JP2015103306A - Positive electrode active material and nonaqueous electrolyte secondary battery including the same - Google Patents

Positive electrode active material and nonaqueous electrolyte secondary battery including the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries which allows a current interruption device mechanism to work appropriately while maintaining high battery performance.SOLUTION: A positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries is one comprising a granular complex oxide including at least cobalt (Co) as a constituent metal element. The complex oxide particle has a higher concentration of Co in the surface part compared to the core part. In a particle size distribution of the complex oxide particles, the ratio (D10/D50) of D10 size representing a cumulative 10%-particle size determined by cumulation from a smaller side of the particle size to D50 size representing a cumulative 50%-particle size satisfies (D10/D50)≤0.75.

Description

本発明は、正極活物質ならびに該正極活物質を備えた非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material and a non-aqueous electrolyte secondary battery including the positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池(例えば特許文献1)その他の非水電解液二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。このような非水電解液二次電池は、過充電状態になると、正極から電荷担体が過剰に放出され、負極では電荷担体が過剰に挿入される。このため、正極と負極の両極が熱的に不安定になる。正極と負極の両極が熱的に不安定になると、やがては電解液の有機溶媒が分解され、発熱反応が生じて電池の安定性が損なわれる。   Lithium ion secondary batteries (for example, Patent Document 1) and other non-aqueous electrolyte secondary batteries are becoming increasingly important as power sources for vehicles or as power sources for personal computers and portable terminals. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle. When such a nonaqueous electrolyte secondary battery is overcharged, excessive charge carriers are released from the positive electrode, and excessive charge carriers are inserted into the negative electrode. For this reason, both the positive electrode and the negative electrode are thermally unstable. When both the positive electrode and the negative electrode become thermally unstable, the organic solvent of the electrolytic solution is eventually decomposed, and an exothermic reaction occurs, thereby impairing the stability of the battery.

かかる問題に対して、例えば、電池内部のガス圧力が所定圧力以上になると充電を遮断する電流遮断機構を電池ケースに備え、電解液中に予め定められた過充電状態に達するとガスを発生させるガス発生剤を添加した非水電解液二次電池が開示されている。かかるガス発生剤としては、例えば、シクロヘキシルベンゼン(CHB)やビフェニル(BP)などが用いられている。CHBやBPは、過充電時において重合反応が活性化し、水素ガスを発生させる。これにより、電池ケース内の圧力が高くなり、電流遮断機構が作動して過充電電流を遮断する。   To solve this problem, for example, the battery case is equipped with a current interruption mechanism that interrupts charging when the gas pressure inside the battery exceeds a predetermined pressure, and gas is generated when a predetermined overcharge state is reached in the electrolyte. A non-aqueous electrolyte secondary battery to which a gas generating agent is added is disclosed. As such a gas generating agent, for example, cyclohexylbenzene (CHB) or biphenyl (BP) is used. CHB and BP activate the polymerization reaction during overcharge and generate hydrogen gas. Thereby, the pressure in a battery case becomes high, an electric current interruption mechanism act | operates, and an overcharge electric current is interrupted | blocked.

特開2003―059489号公報JP 2003-059489 A

ところで、リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リチウム(Li)と遷移金属元素(M:例えばニッケル、コバルト)とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属複合酸化物)が広く用いられている。本発明者は、出力特性の向上を図るべく、上記リチウム遷移金属複合酸化物中のLi/M比を増やすことを検討している。しかし、上記酸化物中のLi/M比を増やすと、電池抵抗は低減し得るものの、サイクル後容量が低下したり、過充電時に発生するガス量が鈍化して電流遮断機構の作動が遅れたりする事象が散見された。特許文献1には、活物質粒子の表面近傍のコバルト濃度を内部よりも高くすることでサイクル特性を向上し得ることが記載されている。しかし、活物質粒子の表面近傍のコバルト濃度を単純に高くするだけでは、サイクル後容量や過充電ガス量の点において更なる改良の余地がある。本発明は上記課題を解決するものである。   By the way, as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, an oxide (lithium transition metal composite oxide) containing lithium (Li) and a transition metal element (M: for example, nickel or cobalt) as constituent metal elements is widely used. It has been. The present inventor is considering increasing the Li / M ratio in the lithium transition metal composite oxide in order to improve output characteristics. However, if the Li / M ratio in the oxide is increased, the battery resistance can be reduced, but the capacity after cycling is reduced, or the amount of gas generated during overcharge is slowed down and the operation of the current interruption mechanism is delayed. There were some events that occurred. Patent Document 1 describes that the cycle characteristics can be improved by increasing the cobalt concentration in the vicinity of the surface of the active material particles from the inside. However, simply increasing the cobalt concentration in the vicinity of the surface of the active material particles leaves room for further improvement in terms of post-cycle capacity and overcharge gas amount. The present invention solves the above problems.

ここで提案される非水電解液二次電池用正極活物質は、少なくともコバルト(Co)を構成金属元素とする粒状の複合酸化物からなる正極活物質である。前記複合酸化物粒子は、該粒子の表面部が中心部と比較してCo濃度が高い。そして、前記複合酸化物粒子の粒度分布において、粒子径が小さい側からの累積10%に相当するD10径と、累積50%に相当するD50径との比の値(D10/D50)が、(D10/D50)≦0.75を満たす。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery proposed here is a positive electrode active material made of a granular composite oxide containing at least cobalt (Co) as a constituent metal element. In the composite oxide particles, the surface portion of the particles has a higher Co concentration than the center portion. In the particle size distribution of the composite oxide particles, the ratio value (D10 / D50) of D10 diameter corresponding to 10% cumulative from the smaller particle diameter side and D50 diameter corresponding to 50% cumulative (D10 / D50) is ( D10 / D50) ≦ 0.75 is satisfied.

かかる構成の正極活物質は、複合酸化物粒子の表面部に存在するCoの濃度が中心部に比べ増大されているため、耐久性が向上している。また、該粒子の粒度分布において、粒子径が小さい側からの体積累積10%に相当するD10径と、体積累積50%に相当するD50径との比の値(D10/D50)が0.75以下であることから、該(D10/D50)比が0.75を上回るような正極活物質に比べて、膨張収縮応力に対する耐久性が高く、かつ導電材との接触が取りやすい。さらに、該粒子の表面においてガス発生剤の反応が好適に生じるため、過充電時には十分なガス量を発生させることができる。このため、該正極活物質を用いて構築された電池では、過充電時の信頼性と高い電池性能とを高いレベルで両立させることができる。   The positive electrode active material having such a configuration has improved durability because the concentration of Co present in the surface portion of the composite oxide particles is increased as compared with the central portion. In the particle size distribution of the particles, the ratio value (D10 / D50) of D10 diameter corresponding to 10% volume accumulation from the smaller particle diameter side and D50 diameter corresponding to 50% volume accumulation is 0.75. Since it is below, compared with the positive electrode active material in which this (D10 / D50) ratio exceeds 0.75, durability with respect to expansion / contraction stress is high, and it is easy to make contact with a conductive material. Furthermore, since the reaction of the gas generating agent is preferably generated on the surface of the particles, a sufficient amount of gas can be generated during overcharge. For this reason, in the battery constructed using the positive electrode active material, the reliability at the time of overcharging and the high battery performance can be achieved at a high level.

ここに開示される技術では、上記粒径比(D10/D50)が、(D10/D50)≦0.75を満足するものが好ましく、(D10/D50)≦0.67を満足するものがさらに好ましく、(D10/D50)≦0.6を満足するものが特に好ましい。上記粒径比(D10/D50)が大きすぎると、過充電時におけるガス発生量が不足したり、サイクル特性が低下したりする場合があり得る。その一方、上記粒径比(D10/D50)が小さすぎる複合酸化物粒子は製造が難しいことに加えて、上述した性能向上効果も鈍化するためメリットがあまりない。好ましい上記粒径比(D10/D50)としては、概ね0.45≦(D10/D50)の範囲であり、好ましくは0.5≦(D10/D50)である。例えば、上記粒径比(D10/D50)が0.45以上0.75以下(特に0.45以上0.67以下)の複合酸化物粒子が、サイクル特性の向上と製造容易性を両立するという観点から適当である。   In the technology disclosed herein, the particle size ratio (D10 / D50) preferably satisfies (D10 / D50) ≦ 0.75, and more preferably satisfies (D10 / D50) ≦ 0.67. Those satisfying (D10 / D50) ≦ 0.6 are particularly preferable. If the particle size ratio (D10 / D50) is too large, the amount of gas generated during overcharging may be insufficient, or the cycle characteristics may be deteriorated. On the other hand, composite oxide particles having an excessively small particle size ratio (D10 / D50) are difficult to manufacture, and the performance improvement effect described above is slowed down, so that there is not much merit. The preferred particle size ratio (D10 / D50) is generally in the range of 0.45 ≦ (D10 / D50), preferably 0.5 ≦ (D10 / D50). For example, a composite oxide particle having a particle size ratio (D10 / D50) of 0.45 or more and 0.75 or less (particularly 0.45 or more and 0.67 or less) is said to achieve both improved cycle characteristics and manufacturability. Appropriate from the viewpoint.

ここに開示される非水電解液二電池用正極活物質の好ましい一態様では、前記複合酸化物粒子の表面部における平均Co濃度X(mol%)と、前記複合酸化物粒子全体の平均Co濃度Y(mol%)との比の値(X/Y)が、1.1≦(X/Y)を満足する。かかる構成によると、複合酸化物粒子の表面部におけるCoの含有率が適度に高いので、上述した効果がより適切に発揮され得る。上記濃度比(X/Y)の上限値は特に制限されないが、概ね1.5以下であるとよい。上記濃度比(X/Y)を(X/Y)≦1.5とすることにより、正極活物質粒子に所要の耐久性が確保され、非水電解液二次電池の性能が安定する。   In a preferred embodiment of the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte two battery disclosed herein, the average Co concentration X (mol%) in the surface portion of the composite oxide particles and the average Co concentration of the entire composite oxide particles The ratio value (X / Y) with Y (mol%) satisfies 1.1 ≦ (X / Y). According to this configuration, since the Co content in the surface portion of the composite oxide particles is moderately high, the above-described effects can be more appropriately exhibited. The upper limit of the concentration ratio (X / Y) is not particularly limited, but is preferably about 1.5 or less. By setting the concentration ratio (X / Y) to (X / Y) ≦ 1.5, required durability of the positive electrode active material particles is ensured, and the performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery is stabilized.

