphere. The temperature during the drying heat treatment is preferably 500 to 700 ° C. Moreover, it is preferable that the temperature at the time of the said hydrothermal treatment is 150-200 degreeC.

正極合剤層における全活物質粒子の総含有量は、90〜98.5質量%であることが好ましい。   The total content of all active material particles in the positive electrode mixture layer is preferably 90 to 98.5% by mass.

本発明の正極の正極合剤層に係る導電性助剤には、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック;炭素繊維;などのカーボン材料を使用する。   Examples of the conductive auxiliary agent related to the positive electrode mixture layer of the positive electrode of the present invention include natural graphite (such as flake graphite) and graphite such as artificial graphite; acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal Carbon materials such as carbon black such as black; carbon fiber; etc. are used.

正極合剤層におけるカーボン材料の含有量は、0.5質量%以上、好ましくは0.7質量%以上であって、7質量%以下、好ましくは5質量%以下である。カーボン材料は一般に嵩高く、正極合剤層の空隙率を小さくすることを困難にする方向に作用するが、カーボン材料の含有量が前記の値である場合には、正極合剤層の空隙率を前記のように小さくすることを可能にすると共に、正極合剤層内の導電性を良好に確保することができる。   The content of the carbon material in the positive electrode mixture layer is 0.5 mass% or more, preferably 0.7 mass% or more, and is 7 mass% or less, preferably 5 mass% or less. The carbon material is generally bulky and acts in a direction that makes it difficult to reduce the porosity of the positive electrode mixture layer, but when the carbon material content is the above value, the porosity of the positive electrode mixture layer Can be reduced as described above, and the conductivity in the positive electrode mixture layer can be ensured satisfactorily.

また、導電性助剤には、カーボン材料以外のもの(金属繊維などの導電性繊維、アルミニウム粉などの金属粉末、フッ化炭素、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどからなる導電性ウィスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料など)をカーボン材料と共に使用してもよい。正極合剤層における導電性助剤の総含有量は、0.5〜10質量%であることが好ましい。   In addition, the conductive auxiliary agent includes materials other than carbon materials (conductive fibers such as metal fibers, metal powders such as aluminum powder, conductive whiskers made of carbon fluoride, zinc oxide, potassium titanate, titanium oxide, etc. Or an organic conductive material such as a polyphenylene derivative) may be used together with the carbon material. The total content of the conductive auxiliary in the positive electrode mixture layer is preferably 0.5 to 10% by mass.

本発明の正極の正極合剤層には、ポリビニルピロリドン(PVP)などの分散剤を用いることができる。後述するように、正極合剤層は、活物質粒子、導電性助剤、樹脂製バインダなどを含み、これらを溶剤に分散させた正極合剤含有組成物を用いて形成することが通常であるが、この正極合剤含有組成物の分散剤を含有させることで、活物質粒子や導電性助剤をより良好に分散させることができ、より良好な性状の正極合剤層を形成できるようになる。   A dispersant such as polyvinyl pyrrolidone (PVP) can be used for the positive electrode mixture layer of the positive electrode of the present invention. As will be described later, the positive electrode mixture layer is usually formed using a positive electrode mixture-containing composition in which active material particles, a conductive auxiliary agent, a resin binder, and the like are dispersed in a solvent. However, by including the dispersing agent of the positive electrode mixture-containing composition, the active material particles and the conductive auxiliary agent can be more favorably dispersed, and a positive electrode material mixture layer having better properties can be formed. Become.

正極合剤層における分散剤の含有量は、正極合剤層中のカーボン材料の量を100質量部としたときに、0.5〜50質量部であることが好ましい。   The content of the dispersant in the positive electrode mixture layer is preferably 0.5 to 50 parts by mass when the amount of the carbon material in the positive electrode mixture layer is 100 parts by mass.

本発明の正極の正極合剤層に係る樹脂製バインダとしては、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(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが挙げられる。   Examples of the resin binder related to the positive electrode mixture layer of the positive electrode of the present invention include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. .

正極合剤層における樹脂製バインダの含有量は、1〜6質量%であることが好ましい。   The content of the resin binder in the positive electrode mixture layer is preferably 1 to 6% by mass.

また、正極合剤層は、樹脂製バインダとは別に、フッ素を含むペンダント基を複数有するフッ素系ポリマーを含有していることが好ましい。このようなフッ素系ポリマーを含む正極合剤層を有する正極であれば、従来のリチウムイオン二次電池で通常採用されている4.2V程度の充電終止電圧よりも高い4.3〜4.6V程度に終止電圧を設定して充電した場合のリチウムイオン二次電池の貯蔵特性や、85℃以下程度の高温でのリチウムイオン二次電池の貯蔵特性を高めることができる。   Moreover, it is preferable that the positive mix layer contains the fluorine-type polymer which has multiple pendant groups containing a fluorine separately from the resin binder. If it is a positive electrode which has a positive mix layer containing such a fluorine-type polymer, it will be 4.3-4.6V higher than the end-of-charge voltage of about 4.2V normally employ | adopted with the conventional lithium ion secondary battery. The storage characteristics of the lithium ion secondary battery when it is charged with the end voltage set to the extent and the storage characteristics of the lithium ion secondary battery at a high temperature of about 85 ° C. or less can be improved.

フッ素を含むペンダント基を複数有するフッ素系ポリマーにおいて、ペンダント基は、カルボキシル基もしくはその塩またはスルホン酸基もしくはその塩である官能基(A)と、官能基(A)と主鎖との間に介在する基(構造部分)とで構成されていることが好ましい。   In the fluorine-based polymer having a plurality of pendant groups containing fluorine, the pendant group is a carboxyl group or a salt thereof or a functional group (A) which is a sulfonic acid group or a salt thereof, and the functional group (A) and the main chain. It is preferably composed of an intervening group (structural portion).

前記ペンダント基に係る官能基(A)がカルボキシル基の塩の場合、その具体例としては、例えば、カルボキシル基の金属塩、カルボキシル基のアンモニウム塩などが挙げられる。カルボキシル基の金属塩の場合、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩(1価の金属塩)でもよく、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩などのアルカリ土類金属塩などの2価以上の金属塩であってもよい。なお、前記ペンダント基に係るカルボキシル基の塩が2価以上の金属塩の場合には、前記フッ素系ポリマーの分子内で複数のペンダント基を含む環構造が形成されたり、前記フッ素系ポリマーの分子間で複数のペンダント基による架橋構造が形成されたりする。   When the functional group (A) related to the pendant group is a carboxyl group salt, specific examples thereof include a metal salt of a carboxyl group and an ammonium salt of a carboxyl group. In the case of a metal salt of a carboxyl group, an alkali metal salt (monovalent metal salt) such as lithium salt, sodium salt or potassium salt may be used, or an alkaline earth metal salt such as magnesium salt, calcium salt, strontium salt or barium salt. Or a metal salt having a valence of 2 or more. In addition, when the carboxyl group salt related to the pendant group is a divalent or higher metal salt, a ring structure including a plurality of pendant groups is formed in the molecule of the fluorine polymer, or the molecule of the fluorine polymer. A cross-linked structure with a plurality of pendant groups may be formed between them.

また、前記ペンダント基に係る官能基(A)がスルホン酸基の塩の場合、その具体例としては、例えば、スルホン酸基の金属塩、スルホン酸基のアンモニウム塩などが挙げられる。スルホン酸基の金属塩の場合、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩(1価の金属塩)でもよく、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩などのアルカリ土類金属塩などの2価以上の金属塩であってもよい。なお、前記ペンダント基に係るスルホン酸基の塩が2価以上の金属塩の場合には、前記フッ素系ポリマーの分子内で複数のペンダント基を含む環構造が形成されたり、前記フッ素系ポリマーの分子間で複数のペンダント基による架橋構造が形成されたりする。   Further, when the functional group (A) related to the pendant group is a salt of a sulfonic acid group, specific examples thereof include a metal salt of a sulfonic acid group and an ammonium salt of a sulfonic acid group. In the case of a metal salt of a sulfonic acid group, it may be an alkali metal salt (monovalent metal salt) such as lithium salt, sodium salt or potassium salt, or an alkaline earth metal salt such as magnesium salt, calcium salt, strontium salt or barium salt. It may be a divalent or higher metal salt. In addition, when the salt of the sulfonic acid group related to the pendant group is a metal salt having a valence of 2 or more, a ring structure including a plurality of pendant groups is formed in the molecule of the fluoropolymer, A cross-linked structure with a plurality of pendant groups may be formed between molecules.

前記フッ素系ポリマーが含有する前記ペンダント基のうちの少なくとも一部は、官能基(A)と主鎖との間に介在する基が、炭化水素基であるか;パーフルオロカーボン基(炭化水素基における水素の全てがフッ素で置換された基)であるか;炭化水素基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されているか;またはパーフルオロカーボン基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されている。これらの基は、エーテル基(エーテル結合)などと比べて酸化分解し難くいことから、前記フッ素系ポリマーは、耐酸化性が良好である。   In at least a part of the pendant groups contained in the fluoropolymer, a group interposed between the functional group (A) and the main chain is a hydrocarbon group; a perfluorocarbon group (in a hydrocarbon group) A group in which all of hydrogen is substituted with fluorine), or is composed of a hydrocarbon group and at least one group selected from the group consisting of an ester group, a carbonate group and an amide group; or a perfluorocarbon And at least one group selected from the group consisting of an ester group, a carbonate group and an amide group. Since these groups are less susceptible to oxidative decomposition than ether groups (ether bonds), the fluorine-based polymer has good oxidation resistance.

前記ペンダント基に係る官能基(A)と主鎖との間に介在する基が、炭化水素基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されている場合の、より具体的な構造としては、例えば、官能基(A)が炭化水素基と結合しており、この炭化水素基が、エステル基、カーボネート基またはアミド基を介して主鎖と結合している構造が挙げられる。また、前記ペンダント基に係る官能基(A)と主鎖との間に介在する基が、パーフルオロカーボン基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されている場合の、より具体的な構造としては、例えば、官能基(A)がパーフルオロカーボン基と結合しており、このパーフルオロカーボン基が、エステル基、カーボネート基、またはアミド基を介して主鎖と結合している構造が挙げられる。   The group interposed between the functional group (A) and the main chain of the pendant group is composed of a hydrocarbon group and at least one group selected from the group consisting of an ester group, a carbonate group, and an amide group. As a more specific structure, for example, the functional group (A) is bonded to a hydrocarbon group, and the hydrocarbon group is connected to the main chain via an ester group, a carbonate group or an amide group. The structure which is combined with is mentioned. Further, the group intervening between the functional group (A) and the main chain of the pendant group is at least one group selected from the group consisting of a perfluorocarbon group, an ester group, a carbonate group, and an amide group. As a more specific structure, for example, the functional group (A) is bonded to a perfluorocarbon group, and this perfluorocarbon group is bonded via an ester group, a carbonate group, or an amide group. And a structure bonded to the main chain.

前記ペンダント基に係る官能基(A)と主鎖との間に介在する炭化水素基としては、例えば、直鎖状または分岐状のアルキレン基(アルキレン鎖)が挙げられる。なお、後述するように、前記の炭化水素基(例えば、直鎖状または分岐状のアルキレン基)は、その水素の少なくとも一部がフッ素で置換されている必要がある。炭化水素基における炭素数は、例えば、1〜20であることが好ましい。   Examples of the hydrocarbon group interposed between the functional group (A) related to the pendant group and the main chain include a linear or branched alkylene group (alkylene chain). As will be described later, in the hydrocarbon group (for example, a linear or branched alkylene group), at least a part of the hydrogen needs to be substituted with fluorine. The number of carbon atoms in the hydrocarbon group is preferably 1 to 20, for example.

