JP2015095330A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery which enables the suppression of the rise in battery resistance, and the achievement of a high level of safety.SOLUTION: A lithium ion secondary battery comprises a power-generating element including at least one unit cell layer arranged by laminating a positive electrode, an electrolytic layer including an electrolyte and a negative electrode in turn. The positive electrode includes: a collector; and a positive electrode active material layer formed on the surface of the collector and including a positive electrode active material. The negative electrode includes: a collector; and a negative electrode active material layer formed on the surface of the collector and including a negative electrode active material. The positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolytic layer includes a lithium hydrogencarbonate (LiHCO). The content of the lithium hydrogencarbonate is 3-14 mass% to the total mass of the electrolyte.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with global warming, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), and the development of secondary batteries for motor drive that holds the key to commercialization of these is thriving. Has been done.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギー密度を発揮することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As a secondary battery for driving a motor, it is required to exhibit extremely high output characteristics and high energy density as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in a mobile phone, a notebook personal computer, or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having the highest theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.

リチウムイオン二次電池は、正極と負極とが、電解質を含む電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。上記正極または負極は、一般に、正極活物質または負極活物質とバインダとが溶媒中に分散されてなる活物質スラリーを集電体の表面に塗布することによって形成される。   A lithium ion secondary battery has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode are connected via an electrolyte layer containing an electrolyte and stored in a battery case. The positive electrode or the negative electrode is generally formed by applying an active material slurry in which a positive electrode active material or a negative electrode active material and a binder are dispersed in a solvent to the surface of a current collector.

このようなリチウムイオン二次電池の正極活物質として、例えば、リチウム−ニッケル複合酸化物、リチウム−マンガン複合酸化物、リチウム−コバルト複合酸化物、リチウム−鉄複合酸化物などの、リチウム−遷移金属複合酸化物などが用いられうる。このうち、特に、リチウム−ニッケル複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、コストが低いことからもモータ駆動用二次電池に好適であり、その実用化が期待されている。   Examples of the positive electrode active material of such a lithium ion secondary battery include lithium-transition metals such as lithium-nickel composite oxide, lithium-manganese composite oxide, lithium-cobalt composite oxide, and lithium-iron composite oxide. A composite oxide or the like can be used. Among these, lithium-nickel composite oxides are particularly suitable for motor-driven secondary batteries because of their excellent reactivity and cycle characteristics and low cost, and their practical application is expected.

ところで、リチウムイオン二次電池の実用化に向けて、内部短絡時の安全性を確保するための様々な技術が提案されている。例えば、特許文献1では、温度低下物質または燃焼抑制物質を所定の温度で溶融する高分子樹脂カプセルの内部に封入したものを、リチウムイオン二次電池の電解液に混入させる技術が提案されている。当該技術によると、高分子樹脂カプセルが高温下で溶融し、中に封入された温度低下物質または燃焼抑制物質が電解液中に拡散することにより、電池の温度を低下させたり、燃焼を抑制したりすることができる、としている。   By the way, various technologies for ensuring safety at the time of an internal short circuit have been proposed for practical application of lithium ion secondary batteries. For example, Patent Document 1 proposes a technique in which a temperature-decreasing substance or a combustion-suppressing substance enclosed in a polymer resin capsule that melts at a predetermined temperature is mixed into an electrolyte of a lithium ion secondary battery. . According to this technology, the polymer resin capsule melts at a high temperature, and the temperature-decreasing substance or the combustion-suppressing substance enclosed therein diffuses into the electrolyte, thereby reducing the temperature of the battery or suppressing the combustion. It can be done.

特開平10−340739号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-340739

しかしながら、特許文献1に記載された技術では、電解液中に高分子樹脂カプセルを混入させるため、電池の抵抗が上昇する、という問題がある。   However, the technique described in Patent Document 1 has a problem that the resistance of the battery increases because the polymer resin capsule is mixed in the electrolytic solution.

そこで本発明は、電池抵抗の上昇を抑えた、安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a highly safe lithium ion secondary battery in which an increase in battery resistance is suppressed.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、電解液を含む電解質層と、負極と、が順次積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む発電要素を有する。正極は、集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層が形成されてなり、負極は、集電体の表面に負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる。そして、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層は、炭酸水素リチウム(LiHCO)を含み、当該炭酸水素リチウムの含有量は、電解液の総質量に対し、3〜14質量%である点に特徴を有する。 The lithium ion secondary battery of the present invention has a power generation element including at least one unit cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer containing an electrolytic solution, and a negative electrode are sequentially stacked. The positive electrode is formed by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material on the surface of the current collector, and the negative electrode is formed by forming a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material on the surface of the current collector. And a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, or an electrolyte layer contains lithium hydrogen carbonate (LiHCO 3 ), and the content of the lithium hydrogen carbonate is 3 to 14% by mass with respect to the total mass of the electrolytic solution. It is characterized by a certain point.

本発明によれば、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層に炭酸水素リチウムを含有させることにより、電池が高温になった場合に、炭酸水素リチウムが熱分解して水(HO)を発生させる。当該水が電解液中の支持塩を加水分解することにより、電解液中の支持塩濃度が低下し、電池の温度上昇を抑制することができる。そして、当該炭酸水素リチウムの含有量を電解液の総質量に対し、3〜14質量%とすることにより、電池抵抗の上昇を抑えつつ、所望の電池の温度上昇抑制効果を発揮することができる、安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することが可能となる。 According to the present invention, when lithium hydrogen carbonate is contained in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer, the lithium hydrogen carbonate is thermally decomposed and water (H 2 ) when the battery becomes high temperature. O) is generated. When the water hydrolyzes the supporting salt in the electrolytic solution, the concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is reduced, and an increase in battery temperature can be suppressed. And by making content of the said lithium hydrogen carbonate into 3-14 mass% with respect to the total mass of electrolyte solution, the temperature rise inhibitory effect of a desired battery can be exhibited, suppressing a raise of battery resistance. It is possible to provide a highly safe lithium ion secondary battery.

本発明の一実施形態に係る扁平型(積層型)の双極型でないリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an overall structure of a lithium ion secondary battery that is not a flat type (stacked type) bipolar type according to an embodiment of the present invention. 本発明の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the present invention.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味し、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」および「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios. In the present specification, “X to Y” indicating a range means “X or more and Y or less”, and “weight” and “mass”, “wt%” and “mass%”, “part by weight” and “ “Part by mass” is treated as a synonym.

図1に、本発明の一実施形態に係る扁平型(積層型)の双極型でないリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図を示す。本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素17が、電池外装材であるラミネートフィルム22の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素17を収納し密封した構成を有している。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a lithium ion secondary battery that is not a flat type (stacked type) bipolar type according to an embodiment of the present invention. The lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 17 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 22 that is a battery exterior material. Specifically, the power generation element 17 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate film as a battery exterior material and joining all of its peripheral parts by thermal fusion.

発電要素17は、負極集電体11の両面(発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ)に負極活物質層12が配置された負極と、電解質層13と、正極集電体14の両面に正極活物質層15が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの負極活物質層12とこれに隣接する正極活物質層15とが、電解質層13を介して対向するようにして、負極、電解質層13、正極がこの順に積層されている。   The power generation element 17 includes a negative electrode in which the negative electrode active material layer 12 is disposed on both sides of the negative electrode current collector 11 (only one side for the lowermost layer and the uppermost layer of the power generation element), an electrolyte layer 13, and a positive electrode current collector 14. And a positive electrode in which the positive electrode active material layer 15 is disposed on both sides. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer 13 and the positive electrode are laminated in this order so that one negative electrode active material layer 12 and the positive electrode active material layer 15 adjacent to the negative electrode active material layer 15 face each other with the electrolyte layer 13 therebetween. Yes.