好ましくは、前記複合酸化物粒子は、以下の一般式:
LiNiCoMnMe (1)
で示される複合酸化物である。
ここで、式(1)中のMeは、存在しないか若しくは遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上の元素である。上記式中のx,a,b,cおよびdは、0.99≦x≦1.12、0.9≦a+b+c+d≦1.1、1.05≦x/(a+b+c+d)≦1.2、0<a≦0.5、0<b≦0.5、0<c≦0.5、0≦d≦0.2を全て満足する数である。特に1.08≦x/(a+b+c+d)≦1.1を満足する実数であることが好ましい。かかる一般式(1)で示される組成の複合酸化物は、熱安定性に優れ、優れた出力特性やサイクル特性を実現し得る。このため、本発明の適用効果をより発揮することができる。
Preferably, the composite oxide particles have the following general formula:
Li x Ni a Co b Mn c Me d O 2 (1)
It is a complex oxide shown by.
Here, Me in the formula (1) is not present or is one or two or more elements selected from a transition metal element, a typical metal element, and boron (B). X, a, b, c and d in the above formula are 0.99 ≦ x ≦ 1.12, 0.9 ≦ a + b + c + d ≦ 1.1, 1.05 ≦ x / (a + b + c + d) ≦ 1.2, 0 <A ≦ 0.5, 0 <b ≦ 0.5, 0 <c ≦ 0.5, 0 ≦ d ≦ 0.2. In particular, a real number satisfying 1.08 ≦ x / (a + b + c + d) ≦ 1.1 is preferable. The composite oxide having the composition represented by the general formula (1) is excellent in thermal stability and can realize excellent output characteristics and cycle characteristics. For this reason, the application effect of this invention can be exhibited more.

また、本発明は、上述したような正極活物質を備える非水電解液二次電池を提供する。即ち、本発明の非水電解液二次電池は、ここに開示される何れの正極活物質と導電材を含む正極と、負極活物質を含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを備える電極体と、前記電極体を収容する電池ケースと、前記電池ケースに設けられ、前記電極体に接続された外部端子と、前記電池ケースに収容され、予め定められた電圧以上の電圧で反応し、ガスを発生させるガス発生剤を含む非水電解液と、前記電池ケースの内圧が予め定められた圧力以上に高くなると、前記電極体と前記外部端子との電気的な接続を遮断する電流遮断機構とを備える。かかる非水電解液二次電池は、過充電状態になったときに適切にガスが発生し、電流遮断機構を適切に作動させることができる。また、充放電サイクル後においても高い容量を維持することができる。したがって、高い電池性能(例えば耐久性)と過充電時の信頼性とをより高いレベルで両立させることができる。   The present invention also provides a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the positive electrode active material as described above. That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes any positive electrode active material and a positive electrode including a conductive material disclosed herein, a negative electrode including a negative electrode active material, and an interposition between the positive electrode and the negative electrode. An electrode body including a separator, a battery case that houses the electrode body, an external terminal that is provided in the battery case and connected to the electrode body, and that is housed in the battery case and has a predetermined voltage or higher When the internal pressure of the battery case becomes higher than a predetermined pressure, the non-aqueous electrolyte containing a gas generating agent that reacts at a voltage and generates gas, and the electrode body and the external terminal are electrically connected. A current interrupt mechanism for interrupting the current. In such a non-aqueous electrolyte secondary battery, gas is appropriately generated when the battery is overcharged, and the current interrupting mechanism can be appropriately operated. Moreover, a high capacity can be maintained even after the charge / discharge cycle. Therefore, high battery performance (for example, durability) and reliability at the time of overcharging can be achieved at a higher level.

ここに開示される非水電解液二電池の好ましい一態様では、前記導電材の平均一次粒子径が、概ね25nm以下(例えば10nm〜25nm)である。より好ましくは、導電材の平均一次粒子径が、20nm以下であり、特に好ましくは18nm以下である。上記粒径比(D10/D50)を有する正極活物質を用いると、正極活物質において小さい粒径を有する粒子の割合が高くなるが、上記のように導電材の平均一次粒径を制御すれば、小粒径と有する活物質粒子との間でも導電パスを良好に形成し、かつその導電パスを維持することができる。そのため、サイクル特性が向上するとともに、活物質粒子表面においてガス発生剤の反応が促進される。これにより、上記構成の二次電池における過充電ガス量の減少が抑制され、高い電池性能(例えば高い耐久性)と過充電時の信頼性とをより高いレベルで両立させることができる。   In a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the conductive material has an average primary particle diameter of approximately 25 nm or less (for example, 10 nm to 25 nm). More preferably, the average primary particle diameter of the conductive material is 20 nm or less, and particularly preferably 18 nm or less. When the positive electrode active material having the particle size ratio (D10 / D50) is used, the proportion of particles having a small particle size in the positive electrode active material is increased. However, if the average primary particle size of the conductive material is controlled as described above. In addition, a conductive path can be satisfactorily formed between the active material particles having a small particle diameter and the conductive path can be maintained. Therefore, the cycle characteristics are improved and the reaction of the gas generating agent is promoted on the surface of the active material particles. Thereby, a decrease in the amount of overcharge gas in the secondary battery having the above-described configuration is suppressed, and high battery performance (for example, high durability) and reliability during overcharge can be achieved at a higher level.

ここに開示される何れかの非水電解液二次電池は、上記のとおり、過充電時のガス量が多く、サイクル後においても高容量を維持し得ることから、例えば自動車等の車両に搭載される電池(典型的には駆動電源用途の電池)として好適である。したがって本発明によると、ここに開示される何れかの非水電解液二次電池(複数の電池が接続された組電池の形態であり得る。)を備える車両が提供される。特に、該非水電解液二次電池を動力源として備える車両(例えば家庭用電源で充電できるプラグインハイブリッド車(PHV)や電気自動車(EV)等)が提供される。   Any non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein has a large amount of gas during overcharge as described above, and can maintain a high capacity even after cycling. It is suitable as a battery (typically a battery for driving power supply). Therefore, according to the present invention, there is provided a vehicle including any of the nonaqueous electrolyte secondary batteries disclosed herein (which may be in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are connected). In particular, a vehicle (for example, a plug-in hybrid vehicle (PHV) or an electric vehicle (EV) that can be charged by a household power source) provided with the non-aqueous electrolyte secondary battery as a power source is provided.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の模式図である。It is a schematic diagram of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る捲回電極体を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the winding electrode body which concerns on one Embodiment of this invention. 各例のIV抵抗を対比するグラフである。It is a graph which contrasts IV resistance of each example. 各例の初期容量およびサイクル後容量を対比するグラフである。It is a graph which contrasts the initial capacity | capacitance of each example, and the capacity | capacitance after a cycle. 各例の過充電ガス量を対比するグラフである。It is a graph which compares the amount of overcharge gas of each example. 粒径比(D10/D50)とIV抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a particle size ratio (D10 / D50) and IV resistance. 粒径比(D10/D50)と容量維持率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a particle size ratio (D10 / D50) and a capacity | capacitance maintenance factor. 粒径比(D10/D50)と過充電ガス量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a particle size ratio (D10 / D50) and the amount of overcharge gas. 導電材の一次粒径とIV抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the primary particle size of an electrically-conductive material, and IV resistance. 導電材の一次粒径と過充電ガス量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the primary particle size of an electrically conductive material, and the amount of overcharge gas.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。以下、リチウムイオン二次電池に本発明を適用する場合を主な例として、本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明の適用対象を限定する意図ではない。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. Each drawing is drawn schematically and does not necessarily reflect the real thing. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described more specifically with a case where the present invention is applied to a lithium ion secondary battery as a main example, but the application target of the present invention is not intended to be limited.

なお、本明細書において「粒度分布」とは、一般的なレーザ回折・光散乱法に基づく粒度分布測定によって測定した体積基準の粒度分布をいう。また、本明細書において「過充電状態」とは、充電深度(SOC:State of Charge)が100%を超えた状態をいう。ここでSOCとは、可逆的に充放電可能な稼動電圧の範囲において、その上限となる電圧が得られる充電状態(即ち、満充電状態)を100%とし、下限となる電圧が得られる充電状態(即ち、充電されていない状態)を0%としたときの充電状態を示すものである。   In the present specification, “particle size distribution” refers to a volume-based particle size distribution measured by particle size distribution measurement based on a general laser diffraction / light scattering method. Further, in the present specification, the “overcharged state” refers to a state in which a state of charge (SOC) exceeds 100%. Here, the SOC is a state of charge in which the upper limit voltage is obtained in the operating voltage range that can be reversibly charged and discharged (that is, the fully charged state) is 100%, and the lower limit voltage is obtained. This shows the state of charge when (ie, the state where the battery is not charged) is 0%.

ここで開示されるリチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質は、一次粒子が集まってなる粒子状(典型的には二次粒子)であって、少なくともコバルト(Co)を構成金属元素とする粒状の複合酸化物からなる。この複合酸化物粒子(二次粒子および一次粒子の少なくとも一方、好ましくは両方。)は、該粒子の表面部が中心部と比較してCoの濃度が高い。例えば、該粒子の表面部における平均Co濃度X(以下、表面Co濃度という)と、該粒子全体の平均Co濃度Y(以下、全体Co濃度という)との比の値(X/Y)が、1.1≦(X/Y)≦1.5を満たすことが適当であり、好ましくは1.15≦(X/Y)≦1.4であり、特に好ましくは1.2≦(X/Y)≦1.3である。このように正極活物質にコバルト元素を含む複合酸化物粒子を用いることで、該正極活物質の電子伝導性が向上し得る。また、上記のように表面部のCo濃度が中央部に比べて増大されているため、一次粒子間の接着が強く、耐久性が向上する。   The positive electrode active material used in the lithium ion secondary battery disclosed herein is in the form of particles (typically secondary particles) in which primary particles are collected, and at least cobalt (Co) is a constituent metal element. It consists of a granular complex oxide. In the composite oxide particles (at least one of the secondary particles and the primary particles, preferably both), the surface portion of the particles has a higher Co concentration than the central portion. For example, the value (X / Y) of the ratio between the average Co concentration X (hereinafter referred to as surface Co concentration) in the surface portion of the particle and the average Co concentration Y (hereinafter referred to as total Co concentration) of the entire particle is It is appropriate to satisfy 1.1 ≦ (X / Y) ≦ 1.5, preferably 1.15 ≦ (X / Y) ≦ 1.4, and particularly preferably 1.2 ≦ (X / Y ) ≦ 1.3. Thus, by using the composite oxide particle containing cobalt element for the positive electrode active material, the electronic conductivity of the positive electrode active material can be improved. In addition, since the Co concentration in the surface portion is increased as compared with the central portion as described above, adhesion between the primary particles is strong, and durability is improved.