また、前記ペンダント基に係る官能基(A)は、前記ペンダント基中の炭化水素基またはパーフルオロカーボン基の有する炭素と直接結合している。そして、官能基(A)と主鎖との間に介在する基が、炭化水素基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されている場合には、前記炭化水素基の有する炭素のうち、少なくとも、官能基(A)のα位またはβ位に位置する炭素には、フッ素が結合している〔すなわち、官能基(A)のα位またはβ位に位置する炭素においては、それと結合し得る水素の少なくとも一部がフッ素(フッ素原子、F)で置換されている〕。   The functional group (A) related to the pendant group is directly bonded to the carbon of the hydrocarbon group or perfluorocarbon group in the pendant group. The group interposed between the functional group (A) and the main chain is composed of a hydrocarbon group and at least one group selected from the group consisting of an ester group, a carbonate group and an amide group. In this case, among the carbons of the hydrocarbon group, fluorine is bonded to at least the carbon located at the α-position or β-position of the functional group (A) [that is, the α of the functional group (A) In the carbon located at the position or β-position, at least part of the hydrogen that can be bonded to it is substituted with fluorine (fluorine atom, F).

他方、官能基(A)と主鎖との間に介在する基が、パーフルオロカーボン基であるか、またはパーフルオロカーボン基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されている場合には、前記の通り、官能基(A)が、前記パーフルオロカーボン基の有する炭素と直接結合しているため、少なくとも、官能基(A)のα位に位置する炭素には、フッ素が結合していることになる。   On the other hand, the group interposed between the functional group (A) and the main chain is a perfluorocarbon group, or at least one selected from the group consisting of a perfluorocarbon group, an ester group, a carbonate group, and an amide group As described above, since the functional group (A) is directly bonded to the carbon of the perfluorocarbon group, it is located at least at the α-position of the functional group (A). Fluorine is bonded to the carbon to be processed.

前記ペンダント基において、官能基(A)がカルボキシル基もしくはその塩の場合には、カルボキシル基もしくはその塩のα位またはβ位の炭素に、電子吸引性の強いフッ素が結合していることで、カルボキシル基もしくはその塩の有する酸素上の電子密度が低くなるため、水素(カルボキシル基の場合)や対イオン(カルボキシル基の塩の場合)が解離しやすくなる。よって、官能基(A)としてカルボキシル基もしくはその塩を有する前記フッ素系ポリマーは、有機溶媒中においても、良好なイオン解離性を示すものとなる。   In the pendant group, when the functional group (A) is a carboxyl group or a salt thereof, a highly electron-attracting fluorine is bonded to the α-position or β-position carbon of the carboxyl group or a salt thereof. Since the electron density of oxygen on the carboxyl group or its salt is low, hydrogen (in the case of a carboxyl group) and counter ion (in the case of a salt of a carboxyl group) are likely to dissociate. Therefore, the said fluorine-type polymer which has a carboxyl group or its salt as a functional group (A) shows a favorable ion dissociation property also in an organic solvent.

また、前記ペンダント基において、官能基(A)がスルホン酸基もしくはその塩の場合には、スルホン酸基もしくはその塩のα位またはβ位に位置する炭素に、電子吸引性の強いフッ素が結合していることで、スルホン酸基もしくはその塩の有する酸素上の電子密度が低くなるため、水素(スルホン酸基の場合)や対イオン(スルホン酸基の塩の場合)が解離しやすくなる。よって、官能基(A)としてスルホン酸基もしくはその塩を有する前記フッ素系ポリマーは、有機溶媒中においても、良好なイオン解離性を示すものとなる。   Further, in the pendant group, when the functional group (A) is a sulfonic acid group or a salt thereof, a fluorine having a strong electron-withdrawing property is bonded to the carbon located at the α-position or β-position of the sulfonic acid group or the salt As a result, the electron density on the oxygen of the sulfonic acid group or its salt is lowered, so that hydrogen (in the case of a sulfonic acid group) and counter ion (in the case of a salt of a sulfonic acid group) are easily dissociated. Therefore, the said fluorine-type polymer which has a sulfonic acid group or its salt as a functional group (A) shows a favorable ion dissociation property also in an organic solvent.

前記ペンダント基の有する官能基(A)がカルボキシル基もしくはその塩である場合、前記ペンダント基としては、例えば、下記一般式(1)で表される構造部分を有するものであることが好ましい。   When the functional group (A) of the pendant group is a carboxyl group or a salt thereof, the pendant group preferably has, for example, a structural portion represented by the following general formula (1).

Figure 2015037068
Figure 2015037068

前記一般式(1)中、nは1〜20の整数であり、Mは水素、金属またはアンモニウムである。また、金属である場合のMとしては、前記の通り、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属(1価の金属);マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属などの2価以上の金属;が挙げられる。 In the general formula (1), n is an integer of 1 to 20, and M 1 is hydrogen, metal, or ammonium. Also, as M 1 in the case of a metal, as described above, lithium, sodium, alkali metal (monovalent metal), such as potassium; magnesium, calcium, strontium, divalent or more such alkaline earth metals such as barium Of metals.

前記フッ素系ポリマーが、前記ペンダント基として前記一般式(1)で表される構造部分を有するものを含有している場合、そのペンダント基は、前記一般式(1)で表される構造部分のみで構成されていてもよく、前記一般式(1)で表される構造部分と、エステル基、カーボネート基またはアミド基とで構成されていたり、前記一般式(1)で表される構造部分と、炭化水素基やパーフルオロカーボン基(フッ素置換されていてもよいアルキレン基など)とが、エステル基、カーボネート基またはアミド基を介して結合して構成されていたりしてもよい。   When the fluoropolymer contains the pendant group having the structural part represented by the general formula (1), the pendant group is only the structural part represented by the general formula (1). And may be composed of a structural part represented by the general formula (1) and an ester group, a carbonate group or an amide group, or a structural part represented by the general formula (1) In addition, a hydrocarbon group or a perfluorocarbon group (such as an alkylene group which may be fluorine-substituted) may be bonded via an ester group, a carbonate group or an amide group.

なお、前記フッ素系ポリマーが前記ペンダント基として前記一般式(1)で表される構造部分を有するものを含有している場合、その一部または全部のペンダント基が、前記一般式(1)で表される構造部分を有していればよい。前記フッ素系ポリマーの有するペンダント基の一部のみが、前記一般式(1)で表される構造部分である場合には、他のペンダント基は、例えば、カルボキシル基もしくはその塩と、炭化水素またはパーフルオロカーボン基とで構成された構造であってもよい。   In addition, when the said fluorine-type polymer contains what has the structure part represented by the said General formula (1) as the said pendant group, the one part or all part pendant group is the said General formula (1). What is necessary is just to have the structure part represented. In the case where only a part of the pendant group of the fluoropolymer is a structural portion represented by the general formula (1), the other pendant group includes, for example, a carboxyl group or a salt thereof, a hydrocarbon, It may be a structure composed of a perfluorocarbon group.

前記ペンダント基の有する官能基(A)がスルホン酸基もしくはその塩である場合、前記ペンダント基としては、例えば、下記一般式(2)で表される構造部分を有するものであることが好ましい。   When the functional group (A) of the pendant group is a sulfonic acid group or a salt thereof, the pendant group preferably has, for example, a structural portion represented by the following general formula (2).

Figure 2015037068
Figure 2015037068

前記一般式(2)中、mは1〜20の整数であり、Mは水素、金属またはアンモニウムである。また、金属である場合のMとしては、前記の通り、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属(1価の金属);マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属などの2価以上の金属;が挙げられる。 In the general formula (2), m is an integer from 1 to 20, M 2 is hydrogen, metal or ammonium. Also, as M 2 in the case of a metal, as described above, lithium, sodium, alkali metal (monovalent metal), such as potassium; magnesium, calcium, strontium, divalent or more such alkaline earth metals such as barium Of metals.

前記フッ素系ポリマーが、前記ペンダント基として前記一般式(2)で表される構造部分を有するものを含有している場合、そのペンダント基は、そのペンダント基は、前記一般式(2)で表される構造部分のみで構成されていてもよく、前記一般式(2)で表される構造部分と、エステル基、カーボネート基またはアミド基とで構成されていたり、前記一般式(2)で表される構造部分と、炭化水素基やパーフルオロカーボン基(フッ素置換されていてもよいアルキレン基など)とが、エステル基、カーボネート基またはアミド基を介して結合して構成されていたりしてもよい。   When the fluoropolymer contains the pendant group having a structural portion represented by the general formula (2), the pendant group is represented by the general formula (2). May be composed only of the structural part, and may be composed of the structural part represented by the general formula (2) and an ester group, a carbonate group or an amide group, or represented by the general formula (2). Or a hydrocarbon group or a perfluorocarbon group (such as an alkylene group which may be fluorine-substituted) may be bonded via an ester group, a carbonate group or an amide group. .

なお、前記フッ素系ポリマーが前記ペンダント基として前記一般式(2)で表される構造部分を有するものを含有している場合、その一部または全部のペンダント基が、前記一般式(2)で表される構造部分を有していればよい。前記フッ素系ポリマーの有するペンダント基の一部のみが、前記一般式(2)で表される構造部分である場合には、他のペンダント基は、例えば、スルホン酸基もしくはその塩と、炭化水素またはパーフルオロカーボン基とで構成された構造であってもよい。   In addition, when the said fluorine-type polymer contains what has the structure part represented by the said General formula (2) as the said pendant group, the one part or all part pendant group is the said General formula (2). What is necessary is just to have the structure part represented. When only a part of the pendant group of the fluorine-based polymer is a structural portion represented by the general formula (2), the other pendant group includes, for example, a sulfonic acid group or a salt thereof, and a hydrocarbon. Or the structure comprised by the perfluorocarbon group may be sufficient.

また、1つのペンダント基が、前記一般式(1)で表される構造部分や前記一般式(2)で表される構造部分を複数含有していてもよい。具体的には、例えば、前記ペンダント基が、前記一般式(1)で表される構造部分や前記一般式(2)で表される構造部分とは別に炭化水素基(例えばアルキレン基)を有し、この炭化水素基に前記一般式(1)で表される構造部分や前記一般式(2)で表される構造部分が複数結合して構成されていてもよい。   One pendant group may contain a plurality of structural parts represented by the general formula (1) and structural parts represented by the general formula (2). Specifically, for example, the pendant group has a hydrocarbon group (for example, an alkylene group) separately from the structural part represented by the general formula (1) and the structural part represented by the general formula (2). In addition, a plurality of structural parts represented by the general formula (1) and structural parts represented by the general formula (2) may be bonded to the hydrocarbon group.