これにより、隣接する負極、電解質層13および正極は、1つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層16の外周には、隣接する負極集電体11と正極集電体14との間を絶縁するためのシール部(絶縁層)(図示せず)が設けられていてもよい。発電要素17の両最外層に位置する最外層負極集電体11aには、いずれも片面のみに負極活物質層12が配置されている。なお、負極および正極の配置を逆にすることで、発電要素17の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面のみに正極活物質層が配置されているようにしてもよい。   Thus, the adjacent negative electrode, electrolyte layer 13 and positive electrode constitute one single cell layer 16. Therefore, it can be said that the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of single battery layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. Further, a seal portion (insulating layer) (not shown) for insulating between the adjacent negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 may be provided on the outer periphery of the unit cell layer 16. . The negative electrode active material layer 12 is disposed only on one side of the outermost layer negative electrode current collector 11 a located in both outermost layers of the power generation element 17. By reversing the arrangement of the negative electrode and the positive electrode, the outermost positive electrode current collector is positioned on both outermost layers of the power generation element 17, and the positive electrode active material layer is provided only on one side of the outermost layer positive electrode current collector. It may be arranged.

負極集電体11および正極集電体14には、各電極(負極および正極)と導通される負極集電板(負極タブ)18および正極集電板(正極タブ)19がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム22の端部に挟まれるようにラミネートフィルム22の外部に導出される構造を有している。負極集電板(負極タブ)18および正極集電板(正極タブ)19は、必要に応じて負極端子リード20および正極端子リード21を介して、各電極の負極集電体11および正極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。ただし、負極集電体11が延長されて負極集電板(負極タブ)18とされ、ラミネートフィルム22から導出されていてもよい。同様に、正極集電体14が延長されて正極集電板(正極タブ)19とされ、同様に電池外装材22から導出される構造としてもよい。   The negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14 are respectively attached with a negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 18 and a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 19 that are electrically connected to the respective electrodes (negative electrode and positive electrode). It has a structure led out of the laminate film 22 so as to be sandwiched between the end portions of the film 22. The negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 18 and the positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 19 are connected to the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector of each electrode via a negative electrode terminal lead 20 and a positive electrode terminal lead 21 as necessary. The body 14 may be attached by ultrasonic welding or resistance welding. However, the negative electrode current collector 11 may be extended to form a negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 18 and may be led out from the laminate film 22. Similarly, the positive electrode current collector 14 may be extended to form a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 19, and may be similarly derived from the battery exterior material 22.

なお、ここでは、扁平型(積層型)の双極型でないリチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明が適用可能なリチウムイオン二次電池の種類は特に制限されない。例えば、発電要素において、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極が電解質層を介して積層されてなる(単電池層が直列接続されてなる)形式のいわゆる双極型リチウムイオン二次電池にも適用可能である。以下、本形態のリチウムイオン二次電池の各構成要素について説明する。   Here, the embodiment of the present invention has been described by taking as an example a lithium ion secondary battery that is not a flat (stacked) bipolar type, but the types of lithium ion secondary batteries to which the present invention can be applied are particularly Not limited. For example, in a power generation element, a bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface is laminated via an electrolyte layer (single cell layer). It is also applicable to a so-called bipolar lithium ion secondary battery of a type in which are connected in series. Hereinafter, each component of the lithium ion secondary battery of this embodiment will be described.

[集電体]
集電体は導電性材料から構成され、その表面に活物質層が配置されて電池の電極を構成する。集電体を構成する材料に特に制限はないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector is made of a conductive material, and an active material layer is disposed on the surface of the current collector to form a battery electrode. Although there is no restriction | limiting in particular in the material which comprises a collector, For example, a metal and resin which has electroconductivity can be employ | adopted.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。   Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoints of electronic conductivity, battery operating potential, and adhesion of the negative electrode active material by sputtering to the current collector.

また、後者の導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。   Examples of the latter resin having conductivity include a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material as necessary. Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、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)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。   Non-conductive polymer materials include, for example, polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。   A conductive filler may be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。   The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as electroconductive carbon. Preferably, it includes at least one selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

なお、本形態の集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。   Note that the current collector of this embodiment may have a single-layer structure made of a single material, or may have a laminated structure in which layers made of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include a conductive resin layer made of at least a conductive resin. Further, from the viewpoint of blocking the movement of lithium ions between the unit cell layers, a metal layer may be provided on a part of the current collector.

[電極活物質層]
本形態のリチウムイオン二次電池は、活物質を必須に含み、さらに必要に応じて導電助剤、バインダなどの添加剤を含みうる。
[Electrode active material layer]
The lithium ion secondary battery of this embodiment essentially includes an active material, and may further include additives such as a conductive additive and a binder as necessary.

(活物質)
活物質は、充放電時にイオンを吸蔵・放出し、電気エネルギーを生み出す。活物質には、放電時にイオンを吸蔵し充電時にイオンを放出する組成を有する正極活物質と、放電時にイオンを放出し充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する負極活物質とがある。本形態の電極活物質層は、活物質として正極活物質を使用する場合は正極活物質層として機能し、逆に負極活物質を使用する場合は負極活物質層として機能する。本明細書では、正極活物質および負極活物質に共通する事項については、単に「活物質」として説明する。
(Active material)
The active material occludes and releases ions during charge and discharge to generate electrical energy. The active material includes a positive electrode active material having a composition that occludes ions during discharging and releases ions during charging, and a negative electrode active material having a composition that can release ions during discharging and occlude ions during charging. The electrode active material layer of this embodiment functions as a positive electrode active material layer when a positive electrode active material is used as the active material, and conversely functions as a negative electrode active material layer when a negative electrode active material is used. In this specification, the matters common to the positive electrode active material and the negative electrode active material are simply described as “active materials”.

正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なかでも、電池容量の観点から、正極活物質として、リチウムとニッケルとを含有し、層状構造を有する、リチウム−ニッケル系複合酸化物を少なくとも1種含むことが好ましい。さらに好ましくは、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。 Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2, and lithium-such as those obtained by replacing some of these transition metals with other elements. Examples include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. Among these, from the viewpoint of battery capacity, it is preferable to include at least one lithium-nickel composite oxide containing lithium and nickel and having a layered structure as the positive electrode active material. More preferably, Li (Ni—Mn—Co) O 2 and a part of these transition metals substituted with other elements (hereinafter also simply referred to as “NMC composite oxide”) are used.

リチウム−ニッケル系複合酸化物としては、金属元素としてリチウムおよびニッケルのみを含む複合酸化物のみならず、Niの一部がCo、Mn、Alなどの元素で置換された複合酸化物をも含む。このようなリチウム−ニッケル系複合酸化物としては、具体的には、LiNiO、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.9Co0.1、LiNi0.9Al0.1などが例示される。 The lithium-nickel composite oxide includes not only a composite oxide containing only lithium and nickel as metal elements, but also a composite oxide in which a part of Ni is substituted with an element such as Co, Mn, and Al. Specific examples of such a lithium-nickel composite oxide include LiNiO 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.9 Co 0.1 O 2 , LiNi 0.9 Al 0. 1 O 2 and the like are exemplified.

NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。   The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni, and Co are arranged in order) are stacked alternately via an oxygen atomic layer. One Li atom is contained, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, so that a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。   As described above, the NMC composite oxide includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is substituted with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu , Ag, Zn, etc., preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, From the viewpoint of improving cycle characteristics, Ti, Zr, Al, Mg, and Cr are more preferable.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Coの原子比を表し、dは、Mnの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable that the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 (where a, b, c, d, x Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, and b + c + d = 1. And at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr. Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Co, d represents the atomic ratio of Mn, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。   In general, nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of materials and improving electronic conductivity. Ti or the like partially replaces the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). Since at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr is dissolved, the crystal structure is stabilized. It is considered that the battery capacity can be prevented from decreasing even if the above is repeated, and that excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.49≦b≦0.51、0.29≦c≦0.31、0.19≦d≦0.21であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位重量あたりの容量が大きく、エネルギー密度の向上が可能となることでコンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しており、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1がより有利であるが、寿命特性に難がある。これに対し、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有しているのである。 In a more preferred embodiment, in the general formula (1), b, c and d are 0.49 ≦ b ≦ 0.51, 0.29 ≦ c ≦ 0.31, 0.19 ≦ d ≦ 0.21. It is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2, etc. that have been proven in general consumer batteries. Compared to the above, the capacity per unit weight is large, and the energy density can be improved, so that a battery having a compact and high capacity can be produced, which is preferable from the viewpoint of cruising distance. In addition, LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 is more advantageous in terms of a larger capacity, but there are difficulties in life characteristics. On the other hand, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has life characteristics as excellent as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .

一方、好ましい負極活物質としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、またはグラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが挙げられる。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、炭素材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。これらの負極活物質は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。 On the other hand, preferable negative electrode active materials include metals such as Si and Sn, or metal oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SiO, SnO 2 , and Li 4/3 Ti 5/3 O. 4 or Li 7 MnN and other complex oxides of lithium and transition metals, Li—Pb alloys, Li—Al alloys, Li, or graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke , Carbon materials such as soft carbon and hard carbon. Moreover, it is preferable that a negative electrode active material contains the element alloyed with lithium. By using an element that forms an alloy with lithium, it is possible to obtain a battery having a high capacity and an excellent output characteristic having a higher energy density than that of a carbon material. These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

上記炭素材料以外の活物質材料(以下、「非炭素系活物質材料」とも称する)を使用する場合、当該非炭素系活物質材料の表面を炭素材料で被覆したものを活物質として用いることが好ましい。かような形態によれば、活物質同士間や活物質と後述の導電助剤との間に導電ネットワークが構築され、膨張・収縮の大きい活物質を使用した場合であっても電極内の導電パスを確保することができる。その結果、充放電を繰り返した場合であっても抵抗の上昇を抑制することが可能となる。さらに好ましくは、電極のエネルギー密度を向上させる観点から、高容量のリチウムと合金化する材料を炭素材料で被覆したものを活物質として用いる。この場合の炭素材料の被覆量は、非炭素系活物質材料(粒子)の粒子径に応じて、活物質同士または活物質と導電助剤との間の電気的接触が良好となる量を使用すればよい。好ましくは、被覆された活物質の全質量に対して、2〜20質量%程度とする。なお、本発明において「被覆」とは、活物質の全面が炭素材料に覆われている形態に加えて、活物質の表面の一部に炭素材料が存在(付着)している形態をも含むものとする。   When an active material other than the carbon material (hereinafter also referred to as “non-carbon active material”) is used, a material obtained by coating the surface of the non-carbon active material with a carbon material may be used as the active material. preferable. According to such a configuration, a conductive network is established between the active materials or between the active material and the conductive auxiliary agent described later, and even when an active material having a large expansion / contraction is used, the conductivity in the electrode A pass can be secured. As a result, it is possible to suppress an increase in resistance even when charging and discharging are repeated. More preferably, from the viewpoint of improving the energy density of the electrode, a material that is alloyed with high-capacity lithium and coated with a carbon material is used as the active material. In this case, the coating amount of the carbon material is such that the electrical contact between the active materials or between the active material and the conductive additive is good depending on the particle size of the non-carbon active material (particle). do it. Preferably, it is about 2 to 20% by mass with respect to the total mass of the coated active material. In the present invention, the term “coating” includes not only the form in which the entire surface of the active material is covered with the carbon material but also the form in which the carbon material is present (attached) on a part of the surface of the active material. Shall be.

上記活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、電池の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくてもよいことはいうまでもない。かかる活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   The average particle size of the active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, and more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoints of high battery capacity, reactivity, and cycle durability. Within such a range, the secondary battery can suppress an increase in the internal resistance of the battery during charging and discharging under high output conditions, and can extract a sufficient current. In addition, when the active material is secondary particles, it can be said that the average particle diameter of primary particles constituting the secondary particles is desirably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited. However, it goes without saying that, depending on the production method, the active material may not be a secondary particle formed by aggregation, lump or the like. As the particle diameter of the active material and the particle diameter of the primary particles, the median diameter obtained using a laser diffraction method can be used. In addition, the shape of the active material varies depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include a spherical shape (powder shape), a plate shape, a needle shape, a column shape, and a square shape, but are not limited thereto. Rather, any shape can be used without problems. Preferably, an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge / discharge characteristics is appropriately selected.

(導電助剤)
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における導電ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
(Conductive aid)
A conductive support agent means the additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of an active material layer. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon materials such as carbon black such as ketjen black and acetylene black, graphite, and carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, a conductive network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

(バインダ)
バインダは、活物質、導電助剤などを相互に結着させ、電極活物質層の構造や導電ネットワークを保持する機能を有する。バインダとして使用される材料は、特に限定されないが、負極活物質を含む電極活物質層に使用する場合は、水系バインダを含むことが好ましい。水系バインダは、結着力が高く、また、原料としての水の調達が容易であることに加え、乾燥時に発生するのは水蒸気であるため、製造ラインへの設備投資が大幅に抑制でき、環境負荷の低減を図ることができるという利点がある。
(Binder)
The binder has a function of holding the structure of the electrode active material layer and the conductive network by binding the active material, the conductive auxiliary agent, and the like. Although the material used as a binder is not specifically limited, When using for the electrode active material layer containing a negative electrode active material, it is preferable that a water-system binder is included. A water-based binder has high binding power, and it is easy to procure water as a raw material. In addition, water vapor is generated during drying, which greatly reduces capital investment on the production line and reduces environmental impact. There is an advantage that it is possible to reduce the above.

水系バインダとは水を溶媒もしくは分散媒体とするバインダをいい、具体的には熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、水溶性高分子など、またはこれらの混合物が該当する。ここで、水を分散媒体とするバインダとは、ラテックスまたはエマルジョンと表現される全てを含み、水と乳化または水に懸濁したポリマーを指し、例えば自己乳化するような系で乳化重合したポリマーラテックス類が挙げられる。   The water-based binder refers to a binder using water as a solvent or a dispersion medium, and specifically includes a thermoplastic resin, a polymer having rubber elasticity, a water-soluble polymer, or a mixture thereof. Here, the binder containing water as a dispersion medium refers to a polymer that includes all expressed as latex or emulsion and is emulsified or suspended in water. For example, a polymer latex that is emulsion-polymerized in a system that self-emulsifies. Kind.