なお、本明細書において「表面Co濃度」とは、従来公知の誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法に基づいて測定される、複合酸化物粒子(二次粒子および/または一次粒子)の最表面部(測定条件により異なるが、表面から数nm程度、例えば表面から0.1nm程度〜表面から10nm程度)を構成する元素に占めるCo元素の平均割合(mol%)をいう。あるいは、従来公知のX線光電子分光法に基づいて測定される、リチウム遷移金属複合酸化物の最表面を構成する元素全体に対するCo元素の平均割合(mol%)であってもよい。かかる測定は、例えば、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)やESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)等と称されるX線光電子分光法に基づく分析機器を用いて行うことができる。また、本明細書において「全体Co濃度」とは、従来公知の誘導結合プラズマ発光分光分析法に基づいて測定される、複合酸化物粒子全体を構成する元素に占めるCo元素の平均割合(mol%)をいう。   In the present specification, “surface Co concentration” refers to composite oxide particles (secondary particles and / or primary particles) measured based on a conventionally known inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis method. The average ratio (mol%) of Co element in the elements constituting the outermost surface portion of the particles (which varies depending on the measurement conditions, but is about several nm from the surface, for example, about 0.1 nm to about 10 nm from the surface). Or the average ratio (mol%) of Co element with respect to the whole element which comprises the outermost surface of a lithium transition metal complex oxide measured based on a conventionally well-known X-ray photoelectron spectroscopy may be sufficient. Such measurement can be performed, for example, using an analytical instrument based on X-ray photoelectron spectroscopy called XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), or the like. Further, in this specification, the “total Co concentration” refers to an average ratio (mol%) of Co element in elements constituting the entire composite oxide particle, which is measured based on a conventionally known inductively coupled plasma emission spectroscopy. ).

また、ここで開示される正極活物質は、上記複合酸化物粒子の粒度分布において、粒子径が小さい側からの累積10%に相当するD10径と、累積50%に相当するD50径との比の値(D10/D50)が次式:(D10/D50)≦0.75を満たす。   Further, in the particle size distribution of the composite oxide particles, the positive electrode active material disclosed herein is a ratio of the D10 diameter corresponding to 10% cumulative from the smaller particle diameter side to the D50 diameter corresponding to 50% cumulative. (D10 / D50) satisfies the following formula: (D10 / D50) ≦ 0.75.

ここで、上記粒径比(D10/D50)がより小さいとは、D10がD50からより外れた値を有すること、すなわち平均粒径よりも小さい粒径を有する粒子の粒度分布が広く、平均粒径に対して非常に小さい粒径を有する粒子の含有量が多いことを意味する。したがって、上記のような粒径比(D10/D50)を有する正極活物質を用いることにより、正極活物質において小さい粒径を有する粒子の割合が高くなる。ここで小粒径を有する粒子は、大粒子に比べて膨張収縮に対する耐久性が高く、割れにくい。また、比表面積が相対的に大きいので、導電材との接触が取りやすく、かつ導電パスが切れにくい。そのため、該正極活物質を備えた電池は、サイクル耐久性に優れたものになり得る。   Here, the smaller particle size ratio (D10 / D50) means that D10 has a value deviating from D50, that is, the particle size distribution of particles having a particle size smaller than the average particle size is wide, and the average particle size This means that the content of particles having a very small particle diameter with respect to the diameter is large. Therefore, by using the positive electrode active material having the particle size ratio (D10 / D50) as described above, the proportion of particles having a small particle size in the positive electrode active material is increased. Here, particles having a small particle size have higher durability against expansion and contraction than large particles, and are difficult to break. Further, since the specific surface area is relatively large, it is easy to make contact with the conductive material and the conductive path is difficult to break. Therefore, a battery including the positive electrode active material can be excellent in cycle durability.

さらに、本発明者の知見によれば、Co濃度が高い粒子表面は、Co濃度が低い粒子表面よりも、ガス発生剤の反応が好適に生じる。そのため、表面Co濃度が高い粒子表面は、Co濃度が低い粒子表面よりも、過充電時にガスが多く発生する傾向がある。ここで提案される電池では、正極活物質粒子は、該粒子の表面部が中心部と比較してCo濃度が高い。また、上記のような粒径比(D10/D50)を有する正極活物質を用いることにより、正極活物質において小さい粒径を有する粒子の割合が高い。そのため、比表面積の大部分を占める小粒子の表面Co濃度が従来に比して増大されている。そのため、過充電時には、表面Co濃度が高い小粒子の表面においてガス発生剤の反応が好適に生じ、所望のガス量を安定的に発生させることができる。かかるガスの発生により電池ケース内の圧力が上昇するため、より短時間で電流遮断機構を作動させることができる。従って、上記正極活物質を用いて構築されたリチウムイオン二次電池では、過充電時の信頼性と高い電池性能とを高いレベルで両立させることができる。   Furthermore, according to the knowledge of the present inventor, the reaction of the gas generating agent occurs more favorably on the particle surface having a high Co concentration than on the particle surface having a low Co concentration. Therefore, a particle surface with a high surface Co concentration tends to generate more gas during overcharge than a particle surface with a low Co concentration. In the battery proposed here, the positive electrode active material particles have a higher Co concentration in the surface portion of the particles than in the central portion. Further, by using a positive electrode active material having a particle size ratio (D10 / D50) as described above, the proportion of particles having a small particle size in the positive electrode active material is high. Therefore, the surface Co concentration of small particles occupying most of the specific surface area is increased as compared with the conventional case. Therefore, at the time of overcharge, the reaction of the gas generating agent suitably occurs on the surface of the small particles having a high surface Co concentration, and a desired gas amount can be stably generated. Since the pressure in the battery case increases due to the generation of such gas, the current interruption mechanism can be operated in a shorter time. Therefore, in the lithium ion secondary battery constructed using the positive electrode active material, the reliability during overcharging and the high battery performance can be achieved at a high level.

なお、本発明者の検討によれば、上記粒径比(D10/D50)をここに開示される好ましい範囲に規定することによる電池性能の向上および過充電ガス量の増大については、表面Co濃度が高い複合酸化物粒子を用いることで効果的に発現することが後述する試験例により確認された。換言すると、上記粒径比(D10/D50)の規定と、表面Co濃度が高い複合酸化物粒子とを組み合わせて適用することにより、かかる組み合わせによる相乗効果として、過充電ガス量や電池性能が格段に向上したリチウムイオン二次電池が提供され得る。   According to the study by the present inventor, regarding the improvement in battery performance and the increase in the amount of overcharged gas by defining the particle size ratio (D10 / D50) within the preferred range disclosed herein, the surface Co concentration It was confirmed by the test examples described later that the composite oxide particles having a high particle size were effectively expressed. In other words, by applying the combination of the above-mentioned definition of the particle size ratio (D10 / D50) and the composite oxide particles having a high surface Co concentration, as a synergistic effect by such a combination, the amount of overcharge gas and the battery performance are markedly increased. An improved lithium ion secondary battery can be provided.

ここに開示される複合酸化物粒子としては、上記粒径比(D10/D50)が、(D10/D50)≦0.75を満足するものが好ましく、(D10/D50)≦0.67を満足するものがさらに好ましく、(D10/D50)≦0.6を満足するものが特に好ましい。上記粒径比(D10/D50)が大きすぎると、過充電時ガス量が不足したり、サイクル特性が低下したりする場合があり得る。その一方、上記粒径比(D10/D50)が小さすぎる複合酸化物粒子は製造が難しいことに加えて、上述した性能向上効果も鈍化するためメリットがあまりない。好ましい上記粒径比(D10/D50)としては、概ね0.45≦(D10/D50)の範囲であり、好ましくは0.5≦(D10/D50)である。例えば、上記粒径比(D10/D50)が0.45以上0.75以下(特に0.45以上0.67以下)の複合酸化物粒子が、サイクル特性の向上と製造容易性を両立するという観点から適当である。   The composite oxide particles disclosed herein preferably have a particle size ratio (D10 / D50) that satisfies (D10 / D50) ≦ 0.75, and satisfies (D10 / D50) ≦ 0.67. Are more preferable, and those satisfying (D10 / D50) ≦ 0.6 are particularly preferable. If the particle size ratio (D10 / D50) is too large, the amount of gas during overcharge may be insufficient or the cycle characteristics may be deteriorated. On the other hand, composite oxide particles having an excessively small particle size ratio (D10 / D50) are difficult to manufacture, and the performance improvement effect described above is slowed down, so that there is not much merit. The preferred particle size ratio (D10 / D50) is generally in the range of 0.45 ≦ (D10 / D50), preferably 0.5 ≦ (D10 / D50). For example, a composite oxide particle having a particle size ratio (D10 / D50) of 0.45 or more and 0.75 or less (particularly 0.45 or more and 0.67 or less) is said to achieve both improved cycle characteristics and manufacturability. Appropriate from the viewpoint.

正極活物質としては、前述した条件を満たす限りにおいて従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、層状の(岩塩構造やスピネル構造であり得る)のリチウム遷移金属複合酸化物、即ち、リチウム元素と、コバルトを含む二種以上の遷移金属元素と、を構成金属元素として含む酸化物が挙げられる。層状のリチウム遷移金属複合酸化物は、正極活物質として用いた場合に、高容量かつ高エネルギー密度の電池となり得るため、好ましく用いることができる。   As a positive electrode active material, as long as the above-described conditions are satisfied, one or more kinds of materials conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. For example, a layered lithium transition metal composite oxide (which may be a rock salt structure or a spinel structure), that is, an oxide containing a lithium element and two or more transition metal elements including cobalt as constituent metal elements is given. It is done. The layered lithium transition metal composite oxide can be preferably used because it can be a battery having a high capacity and a high energy density when used as a positive electrode active material.