前記フッ素系ポリマーは、カルボキシル基を有するペンダント基のみを含有していてもよく、カルボキシル基の塩を有するペンダント基のみを含有していてもよく、スルホン酸基を有するペンダント基のみを含有していてもよく、スルホン酸基の塩を有するペンダント基のみを含有していてもよい。また、前記フッ素系ポリマーは、カルボキシル基を有するペンダント基、カルボキシル基の塩を有するペンダント基、スルホン酸基を有するペンダント基、スルホン酸の塩を有するペンダント基のうちの複数種を含有していてもよい。更に、1つのペンダント基が複数のカルボキシル基またはスルホン酸基またはそれらの塩を含有している場合〔例えば、前記一般式(1)で表される構造部分または前記一般式(2)で表される構造部分を複数含有している場合〕、カルボキシル基、カルボキシル基の塩、スルホン酸基およびスルホン酸の塩のいずれか1種を含有していてもよく、これらのうちの複数種を含有していてもよい。   The fluoropolymer may contain only a pendant group having a carboxyl group, may contain only a pendant group having a carboxyl group salt, or contains only a pendant group having a sulfonic acid group. Alternatively, it may contain only a pendant group having a salt of a sulfonic acid group. The fluorine-based polymer contains a plurality of types of a pendant group having a carboxyl group, a pendant group having a carboxyl group salt, a pendant group having a sulfonic acid group, and a pendant group having a sulfonic acid salt. Also good. Further, when one pendant group contains a plurality of carboxyl groups or sulfonic acid groups or salts thereof [for example, a structural moiety represented by the general formula (1) or the general formula (2) A plurality of structural parts, which may contain any one of a carboxyl group, a salt of a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a salt of a sulfonic acid. It may be.

前記フッ素系ポリマーは、分子内に一級アミノ基または二級アミノ基を有していることが好ましい。正極に前記例示のような遷移金属を含有する複合酸化物(リチウム遷移金属酸化物)を活物質に用いたリチウムイオン二次電池では、その充放電に伴って正極活物質から遷移金属イオンが溶出して電池特性に悪影響を及ぼす場合がある。一級アミノ基や二級アミノ基は金属塩と錯体を形成する性質を有するため、これらの基を有するフッ素系ポリマーを正極合剤層に含有させることで、前記金属イオンを捕捉する効果が期待できる。特にリチウムイオン二次電池が高電圧で充電されているときや、充電状態で高温環境下に置かれた場合には、遷移金属イオンの溶出が生じやすいことから、一級アミノ基や二級アミノ基を分子内に有する前記フッ素系ポリマーを正極合剤層に含有させることで、これらの状況下でのリチウムイオン二次電池の貯蔵特性をより高めることができる。   The fluoropolymer preferably has a primary amino group or a secondary amino group in the molecule. In a lithium ion secondary battery using a composite oxide (lithium transition metal oxide) containing the transition metal as shown above as the active material for the positive electrode, the transition metal ions are eluted from the positive electrode active material as it is charged and discharged. As a result, battery characteristics may be adversely affected. Since primary amino groups and secondary amino groups have a property of forming a complex with a metal salt, the effect of capturing the metal ions can be expected by including a fluorine-based polymer having these groups in the positive electrode mixture layer. . In particular, when a lithium ion secondary battery is charged at a high voltage or placed in a high temperature environment in a charged state, elution of transition metal ions easily occurs. In the positive electrode mixture layer, the storage characteristics of the lithium ion secondary battery under these circumstances can be further improved.

前記フッ素系ポリマーは、一級アミノ基または二級アミノ基を有する原料ポリマーを使用し、その前記アミノ基からアミド基を形成して前記ペンダント基を導入することで製造することができるが(詳しくは後述する)、原料ポリマーの有する一級アミノ基または二級アミノ基の全てを前記ペンダント基の導入に使用せず、一部をそのまま残すことで、前記フッ素系ポリマーの分子内に、一級アミノ基または二級アミノ基を持たせることができる。   The fluoropolymer can be produced by using a raw material polymer having a primary amino group or a secondary amino group, forming an amide group from the amino group and introducing the pendant group (in detail) (Not described later), by not using all of the primary amino group or secondary amino group of the raw material polymer for introduction of the pendant group, leaving a part as it is, in the molecule of the fluoropolymer, the primary amino group or It can have a secondary amino group.

また、前記フッ素系ポリマーは、カルボキシル基を有する原料ポリマーを使用し、そのカルボキシル基からエステル基やアミド基を形成してペンダント基を導入することで製造することができるが(詳しくは後述する)、原料ポリマーの有するカルボキシル基の全てを前記ペンダント基の導入に使用せず、一部をそのまま残し、そのカルボキシル基に複数のアミノ基を有する化合物を反応させることで、前記フッ素系ポリマーの分子内に、一級アミノ基または二級アミノ基を持たせることができる。   The fluoropolymer can be produced by using a raw material polymer having a carboxyl group, forming an ester group or an amide group from the carboxyl group and introducing a pendant group (details will be described later). In the molecule of the fluorinated polymer, all of the carboxyl groups of the raw polymer are not used for introduction of the pendant group, but a part of the carboxyl group is left as it is and a compound having a plurality of amino groups is reacted with the carboxyl group. Can have a primary amino group or a secondary amino group.

前記フッ素系ポリマーの主鎖は、その耐酸化性を高める観点から、炭化水素基のみで構成されているか;パーフルオロカーボン基のみで構成されているか;炭化水素基と、アミド基、エステル基およびカーボネート基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されているか;またはパーフルオロカーボン基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されていることが好ましい。主鎖を構成する炭化水素基としては、例えば、直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基(アルキレン基の有する水素の一部が、フッ素で置換されていてもよい)が好ましく、主鎖を構成するパーフルオロカーボン基としては、例えば、直鎖状もしくは分岐状のパーフルオロアルキレン基(アルキレン基の有する水素のうち、前記ペンダント基で置換されている部分を除く全部がフッ素で置換された基)が好ましく、前記フッ素系ポリマーのコスト低減や特定の用途で求められる特性(例えば、後述する正極活物質への吸着性)向上の観点からは、フッ素で置換されていない炭化水素基(特に、直鎖状または分岐状のアルキレン基)であることが更に好ましい。   The main chain of the fluoropolymer is composed only of hydrocarbon groups from the viewpoint of enhancing its oxidation resistance; is composed only of perfluorocarbon groups; hydrocarbon groups, amide groups, ester groups and carbonates Or at least one group selected from the group consisting of groups; or at least one group selected from the group consisting of ester groups, carbonate groups and amide groups. It is preferable. As the hydrocarbon group constituting the main chain, for example, a linear or branched alkylene group (a part of hydrogen of the alkylene group may be substituted with fluorine) is preferable, and the main chain is constituted. As the perfluorocarbon group, for example, a linear or branched perfluoroalkylene group (a group in which all of the hydrogen of the alkylene group, except for the portion substituted with the pendant group, are substituted with fluorine) is preferable. From the viewpoint of cost reduction of the fluorine-based polymer and improvement in characteristics required for specific applications (for example, adsorbability to the positive electrode active material described later), hydrocarbon groups not substituted with fluorine (particularly linear) Or a branched alkylene group) is more preferable.

また、前記フッ素系ポリマーの主鎖の少なくとも一部は、糖鎖構造を有していることが好ましい。詳細な理由は明らかではないが、糖鎖構造は電気化学的に安定なものが多いことから、主鎖の一部に糖鎖構造を有するフッ素系ポリマーであれば、例えば高電圧においても安定に使用できることが期待される。   Moreover, it is preferable that at least a part of the main chain of the fluoropolymer has a sugar chain structure. The detailed reason is not clear, but since many sugar chains are electrochemically stable, a fluorine-based polymer having a sugar chain structure in a part of the main chain is stable even at a high voltage, for example. Expected to be usable.

主鎖を構成する糖鎖構造としては、例えば、キトサン由来の構造や、カルボキシルアルキルセルロース由来の構造が挙げられる。なお、後述するように、前記フッ素系ポリマーの主鎖がキトサン由来のものである場合、キトサンの有するアミノ基が前記ペンダント基の導入に利用でき、このアミノ基が前記ペンダント基に係るアミド基を構成することとなる。また、前記フッ素系ポリマーの主鎖がカルボキシアルキルセルロース由来のものである場合、カルボキシアルキルセルロースの有するカルボキシル基が前記ペンダント基の導入に利用でき、このカルボキシル基が前記ペンダント基に係るエステル基やアミド基を構成することとなる。   Examples of the sugar chain structure constituting the main chain include a structure derived from chitosan and a structure derived from carboxyl alkyl cellulose. As will be described later, when the main chain of the fluoropolymer is derived from chitosan, the amino group possessed by chitosan can be used for the introduction of the pendant group, and this amino group represents the amide group related to the pendant group. Will be configured. In addition, when the main chain of the fluoropolymer is derived from carboxyalkyl cellulose, a carboxyl group possessed by carboxyalkyl cellulose can be used for introduction of the pendant group, and this carboxyl group is an ester group or amide related to the pendant group. It will constitute the group.

また、前記フッ素系ポリマーには、種々の特性を付与するために、前記ペンダント基以外の基を含有させることもできる。例えば、溶媒への溶解性、他の重合体との相溶性、他の物質などへの吸着性、非水電解液(リチウムイオン二次電池に使用される非水電解液)中での耐分解性、ガス発生特性などを改善し得る基を含有させてもよい。   Moreover, in order to provide various characteristics to the said fluorine-type polymer, groups other than the said pendant group can also be contained. For example, solubility in solvents, compatibility with other polymers, adsorptivity to other substances, and resistance to decomposition in non-aqueous electrolytes (non-aqueous electrolytes used in lithium ion secondary batteries) A group capable of improving the properties and gas generation characteristics may be contained.

前記フッ素系ポリマーの分子量は、数平均分子量で、500以上であることが好ましく、また、500万以下であることが好ましく、1万以上であることがより好ましく、3万以上であることが更に好ましい。   The molecular weight of the fluoropolymer is preferably a number average molecular weight of 500 or more, preferably 5 million or less, more preferably 10,000 or more, and further preferably 30,000 or more. preferable.

本明細書でいう前記フッ素系ポリマーの数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定される数平均分子量(ポリスチレン換算値)である。   The number average molecular weight of the said fluorine-type polymer as used in this specification is a number average molecular weight (polystyrene conversion value) measured using gel permeation chromatography.

前記フッ素系ポリマーに導入する前記ペンダント基の量は、主鎖を構成する単量体に対して1モル%以上であることが好ましく、また、3モル%以上であることがより好ましく、5モル%以上であることが更に好ましい。前記フッ素系ポリマーにおけるペンダント基の導入量の上限については特に制限はなく、用いる溶媒への溶解性、合成の容易さや立体障害などによる制約、コストなどに応じて選択すればよい。通常の単量体1個あたりにペンダント基1個が導入可能な場合には、主鎖を構成する単量体に対して前記ペンダント基100モル%が上限であるが、単量体の分子構造によっては単量体1個あたりに前記ペンダント基複数個が導入可能な場合があり、その場合は主鎖を構成する単量体に対する前記ペンダント基導入量の上限値は100モル%以上となる。   The amount of the pendant group introduced into the fluoropolymer is preferably 1 mol% or more, more preferably 3 mol% or more, more preferably 5 mol based on the monomer constituting the main chain. % Or more is more preferable. The upper limit of the introduction amount of the pendant group in the fluorine-based polymer is not particularly limited, and may be selected according to solubility in the solvent to be used, restrictions due to ease of synthesis or steric hindrance, cost, and the like. When one pendant group can be introduced per ordinary monomer, the upper limit is 100 mol% of the pendant group with respect to the monomer constituting the main chain. Depending on the case, a plurality of the pendant groups may be introduced per monomer, and in this case, the upper limit of the pendant group introduction amount with respect to the monomer constituting the main chain is 100 mol% or more.