水系バインダとしては、具体的にはスチレン系高分子(スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル共重合体等)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエンゴム、(メタ)アクリル系高分子(ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリメチルメタクリレート(メタクリル酸メチルゴム)、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヘキシルアクリレート、ポリヘキシルメタクリレート、ポリエチルヘキシルアクリレート、ポリエチルヘキシルメタクリレート、ポリラウリルアクリレート、ポリラウリルメタクリレート等)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂;ポリビニルアルコール(平均重合度は、好適には200〜4000、より好適には、1000〜3000、ケン化度は好適には80モル%以上、より好適には90モル%以上)およびその変性体(エチレン/酢酸ビニル=2/98〜30/70モル比の共重合体の酢酸ビニル単位のうちの1〜80モル%ケン化物、ポリビニルアルコールの1〜50モル%部分アセタール化物等)、デンプンおよびその変性体(酸化デンプン、リン酸エステル化デンプン、カチオン化デンプン等)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレングリコール、(メタ)アクリルアミドおよび/または(メタ)アクリル酸塩の共重合体[(メタ)アクリルアミド重合体、(メタ)アクリルアミド−(メタ)アクリル酸塩共重合体、(メタ)アクリル酸アルキル(炭素数1〜4)エステル−(メタ)アクリル酸塩共重合体など]、スチレン−マレイン酸塩共重合体、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性体、ホルマリン縮合型樹脂(尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂等)、ポリアミドポリアミンもしくはジアルキルアミン−エピクロルヒドリン共重合体、ポリエチレンイミン、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白、並びにマンナンガラクタン誘導体等の水溶性高分子などが挙げられる。これらの水系バインダは1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。   Specific examples of water-based binders include styrene polymers (styrene-butadiene rubber, styrene-vinyl acetate copolymer, styrene-acrylic copolymer, etc.), acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, (meta ) Acrylic polymers (polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl acrylate, polymethyl methacrylate (methyl methacrylate rubber), polypropyl methacrylate, polyisopropyl acrylate, polyisopropyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl acrylate , Polyhexyl methacrylate, polyethylhexyl acrylate, polyethylhexyl methacrylate, polylauryl acrylate, polylauryl methacrylate Rate), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polybutadiene, butyl rubber, fluororubber, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene-propylene-diene copolymer , Polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, polyester resin, phenol resin, epoxy resin; polyvinyl alcohol (average polymerization degree is preferably 200 to 4000, more preferably 1000 to 3000, and saponification degree is preferably 80. Mol% or more, more preferably 90 mol% or more) and a modified product thereof (saponified product of 1 to 80 mol% of vinyl acetate units of a copolymer of ethylene / vinyl acetate = 2/98 to 30/70 mol ratio) , Polyvi 1 to 50 mol% partially acetalized alcohol, etc.), starch and modified products thereof (oxidized starch, phosphated starch, cationized starch, etc.), cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, And their salts), polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid (salt), polyethylene glycol, (meth) acrylamide and / or (meth) acrylate copolymer [(meth) acrylamide polymer, (meth) acrylamide- (Meth) acrylate copolymer, alkyl (meth) acrylate (1 to 4 carbon atoms) ester- (meth) acrylate copolymer, etc.], styrene-maleate copolymer, polyacrylamide Mannich Denatured body, Lumarin condensation type resins (urea-formalin resin, melamine-formalin resin, etc.), polyamide polyamine or dialkylamine-epichlorohydrin copolymer, polyethyleneimine, casein, soybean protein, synthetic protein, and water-soluble polymers such as mannangalactan derivatives Is mentioned. These aqueous binders may be used alone or in combination of two or more.

上記水系バインダは、結着性の観点から、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、およびメタクリル酸メチルゴムからなる群から選択される少なくとも1つのゴム系バインダを含むことが好ましい。さらに、結着性が良好であることから、水系バインダはスチレン−ブタジエンゴムを含むことが好ましい。   The aqueous binder contains at least one rubber binder selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, and methyl methacrylate rubber from the viewpoint of binding properties. preferable. Furthermore, it is preferable that the water-based binder contains a styrene-butadiene rubber because the binding property is good.

水系バインダとしてスチレン−ブタジエンゴムを用いる場合、塗工性向上の観点から、上記水溶性高分子を併用することが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと併用することが好適な水溶性高分子としては、ポリビニルアルコールおよびその変性体、デンプンおよびその変性体、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、またはポリエチレングリコールが挙げられる。なかでも、バインダとして、スチレン−ブタジエンゴムと、カルボキシメチルセルロース(塩)とを組み合わせることが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと、水溶性高分子との含有重量比は、特に制限されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム:水溶性高分子=1:0.1〜10であることが好ましく、0.5〜2であることがより好ましい。   When styrene-butadiene rubber is used as the aqueous binder, it is preferable to use the water-soluble polymer in combination from the viewpoint of improving the coatability. Water-soluble polymers suitable for use in combination with styrene-butadiene rubber include polyvinyl alcohol and modified products thereof, starch and modified products thereof, cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and salts thereof), polyvinyl Examples include pyrrolidone, polyacrylic acid (salt), or polyethylene glycol. Especially, it is preferable to combine styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose (salt) as a binder. The content weight ratio between the styrene-butadiene rubber and the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably styrene-butadiene rubber: water-soluble polymer = 1: 0.1-10, 0 More preferably, it is 5-2.

上記水系バインダの含有量は、バインダの総量に対して、80〜100重量%であることが好ましく、90〜100重量%であることが好ましく、100重量%であることが好ましい。   The content of the aqueous binder is preferably 80 to 100% by weight, preferably 90 to 100% by weight, and preferably 100% by weight with respect to the total amount of the binder.

また、上記水系バインダ以外のバインダ材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。   The binder material other than the water-based binder is not particularly limited. For example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, polyamideimide, cellulose, carboxymethylcellulose. (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene / butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block Copolymers and hydrogenated products thereof, thermoplastic polymers such as styrene / isoprene / styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, polyvinylidene fluoride (PVdF), Lafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychloro Fluoropolymers such as trifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-HFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF) PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethylvinylether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE) -TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorofluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber) and other vinylidene fluoride-based fluororubbers, epoxy resins and the like. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, polyamide, and polyamideimide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two.

バインダの含有量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The content of the binder is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the active material, and more preferably 1 -10 mass%.

[電解質層]
本形態の電解質層に使用される電解質は、特に制限はないが、電極活物質層のイオン伝導性を確保する観点から、液体電解質、ゲルポリマー電解質、イオン液体電解質が用いられる。
[Electrolyte layer]
Although there is no restriction | limiting in particular in the electrolyte used for the electrolyte layer of this form, From a viewpoint of ensuring the ionic conductivity of an electrode active material layer, a liquid electrolyte, a gel polymer electrolyte, and an ionic liquid electrolyte are used.

液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解質層を構成する液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、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)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示される。また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO、LiBF(C)等の化合物が採用されうる。液体電解質は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The liquid electrolyte functions as a lithium ion carrier. The liquid electrolyte that constitutes the electrolyte layer has a form in which a lithium salt that is a supporting salt is dissolved in an organic solvent that is a plasticizer. Examples of the organic solvent used include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiCF 3 SO 3, LiBF 3 (C 2 F 5 ) and other compounds may be employed. The liquid electrolyte may further contain additives other than the components described above. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, diphenyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 1,2-divinyl ethylene carbonate. 1-methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylene carbonate, vinyl Oxymethyl ethylene carbonate, allyloxymethyl ethylene carbonate, acryloxymethyl ethylene carbonate, methacrylate Oxy methylethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, propargyl carbonate, ethynyloxy methylethylene carbonate, propargyloxy ethylene carbonate, methylene carbonate, etc. 1,1-dimethyl-2-methylene-ethylene carbonate. Among these, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, and vinyl ethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are more preferable. These cyclic carbonates may be used alone or in combination of two or more.

本形態のリチウムイオン二次電池に含まれる液体電解質の量は、特に制限されず、当業者が適宜設定可能である。一般的には、液体電解質の量は、電池内の全空孔の容量に対し、1.0倍〜2.5倍であり、好ましくは1.5倍〜2.0倍である。また、液体電解質中の支持塩の含有量も、特に制限はないが、通常0.5〜2.0Mであり、好ましくは0.7〜1.8Mであり、より好ましくは0.8〜1.2Mである。   The amount of the liquid electrolyte contained in the lithium ion secondary battery of this embodiment is not particularly limited and can be appropriately set by those skilled in the art. In general, the amount of the liquid electrolyte is 1.0 to 2.5 times, preferably 1.5 to 2.0 times the capacity of all the holes in the battery. Further, the content of the supporting salt in the liquid electrolyte is not particularly limited, but is usually 0.5 to 2.0M, preferably 0.7 to 1.8M, more preferably 0.8 to 1. .2M.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することで容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリ(メチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。   The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. The use of a gel polymer electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost and the ion conductivity between the layers is easily cut off. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene ( PVdF-HEP), poly (methyl methacrylate (PMMA), and copolymers thereof.

ゲルポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of the gel polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

イオン液体電解質は、イオン液体にリチウム塩が溶解したものである。なお、イオン液体とは、をカチオンおよびアニオンのみから構成される塩であり、常温で液体である一連の化合物をいう。   The ionic liquid electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt in an ionic liquid. In addition, an ionic liquid is a salt comprised only from a cation and an anion, and means a series of compounds which are liquid at normal temperature.

イオン液体を構成するカチオン成分は、置換されているかまたは非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピラゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピペリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のトリアジニウムイオン、および置換されているかまたは非置換のアンモニウムイオンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The cation component constituting the ionic liquid is substituted or unsubstituted imidazolium ion, substituted or unsubstituted pyridinium ion, substituted or unsubstituted pyrrolium ion, substituted or unsubstituted Pyrazolium ion, substituted or unsubstituted pyrrolinium ion, substituted or unsubstituted pyrrolidinium ion, substituted or unsubstituted piperidinium ion, substituted or unsubstituted tria It is preferably at least one selected from the group consisting of dinium ions and substituted or unsubstituted ammonium ions.

イオン液体を構成するアニオン成分の具体例としては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどのハロゲン化物イオン、硝酸イオン(NO )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、(FSO、AlCl 、乳酸イオン、酢酸イオン(CHCOO)、トリフルオロ酢酸イオン(CFCOO)、メタンスルホン酸イオン(CHSO )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン((CFSO)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドイオン((CSO)、BF 、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸イオン((CFSO)、過塩素酸イオン(ClO )、ジシアンアミドイオン((CN))、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、RCOO、HOOCRCOOOOCRCOO、NHCHRCOO(この際、Rは置換基であり、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、またはアシル基であり、前記の置換基はフッ素原子を含んでいてもよい。)などが挙げられる。 Specific examples of the anion component constituting the ionic liquid include halide ions such as fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, nitrate ion (NO 3 ), tetrafluoroborate ion (BF 4 ), Hexafluorophosphate ion (PF 6 ), (FSO 2 ) 2 N , AlCl 3 , lactate ion, acetate ion (CH 3 COO ), trifluoroacetate ion (CF 3 COO ), methanesulfone Acid ion (CH 3 SO 3 ), trifluoromethane sulfonate ion (CF 3 SO 3 ), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion ((CF 3 SO 2 ) 2 N ), bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide ion ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 N ), BF 3 C 2 F 5 , Tris (trifluoromethanesulfonyl) carbonic acid ion ((CF 3 SO 2 ) 3 C ), perchlorate ion (ClO 4 ), dicyanamide ion ((CN) 2 N ), organic sulfate ion, organic sulfone acid ion, R 1 COO -, HOOCR 1 COO -, - OOCR 1 COO -, NH 2 CHR 1 COO - ( Here, R 1 is a substituent, an aliphatic hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon group, An aromatic hydrocarbon group, an ether group, an ester group, or an acyl group, and the substituent may include a fluorine atom).

好ましいイオン液体の例としては、1−メチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N−メチル−N−プロピルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが挙げられる。これらのイオン液体は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   Examples of preferred ionic liquids include 1-methyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide and N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide. As for these ionic liquids, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

イオン液体電解質に用いられるリチウム塩は、上述の液体電解質に使用されるリチウム塩と同様である。なお、当該リチウム塩の濃度は、0.1〜2.0Mであることが好ましく、0.8〜1.2Mであることがより好ましい。   The lithium salt used for the ionic liquid electrolyte is the same as the lithium salt used for the liquid electrolyte described above. In addition, it is preferable that the density | concentration of the said lithium salt is 0.1-2.0M, and it is more preferable that it is 0.8-1.2M.

また、イオン液体に以下のような添加剤を加えてもよい。添加剤を含むことにより、高レートでの充放電特性およびサイクル特性がより向上しうる。添加剤の具体的な例としては、例えば、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、メチルジグライム、スルホラン、トリメチルホスフェイト、トリエチルホスフェイト、メトキシメチルエチルカーボネート、フッ素化エチレンカーボネートなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。添加剤を使用する場合の使用量は、イオン液体に対して、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。   Moreover, you may add the following additives to an ionic liquid. By including an additive, charge / discharge characteristics and cycle characteristics at a high rate can be further improved. Specific examples of the additive include, for example, vinylene carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyllactone, γ-valerolactone, methyl diglyme, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, methoxymethyl ethyl carbonate, Examples thereof include fluorinated ethylene carbonate. These may be used alone or in combination of two or more. The amount of the additive used is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the ionic liquid.

本形態のリチウムイオン二次電池では、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。特に電解質として液体電解質を使用する場合には、セパレータを用いることが好ましい。   In the lithium ion secondary battery of this embodiment, a separator may be used for the electrolyte layer. The separator has a function of holding an electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode. In particular, when a liquid electrolyte is used as the electrolyte, it is preferable to use a separator.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet separator or a nonwoven fabric separator made of a polymer or fiber that absorbs and holds the electrolyte.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   As a separator for a porous sheet made of a polymer or fiber, for example, a microporous (microporous film) can be used. Specific examples of the porous sheet made of the polymer or fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP) And a microporous (microporous membrane) separator made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。   The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. For example, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV), it is 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. Is desirable. The fine pore diameter of the microporous (microporous membrane) separator is desirably 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。   As the nonwoven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known ones such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm.

また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。   The separator is preferably a separator (heat-resistant insulating layer-attached separator) in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate. The heat resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, a highly heat-resistant separator having a melting point or a heat softening point of 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator that increases when the temperature rises is relieved, so that the effect of suppressing thermal shrinkage can be obtained. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is unlikely to deteriorate in performance due to a temperature rise. Moreover, by having a heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with a heat-resistant insulating layer is improved, and it is difficult for the separator to break. Furthermore, the separator is less likely to curl in the battery manufacturing process due to the effect of suppressing thermal shrinkage and high mechanical strength.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 The inorganic particles in the heat resistant insulating layer contribute to the mechanical strength and heat shrinkage suppressing effect of the heat resistant insulating layer. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. Examples thereof include silicon, aluminum, zirconium, titanium oxides (SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 ), hydroxides and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine and mica, or may be artificially produced. Moreover, only 1 type may be used individually for these inorganic particles, and 2 or more types may be used together. Of these, silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ) is preferably used, and alumina (Al 2 O 3 ) is more preferably used from the viewpoint of cost.

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5〜15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2 . If it is this range, sufficient ion conductivity will be acquired and it is preferable at the point which maintains heat resistant strength.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。   The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of bonding the inorganic particles or the inorganic particles and the resin porous substrate layer. By the binder, the heat resistant insulating layer is stably formed, and peeling between the porous substrate layer and the heat resistant insulating layer is prevented.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、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)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited. For example, carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber A compound such as butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), or methyl acrylate can be used as the binder. Of these, carboxymethylcellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferably used. As for these compounds, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100重量%に対して、2〜20重量%であることが好ましい。バインダの含有量が2重量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20重量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。   The binder content in the heat resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the heat resistant insulating layer. When the binder content is 2% by weight or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous substrate layer can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the binder content is 20% by weight or less, the gap between the inorganic particles is appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be ensured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、正極発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The thermal contraction rate of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less for both MD and TD after holding for 1 hour at 150 ° C. and 2 gf / cm 2 . By using such a material having high heat resistance, it is possible to effectively prevent the separator from contracting even if the positive electrode heat generation amount increases and the battery internal temperature reaches 150 ° C. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is unlikely to deteriorate in performance due to a temperature rise.