層状のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、一般式(1):LiNiCoMnMe(ここでMeは、存在しないか若しくは遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上の元素である。x,a,b,cおよびdは、0.99≦x≦1.12、0.9≦a+b+c+d≦1.1、1.05≦x/(a+b+c+d)≦1.2、0<a≦0.5、0<b≦0.5、0<c≦0.5、0≦d≦0.2を全て満足する数である。)で示されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。なお、本明細書中のリチウム遷移金属酸化物を示す化学式では、便宜上、O(酸素)の組成比を2として示しているが厳密ではなく、多少の組成の変動(典型的には1.95以上2.05以下の範囲に包含される)を許容するものである。 Examples of the lithium transition metal composite oxide of a layered, for example, the general formula (1): Li x Ni a Co b Mn c Me d O 2 ( where Me is either missing or transition metal elements, typical metal elements and boron One or two or more elements selected from (B), where x, a, b, c and d are 0.99 ≦ x ≦ 1.12, 0.9 ≦ a + b + c + d ≦ 1.1, 05 ≦ x / (a + b + c + d) ≦ 1.2, 0 <a ≦ 0.5, 0 <b ≦ 0.5, 0 <c ≦ 0.5, 0 ≦ d ≦ 0.2 Lithium transition metal composite oxide represented by.). Note that in the chemical formulas showing the lithium transition metal oxide in this specification, the composition ratio of O (oxygen) is shown as 2 for convenience, but it is not strict, and some compositional variation (typically 1.95). Included in the range of 2.05 or less).

上記式(1)に示すように、ここで用いられるリチウム遷移金属複合酸化物は、リチウム(Li)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)を必須の構成元素として含んでいる。かかるリチウム遷移金属複合酸化物は、Li,Ni、Co、Mn以外に他の少なくとも一種の金属元素Meを含んでもよい(即ち、d<0となり得る。)し、含まなくてもよい(即ち、d=0となり得る。)。該金属元素Meは、典型的には、Li,Ni、Co、Mn以外の遷移金属元素、典型金属元素等から選択される一種または二種以上であり得る。より具体的には、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pb)、白金(Pt)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ランタン(La)、セリウム(Ce)等が挙げられ、例えば、W、Zr、Mg、Caを好ましく採用し得る。なお、Me元素の量(即ち、上記式(I)におけるdの値)は特に限定されないが、例えば、0≦d≦0.2(例えば0≦d≦0.02)とすることができる。   As shown in the above formula (1), the lithium transition metal composite oxide used here contains lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) as essential constituent elements. . Such a lithium transition metal composite oxide may contain at least one other metal element Me in addition to Li, Ni, Co, and Mn (that is, d <0), or may not contain (that is, d <0). d = 0.) Typically, the metal element Me may be one or more selected from transition metal elements other than Li, Ni, Co, and Mn, typical metal elements, and the like. More specifically, tungsten (W), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb), chromium (Cr) , Molybdenum (Mo), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pb), platinum (Pt), copper (Cu), zinc (Zn), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) , Indium (In), tin (Sn), lanthanum (La), cerium (Ce), and the like. For example, W, Zr, Mg, and Ca can be preferably used. The amount of Me element (that is, the value of d in the above formula (I)) is not particularly limited, but can be, for example, 0 ≦ d ≦ 0.2 (for example, 0 ≦ d ≦ 0.02).

また、上記式(1)中のa,b,cは、0.9≦a+b+c+d≦1.1、1.05≦x/(a+b+c+d)≦1.2、0<a≦0.5、0<b≦0.5、0<c≦0.5を満たす限りにおいて特に限定されず、a,b,cのうちどの数字が最も大きくなってもよい。換言すれば、Ni,Co,Mnのうちの第一元素(原子数基準で最も多く含まれる元素)は、Ni,CoおよびMnのいずれであってもよい。例えば、aは、0.1以上(典型的には0.3以上)であって0.5未満(典型的には0.45以下、例えば0.4以下)となり得る。bは、0.1以上(典型的には0.3以上)であって0.5以下(典型的には0.45以下、例えば0.4以下)となり得る。cは、0.1以上(典型的には0.3以上)であって0.5以下(典型的には0.45以下、例えば0.4以下)となり得る。好ましい一態様では、a,b,c(即ち、Ni,Co,Mnの量)が概ね同程度である。   Moreover, a, b, c in the above formula (1) are 0.9 ≦ a + b + c + d ≦ 1.1, 1.05 ≦ x / (a + b + c + d) ≦ 1.2, 0 <a ≦ 0.5, 0 < There is no particular limitation as long as b ≦ 0.5 and 0 <c ≦ 0.5 are satisfied, and any number of a, b, and c may be the largest. In other words, the first element of Ni, Co, and Mn (the element that is contained most on the basis of the number of atoms) may be any of Ni, Co, and Mn. For example, a can be 0.1 or more (typically 0.3 or more) and less than 0.5 (typically 0.45 or less, such as 0.4 or less). b can be 0.1 or more (typically 0.3 or more) and 0.5 or less (typically 0.45 or less, for example 0.4 or less). c can be 0.1 or more (typically 0.3 or more) and 0.5 or less (typically 0.45 or less, for example 0.4 or less). In a preferred embodiment, a, b, and c (that is, amounts of Ni, Co, and Mn) are approximately the same.

また、上記式(1)中のxは、電荷中性条件を満たすように定まる値であり、例えば0.99≦x≦1.12、1.05≦x/(a+b+c+d)≦1.2である。ここで、x/(a+b+c+d)は、Liと他の全ての構成金属元素Mall(Ni、Co、Mn、Me)の合計とのモル比(Li/Mall)を示す値である。好ましくは1.05≦(Li/Mall)≦1.2であり、より好ましくは1.08≦(Li/Mall)≦1.15であり、特に好ましくは1.08≦(Li/Mall)≦1.12である。このようなLiリッチなリチウム遷移金属複合酸化物は、電子伝導性が低く、優れた出力特性を実現し得る。その一方で、Liリッチなリチウム遷移金属複合酸化物は、過充電時に発生するガス量が低下しがちであるが、本構成によれば、前述した粒径比(D10/D50)の規定と、表面Co濃度が高い複合酸化物粒子とを組み合わせて適用することにより、上記Liリッチなリチウム遷移金属複合酸化物を用いる場合でも、過充電ガス量を十分に確保し得る。 Further, x in the above formula (1) is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition. For example, 0.99 ≦ x ≦ 1.12, 1.05 ≦ x / (a + b + c + d) ≦ 1.2 is there. Here, x / (a + b + c + d) is a value indicating a molar ratio (Li / M all ) between Li and the sum of all other constituent metal elements M all (Ni, Co, Mn, Me). Preferably 1.05 ≦ (Li / M all ) ≦ 1.2, more preferably 1.08 ≦ (Li / M all ) ≦ 1.15, and particularly preferably 1.08 ≦ (Li / M all ) ≦ 1.12. Such a Li-rich lithium transition metal composite oxide has low electronic conductivity and can achieve excellent output characteristics. On the other hand, the Li-rich lithium transition metal composite oxide tends to reduce the amount of gas generated during overcharge, but according to this configuration, the above-mentioned definition of the particle size ratio (D10 / D50), By applying in combination with composite oxide particles having a high surface Co concentration, a sufficient amount of overcharge gas can be ensured even when the above Li-rich lithium transition metal composite oxide is used.

このようなリチウム遷移金属複合酸化物は、典型的には一次粒子が集まってなる粒子状(二次粒子)である。かかる粒子のCoの濃度は、表面Co濃度Xと全体Co濃度Yとの比の値(X/Y)が、(X/Y)>1を満たす限りにおいて特に限定されないが、例えば全体Co濃度Yは、5mol%以上(好ましくは10mol%以上)であって40mol%以下(好ましくは30mol%以下)とし得る。また、表面Co濃度Xは、全体Co濃度Yよりも大きければよく、例えば6mol%以上(典型的には12mol%以上)であって48mol%以下(典型的には36ol%以下)とし得る。Coの濃度(表面Co濃度Xまたは全体Co濃度Y、好ましくは両方。)が上記範囲内にある場合、高い電池性能と過充電時の信頼性とをより高いレベルで両立させることができる。   Such a lithium transition metal complex oxide is typically in the form of particles (secondary particles) in which primary particles are gathered. The Co concentration of such particles is not particularly limited as long as the ratio value (X / Y) between the surface Co concentration X and the overall Co concentration Y satisfies (X / Y)> 1, but for example, the overall Co concentration Y May be 5 mol% or more (preferably 10 mol% or more) and 40 mol% or less (preferably 30 mol% or less). Further, the surface Co concentration X only needs to be larger than the overall Co concentration Y, and can be, for example, 6 mol% or more (typically 12 mol% or more) and 48 mol% or less (typically 36 mol% or less). When the Co concentration (surface Co concentration X or total Co concentration Y, preferably both) is within the above range, high battery performance and reliability during overcharge can be achieved at a higher level.