本明細書でいう前記フッ素系ポリマーへの前記ペンダント基の導入量は、プロトンおよびフッ素19核磁気共鳴分光法(NMR)測定から得られる各元素の比率から求められる、主鎖を構成する単量体に対する前記ペンダント基のモル比である。   The amount of the pendant group introduced into the fluoropolymer as used herein is a single amount constituting the main chain, which is determined from the ratio of each element obtained from proton and fluorine 19 nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) measurements. The molar ratio of the pendant group to the body.

前記フッ素系ポリマーの製造方法については特に制限はなく、いずれの方法を採用してもよい。代表的な製造方法としては、ポリビニルアルコールの水酸基にフッ素化二カルボン酸無水物またはフッ素化二スルホン酸無水物を反応させる方法;ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、アミノ化アクリルポリマー、キトサンのアミノ基にフッ素化二カルボン酸無水物またはフッ素化二スルホン酸無水物を反応させる方法;ポリ酢酸ビニルのアセチル基とフッ素化二カルボン酸またはフッ素化二スルホン酸とでエステル交換する方法;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリマレイン酸、カルボキシアルキルセルロースのカルボキシル基を活性化させてアミノ基とカルボン酸を有するフッ素化物を反応させる方法;ポリ無水マレイン酸にアミノ基とカルボン酸を有するフッ素化物を反応させる方法;などが挙げられる。また、このような方法で主鎖に導入したペンダント基のカルボキシル基やスルホン酸基に、対イオンとなる金属やアンモニウムを含む水酸化物や炭酸塩などの弱酸の塩などを反応させることで、カルボキシル基の塩やスルホン酸基の塩を含有するペンダント基を有する前記フッ素系ポリマーを得ることができる。また、予めフッ素化カルボン酸やその塩またはフッ素化スルホン酸やその塩を含有するペンダント基を有するモノマーを用意し、これを重合することで前記フッ素系ポリマーを製造することもできる。   There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of the said fluorine-type polymer, You may employ | adopt any method. A typical production method is a method in which a hydroxyl group of polyvinyl alcohol is reacted with a fluorinated dicarboxylic acid anhydride or a fluorinated disulfonic acid anhydride; polyethyleneimine, polyallylamine, an aminated acrylic polymer, a fluorine atom on the amino group of chitosan A method of reacting a fluorinated dicarboxylic acid anhydride or a fluorinated disulfonic acid anhydride; a method of transesterifying an acetyl group of polyvinyl acetate with a fluorinated dicarboxylic acid or a fluorinated disulfonic acid; poly (meth) acrylic acid , A method of reacting a fluorinated product having an amino group and a carboxylic acid by activating the carboxyl group of polymaleic acid or carboxyalkyl cellulose; a method of reacting a fluorinated product having an amino group and a carboxylic acid with polymaleic anhydride; Can be mentioned. In addition, by reacting the carboxyl group or sulfonic acid group of the pendant group introduced into the main chain by such a method with a weak acid salt such as a hydroxide or carbonate containing a metal or ammonium as a counter ion, The fluoropolymer having a pendant group containing a carboxyl group salt or a sulfonic acid group salt can be obtained. Alternatively, a monomer having a pendant group containing a fluorinated carboxylic acid or a salt thereof or a fluorinated sulfonic acid or a salt thereof is prepared in advance, and the fluorine-based polymer can be produced by polymerizing the monomer.

前記フッ素系ポリマーは、活物質粒子の表面に存在していることが好ましく、この場合には、リチウムイオン二次電池のより向上する。   The fluorine-based polymer is preferably present on the surface of the active material particles. In this case, the lithium ion secondary battery is further improved.

例えば、エチレンカーボネートなどの溶媒やビニレンカーボネートなどの添加剤を含有する非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池では、前記添加剤の還元分解によって負極表面に保護皮膜として作用する固体電解質界面(SEI)層が形成され、負極と非水電解液との接触による非水電解液成分の分解反応を抑制できることが知られている。前記フッ素系ポリマーも、正極合剤層に導入され、正極の活物質粒子の表面に存在していることで、リチウムイオン二次電池の非水電解液と正極の活物質粒子との接触を抑制して、前記SEI層と同様に非水電解液成分の分解反応を抑える効果が期待でき、これにより、リチウムイオン二次電池の高電圧充電状態での貯蔵特性や高温下での貯蔵特性が向上する。すなわち、前記フッ素系ポリマーはイオン解離性が高いため、正極の活物質粒子の表面に存在していてもイオンの挿入、脱離を阻害しない一方で、電子は透過しないと考えられるため、非水電解液成分の酸化分解を抑制できると推測される。   For example, in a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolytic solution containing a solvent such as ethylene carbonate and an additive such as vinylene carbonate, a solid electrolyte interface that acts as a protective film on the negative electrode surface by reductive decomposition of the additive ( It is known that a SEI) layer is formed and the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte component due to contact between the negative electrode and the non-aqueous electrolyte can be suppressed. The fluorine-based polymer is also introduced into the positive electrode mixture layer and is present on the surface of the positive electrode active material particles, thereby suppressing contact between the non-aqueous electrolyte of the lithium ion secondary battery and the positive electrode active material particles. As in the case of the SEI layer, it can be expected to suppress the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte component, thereby improving the storage characteristics of the lithium ion secondary battery in a high-voltage charge state and storage characteristics at a high temperature. To do. That is, since the fluorine-based polymer has high ion dissociation properties, it is considered that the insertion or desorption of ions is not inhibited even when it is present on the surface of the active material particles of the positive electrode, but electrons are not transmitted. It is estimated that the oxidative decomposition of the electrolyte component can be suppressed.

前記フッ素系ポリマーは、正極合剤層に含有させればよいが、活物質粒子の表面に存在していることがより好ましく、この場合には、活物質粒子と非水電解液成分との接触をより良好に抑制できることから、リチウムイオン二次電池の前記貯蔵特性がより向上する。また、前記フッ素系ポリマーが、分子内に一級アミノ基または二級アミノ基を有している場合には、前記フッ素系ポリマーが活物質粒子の表面に存在していることで、活物質粒子から溶出する金属イオンをより良好に捕捉できることから、特にリチウムイオン二次電池の高電圧充電状態での貯蔵特性や高温下での貯蔵特性を更に高めることが可能となる。   The fluorine-based polymer may be contained in the positive electrode mixture layer, but is preferably present on the surface of the active material particles. In this case, the contact between the active material particles and the non-aqueous electrolyte component Therefore, the storage characteristics of the lithium ion secondary battery are further improved. Further, when the fluorine-based polymer has a primary amino group or a secondary amino group in the molecule, the fluorine-based polymer is present on the surface of the active material particles, so that Since the eluting metal ions can be captured better, it is possible to further enhance the storage characteristics of the lithium ion secondary battery in a high voltage charging state and the storage characteristics at a high temperature.

正極合剤層における前記フッ素系ポリマーの含有量は、その使用による前記の効果を良好に確保する観点から、全活物質粒子100質量部に対して、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましい。ただし、正極合剤層内の前記フッ素系ポリマーの量が多すぎると、コストを増大させて電池の生産性低下を引き起こしたり、イオン伝導度の低下や内部抵抗の増大を引き起こして電池特性を低下させたりする虞がある。よって、正極合剤層における前記フッ素系ポリマーの含有量は、全活物質粒子100質量部に対して、0.3質量部以下であることが好ましく、0.2質量部以下であることがより好ましい。   The content of the fluorine-based polymer in the positive electrode mixture layer is preferably 0.01 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of all active material particles from the viewpoint of ensuring the above-described effect due to its use. And more preferably 0.05 parts by mass or more. However, if the amount of the fluorinated polymer in the positive electrode mixture layer is too large, the cost is increased and the productivity of the battery is reduced, or the ionic conductivity and the internal resistance are increased, thereby deteriorating the battery characteristics. There is a risk of letting it go. Therefore, the content of the fluorine-based polymer in the positive electrode mixture layer is preferably 0.3 parts by mass or less and more preferably 0.2 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of all active material particles. preferable.

正極の集電体には、従来から知られている非水二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好ましい。   As the current collector for the positive electrode, the same one as used for the positive electrode of a conventionally known non-aqueous secondary battery can be used. For example, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferable.

本発明の正極は、例えば、活物質粒子、導電性助剤および樹脂製バインダ、更には必要に応じて分散剤などを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶媒に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、樹脂製バインダは溶媒に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。   The positive electrode of the present invention is, for example, a paste in which active material particles, a conductive auxiliary agent, a resin binder, and a dispersant as necessary are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A slurry-like positive electrode mixture-containing composition is prepared (however, a resin binder may be dissolved in a solvent), applied to one or both sides of a current collector, and dried, then necessary. It is manufactured through a process of applying a calendar process accordingly.

正極合剤含有組成物の調製には、粒子径の異なる複数種の粒子(例えば、第1群粒子と第2群粒子)を予め混合して前記のような粒度分布に調製した活物質粒子を使用する他に、混合後に前記の粒度分布を満たすようになる複数種の粒子(例えば、第1群粒子と第2群粒子)を、予め混合することなく使用してもよい。   For the preparation of the positive electrode mixture-containing composition, active material particles prepared by previously mixing a plurality of types of particles having different particle diameters (for example, first group particles and second group particles) to have a particle size distribution as described above are used. In addition to use, a plurality of types of particles (for example, first group particles and second group particles) that satisfy the particle size distribution after mixing may be used without being mixed in advance.

また、前記フッ素系ポリマーを正極合剤層に含有させる場合には、正極合剤含有組成物に前記フッ素系ポリマーも添加すればよい。前記フッ素系ポリマーは正極合剤含有組成物内で活物質粒子の表面に吸着するため、この正極合剤含有組成物を用いて形成した正極合剤層内では、前記フッ素系ポリマーの多くが活物質粒子の表面に存在することになる。   Moreover, what is necessary is just to add the said fluoropolymer to a positive mix mixture containing composition, when making the said positive mix layer contain the said fluoropolymer. Since the fluoropolymer is adsorbed on the surface of the active material particles in the positive electrode mixture-containing composition, most of the fluoropolymer is active in the positive electrode mixture layer formed using the positive electrode mixture-containing composition. It exists on the surface of the substance particle.

ただし、本発明の正極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造したものであってもよい。   However, the positive electrode of the present invention is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.

また、正極には、必要に応じて、リチウムイオン二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。   Moreover, you may form the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium ion secondary battery according to a conventional method to a positive electrode as needed.

正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。   The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有しており、正極に、本発明のリチウムイオン電池用正極を用いていればよく、その他の構成および構造については、特に制限はなく、従来から知られているリチウムイオン二次電池で採用されている各種構成および構造を適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode for a lithium ion battery of the present invention may be used for the positive electrode. There is no particular limitation, and various configurations and structures employed in conventionally known lithium ion secondary batteries can be applied.

負極には、例えば、負極活物質やバインダ、更には必要に応じて導電性助剤などを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものを使用することができる。   For example, a negative electrode having a structure in which a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a negative electrode mixture layer containing a conductive auxiliary agent on one or both sides of the current collector can be used. .