[炭酸水素リチウム]
本形態のリチウムイオン二次電池は、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層に炭酸水素リチウムを含む点に特徴を有する。当該炭酸水素リチウムを正極活物質層、負極活物質層、または電解質層に含有させることにより、リチウムイオン二次電池の温度が上昇した場合であっても、電解液の発熱を抑制し、電池の安全性を確保することができる。
[Lithium hydrogen carbonate]
The lithium ion secondary battery of this embodiment is characterized in that the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer contains lithium hydrogen carbonate. By including the lithium hydrogen carbonate in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer, even when the temperature of the lithium ion secondary battery is increased, the heat generation of the electrolyte is suppressed, Safety can be ensured.

炭酸水素リチウムは170℃以上の温度で二酸化炭素(CO)と、水(HO)と、酸化リチウム(LiO)とに熱分解することが確認されている。炭酸水素リチウム熱分解温度(約170℃)は電解液の分解温度(約230℃)よりも低い。そのため、内部短絡等によって電池温度が上昇した場合、先ず170℃付近で炭酸水素リチウムの熱分解が起こり、水が発生する。当該水により支持塩が加水分解される。支持塩がLiPFの場合の加水分解反応は下記の通りである。 It has been confirmed that lithium hydrogen carbonate thermally decomposes into carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), and lithium oxide (Li 2 O) at a temperature of 170 ° C. or higher. The thermal decomposition temperature of lithium hydrogen carbonate (about 170 ° C.) is lower than the decomposition temperature of the electrolyte (about 230 ° C.). Therefore, when the battery temperature rises due to an internal short circuit or the like, first, thermal decomposition of lithium hydrogen carbonate occurs at around 170 ° C., and water is generated. The supporting salt is hydrolyzed by the water. The hydrolysis reaction when the supporting salt is LiPF 6 is as follows.

上記のような加水分解反応により、電解液中の支持塩濃度が低下するため、電池における化学反応の進行が抑制される。その結果、電解液の発熱を抑えることができるため、安全性の高いリチウムイオン二次電池とすることが可能となるのである。   Due to the hydrolysis reaction as described above, the concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is reduced, so that the progress of the chemical reaction in the battery is suppressed. As a result, since heat generation of the electrolyte can be suppressed, a highly safe lithium ion secondary battery can be obtained.

本形態において、炭酸水素リチウムは、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層の少なくとも一部に存在すればよく、例えば、正極活物質層、負極活物質層、電解液の何れかの一部のみに存在してもよいし、それら全体に亘って存在していてもよい。また、電池が複数の単電池層を有する場合、炭酸水素リチウムは少なくとも一つの単電池層に存在すればよく、一部の単電池層のみに存在していてもよいし、全ての単電池層に存在していても構わないが、より効果的発熱を抑制するためには、炭酸水素リチウムは全ての単電池層に存在することが好ましい。   In this embodiment, the lithium hydrogen carbonate may be present in at least part of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer. For example, any one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolyte solution It may exist only in a part or may exist throughout them. Further, when the battery has a plurality of unit cell layers, lithium hydrogen carbonate may be present in at least one unit cell layer, may be present only in some unit cell layers, or all unit cell layers. However, in order to suppress more effective heat generation, it is preferable that lithium hydrogen carbonate exists in all unit cell layers.

好ましい形態としては、炭酸水素リチウムが正極活物質の表面の少なくとも一部に存在する形態が挙げられる。換言すると、炭酸水素リチウムは正極活物質の表面の少なくとも一部を被覆していることが好ましい。正極活物質であるリチウム−ニッケル系複合酸化物等のリチウム−遷移金属複合酸化物を空気に曝すと、下記式のように表面が空気中の水および二酸化炭素と反応し、表面に炭酸水素リチウムを含有する被膜が形成されうる。   A preferable form includes a form in which lithium hydrogen carbonate is present on at least a part of the surface of the positive electrode active material. In other words, the lithium hydrogen carbonate preferably covers at least a part of the surface of the positive electrode active material. When a lithium-transition metal composite oxide such as a lithium-nickel composite oxide, which is a positive electrode active material, is exposed to air, the surface reacts with water and carbon dioxide in the air as shown in the following formula, and lithium hydrogen carbonate is formed on the surface. A coating containing can be formed.

このような炭酸水素リチウムを含有する被膜が形成された正極活物質を用いて電池を製造することにより、別途、電池の温度上昇を抑制するための機構を組み込む工程を行う必要がなくなる。その結果、生産効率の低下やコスト上昇を抑えつつ、安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することが可能となる。   By manufacturing a battery using such a positive electrode active material on which a coating containing lithium hydrogen carbonate is formed, it is not necessary to separately perform a process for incorporating a mechanism for suppressing the temperature rise of the battery. As a result, it is possible to provide a highly safe lithium ion secondary battery while suppressing a decrease in production efficiency and an increase in cost.

本形態において、炭酸水素リチウムの含有量は、電解液の総質量に対し、3〜14質量%であり、好ましくは4〜13質量%であり、より好ましくは6〜11質量%である。当該炭酸水素リチウムの含有量が3質量%以上であると、電池温度の上昇を効果的に抑制することができ、14質量%以下であると、電池抵抗の上昇を抑制することができる(電池抵抗の上昇率を10%以下程度に抑制することができる)。   In this embodiment, the content of lithium hydrogen carbonate is 3 to 14% by mass, preferably 4 to 13% by mass, and more preferably 6 to 11% by mass with respect to the total mass of the electrolytic solution. When the lithium hydrogen carbonate content is 3% by mass or more, an increase in battery temperature can be effectively suppressed, and when the content is 14% by mass or less, an increase in battery resistance can be suppressed (battery). The rate of increase in resistance can be suppressed to about 10% or less).

また、当該炭酸水素リチウムの含有量は、活物質の総量に対して、好ましくは1.3〜4.3質量%であり、より好ましくは2.0〜3.7質量%である。当該炭酸水素リチウムの含有量が1質量%以上であると、電池温度の上昇を効果的に抑制することができ、5質量%以下であると、電池抵抗の上昇を抑制することができる。   Moreover, the content of the lithium hydrogen carbonate is preferably 1.3 to 4.3% by mass, and more preferably 2.0 to 3.7% by mass with respect to the total amount of the active material. When the content of the lithium hydrogen carbonate is 1% by mass or more, an increase in battery temperature can be effectively suppressed, and when it is 5% by mass or less, an increase in battery resistance can be suppressed.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive electrode current collector and negative electrode current collector]
The material which comprises a current collector plate (25, 27) is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. In addition, the same material may be used for the positive electrode current collecting plate 27 and the negative electrode current collecting plate 25, and different materials may be used.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may electrically connect between the collector 11 and the current collector plates (25, 27) via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As a constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly employed. In addition, heat-shrinkable heat-shrinkable parts are removed from the exterior so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and leaking electricity. It is preferable to coat with a tube or the like.

[電池外装体]
電池外装体29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解質層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
[Battery exterior]
As the battery outer case 29, a known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover the power generation element can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV. Moreover, since the group pressure to the electric power generation element applied from the outside can be adjusted easily and it is easy to adjust to the desired electrolyte layer thickness, the exterior body is more preferably an aluminate laminate.

[セルサイズ]
図3は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Cell size]
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the secondary battery.