かかる粒子の性状は特に限定されないが、例えば平均粒径(D50径)は0.5μm以上(典型的には1μm以上、例えば2μm以上、好ましくは3μm以上)であって、20μm以下(典型的には15μm以下、例えば10μm以下)とし得る。またD10径は、(D10/D50)≦0.75を満たすものであればよいが、例えば0.3μm以上(典型的には0.7μm以上、例えば1.5μm以上、好ましくは4.5μm以上)であって、15μm以下(典型的には12μm以下、例えば8μm以下)とし得る。正極活物質粒子の性状が上記範囲にある場合、かかる粒子を用いて作製した正極活物質層を緻密で導電性の高いものとし得る。また正極活物質層内に適度な空隙を保持し得るため、該活物質層内に電解液が浸透し易く、過充電時にガス発生剤との反応場を広く確保し得る。したがって、高い電池性能(例えば高い耐久性)と過充電時の信頼性とをより高いレベルで両立させることができる。   Although the properties of such particles are not particularly limited, for example, the average particle diameter (D50 diameter) is 0.5 μm or more (typically 1 μm or more, such as 2 μm or more, preferably 3 μm or more), and 20 μm or less (typically May be 15 μm or less, for example, 10 μm or less). The D10 diameter may be any diameter as long as it satisfies (D10 / D50) ≦ 0.75, for example, 0.3 μm or more (typically 0.7 μm or more, for example, 1.5 μm or more, preferably 4.5 μm or more. ) And 15 μm or less (typically 12 μm or less, for example, 8 μm or less). When the properties of the positive electrode active material particles are in the above range, the positive electrode active material layer produced using such particles can be dense and highly conductive. Moreover, since an appropriate space | gap can be hold | maintained in a positive electrode active material layer, electrolyte solution can penetrate | invade easily into this active material layer, and the reaction field with a gas generating agent can be ensured widely at the time of overcharge. Therefore, high battery performance (for example, high durability) and reliability during overcharging can be achieved at a higher level.

このような粒子状のリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法は特に限定されないが、例えば、湿式法によって金属元素の水酸化物(前駆体)を得ること(前駆体の生成工程)、得られた前駆体と適当なリチウム源とを混合すること(混合工程)、上記混合物を所定の温度で焼成すること(焼成工程)、により製造することができる。なお、以下では平均組成が上記一般式(1):LiNiCoMnMeで表される正極活物質を例として、正極活物質の製造方法を説明する場合があるが、本発明をかかる具体的態様に限定する意図ではない。 The method for producing such a particulate lithium transition metal composite oxide is not particularly limited. For example, a metal element hydroxide (precursor) is obtained by a wet method (precursor generation step). It can be produced by mixing the precursor and a suitable lithium source (mixing step) and firing the mixture at a predetermined temperature (firing step). The average composition above general formula in the following (1): as an example a positive electrode active material represented by Li x Ni a Co b Mn c Me d O 2, there is a case for explaining a manufacturing method of the positive electrode active material The present invention is not intended to be limited to such specific embodiments.

上記前駆体の生成工程では、典型的には、出発原料としてのニッケル(Ni)源、コバルト(Co)源、マンガン(Mn)源、Me元素源を含む水性溶液(典型的には酸性溶液。以下、「水性溶液A」という。)と、コバルト(Co)源を含む水性溶液(以下、「水性溶液B」という。)と、を別々の溶液として用意し、これらをアルカリ性条件下(pH>7の条件下)で混合することにより、上記金属元素の水酸化物を析出(晶析)させる。ここで水性溶液AにおけるCo源を除く金属源(Ni源、Mn源、Me源)の量は、前記一般式(1)におけるa,c,dのモル比となるように適宜決定するとよい。また、上記水性溶液BにおけるCo源の量は、該水性溶液BにおけるCo源の量と、前記水性溶液AにおけるCo源の量との合計が、上記一般式(1)におけるbのモル比となるように適宜決定するとよい。   In the precursor generation step, typically, an aqueous solution (typically an acidic solution) containing a nickel (Ni) source, a cobalt (Co) source, a manganese (Mn) source, and a Me element source as starting materials. Hereinafter, an “aqueous solution A”) and an aqueous solution containing a cobalt (Co) source (hereinafter referred to as “aqueous solution B”) are prepared as separate solutions, and these are prepared under alkaline conditions (pH>). 7), the metal element hydroxide is precipitated (crystallized). Here, the amount of the metal source (Ni source, Mn source, Me source) excluding the Co source in the aqueous solution A may be appropriately determined so as to be the molar ratio of a, c, d in the general formula (1). The amount of Co source in the aqueous solution B is such that the sum of the amount of Co source in the aqueous solution B and the amount of Co source in the aqueous solution A is the molar ratio of b in the general formula (1). It is advisable to determine as appropriate.

水性溶液Aとしては、遷移金属元素源(Ni源、Co源、Mn源、Me源。典型的には水溶性のイオン化合物。)をそれぞれ所定量、水性溶媒に溶解させて調製することができる。これら遷移金属元素源を水性溶媒に添加する順番は特に制限されない。また、各遷移金属元素源を含む水性溶液を別々に用意して、かかる水溶液を混合することにより調製してもよい。金属元素源のアニオンは該金属元素源が水溶性となるように適宜選択することができ、例えば硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、水酸化物イオン、塩化物イオン等であり得る。これら金属元素源のアニオンは、全てまたは一部が同じであってもよく、互いに異なってもよい。また、これらの金属元素源はそれぞれ水和物等の溶媒和された状態のものであり得る。同様に、水性溶液Bは所定量のCo源を水性溶媒に溶解させて調製することができる。水性溶液の調製方法は、上記水性溶液Aの場合と同様であり得る。Co源としては、上記水性溶液Aで使用したものと同じものを用いることができる。   The aqueous solution A can be prepared by dissolving a predetermined amount of a transition metal element source (Ni source, Co source, Mn source, Me source, typically a water-soluble ionic compound) in an aqueous solvent. . The order in which these transition metal element sources are added to the aqueous solvent is not particularly limited. Moreover, you may prepare by preparing the aqueous solution containing each transition metal element source separately, and mixing this aqueous solution. The anion of the metal element source can be appropriately selected so that the metal element source is water-soluble, and may be, for example, sulfate ion, nitrate ion, carbonate ion, hydroxide ion, chloride ion, or the like. All or a part of these metal element source anions may be the same or different from each other. Each of these metal element sources can be in a solvated state such as a hydrate. Similarly, the aqueous solution B can be prepared by dissolving a predetermined amount of Co source in an aqueous solvent. The preparation method of the aqueous solution can be the same as that of the aqueous solution A. As the Co source, the same one as used in the aqueous solution A can be used.

上記水性溶液(水性溶液Aおよび水性溶液B)を調製する際に使用する水性溶媒は、典型的には水であるが、水を主体とする混合溶媒を用いることもできる。該混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶剤(例えば低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。また、使用する原料化合物の水溶解性が低い場合等は、該溶解性を向上させ得る化合物(酸、塩基等)等を水性溶媒中に適宜添加することもできる。   The aqueous solvent used in preparing the aqueous solution (aqueous solution A and aqueous solution B) is typically water, but a mixed solvent mainly composed of water can also be used. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, one or more organic solvents (for example, lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used. Moreover, when the water solubility of the raw material compound to be used is low, a compound (acid, base, etc.) that can improve the solubility can be appropriately added to the aqueous solvent.

上記水性溶液をアルカリ性にし得る化合物としては、強塩基(アルカリ金属の水酸化物等)および/または弱塩基(アンモニア等)を含み、上記水酸化物の生成(析出)を阻害しないものを好ましく使用し得る。例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化アンモニウム(NHOH)、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸リチウム(LiCO)、炭酸アンモニウム((NHCO)、硝酸アンモニウム(NHNO)、アンモニアガス(NH)等から選択される一種または二種以上を用いることができる。なかでも水酸化ナトリウムの使用が好ましい。かかる化合物は、水性溶液の調製直後(初期)におけるpHが、凡そ12≦pH≦13(例えば12≦pH<13)となるよう、添加することが好ましい。上記範囲とすることで、反応溶液から多数の核がゆっくりと析出するため、より粒度分布の広い(例えば粒子径が平均から大きく外れた小粒子の含有量が多い)水酸化物を好適に生成することができる。なお、本明細書中において、pHの値は、市販のpHメーターを用いて室温(液温25℃)において測定された値を指す。 As the compound capable of making the aqueous solution alkaline, a compound containing a strong base (alkali metal hydroxide, etc.) and / or a weak base (ammonia, etc.) and not inhibiting the formation (precipitation) of the hydroxide is preferably used. Can do. For example, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), lithium hydroxide (LiOH), sodium carbonate (NaCO 3), potassium carbonate (KCO 3), lithium carbonate (LiCO 3 ), ammonium carbonate ((NH 4 ) 2 CO 3 ), ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ), ammonia gas (NH 3 ) or the like can be used. Of these, the use of sodium hydroxide is preferred. Such a compound is preferably added so that the pH immediately after the preparation of the aqueous solution (initial stage) is approximately 12 ≦ pH ≦ 13 (for example, 12 ≦ pH <13). By setting it within the above range, a large number of nuclei slowly precipitate from the reaction solution, so that a hydroxide having a wider particle size distribution (for example, a large content of small particles whose particle diameter is greatly deviated from the average) is suitably generated. can do. In addition, in this specification, the value of pH points out the value measured at room temperature (liquid temperature of 25 degreeC) using the commercially available pH meter.

上記前駆体の生成工程では、まず、上記水性溶液Aに該水性溶液Aをアルカリ性にし得る化合物(例えば水酸化ナトリウム)を添加し、適当な速度で混合・攪拌することにより、金属元素(ここではNi、Co、MnおよびMe)の水酸化物を析出(晶析)させる。本工程では、析出条件(例えば、反応温度、反応時間、水性溶液のアルカリ濃度、pH)を適宜調整することによって、所望の性状(粒度分布や比表面積)を有する正極活物質を得ることができる。傾向としては、より粒度分布の広い正極活物質を得るためには、より反応時間を長くするとよい。例えば10時間以上30時間以下、好ましくは14時間以上24時間とするとよい。また、水性溶液の温度は水性溶媒の沸点以下の温度(典型的には20℃〜80℃、例えば40℃〜60℃)とするとよい。   In the precursor generation step, first, a compound capable of making the aqueous solution A alkaline (for example, sodium hydroxide) is added to the aqueous solution A, and mixed and stirred at an appropriate speed to thereby form a metal element (here, Ni, Co, Mn and Me) are precipitated (crystallized). In this step, a positive electrode active material having desired properties (particle size distribution and specific surface area) can be obtained by appropriately adjusting the deposition conditions (for example, reaction temperature, reaction time, alkali concentration of aqueous solution, pH). . As a tendency, in order to obtain a positive electrode active material having a wider particle size distribution, it is preferable to increase the reaction time. For example, 10 hours to 30 hours, preferably 14 hours to 24 hours. The temperature of the aqueous solution may be set to a temperature not higher than the boiling point of the aqueous solvent (typically 20 ° C. to 80 ° C., for example, 40 ° C. to 60 ° C.).