負極活物質としては、例えば、黒鉛〔鱗片状黒鉛などの天然黒鉛;熱分解炭素類、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの易黒鉛化炭素を2800℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛;など〕、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、MCMB、炭素繊維、活性炭などの炭素材料;リチウムと合金化可能な金属(Si、Snなど)や、これらの金属を含む材料(合金、酸化物など);などが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。   Examples of the negative electrode active material include graphite [natural graphite such as flaky graphite; artificial graphite obtained by graphitizing graphitized carbon such as pyrolytic carbons, mesophase carbon microbeads (MCMB) and carbon fibers at 2800 ° C. or higher. , Etc.], pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, MCMB, carbon fibers, activated carbon, and other carbon materials; metals that can be alloyed with lithium (Si, Sn, etc.) and And materials containing these metals (alloys, oxides, etc.), etc., and one or more of these can be used.

また、負極のバインダおよび導電性助剤には、本発明の正極に使用し得るものとして先に例示したものと同じものが使用できる。   Moreover, the thing same as what was illustrated previously as what can be used for the positive electrode of this invention can be used for the binder and electroconductive auxiliary agent of a negative electrode.

負極合剤層における各成分の組成としては、例えば、負極活物質の含有量が80.0〜99.8質量%であることが好ましく、バインダの含有量が0.1〜10質量%であることが好ましい。また、負極合剤層に導電性助剤を含有させる場合には、負極合剤層における導電性助剤の含有量が0.1〜10質量%であることが好ましい。更に、負極合剤層の厚み(集電体の両面に正極合剤層を形成する場合には、集電体の片面あたりの厚み)は、10〜100μmであることが好ましい。   As a composition of each component in the negative electrode mixture layer, for example, the content of the negative electrode active material is preferably 80.0 to 99.8% by mass, and the content of the binder is 0.1 to 10% by mass. It is preferable. Moreover, when making a negative mix layer contain a conductive support agent, it is preferable that content of the conductive support in a negative mix layer is 0.1-10 mass%. Furthermore, the thickness of the negative electrode mixture layer (when the positive electrode mixture layer is formed on both sides of the current collector, the thickness per side of the current collector) is preferably 10 to 100 μm.

負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて使用される導電性助剤を含有する負極合剤を、NMPなどの有機溶剤や水などの溶媒に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し、これを集電体の片面または両面などに塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造することができる。   The negative electrode is, for example, a paste or slurry in which a negative electrode active material, a binder, and a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent used as necessary are dispersed in an organic solvent such as NMP or a solvent such as water. The negative electrode mixture-containing composition is prepared, applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendaring process as necessary.

また、負極には、必要に応じて、リチウムイオン二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。   Moreover, you may form the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium ion secondary battery according to a conventional method to a negative electrode as needed.

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 5 μm in order to ensure mechanical strength. Is desirable.

本発明のリチウムイオン二次電池に係る非水電解液には、通常、非水系溶媒中にリチウム塩を溶解させた溶液が使用される。   For the non-aqueous electrolyte solution according to the lithium ion secondary battery of the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent is usually used.

非水電解液に係る溶媒には、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン(γ-BL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を1種単独で、または2種以上を混合した混合溶媒として用いることができる。   Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ -Butyrolactone (γ-BL), 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide (DMF), Dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative Aprotic organic solvents such as conductors, diethyl ether, and 1,3-propane sultone can be used alone or as a mixed solvent in which two or more are mixed.

非水電解液に係るリチウム塩としては、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO[ここでRfはフルオロアルキル基]などのリチウム塩から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらのリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.6〜1.8mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.6mol/lとすることがより好ましい。 The lithium salt according to the non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, From lithium salts such as LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] There may be mentioned at least one selected. The concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.6 to 1.8 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.6 mol / l.

また、リチウムイオン二次電池に使用する非水電解液には、充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を更に向上させる目的で、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、ビニレンカーボネート(VC)およびその誘導体、ハロゲン置換された環状カーボネート〔4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)など〕などの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。   In addition, non-aqueous electrolytes used in lithium ion secondary batteries include acid anhydrides and sulfonic acids for the purpose of further improving charge / discharge cycle characteristics and further improving safety such as high-temperature storage and prevention of overcharge. Esters, dinitriles, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, biphenyl, cyclohexylbenzene, fluorobenzene, t-butylbenzene, vinylene carbonate (VC) and derivatives thereof, halogen-substituted cyclic carbonates [4-fluoro-1, Additives (including their derivatives) such as 3-dioxolan-2-one (FEC) etc. can also be added as appropriate.

更に、非水電解液にポリマーなどからなるゲル化剤を添加してゲル状(ゲル状電解質)として使用してもよい。   Further, a gelling agent made of a polymer or the like may be added to the nonaqueous electrolytic solution and used as a gel (gel electrolyte).

本発明のリチウムイオン二次電池に係るセパレータには、80℃以上(より好ましくは100℃以上)170℃以下(より好ましくは150℃以下)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましく、通常のリチウムイオン二次電池で使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。セパレータの厚みは、例えば、10〜30μmであることが好ましい。   The separator according to the lithium ion secondary battery of the present invention has a property that the pores are blocked at 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher) and 170 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower) (ie, shutdown function). It is preferable to have a separator used in a normal lithium ion secondary battery, for example, a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). The microporous film constituting the separator may be, for example, one using only PE or one using PP, or a laminate of a PE microporous film and a PP microporous film. There may be. The thickness of the separator is preferably 10 to 30 μm, for example.

また、前記のようなポリオレフィン製の微多孔膜の片面または両面に、シリカ、アルミナ、ベーマイトなどの耐熱性の無機フィラーを含有する耐熱層を形成した積層型のセパレータを用いてもよい。   A laminated separator in which a heat-resistant layer containing a heat-resistant inorganic filler such as silica, alumina or boehmite is formed on one or both sides of the polyolefin microporous film as described above may be used.

本発明のリチウムイオン二次電池において、本発明の正極と前記の負極とは、前記のセパレータを介して積層した積層電極体、または前記のセパレータを介して積層した後、渦巻状に巻回して形成した巻回電極体として使用される。   In the lithium ion secondary battery according to the present invention, the positive electrode according to the present invention and the negative electrode are laminated electrode bodies laminated via the separator, or laminated via the separator, and then spirally wound. Used as a formed wound electrode body.

本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、積層電極体や巻回電極体を外装体内に装填し、更に外装体内に非水電解液を注入して非水電解液中に電極体を浸漬させた後、外装体の開口部を封止することで製造される。外装体には、スチール製やアルミニウム製、アルミニウム合金製の筒形(角筒形や円筒形など)の外装缶や、金属を蒸着したラミネートフィルムで構成される外装体などを用いることができる。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, for example, a laminated electrode body or a wound electrode body is loaded into the exterior body, and a nonaqueous electrolyte is injected into the exterior body so that the electrode body is immersed in the nonaqueous electrolyte. Then, it is manufactured by sealing the opening of the exterior body. As the exterior body, it is possible to use a tubular exterior body (such as a rectangular tube or a cylindrical body) made of steel, aluminum, or aluminum alloy, or an exterior body composed of a laminated film on which metal is deposited.

本発明のリチウムイオン二次電池は、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性が良好であることから、こうした特性が要求される用途をはじめとして、従来のリチウムイオン二次電池が使用されている用途と同じ用途に適用することができる。   Since the lithium ion secondary battery of the present invention has a large volumetric energy density and good load characteristics, it is used in applications where conventional lithium ion secondary batteries are used, including applications requiring such characteristics. It can be applied to the same application.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<正極の作製>
平均粒子径Aが1μmのLiFePO(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.009μmのLiFePO(第2群粒子)とを80:20の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が80質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が20質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が100質量%であり、A/B比が111であった。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
The average particle size A is 1 [mu] m LiFePO 4 (first group particles), and mixed average particle diameter B of 0.009 LiFePO 4 (second group particles) at a ratio of 80:20 (mass ratio) positive An active material was obtained. The obtained positive electrode active material has a ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm of 80% by mass and a ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm of 20% by mass. The ratio of the total amount of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount was 100 mass%, and the A / B ratio was 111.

前記の混合物(正極活物質):89.6質量部、アセチレンブラック(導電性助剤):5.48質量部、PVDF(バインダ):4.67質量部、およびPVP(分散剤):0.25質量部を、溶剤であるNMP中に分散させて正極合剤含有組成物を調製した。この正極合剤含有組成物を、集電体となる厚みが15μmのアルミニウム箔の片面に、乾燥後の塗布量で20mg/cmとなる量で塗布して乾燥し、プレス処理した後、30×30mmのサイズにカットして、正極を作製した。得られた正極の正極合剤層は、厚みが67.4μmであった。 Mixture (positive electrode active material): 89.6 parts by mass, acetylene black (conductive auxiliary agent): 5.48 parts by mass, PVDF (binder): 4.67 parts by mass, and PVP (dispersant): 0.8. 25 parts by mass was dispersed in NMP as a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing composition. This positive electrode mixture-containing composition was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 15 μm serving as a current collector in an amount of 20 mg / cm 2 after drying, dried, pressed, and then subjected to 30 A positive electrode was produced by cutting into a size of × 30 mm. The positive electrode mixture layer of the obtained positive electrode had a thickness of 67.4 μm.

<負極の作製>
鱗片状黒鉛(日立化成工業社製):98質量部、CMC:1質量部およびSBR:1質量部を、水に分散させて負極合剤含有組成物を調製し、この負極合剤含有組成物を、集電体となる厚みが8μmの銅箔の片面に塗布して乾燥し、プレス処理した後、35×35mmのサイズにカットして、負極を作製した。得られた負極の負極合剤層は、厚みが80μmであった。
<Production of negative electrode>
Scale-like graphite (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.): 98 parts by mass, CMC: 1 part by mass and SBR: 1 part by mass are dispersed in water to prepare a negative electrode mixture-containing composition, and this negative electrode mixture-containing composition Was applied to one side of a copper foil having a thickness of 8 μm to be a current collector, dried and pressed, and then cut into a size of 35 × 35 mm to produce a negative electrode. The negative electrode mixture layer of the obtained negative electrode had a thickness of 80 μm.

<電池の組み立て>
前記の正極と前記の負極とを、セパレータ(厚みが16μmのPE製微多孔膜)を介して積層してラミネートフィルム外装体内に挿入し、非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比3:7の混合溶媒に、LiPFを1.2Mの濃度で溶解した溶液)を注入した後にラミネートフィルム外装体を封止して、図1に示す外観で、図2に示す構造のリチウムイオン二次電池を作製した。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator (PE microporous film having a thickness of 16 μm) and inserted into a laminate film exterior, and a non-aqueous electrolyte (volume ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate) After injecting LiPF 6 in a 3: 7 mixed solvent at a concentration of 1.2 M), the laminate film outer package is sealed, and the appearance shown in FIG. 1 is the lithium ion having the structure shown in FIG. A secondary battery was produced.