図3に示すように、扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材(ラミネートフィルム52)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図2に示すリチウムイオン二次電池10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、正極(正極活物質層)15、電解質層17および負極(負極活物質層)13で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 3, the flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power are drawn out from both sides thereof. Yes. The power generation element 57 is wrapped by a battery exterior material (laminate film 52) of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 57 pulls out the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 to the outside. Sealed. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the lithium ion secondary battery 10 illustrated in FIG. 2 described above. The power generation element 57 is formed by laminating a plurality of single battery layers (single cells) 19 composed of a positive electrode (positive electrode active material layer) 15, an electrolyte layer 17, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 13.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   The lithium ion secondary battery is not limited to a stacked flat shape. The wound lithium ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may have a shape that is a flattened rectangular shape by deforming such a cylindrical shape. There is no particular limitation. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit. Preferably, the power generation element is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図3に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。負極タブ58と正極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、負極タブ58と正極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図3に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Also, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 3 is not particularly limited. The negative electrode tab 58 and the positive electrode tab 59 may be drawn out from the same side, or the negative electrode tab 58 and the positive electrode tab 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side, as shown in FIG. It is not limited to. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

一般的な電気自動車では、電池格納スペースが170L程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機を格納するため、通常セルの格納スペース効率は50%程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。   In a general electric vehicle, the battery storage space is about 170L. Since auxiliary devices such as cells and charge / discharge control devices are stored in this space, the storage efficiency of a normal cell is about 50%. The efficiency of loading cells into this space is a factor that governs the cruising range of electric vehicles. If the size of the single cell is reduced, the loading efficiency is impaired, so that the cruising distance cannot be secured.

したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、ラミネートセル電池の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、ラミネートセル電池の短辺の長さとは、最も長さが短い辺を指す。短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常400mm以下である。   Therefore, in the present invention, the battery structure in which the power generation element is covered with the exterior body is preferably large. Specifically, the length of the short side of the laminated cell battery is preferably 100 mm or more. Such a large battery can be used for vehicle applications. Here, the length of the short side of the laminated cell battery refers to the side having the shortest length. The upper limit of the short side length is not particularly limited, but is usually 400 mm or less.

[体積エネルギー密度および定格放電容量]
一般的な電気自動車では、一回の充電による走行距離(航続距離)は100kmが市場要求である。かような航続距離を考慮すると、電池の体積エネルギー密度は157Wh/L以上であることが好ましく、かつ定格容量は20Wh以上であることが好ましい。
[Volume energy density and rated discharge capacity]
In a general electric vehicle, a travel distance (cruising range) by a single charge is 100 km. Considering such a cruising distance, the volume energy density of the battery is preferably 157 Wh / L or more, and the rated capacity is preferably 20 Wh or more.

また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上である電池においては、単位容量当たりの電池面積が大きい。そのため、活物質の膨張収縮に伴う結晶構造の崩壊等に起因する電池特性(サイクル特性)の低下の問題がよりいっそう顕在化しやすい。したがって、本形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述したような大型化された電池であることが、本願発明の作用効果の発現によるメリットがより大きいという点で、好ましい。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。 Further, as a viewpoint of a large-sized battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode, it is possible to regulate the size of the battery from the relationship between the battery area and the battery capacity. For example, in the case of a flat laminated battery, the ratio of the battery area (projected area of the battery including the battery outer package) to the rated capacity is 5 cm 2 / Ah or more, and the rated capacity is 3 Ah or more. In some batteries, the battery area per unit capacity is large. Therefore, the problem of deterioration of battery characteristics (cycle characteristics) caused by the collapse of the crystal structure accompanying expansion and contraction of the active material is more likely to become apparent. Therefore, it is preferable that the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is a battery having a large size as described above, from the viewpoint that the merit due to the manifestation of the effects of the present invention is greater. Furthermore, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2. The electrode aspect ratio is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio in such a range, there is an advantage that both required vehicle performance and mounting space can be achieved.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery]
The assembled battery is configured by connecting a plurality of batteries. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   A plurality of batteries can be connected in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached and detached. Then, a plurality of small assembled batteries that can be attached and detached are connected in series or in parallel to provide a large capacity and large capacity suitable for vehicle drive power supplies and auxiliary power supplies that require high volume energy density and high volume output density. An assembled battery having an output can also be formed. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery depends on the battery capacity of the mounted vehicle (electric vehicle) It may be determined according to the output.

[車両]
本発明のリチウムイオン二次電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度、体積出力密度が高く、かつアン先生に優れる。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記リチウムイオン二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The lithium ion secondary battery of the present invention maintains the discharge capacity even when used for a long time, and has good cycle characteristics. Furthermore, the volume energy density and the volume output density are high, and Dr. Ann is excellent. Vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles require higher capacity, larger size, and longer life than electric and portable electronic devices. . Therefore, the lithium ion secondary battery can be suitably used as a vehicle power source, for example, as a vehicle driving power source or an auxiliary power source.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、安全性に優れ、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   Specifically, a battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries can be mounted on a vehicle. In the present invention, since a battery having a long life with excellent safety, long-term reliability and output characteristics can be configured, when such a battery is mounted, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or a long charge mileage is charged. An electric vehicle can be configured. For example, in the case of a car, a hybrid car, a fuel cell car, an electric car (four-wheeled vehicles (passenger cars, trucks, buses, commercial vehicles, light cars, etc.) This is because it can be used for motorcycles (including motorcycles) and tricycles) to provide a long-life and highly reliable automobile. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

本発明を、以下の実施例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲
が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
The invention is explained in more detail using the following examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

[実施例1]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合して試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。充電状態のコインセルをAr雰囲気中で分解した後、試験極(LiNiO電極)を取り出し、電極粉末を電解液共存下で示差走査熱量測定(DSC)を行った。測定には耐圧密閉測定容器を用いた。電極粉末は1mg、電解液は0.5mgとした。DSC測定は室温から400℃までの測定を行った。炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)を1とし(ブランク)、炭酸水素リチウムを電解液量に対し10質量%添加した電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)の変化率を求めた。また、炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いて作製したコインセルのIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)(ブランク)に対する、炭酸水素リチウムを電解液量に対し10質量%添加した電解液を用いた場合のIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)の上昇率を百分率[%]で求めた。なお、IRは電流を1秒間流した時のΔVより算出した。
[Example 1]
LiNiO 2 and a conductive additive were mixed at a mass ratio of 95: 5 to form a test electrode (φ13), and a coin cell was produced using Li foil (φ14) as a counter electrode. An electrolytic solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. After the charged coin cell was disassembled in an Ar atmosphere, the test electrode (LiNiO 2 electrode) was taken out, and the electrode powder was subjected to differential scanning calorimetry (DSC) in the presence of an electrolytic solution. A pressure-resistant sealed measuring vessel was used for the measurement. The electrode powder was 1 mg and the electrolyte solution was 0.5 mg. The DSC measurement was performed from room temperature to 400 ° C. When the total calorific value (room temperature to 400 ° C.) when using an electrolytic solution to which no lithium hydrogen carbonate is added is 1 (blank), and an electrolytic solution in which 10% by mass of lithium hydrogen carbonate is added to the amount of the electrolytic solution is used. The change rate of the total calorific value (room temperature to 400 ° C.) was determined. Moreover, the electrolyte solution which added lithium hydrogencarbonate 10 mass% with respect to IR (cell voltage 4.2V, electric current value 2mA) (blank) of the coin cell produced using the electrolyte solution which does not add lithium hydrogen carbonate with respect to the amount of electrolyte solution The rate of increase in IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) was determined as a percentage [%]. IR was calculated from ΔV when a current was passed for 1 second.

[比較例1]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合して試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。充電状態のコインセルをAr雰囲気中で分解した後、試験極(LiNiO電極)を取り出し、電極粉末を電解液共存下で示差走査熱量測定(DSC)を行った。測定には耐圧密閉測定容器を用いた。電極粉末は1mg、電解液は0.5mgとした。DSC測定は室温(25℃)から400℃までの測定を行った。炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)を1とし(ブランク)、炭酸水素リチウムを電解液量に対し2質量%添加した電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)の変化率を求めた。
[Comparative Example 1]
LiNiO 2 and a conductive additive were mixed at a mass ratio of 95: 5 to form a test electrode (φ13), and a coin cell was produced using Li foil (φ14) as a counter electrode. An electrolytic solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. After the charged coin cell was disassembled in an Ar atmosphere, the test electrode (LiNiO 2 electrode) was taken out, and the electrode powder was subjected to differential scanning calorimetry (DSC) in the presence of an electrolytic solution. A pressure-resistant sealed measuring vessel was used for the measurement. The electrode powder was 1 mg and the electrolyte solution was 0.5 mg. The DSC measurement was performed from room temperature (25 ° C.) to 400 ° C. When the total calorific value (room temperature to 400 ° C.) when using an electrolytic solution to which no lithium hydrogen carbonate is added is 1 (blank), and an electrolytic solution in which 2% by mass of lithium hydrogen carbonate is added to the amount of the electrolytic solution is used. The change rate of the total calorific value (room temperature to 400 ° C.) was determined.