そして、得られた水酸化物粒子を水性溶液Bに加え、該水性溶液Bをアルカリ性にし得る化合物(例えば水酸化ナトリウム)を添加し、適当な速度で混合・攪拌することにより、該水酸化物粒子の表面にコバルト(Co)の水酸化物を析出させる。これにより、Co濃度(表面Co濃度および全体Co濃度)が好適な範囲に調整された前駆体を得ることができる。かかる前駆体全体の平均組成は、一般式(2):NiCoMnMe(OH)(ここで、a,b,c,dは、一般式(1)と同様であり得る。);で表される化合物であり得る。上述の湿式法によって得られた当該水酸化物を前駆体として用いることで、Co濃度(表面Co濃度および全体Co濃度)が好適な範囲に保たれた正極活物質粒子を製造することができる。 Then, the obtained hydroxide particles are added to the aqueous solution B, a compound capable of making the aqueous solution B alkaline (for example, sodium hydroxide) is added, and the hydroxide is mixed and stirred at an appropriate speed. Cobalt (Co) hydroxide is deposited on the surface of the particles. Thereby, a precursor in which the Co concentration (surface Co concentration and total Co concentration) is adjusted to a suitable range can be obtained. The average composition of the entire such precursors have the general formula (2): Ni a Co b Mn c Me d (OH) 2 ( where, a, b, c, d may be similar to the general formula (1) .); By using the hydroxide obtained by the above-described wet method as a precursor, positive electrode active material particles in which the Co concentration (surface Co concentration and total Co concentration) is maintained in a suitable range can be produced.

上記混合工程では、上記得られた前駆体とリチウム源とを混合する。混合方法は特に限定されず、従来公知の乾式混合法や湿式混合法を採用することができる。リチウム源としては、リチウム酸化物の形成に使用される一般的なリチウム化合物を特に制限なく使用することができる。例えば、炭酸リチウム(LiCO)、水酸化リチウム(LiOH)、硝酸リチウム(LiNO)、硫酸リチウム(LiSO)、塩化リチウム(LiCl)等のリチウム塩等が例示される。これらLi源は、一種のみを単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。上記前駆体と上記Li源との混合比は、上記式(1)におけるxが所望の値となるように、上記前駆体に含まれる全金属元素の合計モル数に対するLi源のモル数を選択し、それに基づき適宜決定すればよい。 In the mixing step, the obtained precursor and the lithium source are mixed. The mixing method is not particularly limited, and a conventionally known dry mixing method or wet mixing method can be employed. As the lithium source, a general lithium compound used for forming a lithium oxide can be used without particular limitation. Examples thereof include lithium salts such as lithium carbonate (LiCO 3 ), lithium hydroxide (LiOH), lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), and lithium chloride (LiCl). These Li sources can be used alone or in combination of two or more. For the mixing ratio of the precursor and the Li source, the number of moles of Li source relative to the total number of moles of all the metal elements contained in the precursor is selected so that x in the formula (1) has a desired value. Then, it may be determined appropriately based on that.

上記焼成工程では、上記前駆体とLi源との混合物を焼成することにより、ここで開示される正極活物質粒子を製造することができる。焼成温度は特に限定されないが、例えば650℃以上(典型的には700℃以上、例えば750℃以上)であって、1050℃以下(典型的には1000℃以下)とすることができる。より高い出力を得るためには、最高焼成温度を850℃〜980℃(より好ましくは850℃〜950℃)の範囲とすることが好適である。かかる焼成条件は、例えばハイブリッド自動車のように、出力性能を高めることが重視される用途向けのリチウム二次電池に用いられる正極活物質の製造において好ましく採用され得る。   In the firing step, the positive electrode active material particles disclosed herein can be produced by firing the mixture of the precursor and the Li source. Although a calcination temperature is not specifically limited, For example, it is 650 degreeC or more (typically 700 degreeC or more, for example, 750 degreeC or more), and can be 1050 degreeC or less (typically 1000 degreeC or less). In order to obtain a higher output, it is preferable that the maximum firing temperature is in the range of 850 ° C. to 980 ° C. (more preferably, 850 ° C. to 950 ° C.). Such firing conditions can be preferably employed in the production of a positive electrode active material used in a lithium secondary battery for applications where emphasis is placed on enhancing output performance, such as a hybrid vehicle.

そして、得られた焼成物を、典型的には粉砕した後、必要に応じて所望の粒子径に篩い分けし正極活物質として用いることができる。このようにして、Co濃度の比(X/Y)および粒度分布(D10/D50の比)が好適範囲に満たす正極活物質を製造することができる。   The obtained fired product is typically pulverized and then sieved to a desired particle size as necessary to be used as a positive electrode active material. In this way, it is possible to produce a positive electrode active material in which the Co concentration ratio (X / Y) and the particle size distribution (D10 / D50 ratio) satisfy the preferred ranges.

以下、上記正極活物質が用いられるリチウムイオン二次電池の構成について、順に説明する。ここでは捲回タイプの電極体(以下「捲回電極体」という。)と非水電解液とを角形(ここでは、直方体の箱形状)のケースに収容した形態のリチウムイオン二次電池を例に挙げる。なお、電池構造は、図示例に限定されず、特に、角形電池に限定されない。   Hereinafter, the configuration of the lithium ion secondary battery in which the positive electrode active material is used will be described in order. Here, an example of a lithium ion secondary battery in which a wound type electrode body (hereinafter referred to as a “wound electrode body”) and a nonaqueous electrolyte solution are accommodated in a rectangular (here, rectangular box shape) case is shown as an example. To The battery structure is not limited to the illustrated example, and is not particularly limited to a prismatic battery.

図1は本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の断面図である。図2は、当該リチウムイオン二次電池100に内装される捲回電極体200を示す図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a wound electrode body 200 housed in the lithium ion secondary battery 100.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、図1に示すような扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)300に構成されている。リチウムイオン二次電池100は、図2に示すように、扁平形状の捲回電極体200が、図示しない液状電解質(電解液)とともに、電池ケース300に収容されている。   A lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment of the present invention is configured in a flat rectangular battery case (that is, an exterior container) 300 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the lithium ion secondary battery 100, a flat wound electrode body 200 is housed in a battery case 300 together with a liquid electrolyte (electrolytic solution) (not shown).

《電池ケース300》
電池ケース300は、一端(電池100の通常の使用状態における上端部に相当する。)に開口部を有する箱形(すなわち有底直方体状)のケース本体320と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形状プレート部材からなる封口板(蓋体)340とから構成される。
<Battery case 300>
The battery case 300 has a box-shaped (that is, bottomed rectangular parallelepiped) case main body 320 having an opening at one end (corresponding to the upper end in a normal use state of the battery 100), and is attached to the opening. It is comprised from the sealing board (lid body) 340 which consists of a rectangular-shaped plate member which block | closes an opening part.

電池ケース300の材質は、従来の密閉型電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成された電池ケース300が好ましく、このような金属製材料としてアルミニウム等が例示される。   The material of the battery case 300 may be the same as that used in the conventional sealed battery, and there is no particular limitation. A battery case 300 mainly composed of a lightweight and highly heat conductive metal material is preferable, and aluminum or the like is exemplified as such a metal material.

図1に示すように、封口板340には外部接続用の正極端子420および負極端子440が形成されている。封口板340の両端子420、440の間には、電池ケース300の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁360と、注液口350が形成されている。なお、図1では、当該注液口350が注液後に封止材352によって封止されている。   As shown in FIG. 1, a positive electrode terminal 420 and a negative electrode terminal 440 for external connection are formed on the sealing plate 340. Between the two terminals 420 and 440 of the sealing plate 340, a thin-walled safety valve 360 configured to release the internal pressure of the battery case 300 when the internal pressure of the battery case 300 rises to a predetermined level or more, and a liquid injection port 350 are formed. Has been. In FIG. 1, the liquid injection port 350 is sealed with a sealing material 352 after liquid injection.

《捲回電極体200(電極体)》
捲回電極体200は、図2に示すように、長尺なシート状正極(正極シート220)と、該正極シート220と同様の長尺シート状負極(負極シート240)とを計二枚の長尺シート状セパレータ(セパレータ262,264)とを備えている。
<< Wound electrode body 200 (electrode body) >>
As shown in FIG. 2, the wound electrode body 200 includes a long sheet-like positive electrode (positive electrode sheet 220) and a long sheet-like negative electrode (negative electrode sheet 240) similar to the positive electrode sheet 220 in total of two sheets. Long sheet separators (separators 262 and 264).

《正極シート220》
正極シート220は、帯状の正極集電体221と正極活物質層223とを備えている。正極集電体221には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電体221として、アルミニウム箔が用いられている。正極集電体221の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部222が設定されている。図示例では、正極活物質層223は、正極集電体221に設定された未塗工部222を除いて、正極集電体221の両面に保持されている。正極活物質層223には、前述した正極活物質粒子と導電材とバインダが含まれている。
<< Positive electrode sheet 220 >>
The positive electrode sheet 220 includes a strip-shaped positive electrode current collector 221 and a positive electrode active material layer 223. For the positive electrode current collector 221, for example, a metal foil suitable for the positive electrode can be suitably used. In this embodiment, an aluminum foil is used as the positive electrode current collector 221. An uncoated portion 222 is set along the edge on one side in the width direction of the positive electrode current collector 221. In the illustrated example, the positive electrode active material layer 223 is held on both surfaces of the positive electrode current collector 221 except for the uncoated portion 222 set on the positive electrode current collector 221. The positive electrode active material layer 223 includes the positive electrode active material particles, the conductive material, and the binder described above.