ここで、図1および図2について説明すると、図1は非水電解質二次電池を模式的に表す平面図であり、図2は、図1のA−A線断面図である。非水電解質二次電池1は、2枚のラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体2内に、正極5と負極6とをセパレータ7を介して積層して構成した積層電極体と、非水電解液(図示しない)とを収容しており、ラミネートフィルム外装体2は、その外周部において、上下のラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。なお、図2では、図面が煩雑になることを避けるために、ラミネートフィルム外装体2を構成している各層、並びに正極5および負極6の各層を区別して示していない。   Here, FIG. 1 and FIG. 2 will be described. FIG. 1 is a plan view schematically showing a nonaqueous electrolyte secondary battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 includes a laminated electrode body constituted by laminating a positive electrode 5 and a negative electrode 6 with a separator 7 in a laminated film outer package 2 constituted by two laminated films, and nonaqueous electrolysis. The laminate film exterior body 2 is sealed by heat-sealing the upper and lower laminate films at the outer peripheral portion thereof. In FIG. 2, each layer constituting the laminate film outer package 2 and each layer of the positive electrode 5 and the negative electrode 6 are not shown separately in order to prevent the drawing from becoming complicated.

正極5は、電池1内でリード体を介して正極外部端子3と接続しており、また、図示していないが、負極6も、電池1内でリード体を介して負極外部端子4と接続している。そして、正極外部端子3および負極外部端子4は、外部の機器などと接続可能なように、片端側がラミネートフィルム外装体2の外側に引き出されている。   The positive electrode 5 is connected to the positive electrode external terminal 3 in the battery 1 through a lead body. Although not shown, the negative electrode 6 is also connected to the negative electrode external terminal 4 in the battery 1 through a lead body. doing. The positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 are drawn out to the outside of the laminate film exterior body 2 so that they can be connected to an external device or the like.

比較例1
平均粒子径が1μmのLiFePO(正極活物質):90質量部、アセチレンブラック:5.0質量部、PVDF:4.7質量部、およびPVP:0.3質量部を、溶剤であるNMP中に分散させて正極合剤含有組成物を調製した。この正極合剤含有組成物を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 1
LiFePO 4 (positive electrode active material) having an average particle diameter of 1 μm: 90 parts by mass, acetylene black: 5.0 parts by mass, PVDF: 4.7 parts by mass, and PVP: 0.3 parts by mass in NMP as a solvent To prepare a positive electrode mixture-containing composition. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode mixture-containing composition was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

実施例1および比較例1のリチウムイオン二次電池に係る正極の構成を表1に示す。また、実施例1および比較例1のリチウムイオン二次電池について、下記の各評価を行った。それらの結果を表2に示す。   Table 1 shows the configurations of the positive electrodes according to the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1. Further, the following evaluations were performed on the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1. The results are shown in Table 2.

<体積エネルギー密度測定>
実施例1および比較例1のリチウムイオン二次電池について、25℃の環境下で、0.2Cの電流値で4.2Vになるまで定電流充電し、続いて4.2Vの電圧で電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行った。定電流−定電圧充電後の各電池について、25℃の環境下で、0.2Cの電流値で2.5Vになるまで放電を行って、放電容量(0.2C放電容量)を求めた。そして、各電池について、得られた放電容量を正極合剤層の体積で除して、正極の体積エネルギー密度を算出した。
<Volume energy density measurement>
The lithium ion secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were charged at a constant current until the voltage reached 4.2 V at a current value of 0.2 C in an environment of 25 ° C., and then the current value at a voltage of 4.2 V. The battery was charged at a constant voltage until the temperature reached 0.05C. About each battery after constant current-constant voltage charge, it discharged until it became 2.5V with the electric current value of 0.2C in the environment of 25 degreeC, and discharge capacity (0.2C discharge capacity) was calculated | required. And about each battery, the obtained discharge capacity was remove | divided by the volume of the positive mix layer, and the volume energy density of the positive electrode was computed.

<負荷特性評価>
実施例1および比較例1のリチウムイオン二次電池について、体積エネルギー密度測定の際と同じ条件で定電流−定電圧充電を行い、1Cの電流値で2.5Vになるまで放電を行って、放電容量(1C放電容量)を求めた。そして、各電池について、1C放電容量を0.2C放電容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。この容量維持率が高いほど、電池の負荷特性が良好であるといえる。
<Evaluation of load characteristics>
About the lithium ion secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1, constant current-constant voltage charging was performed under the same conditions as in volume energy density measurement, and discharging was performed until the current value of 1C reached 2.5 V. The discharge capacity (1C discharge capacity) was determined. And about each battery, the value which remove | divided 1C discharge capacity by 0.2C discharge capacity was represented by the percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required. It can be said that the higher the capacity retention rate, the better the load characteristics of the battery.

<25℃での充放電サイクル特性>
実施例1および比較例1のリチウムイオン二次電池について、1Cの電流値で4.2Vになるまで定電流充電し、4.2Vの電圧で電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行う定電流−定電圧充電および、1Cの電流値で2.5Vまで定電流放電を行う一連の操作を1サイクルとして、これを200サイクル繰り返した。そして、各電池について、200サイクル目の1C放電容量を、負荷特性評価時に求めた1C放電容量(初期1C放電容量)で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。この容量維持率が高いほど、電池の充放電サイクル特性が良好であるといえる。
<Charge / discharge cycle characteristics at 25 ° C.>
About the lithium ion secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1, constant current charging was performed until the current value reached 0.05 V at a voltage value of 4.2 V until the current value reached 0.05 C at a current value of 1 C. A series of operations for performing constant current-constant voltage charging and constant current discharging up to 2.5 V at a current value of 1 C was set as one cycle, and this was repeated 200 cycles. And about each battery, the value which divided | segmented 1C discharge capacity of 200th cycle by 1C discharge capacity (initial 1C discharge capacity) calculated | required at the time of load characteristic evaluation was represented by the percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required. It can be said that the higher the capacity retention rate, the better the charge / discharge cycle characteristics of the battery.

Figure 2015037068
Figure 2015037068

Figure 2015037068
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表1および表2に示す通り、正極の活物質(粒子)として、適正な粒度分布のものを使用し、かつ正極合剤層の空隙率を適正にした実施例1のリチウムイオン二次電池は、使用した正極に係る正極合剤層の空隙率が非常に小さく、良好な負荷特性を維持できており、かつ大きな体積エネルギー密度を確保できた。また、実施例1のリチウムイオン二次電池は、充放電サイクル特性も良好であった。これに対し、正極の活物質(粒子)に粒子径が大きな粒子のみを含む活物質を使用した比較例1の電池は、正極合剤層の空隙率が十分に小さくなっておらず、体積エネルギー密度が小さかった。   As shown in Table 1 and Table 2, as the positive electrode active material (particles), the lithium ion secondary battery of Example 1 in which an appropriate particle size distribution was used and the porosity of the positive electrode mixture layer was appropriate The porosity of the positive electrode mixture layer related to the positive electrode used was very small, good load characteristics could be maintained, and a large volume energy density could be secured. The lithium ion secondary battery of Example 1 also had good charge / discharge cycle characteristics. On the other hand, the battery of Comparative Example 1 using an active material containing only particles having a large particle size as the positive electrode active material (particles) does not have a sufficiently small porosity of the positive electrode mixture layer, and thus has a volume energy. The density was small.

実施例2
平均粒子径Aが5μmのLiMn1/3Ni1/3Co1/3(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.009μmのLiFePO(第2群粒子)とを83.3:16.7の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が83.3質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が16.7質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が100質量%であり、A/Bが555であった。
Example 2
83. LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 5 μm and LiFePO 4 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.009 μm. It mixed by the ratio (mass ratio) of 3: 16.7, and the positive electrode active material was obtained. In the obtained positive electrode active material, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 83.3 mass%, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 16.7 mass%. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the positive electrode active material was 100% by mass, and A / B was 555. .

前記の正極活物質:90.1質量部、アセチレンブラック:4.76質量部、PVDF:4.92質量部、およびPVP:0.22質量部を、溶剤であるNMP中に分散させて正極合剤含有組成物を調製した。この正極合剤含有組成物を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   The positive electrode active material: 90.1 parts by mass, acetylene black: 4.76 parts by mass, PVDF: 4.92 parts by mass, and PVP: 0.22 parts by mass were dispersed in NMP as a solvent to form a positive electrode composite. An agent-containing composition was prepared. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode mixture-containing composition was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

比較例2
平均粒子径Aが5μmのLiMn1/3Ni1/3Co1/3(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.5μmのLiFePO(第2群粒子)とを83.3:16.7の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が83.3質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が0質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が83.3質量%であり、A/Bが10であった。
Comparative Example 2
83. LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 5 μm and LiFePO 4 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.5 μm. It mixed by the ratio (mass ratio) of 3: 16.7, and the positive electrode active material was obtained. The obtained positive electrode active material had a ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm of 83.3% by mass and a ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm of 0% by mass. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the active material was 83.3 mass%, and A / B was 10. .

前記の正極活物質を使用した以外は実施例2と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例2と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   A positive electrode was produced in the same manner as in Example 2 except that the positive electrode active material was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that this positive electrode was used.

比較例3
平均粒子径Aが17μmのLiMn1/3Ni1/3Co1/3(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.5μmのLiFePO(第2群粒子)とを83.3:16.7の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が83.3質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が0質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が83.3質量%であり、A/Bが34であった。
Comparative Example 3
83. LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 17 μm and LiFePO 4 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.5 μm. It mixed by the ratio (mass ratio) of 3: 16.7, and the positive electrode active material was obtained. The obtained positive electrode active material had a ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm of 83.3% by mass and a ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm of 0% by mass. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the active material was 83.3 mass%, and A / B was 34. .

前記の正極活物質を使用した以外は実施例2と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例2と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   A positive electrode was produced in the same manner as in Example 2 except that the positive electrode active material was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that this positive electrode was used.

比較例4
平均粒子径Aが5μmのLiMn1/3Ni1/3Co1/3(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.009μmのLiFePO(第2群粒子)とを60:40の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が60質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が40質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が100質量%であり、A/Bが555であった。
Comparative Example 4
LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 5 μm and LiFePO 4 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.009 μm are 60: A positive electrode active material was obtained by mixing at a ratio (mass ratio) of 40. The obtained positive electrode active material has a ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm of 60% by mass and a ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm of 40% by mass. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount was 100% by mass, and A / B was 555.

前記の正極活物質:87質量部、アセチレンブラック:7.62質量部、PVDF:5.10質量部、およびPVP:0.28質量部を、溶剤であるNMP中に分散させて正極合剤含有組成物を調製した。この正極合剤含有組成物を用いた以外は実施例2と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例2と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   The positive electrode active material: 87 parts by mass, acetylene black: 7.62 parts by mass, PVDF: 5.10 parts by mass, and PVP: 0.28 parts by mass are dispersed in NMP as a solvent to contain a positive electrode mixture. A composition was prepared. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 2 except that this positive electrode mixture-containing composition was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that this positive electrode was used.

実施例2および比較例2〜4のリチウムイオン二次電池について、実施例1のリチウムイオン二次電池などと同様にして体積エネルギー密度測定、負荷特性評価および充放電サイクル特性評価を行った。   About the lithium ion secondary battery of Example 2 and Comparative Examples 2-4, volume energy density measurement, load characteristic evaluation, and charging / discharging cycle characteristic evaluation were performed like the lithium ion secondary battery of Example 1, etc.

実施例2および比較例2〜4のリチウムイオン二次電池に係る正極の構成を表3に示す。また、実施例2および比較例2〜4のリチウムイオン二次電池における上記の各評価の結果を表4に示す。   Table 3 shows the configurations of the positive electrodes according to the lithium ion secondary batteries of Example 2 and Comparative Examples 2 to 4. Table 4 shows the results of the above evaluations on the lithium ion secondary batteries of Example 2 and Comparative Examples 2 to 4.