[比較例2]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合して試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。充電状態のコインセルをAr雰囲気中で分解した後、試験極(LiNiO電極)を取り出し、電極粉末を電解液共存下で示差走査熱量測定(DSC)を行った。測定には耐圧密閉測定容器を用いた。電極粉末は1mg、電解液は0.5mgとした。DSC測定は室温から400℃までの測定を行った。炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いた場合のコインセルのIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)(ブランク)に対する、炭酸水素リチウムを電解液量に対し20質量%添加した電解液を用いた場合のIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)の上昇率を百分率[%]で求めた。なお、IRは電流を1秒間流した時のΔVより算出した。
[Comparative Example 2]
LiNiO 2 and a conductive additive were mixed at a mass ratio of 95: 5 to form a test electrode (φ13), and a coin cell was produced using Li foil (φ14) as a counter electrode. An electrolytic solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. After the charged coin cell was disassembled in an Ar atmosphere, the test electrode (LiNiO 2 electrode) was taken out, and the electrode powder was subjected to differential scanning calorimetry (DSC) in the presence of an electrolytic solution. A pressure-resistant sealed measuring vessel was used for the measurement. The electrode powder was 1 mg and the electrolyte solution was 0.5 mg. The DSC measurement was performed from room temperature to 400 ° C. For the coin cell IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) (blank) when using an electrolytic solution to which no lithium hydrogen carbonate is added, an electrolytic solution in which 20% by mass of lithium hydrogen carbonate is added to the amount of the electrolytic solution is used. The increase rate of IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) was calculated as a percentage [%]. IR was calculated from ΔV when a current was passed for 1 second.

[比較例3]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合したものにカプセル(0.1μm)を正極質量に対し4質量%混合したものをそれぞれ試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。カプセルを混合しない場合のコインセルのIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)(ブランク)に対する、カプセルを正極質量に対し4質量%添加した場合のIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)の上昇率を百分率[%]で求めた。
[Comparative Example 3]
A mixture of LiNiO 2 and a conductive additive at a mass ratio of 95: 5 mixed with 4% by mass of a capsule (0.1 μm) with respect to the mass of the positive electrode is used as the test electrode (φ13), and the Li electrode (φ14) is used as the counter electrode. The coin cell was produced using. An electrolytic solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. IR (cell voltage 4.2V, current value 2 mA) when 4% by mass of capsule is added to the positive electrode mass relative to IR (cell voltage 4.2V, current value 2 mA) (blank) of the coin cell when the capsule is not mixed The rate of increase was calculated as a percentage [%].

結果を下記表に示す。   The results are shown in the table below.

上記表からも分かるように、電解液に対し炭酸水素リチウムが10質量%添加された実施例1は、IR上昇率を8%に抑えつつも、十分な発熱量抑制効果が奏されることが示された。これは、温度上昇に伴い、炭酸水素リチウムが熱分解して水(HO)が発生し、電解液中の支持塩を加水分解させることにより、電解液中の支持塩濃度が低下し、電池の温度上昇が抑制されたためであると考えられた。 As can be seen from the above table, Example 1 in which 10% by mass of lithium hydrogen carbonate was added to the electrolytic solution was able to exhibit a sufficient calorific value suppression effect while suppressing the IR increase rate to 8%. Indicated. As the temperature rises, lithium hydrogen carbonate is thermally decomposed to generate water (H 2 O), and the supporting salt concentration in the electrolytic solution is reduced by hydrolyzing the supporting salt in the electrolytic solution, This was considered to be because the temperature rise of the battery was suppressed.

一方、電解液に対し炭酸水素リチウムが2質量%添加された比較例1は、発熱量の抑制効果が十分ではなかった。また、炭酸水素リチウムが20質量%添加された比較例2は、IR上昇率が21%となり、電池抵抗の大幅な上昇が観察された。さらに、電解液にカプセルを混入した実施例3も、IR上昇率が15%となり、十分な電池性能を維持できないことが分かった。   On the other hand, Comparative Example 1 in which 2% by mass of lithium hydrogen carbonate was added to the electrolytic solution was not sufficient in suppressing the calorific value. In Comparative Example 2 in which 20% by mass of lithium hydrogen carbonate was added, the IR increase rate was 21%, and a significant increase in battery resistance was observed. Furthermore, Example 3 in which capsules were mixed in the electrolyte also had an IR increase rate of 15%, indicating that sufficient battery performance could not be maintained.

以上の結果より、本発明により、電池抵抗の上昇を抑えつつ、所望の電池の温度上昇抑制効果を発揮することができる、安全性の高いリチウムイオン二次電池が提供されることが示された。   From the above results, it was shown that the present invention provides a highly safe lithium ion secondary battery that can exert the effect of suppressing the temperature rise of a desired battery while suppressing an increase in battery resistance. .

10、50 リチウムイオン二次電池、
11 負極集電体、
11a 最外層負極集電体、
12 負極活物質層、
13 電解質層、
14 正極集電体、
15 正極活物質層、
16 単電池層、
17、57 発電要素、
18、58 負極集電板(負極タブ)、
19、59正極集電板(正極タブ)、
20 負極端子リード、
21 正極端子リード、
22、52 ラミネートフィルム。
10, 50 lithium ion secondary battery,
11 negative electrode current collector,
11a outermost layer negative electrode current collector,
12 negative electrode active material layer,
13 electrolyte layer,
14 positive electrode current collector,
15 positive electrode active material layer,
16 cell layer,
17, 57 Power generation element,
18, 58 Negative electrode current collector (negative electrode tab),
19, 59 positive current collector (positive electrode tab),
20 Negative terminal lead,
21 positive terminal lead,
22, 52 Laminated film.

Claims (4)

集電体の表面に、正極活物質を含む正極活物質層が形成されてなる正極と、
電解液を含む電解質層と、
集電体の表面に、負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる負極と、
が順次積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む発電要素を有するリチウムイオン二次電池において、
前記正極活物質層、前記負極活物質層、または前記電解質層は炭酸水素リチウムを含み、
前記炭酸水素リチウムの含有量は、前記電解液の総質量に対し、3〜14質量%である、リチウムイオン二次電池。
A positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on the surface of the current collector;
An electrolyte layer containing an electrolyte solution;
A negative electrode in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on the surface of the current collector;
In a lithium ion secondary battery having a power generation element including at least one single battery layer that is sequentially stacked,
The positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer contains lithium hydrogen carbonate,
Content of the said lithium hydrogen carbonate is a lithium ion secondary battery which is 3-14 mass% with respect to the total mass of the said electrolyte solution.
前記炭酸水素リチウムの含有量は、前記電解液の総質量に対し、4〜13質量%である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a content of the lithium hydrogen carbonate is 4 to 13 mass% with respect to a total mass of the electrolytic solution. 前記炭酸水素リチウムは、前記正極活物質の表面の少なくとも一部に存在する、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the lithium hydrogen carbonate is present on at least a part of a surface of the positive electrode active material. 前記正極活物質は、リチウム−ニッケル系複合酸化物を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material includes a lithium-nickel composite oxide.
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