≪導電材≫
導電材としては、例えば、カーボン粉末、カーボンファイバーなどのカーボン材料が例示される。導電材としては、このような導電材から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック)、グラファイト粉末などのカーボン粉末を用いることができる。ここで、上記導電材のSEM観察および画像解析に基づく平均一次粒径としては、概ね25nm以下(例えば10nm〜25nm)であることが適当であり、好ましくは20nm以下であり、特に好ましくは18nm以下である。前記粒度分布を有する(粒径比D10/D50が0.75以下である)正極活物質を用いると、正極活物質において小さい粒径を有する粒子の割合が高くなるが、上記のように導電材の平均一次粒径を制御すれば、小粒径と有する活物質粒子との間でも導電パスを良好に形成し、かつその導電パスを維持することができる。そのため、サイクル特性が向上するとともに、活物質粒子表面においてガス発生剤の反応が促進される。これにより、上記構成の二次電池における過充電時のガス発生量の減少が抑制され、高い電池性能(例えば高い耐久性)と過充電時の信頼性とをより高いレベルで両立させることができる。
≪Conductive material≫
Examples of the conductive material include carbon materials such as carbon powder and carbon fiber. As the conductive material, one kind selected from such conductive materials may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, oil furnace black, graphitized carbon black, carbon black, graphite, ketjen black), graphite powder, and the like can be used. Here, the average primary particle size based on SEM observation and image analysis of the conductive material is suitably about 25 nm or less (for example, 10 nm to 25 nm), preferably 20 nm or less, and particularly preferably 18 nm or less. It is. When a positive electrode active material having the particle size distribution (particle size ratio D10 / D50 is 0.75 or less) is used, the proportion of particles having a small particle size in the positive electrode active material is increased. By controlling the average primary particle size, it is possible to satisfactorily form a conductive path between the small particle size and the active material particles, and to maintain the conductive path. Therefore, the cycle characteristics are improved and the reaction of the gas generating agent is promoted on the surface of the active material particles. Thereby, the reduction in the amount of gas generated at the time of overcharging in the secondary battery having the above configuration is suppressed, and high battery performance (for example, high durability) and reliability at the time of overcharging can be achieved at a higher level. .

≪バインダ≫
また、バインダは、正極活物質層に含まれる正極活物質粒子と導電材の各粒子を結着させたり、これらの粒子と正極集電体221とを結着させたりする。かかるバインダとしては、使用する溶媒に溶解または分散可能なポリマーを用いることができる。例えば、水性溶媒を用いた正極合剤組成物においては、セルロース系ポリマー(カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)など)、ゴム類(酢酸ビニル共重合体、スチレンブタジエン共重合体(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)など)などの水溶性または水分散性ポリマーを好ましく採用することができる。また、非水溶媒を用いた正極合剤組成物においては、ポリマー(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアクリルニトリル(PAN)など)を好ましく採用することができる。
≪Binder≫
Further, the binder binds the positive electrode active material particles and the conductive material particles included in the positive electrode active material layer, or binds these particles to the positive electrode current collector 221. As such a binder, a polymer that can be dissolved or dispersed in a solvent to be used can be used. For example, in a positive electrode mixture composition using an aqueous solvent, cellulosic polymers (carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), etc.), rubbers (vinyl acetate copolymer, styrene butadiene copolymer (SBR)) ), Water-soluble or water-dispersible polymers such as acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex) and the like can be preferably used. In the positive electrode mixture composition using a non-aqueous solvent, a polymer (polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyacrylonitrile (PAN), etc.) can be preferably employed.

≪増粘剤、溶媒≫
正極活物質層223は、例えば、上述した正極活物質粒子と導電材とバインダを溶媒にペースト状(スラリ状)に混ぜ合わせた正極合剤を作製し、正極集電体221に塗布し、乾燥させ、圧延することによって形成されている。この際、正極合剤の溶媒としては、水性溶媒および非水溶媒の何れも使用可能である。非水溶媒の好適な例としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられる。上記バインダとして例示したポリマー材料は、バインダとしての機能の他に、正極合剤の増粘剤その他の添加剤としての機能を発揮する目的で使用されることもあり得る。
≪Thickener, solvent≫
The positive electrode active material layer 223 is prepared by, for example, preparing a positive electrode mixture in which the above-described positive electrode active material particles, a conductive material, and a binder are mixed in a paste (slurry) with a solvent, applied to the positive electrode current collector 221, and dried And is formed by rolling. At this time, as the solvent for the positive electrode mixture, either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent can be used. A suitable example of the non-aqueous solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The polymer material exemplified as the binder may be used for the purpose of exhibiting a function as a thickener or other additive of the positive electrode mixture in addition to the function as a binder.

《負極シート240》
負極シート240は、図2に示すように、帯状の負極集電体241と負極活物質層243とを備えている。負極集電体241には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電体241には、厚さが凡そ10μmの帯状の銅箔が用いられている。負極集電体241の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部242が設定されている。負極活物質層243は、負極集電体241に設定された未塗工部242を除いて、負極集電体241の両面に保持されている。負極活物質層243には、負極活物質粒子が含まれている。ここでは、負極活物質層243は、負極活物質粒子を含む負極合剤を負極集電体241に塗布し、乾燥させ、予め定められた厚さにプレスすることによって形成されている。
<< Negative Electrode Sheet 240 >>
As shown in FIG. 2, the negative electrode sheet 240 includes a strip-shaped negative electrode current collector 241 and a negative electrode active material layer 243. For the negative electrode current collector 241, for example, a metal foil suitable for the negative electrode can be suitably used. In this embodiment, a strip-shaped copper foil having a thickness of about 10 μm is used for the negative electrode current collector 241. On one side in the width direction of the negative electrode current collector 241, an uncoated part 242 is set along the edge. The negative electrode active material layer 243 is held on both surfaces of the negative electrode current collector 241 except for the uncoated portion 242 set on the negative electrode current collector 241. The negative electrode active material layer 243 includes negative electrode active material particles. Here, the negative electrode active material layer 243 is formed by applying a negative electrode mixture containing negative electrode active material particles to the negative electrode current collector 241, drying, and pressing to a predetermined thickness.

《負極活物質粒子》
負極活物質層243に含まれる負極活物質粒子としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボンなどの炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物などが挙げられる。また、上記セパレータシートの好適例としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。
<Negative electrode active material particles>
As the negative electrode active material particles contained in the negative electrode active material layer 243, one kind or two or more kinds of substances conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium transition metal oxides, and lithium transition metal nitrides. Moreover, as a suitable example of the said separator sheet, what was comprised with porous polyolefin resin is mentioned.

《セパレータ262、264》
セパレータ262、264は、図2に示すように、正極シート220と負極シート240とを隔てる部材である。この例では、セパレータ262、264は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ262、264には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。この例では、図2に示すように、負極活物質層243の幅b1は、正極活物質層223の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ262、264の幅c1、c2は、負極活物質層243の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。
<< Separators 262, 264 >>
As shown in FIG. 2, the separators 262 and 264 are members that separate the positive electrode sheet 220 and the negative electrode sheet 240. In this example, the separators 262 and 264 are made of a strip-shaped sheet material having a predetermined width and having a plurality of minute holes. As the separators 262 and 264, for example, a single layer structure separator or a multilayer structure separator made of a porous polyolefin resin can be used. In this example, as shown in FIG. 2, the width b1 of the negative electrode active material layer 243 is slightly wider than the width a1 of the positive electrode active material layer 223. Furthermore, the widths c1 and c2 of the separators 262 and 264 are slightly wider than the width b1 of the negative electrode active material layer 243 (c1, c2>b1> a1).

なお、図2に示す例では、セパレータ262、264は、シート状の部材で構成されている。セパレータ262、264は、正極活物質層223と負極活物質層243とを絶縁するとともに、電解質の移動を許容する部材であればよい。従って、シート状の部材に限定されない。セパレータ262、264は、シート状の部材に代えて、例えば、正極活物質層223または負極活物質層243の表面に形成された絶縁性を有する粒子の層で構成してもよい。ここで、絶縁性を有する粒子としては、絶縁性を有する無機フィラー(例えば、金属酸化物、金属水酸化物などのフィラー)、或いは、絶縁性を有する樹脂粒子(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの粒子)で構成してもよい。   In the example illustrated in FIG. 2, the separators 262 and 264 are configured by sheet-like members. The separators 262 and 264 may be members that insulate the positive electrode active material layer 223 and the negative electrode active material layer 243 and allow the electrolyte to move. Therefore, it is not limited to a sheet-like member. The separators 262 and 264 may be formed of a layer of insulating particles formed on the surface of the positive electrode active material layer 223 or the negative electrode active material layer 243, for example, instead of the sheet-like member. Here, as the particles having insulating properties, inorganic fillers having insulating properties (for example, fillers such as metal oxides and metal hydroxides) or resin particles having insulating properties (for example, particles such as polyethylene and polypropylene). ).

《電解液(非水電解液)》
電解液(非水電解液)としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF,LiBF,LiAsF,LiCFSO,LiCSO,LiN(CFSO,LiC(CFSO等のリチウム塩を用いることができる。一例として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒(例えば質量比1:1)にLiPFを約1mol/Lの濃度で含有させた非水電解液が挙げられる。
<< Electrolyte (nonaqueous electrolyte) >>
As the electrolytic solution (non-aqueous electrolytic solution), the same non-aqueous electrolytic solution conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. Such a nonaqueous electrolytic solution typically has a composition in which a supporting salt is contained in a suitable nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, and the like. One kind or two or more kinds selected from the group can be used. Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and the like. Lithium salts can be used. As an example, a nonaqueous electrolytic solution in which LiPF 6 is contained in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (for example, a mass ratio of 1: 1) at a concentration of about 1 mol / L can be given.

《ガス発生剤》
この実施形態では、非水電解液には、例えば、電池電圧が予め定められた電圧以上になると反応し、ガスを発生させるガス発生剤が含まれている。かかるガス発生剤としては、例えば、シクロヘキシルベンゼン(CHB)やビフェニル(BP)などを用いることができる。シクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)は、例えば、凡そ4.35Vから4.6V程度の過充電時において、正極の表面(典型的には正極活物質の表面)と接触し、酸化分解、重合されることで水素イオンを発生する。そしてこの水素イオンが負極に拡散し、負極上で電子を受け取ることにより、還元ガスである水素を発生する。典型的には、以下のような重合反応が活性化し、ガス(ここでは水素ガス)を発生させる。
<Gas generating agent>
In this embodiment, the non-aqueous electrolyte contains, for example, a gas generating agent that reacts and generates gas when the battery voltage becomes equal to or higher than a predetermined voltage. As such a gas generating agent, for example, cyclohexylbenzene (CHB) or biphenyl (BP) can be used. Cyclohexylbenzene (CHB) and biphenyl (BP), for example, contact with the surface of the positive electrode (typically the surface of the positive electrode active material) during overcharge of about 4.35 V to 4.6 V, and oxidative decomposition, Hydrogen ions are generated by polymerization. The hydrogen ions diffuse into the negative electrode and receive electrons on the negative electrode to generate hydrogen as a reducing gas. Typically, the following polymerization reaction is activated, and gas (here, hydrogen gas) is generated.