Figure 2015037068
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Figure 2015037068
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表3および表4に示す通り、正極の活物質(粒子)として、適正な粒度分布のものを使用し、かつ正極合剤層の空隙率を適正にした実施例2のリチウムイオン二次電池は、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性および充放電サイクル特性が良好であった。   As shown in Tables 3 and 4, the lithium ion secondary battery of Example 2 using an active material (particle) of the positive electrode having an appropriate particle size distribution and having an appropriate porosity of the positive electrode mixture layer is The volume energy density was large, and the load characteristics and charge / discharge cycle characteristics were good.

これに対し、正極の活物質(粒子)として、0.001〜0.4μmよりも大きな粒子径の粒子を用いた比較例2および比較例3のリチウムイオン二次電池では、正極合剤層の空隙率が小さくなっておらず、体積エネルギー密度が小さかった。また、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子との比率が不適であった正極の活物質(粒子)を使用し、導電性助剤の使用量が多すぎた比較例4の電池も、正極合剤層の空隙率が小さくなっておらず体積エネルギー密度が小さい上に、充放電サイクル特性も劣っていた。   On the other hand, in the lithium ion secondary batteries of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 using particles having a particle diameter larger than 0.001 to 0.4 μm as the active material (particles) of the positive electrode, The porosity was not small and the volume energy density was small. In addition, the use of a conductive auxiliary using a positive electrode active material (particles) in which the ratio of particles having a particle size of 0.8 to 35 μm and particles having a particle size of 0.001 to 0.4 μm was inappropriate The battery of Comparative Example 4 in which the amount was too large was not low in the porosity of the positive electrode mixture layer, had a low volumetric energy density, and was inferior in charge / discharge cycle characteristics.

実施例3
平均粒子径Aが17μmのLiCoO(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.3μmのLiCoO(第2群粒子)とを91.8:8.2の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が91.8質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が8.2質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が57質量%であり、A/Bが555であった。
Example 3
LiCoO 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 17 μm and LiCoO 2 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.3 μm in a ratio (mass ratio) of 91.8: 8.2. A positive electrode active material was obtained by mixing. In the obtained positive electrode active material, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 91.8% by mass, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 8.2% by mass. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the positive electrode active material was 57% by mass, and A / B was 555. .

前記の正極活物質:96.7質量部、アセチレンブラック:2.0質量部、PVDF:1.27質量部、およびPVP:0.03質量部を、溶剤であるNMP中に分散させて正極合剤含有組成物を調製した。この正極合剤含有組成物を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   The positive electrode active material: 96.7 parts by mass, acetylene black: 2.0 parts by mass, PVDF: 1.27 parts by mass, and PVP: 0.03 parts by mass were dispersed in NMP as a solvent to form a positive electrode composite. An agent-containing composition was prepared. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode mixture-containing composition was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

比較例5
平均粒子径が17μmのLiCoO(正極活物質):96.72質量部、アセチレンブラック:2.0質量部、PVDF:1.25質量部、およびPVP:0.03質量部を、溶剤であるNMP中に分散させて正極合剤含有組成物を調製した。この正極合剤含有組成物を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 5
LiCoO 2 (positive electrode active material) having an average particle diameter of 17 μm: 96.72 parts by mass, acetylene black: 2.0 parts by mass, PVDF: 1.25 parts by mass, and PVP: 0.03 parts by mass are solvents. A positive electrode mixture-containing composition was prepared by dispersing in NMP. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode mixture-containing composition was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

実施例3および比較例5のリチウムイオン二次電池について、以下の方法で体積エネルギー密度測定、負荷特性評価および充放電サイクル特性評価を行った。   The lithium ion secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 5 were subjected to volume energy density measurement, load characteristic evaluation, and charge / discharge cycle characteristic evaluation by the following methods.

<体積エネルギー密度測定>
実施例3および比較例5のリチウムイオン二次電池について、25℃の環境下で、0.2Cの電流値で4.4Vになるまで定電流充電し、続いて4.4Vの電圧で電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行った。定電流−定電圧充電後の各電池について、25℃の環境下で、0.2Cの電流値で3.0Vになるまで放電を行って、放電容量(0.2C放電容量)を求めた。そして、各電池について、得られた放電容量を電池の体積で除して、体積エネルギー密度を算出した。
<Volume energy density measurement>
The lithium ion secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 5 were charged at a constant current until the voltage reached 4.4 V at a current value of 0.2 C in an environment of 25 ° C., and then the current value at a voltage of 4.4 V. The battery was charged at a constant voltage until the temperature reached 0.05C. About each battery after constant current-constant voltage charge, it discharged until it became 3.0V with the electric current value of 0.2C in the environment of 25 degreeC, and discharge capacity (0.2C discharge capacity) was calculated | required. For each battery, the obtained discharge capacity was divided by the volume of the battery to calculate the volume energy density.

<負荷特性評価>
実施例3および比較例5のリチウムイオン二次電池について、体積エネルギー密度測定の際と同じ条件で定電流−定電圧充電を行い、1Cの電流値で3.0Vになるまで放電を行って、放電容量(1C放電容量)を求めた。そして、各電池について、1C放電容量を0.2C放電容量で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。
<Evaluation of load characteristics>
About the lithium ion secondary battery of Example 3 and Comparative Example 5, constant current-constant voltage charging was performed under the same conditions as in the volume energy density measurement, and discharging was performed until the current value of 1C reached 3.0 V. The discharge capacity (1C discharge capacity) was determined. And about each battery, the value which remove | divided 1C discharge capacity by 0.2C discharge capacity was represented by the percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required.

<25℃での充放電サイクル特性>
実施例3および比較例5のリチウムイオン二次電池について、1Cの電流値で4.4Vになるまで定電流充電し、4.4Vの電圧で電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行う定電流−定電圧充電および、1Cの電流値で3.0Vまで定電流放電を行う一連の操作を1サイクルとして、これを200サイクル繰り返した。そして、各電池について、200サイクル目の1C放電容量を、負荷特性評価時に求めた1C放電容量(初期1C放電容量)で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。
<Charge / discharge cycle characteristics at 25 ° C.>
About the lithium ion secondary battery of Example 3 and Comparative Example 5, constant current charging was performed until the current value reached 4.4 C at a current value of 1 C, and constant voltage charging was performed until the current value reached 0.05 C at a voltage of 4.4 V. A series of operations for performing constant current-constant voltage charging and constant current discharging up to 3.0 V at a current value of 1 C was set as one cycle, and this was repeated 200 cycles. And about each battery, the value which divided | segmented 1C discharge capacity of 200th cycle by 1C discharge capacity (initial 1C discharge capacity) calculated | required at the time of load characteristic evaluation was represented by the percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required.

実施例3および比較例5のリチウムイオン二次電池に係る正極の構成を表5に示す。また、実施例3および比較例5のリチウムイオン二次電池における上記の各評価の結果を表6に示す。   Table 5 shows configurations of positive electrodes according to the lithium ion secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 5. Table 6 shows the results of the above evaluations on the lithium ion secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 5.

Figure 2015037068
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Figure 2015037068
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表5および表6に示す通り、正極の活物質(粒子)として、適正な粒度分布のものを使用し、かつ正極合剤層の空隙率を適正にした実施例3のリチウムイオン二次電池は、使用した正極に係る正極合剤層の空隙率が非常に小さく、良好な負荷特性を維持できており、かつ大きな体積エネルギー密度を確保できた。また、実施例3のリチウムイオン二次電池は、充放電サイクル特性も良好であった。これに対し、正極の活物質(粒子)に粒子径が大きな粒子のみを含む活物質を使用した比較例5の電池は、正極合剤層の空隙率が十分に小さくなっておらず、体積エネルギー密度が小さかった。また、比較例5の電池は、充放電サイクル特性も劣っていた。   As shown in Table 5 and Table 6, as the positive electrode active material (particles), the lithium ion secondary battery of Example 3 using an appropriate particle size distribution and having an appropriate porosity of the positive electrode mixture layer is used. The porosity of the positive electrode mixture layer related to the positive electrode used was very small, good load characteristics could be maintained, and a large volume energy density could be secured. Moreover, the lithium ion secondary battery of Example 3 also had good charge / discharge cycle characteristics. On the other hand, the battery of Comparative Example 5 using an active material containing only particles having a large particle size as the positive electrode active material (particles) does not have a sufficiently small porosity of the positive electrode mixture layer, and thus has a volume energy. The density was small. Further, the battery of Comparative Example 5 was inferior in charge / discharge cycle characteristics.

実施例4
磁性攪拌器、加熱油浴、滴下装置、冷却管および窒素導入口を備えた100mlの三つ口反応フラスコに、ポリビニルアルコール(クラレ社製「PVA203」)0.39g、およびジメチルアセトアミド(和光純薬工業社製)20mlを入れ、攪拌しながら油浴を100℃に加熱してポリビニルアルコールを溶解した。油浴を外して室温まで放冷した三つ口反応フラスコ内に、ピリジン4mlにヘキサフルオログルタル酸無水物3.1gを混合した溶液を滴下し、滴下終了後1時間撹拌を継続した。その後、三つ口反応フラスコ内に水70μlを加えて20分攪拌し、更に水酸化リチウム1水和物0.76gを加えて溶解した後、1N水酸化リチウム水溶液を当量まで加えた。
Example 4
In a 100 ml three-necked reaction flask equipped with a magnetic stirrer, heating oil bath, dropping device, condenser and nitrogen inlet, 0.39 g of polyvinyl alcohol (“PVA203” manufactured by Kuraray Co., Ltd.) and dimethylacetamide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 20 ml of Kogyo Co., Ltd. was added, and the oil bath was heated to 100 ° C. with stirring to dissolve the polyvinyl alcohol. A solution prepared by mixing 3.1 g of hexafluoroglutaric acid anhydride with 4 ml of pyridine was dropped into a three-necked reaction flask which was allowed to cool to room temperature after removing the oil bath, and stirring was continued for 1 hour after completion of the dropping. Thereafter, 70 μl of water was added to the three-necked reaction flask and stirred for 20 minutes. Further, 0.76 g of lithium hydroxide monohydrate was added and dissolved, and then a 1N lithium hydroxide aqueous solution was added to the equivalent amount.

このようにして得られた三つ口反応フラスコ内の溶液をテトラヒドロフラン(和光純薬工業社製)300mlに滴下して沈殿させ、回収した沈殿をテトラヒドロフランで洗浄後エタノール10mlを加えて溶解し、沈殿化を繰り返した。最終的に得られた沈殿を水に溶解した後凍結乾燥してフッ素系ポリマーを得た。収率は40%であった。   The solution in the three-necked reaction flask thus obtained was added dropwise to 300 ml of tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and precipitated. The recovered precipitate was washed with tetrahydrofuran and dissolved by adding 10 ml of ethanol. The process was repeated. The finally obtained precipitate was dissolved in water and then freeze-dried to obtain a fluoropolymer. The yield was 40%.

得られたフッ素系ポリマーは、主鎖がポリビニルアルコールの主鎖由来のものであり、また、前記一般式(1)で表されnが3でMがLiである構造部分と、前記構造部分と主鎖との間にエステル基とを含有するペンダント基を有するものである。更に、フッ素系ポリマーに導入されたペンダント基の量は、主鎖を構成するビニルアルコール単位に対して約55モル%であった。また、前記フッ素系ポリマーの数平均分子量は、約5万であった。   The obtained fluoropolymer has a main chain derived from the main chain of polyvinyl alcohol, a structural part represented by the general formula (1), wherein n is 3 and M is Li, It has a pendant group containing an ester group between the main chain. Furthermore, the amount of pendant groups introduced into the fluoropolymer was about 55 mol% with respect to the vinyl alcohol unit constituting the main chain. The number average molecular weight of the fluoropolymer was about 50,000.

正極活物質に、実施例3で調製したものと同じ混合物を使用し、この混合物:96.62質量部、前記フッ素系ポリマー:0.1質量部、アセチレンブラック:2.0質量部、PVDF:1.25質量部、およびPVP:0.03質量部を、溶剤であるNMP中に分散させて正極合剤含有組成物を調製した。この正極合剤含有組成物を用いた以外は実施例3と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例3と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   The same mixture as that prepared in Example 3 was used as the positive electrode active material. This mixture: 96.62 parts by mass, the fluoropolymer: 0.1 parts by mass, acetylene black: 2.0 parts by mass, PVDF: A positive electrode mixture-containing composition was prepared by dispersing 1.25 parts by mass and PVP: 0.03 parts by mass in NMP as a solvent. A positive electrode was produced in the same manner as in Example 3 except that this positive electrode mixture-containing composition was used, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 3 except that this positive electrode was used.

実施例4のリチウムイオン二次電池について、実施例3などのリチウムイオン二次電池などと同様にして体積エネルギー密度測定、負荷特性評価および充放電サイクル特性評価を行った。   For the lithium ion secondary battery of Example 4, volume energy density measurement, load characteristic evaluation, and charge / discharge cycle characteristic evaluation were performed in the same manner as the lithium ion secondary battery of Example 3 and the like.

また、実施例3および実施例4のリチウムイオン二次電池について、以下の方法で45℃での充放電サイクル特性評価を行った。前記の各電池について、環境温度を45℃に変更した以外は実施例2と同じ条件で定電流−定電圧充電および定電流放電を行う一連の操作を1サイクルとして、これを100サイクル繰り返した。そして、各電池について、100サイクル目の1C放電容量を、負荷特性評価時に求めた1C放電容量(初期1C放電容量)で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。   The lithium ion secondary batteries of Example 3 and Example 4 were evaluated for charge / discharge cycle characteristics at 45 ° C. by the following method. For each of the batteries described above, a series of operations for performing constant current-constant voltage charging and constant current discharging under the same conditions as in Example 2 except that the environmental temperature was changed to 45 ° C. was repeated for 100 cycles. And about each battery, the value which remove | divided 1C discharge capacity of 100th cycle by 1C discharge capacity (initial 1C discharge capacity) calculated | required at the time of load characteristic evaluation was represented by percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required.

実施例4のリチウムイオン二次電池に係る正極の構成を、実施例3のリチウムイオン二次電池に係る正極の構成と併せて表7に示す。また、実施例4のリチウムイオン二次電池について、上記の各評価の結果を、実施例3のリチウムイオン二次電池における評価結果と併せて表8に示す。   The configuration of the positive electrode according to the lithium ion secondary battery of Example 4 is shown in Table 7 together with the configuration of the positive electrode according to the lithium ion secondary battery of Example 3. Moreover, about the lithium ion secondary battery of Example 4, the result of said each evaluation is shown in Table 8 with the evaluation result in the lithium ion secondary battery of Example 3. FIG.

Figure 2015037068
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Figure 2015037068
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表7および表8に示す通り、実施例3のリチウムイオン二次電池と実施例4のリチウムイオン二次電池とは、正極合剤層中における前記フッ素系ポリマーの有無を除き、同様の構成としたものであり、正極合剤層の空隙率、体積エネルギー密度、負荷特性および25℃での充放電サイクル特性は、ほぼ同等であった。しかしながら、45℃での充放電サイクル特性は、フッ素系ポリマーを用いた実施例4の電池の方が、これを用いていない実施例3の電池よりも、非常に優れていた。   As shown in Table 7 and Table 8, the lithium ion secondary battery of Example 3 and the lithium ion secondary battery of Example 4 have the same configuration except for the presence or absence of the fluoropolymer in the positive electrode mixture layer. Thus, the porosity, volume energy density, load characteristics, and charge / discharge cycle characteristics at 25 ° C. of the positive electrode mixture layer were substantially the same. However, the charge / discharge cycle characteristics at 45 ° C. were much better in the battery of Example 4 using the fluorine-based polymer than in the battery of Example 3 not using this.

1 リチウムイオン二次電池
2 ラミネートフィルム外装体
5 正極
6 負極
7 セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Laminate film exterior body 5 Positive electrode 6 Negative electrode 7 Separator

Claims (13)

活物質粒子、導電性助剤および樹脂製バインダを含む正極合剤層を有するリチウムイオン電池用正極であって、
前記活物質粒子として、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が70〜95質量%であり、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が5〜30質量%であり、前記粒子径が0.8〜35μmの粒子と前記粒子径が0.001〜0.4μmの粒子とを合計した割合が90質量%以上のものを使用し、
前記導電性助剤としてカーボン材料を含有し、前記正極合剤層における前記カーボン材料の含有量が0.5〜7質量%であり、
前記正極合剤層の空隙率が5〜15vol.%であることを特徴とするリチウムイオン電池用正極。
A positive electrode for a lithium ion battery having a positive electrode mixture layer containing active material particles, a conductive auxiliary agent and a resin binder,
As the active material particles, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 70 to 95 mass%, the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 5 to 30 mass%, The ratio of the total particle size of particles having a particle size of 0.8 to 35 μm and particles having a particle size of 0.001 to 0.4 μm is 90% by mass or more,
Carbon material is contained as the conductive auxiliary agent, and the content of the carbon material in the positive electrode mixture layer is 0.5 to 7% by mass,
The positive electrode mixture layer has a porosity of 5 to 15 vol. %, A positive electrode for a lithium ion battery.
前記活物質粒子として、第1群粒子と、前記第1群粒子よりも平均粒子径が小さな第2群粒子とを使用し、
前記第1群粒子の平均粒子径A(μm)が1〜30μmであり、前記第2群粒子の平均粒子径B(μm)が0.003〜0.3μmである請求項1に記載のリチウムイオン電池用正極。
As the active material particles, first group particles and second group particles having an average particle diameter smaller than that of the first group particles are used.
2. The lithium according to claim 1, wherein the average particle diameter A (μm) of the first group particles is 1 to 30 μm, and the average particle diameter B (μm) of the second group particles is 0.003 to 0.3 μm. Positive electrode for ion battery.
前記第1群粒子の平均粒子径Aと、前記第2群粒子の平均粒子径Bとの比A/Bが40以上である請求項2に記載のリチウムイオン電池用正極。   3. The positive electrode for a lithium ion battery according to claim 2, wherein the ratio A / B between the average particle diameter A of the first group particles and the average particle diameter B of the second group particles is 40 or more. 全活物質粒子中における前記第2群粒子の含有量が9〜20質量%である請求項2または3に記載のリチウムイオン電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion battery according to claim 2 or 3, wherein the content of the second group particles in all active material particles is 9 to 20% by mass. 前記第1群粒子の平均粒子径Aが5〜20μmである請求項2〜4のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極。   5. The positive electrode for a lithium ion battery according to claim 2, wherein the average particle diameter A of the first group particles is 5 to 20 μm. 前記第2群粒子の平均粒子径Bが0.005〜0.2μmである請求項2〜5のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極。   6. The positive electrode for a lithium ion battery according to claim 2, wherein the second group particles have an average particle diameter B of 0.005 to 0.2 μm. 前記正極合剤層の空隙率が7〜13vol.%である請求項1〜6のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極。   The positive electrode mixture layer has a porosity of 7 to 13 vol. The positive electrode for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 6. 前記正極合剤層が、分散剤を更に含む請求項1〜7のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the positive electrode mixture layer further contains a dispersant. 前記活物質粒子として、層状構造もしくはスピネル構造を有するリチウム遷移金属酸化物の粒子、またはオリビン構造を有するリン酸遷移金属化合物の粒子を含有する請求項1〜8のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極。   The lithium ion battery according to claim 1, wherein the active material particles include lithium transition metal oxide particles having a layered structure or a spinel structure, or particles of a phosphate transition metal compound having an olivine structure. Positive electrode. 前記正極合剤層は、フッ素を含むペンダント基を複数有するフッ素系ポリマーを更に含有しており、
全活物質粒子100質量部に対する前記フッ素系ポリマーの含有量が0.01〜0.3質量部である請求項1〜9のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極。
The positive electrode mixture layer further contains a fluorine-based polymer having a plurality of pendant groups containing fluorine,
The positive electrode for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the content of the fluoropolymer with respect to 100 parts by mass of all active material particles is 0.01 to 0.3 parts by mass.
前記フッ素系ポリマーが、前記活物質粒子の表面に存在している請求項10に記載のリチウムイオン電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion battery according to claim 10, wherein the fluoropolymer is present on the surface of the active material particles. 前記フッ素系ポリマーの有する前記ペンダント基は、カルボキシル基もしくはその塩またはスルホン酸基もしくはその塩である官能基(A)と、前記官能基(A)と主鎖との間に介在する基とで構成されており、
前記ペンダント基のうちの少なくとも一部は、前記官能基(A)と主鎖との間に介在する基が、炭化水素基であるか;パーフルオロカーボン基であるか;炭化水素基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されているか;またはパーフルオロカーボン基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されており、
前記官能基(A)は、前記炭化水素基または前記パーフルオロカーボン基の有する炭素と直接結合しており、前記官能基(A)と主鎖との間に介在する基が、炭化水素基であるか;または炭化水素基と、エステル基、カーボネート基およびアミド基よりなる群から選択される少なくとも1種の基とで構成されている場合には、前記炭化水素基の有する炭素のうち、少なくとも、前記官能基(A)のα位またはβ位に位置する炭素には、フッ素が結合している請求項10または11に記載のリチウムイオン電池用正極。
The pendant group of the fluoropolymer is composed of a functional group (A) which is a carboxyl group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, and a group interposed between the functional group (A) and the main chain. Configured,
At least a part of the pendant group is a group interposed between the functional group (A) and the main chain is a hydrocarbon group; a perfluorocarbon group; a hydrocarbon group and an ester group Or at least one group selected from the group consisting of carbonate groups and amide groups; or at least one group selected from the group consisting of perfluorocarbon groups and ester groups, carbonate groups and amide groups It consists of a group and
The functional group (A) is directly bonded to the carbon of the hydrocarbon group or the perfluorocarbon group, and the group interposed between the functional group (A) and the main chain is a hydrocarbon group. Or a hydrocarbon group and at least one group selected from the group consisting of an ester group, a carbonate group and an amide group, at least of the carbons of the hydrocarbon group, The positive electrode for a lithium ion battery according to claim 10 or 11, wherein fluorine is bonded to carbon at the α-position or β-position of the functional group (A).
正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有しており、前記正極に、請求項1〜12のいずれかに記載のリチウムイオン電池用正極を用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode for a lithium ion battery according to claim 1 is used as the positive electrode.
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