・シクロヘキシルベンゼン(CHB)
n[C1216]→(C1214+nH
・ビフェニル(BP)
n[C1210]→(C12+nH
・ Cyclohexylbenzene (CHB)
n [C 12 H 16] → (C 12 H 14) n + nH 2
・ Biphenyl (BP)
n [C 12 H 10] → (C 12 H 8) n + nH 2

非水電解液に対するガス発生剤の添加量は、例えば、凡そ0.05wt%以上4.0wt%以下にするとよい。なお、ガス発生剤の添加量は、これに限定されず、予め定めた条件で所定量のガスが生じるように調整するとよい。また、ガス発生剤は、シクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)に限定されない。ここで、(C1214または(C12は、ガスが発生する重合反応において重合膜として生成されうる。 For example, the amount of the gas generating agent added to the non-aqueous electrolyte is preferably about 0.05 wt% or more and 4.0 wt% or less. In addition, the addition amount of a gas generating agent is not limited to this, It is good to adjust so that a predetermined amount of gas may be generated on predetermined conditions. Further, the gas generating agent is not limited to cyclohexylbenzene (CHB) and biphenyl (BP). Here, (C 12 H 14 ) n or (C 12 H 8 ) n can be generated as a polymerized film in a polymerization reaction in which gas is generated.

《捲回電極体200の取り付け》
この実施形態では、捲回電極体200は、図2に示すように、捲回軸WLに直交する一の方向において扁平に押し曲げられている。図2に示す例では、正極集電体221の未塗工部222と負極集電体241の未塗工部242は、それぞれセパレータ262、264の両側においてらせん状に露出している。この実施形態では、図1に示すように、未塗工部222(242)の中間部分は、寄せ集められ、電池ケース300の内部に配置された電極端子420、440(内部端子)の集電タブ420a、440aに溶接されている。このような捲回電極体200では、捲回軸WLの軸方向から電解液が捲回電極体200の内部に浸入する。
<< Attachment of wound electrode body 200 >>
In this embodiment, the wound electrode body 200 is flatly bent in one direction orthogonal to the winding axis WL, as shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, the uncoated portion 222 of the positive electrode current collector 221 and the uncoated portion 242 of the negative electrode current collector 241 are spirally exposed on both sides of the separators 262 and 264, respectively. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the middle part of the uncoated part 222 (242) is gathered and collected by the electrode terminals 420 and 440 (internal terminals) arranged inside the battery case 300. Welded to tabs 420a, 440a. In such a wound electrode body 200, the electrolyte enters the wound electrode body 200 from the axial direction of the wound axis WL.

《電流遮断機構460》
また、このリチウムイオン二次電池100は、上述のように、電解液にガス発生剤が添加されており、例えば、凡そ4.35Vから4.6V程度の過充電時にガスが発生し、電池ケース内の圧力が高くなる。電流遮断機構460は、電池ケース内の圧力が異常に高くなった場合に、電流経路を遮断する機構である。この実施形態では、電流遮断機構460は、図1に示すように、正極における電池電流の導通経路が遮断されるように、正極端子420の内側に構築されている。なお、電流遮断機構460の具体的な構造は、例えば、特許文献1に開示されている。ここで開示される電流遮断機構は、適宜に、リチウムイオン二次電池100の電流遮断機構460として採用されうる。このため、ここでは、電流遮断機構460について、具体的な構造には、特段言及しない。なお、電流遮断機構460の具体的な構造は、上述した特許文献に開示された構造に限定されず、種々の機構を採用し得る。
<< Current interrupting mechanism 460 >>
Further, as described above, in the lithium ion secondary battery 100, a gas generating agent is added to the electrolytic solution. For example, when the battery is overcharged at about 4.35V to 4.6V, gas is generated. The pressure inside becomes high. The current interrupt mechanism 460 is a mechanism that interrupts the current path when the pressure in the battery case becomes abnormally high. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the current interruption mechanism 460 is constructed inside the positive electrode terminal 420 so that the conduction path of the battery current in the positive electrode is interrupted. In addition, the specific structure of the electric current interruption mechanism 460 is disclosed by patent document 1, for example. The current interruption mechanism disclosed here can be appropriately employed as the current interruption mechanism 460 of the lithium ion secondary battery 100. For this reason, the specific structure of the current interrupt mechanism 460 is not particularly mentioned here. In addition, the specific structure of the electric current interruption mechanism 460 is not limited to the structure disclosed by the patent document mentioned above, A various mechanism can be employ | adopted.

《試験例1》
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
<< Test Example 1 >>
Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

≪実施例1≫
ニッケル源としての硫酸ニッケル(NiSO)と、コバルト源としての硫酸コバルト(CoSO)と、マンガン源としての硫酸マンガン(MnSO)とを、Ni:Co:Mnのモル比が0.4:0.2:0.4となるように水性溶液に溶解させて、NiCoMn水溶液(水性溶液A)を調製した。また、コバルト源としての硫酸コバルト(CoSO)を水性溶液に溶解させて、Co水溶液(水性溶液B)を調整した。
Example 1
Nickel sulfate (NiSO 4 ) as a nickel source, cobalt sulfate (CoSO 4 ) as a cobalt source, and manganese sulfate (MnSO 4 ) as a manganese source, the molar ratio of Ni: Co: Mn is 0.4: An aqueous NiCoMn solution (aqueous solution A) was prepared by dissolving in an aqueous solution so that the ratio was 0.2: 0.4. Further, cobalt sulfate (CoSO 4 ) as a cobalt source was dissolved in an aqueous solution to prepare an aqueous Co solution (aqueous solution B).

水性溶液AにNaOHを適量加えて撹拌し、該反応溶液から基本組成がNi0.4Co0.2Mn0.4(OH)で表される水酸化物を析出(晶析)させた。この析出物を水性溶液Bに加え、NaOHを添加し、適当な速度で混合・攪拌することにより、該水酸化物粒子の表面にコバルト(Co)の水酸化物を析出させた。析出物を反応槽から取り出し、水洗し、乾燥させて、全体組成がNi0.334Co0.333Mn0.333(OH)で表される水酸化物からなる前駆体を得た。この前駆体に、リチウム源としての炭酸リチウム(LiCO)を、(Ni+Co+Mn):Liのモル比が1:1.09となるように混合し、かかる混合物を大気雰囲気中において800℃〜950℃で5〜15時間焼成することにより、全体組成がLi1.09(Ni0.334Co0.333Mn0.333)Oで表される粒子状の正極活物質を得た。 An appropriate amount of NaOH was added to the aqueous solution A and stirred to precipitate (crystallize) a hydroxide having a basic composition represented by Ni 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 (OH) 2 from the reaction solution. . The precipitate was added to the aqueous solution B, NaOH was added, and the mixture was stirred and mixed at an appropriate rate to precipitate cobalt (Co) hydroxide on the surface of the hydroxide particles. The precipitate was taken out from the reaction vessel, washed with water, and dried to obtain a precursor composed of a hydroxide having an overall composition represented by Ni 0.334 Co 0.333 Mn 0.333 (OH) 2 . Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) as a lithium source was mixed with this precursor so that the molar ratio of (Ni + Co + Mn): Li was 1: 1.09, and the mixture was mixed at 800 ° C. to By firing at 950 ° C. for 5 to 15 hours, a particulate positive electrode active material having an overall composition represented by Li 1.09 (Ni 0.334 Co 0.333 Mn 0.333 ) O 2 was obtained.

上記得られた正極活物質粒子のCo濃度をICP発光分光分析(株式会社島津製作所製の型式「ICPE−9000」を用いた。)により測定した。具体的には、正極活物質粒子の表面部(粒子表面から概ね1000nmまでの領域)を酸に溶かして試料溶液を調製し、この試料溶液中のCo濃度を測定するで、正極活物質粒子の表面Co濃度X(mol%)を把握した。また、正極活物質粒子全体を酸に溶かして試料溶液を調製し、この試料溶液中のCo濃度を測定することで、正極活物質粒子の全体Co濃度Y(mol%)を把握した。その結果、表面Co濃度(X)は40mol%程度であり、全体Co濃度(Y)は33.3mol%であり、表面Co濃度(X)を全体Co濃度(Y)で除した値(X/Y)は1.2程度であった。   The Co concentration of the positive electrode active material particles obtained above was measured by ICP emission spectroscopic analysis (model “ICPE-9000” manufactured by Shimadzu Corporation was used). Specifically, the surface part of the positive electrode active material particles (region from the particle surface to approximately 1000 nm) is dissolved in acid to prepare a sample solution, and the Co concentration in the sample solution is measured. The surface Co concentration X (mol%) was determined. Moreover, the whole positive electrode active material particle was melt | dissolved in the acid, the sample solution was prepared, and the Co density | concentration Y (mol%) of positive electrode active material particle was grasped | ascertained by measuring Co concentration in this sample solution. As a result, the surface Co concentration (X) is about 40 mol%, the total Co concentration (Y) is 33.3 mol%, and the value obtained by dividing the surface Co concentration (X) by the total Co concentration (Y) (X / Y) was about 1.2.

また、上記正極活物質粒子の性状を測定したところ、平均粒径(D50径)は6.50μmであり、D10径は4.36μmであり、D10径をD50径で除した値(D10/D50)は、0.67であった。また、比表面積は1.18m/gであった。 Further, when the properties of the positive electrode active material particles were measured, the average particle diameter (D50 diameter) was 6.50 μm, the D10 diameter was 4.36 μm, and the value obtained by dividing the D10 diameter by the D50 diameter (D10 / D50). ) Was 0.67. The specific surface area was 1.18 m 2 / g.

上記得られた正極活物質粉末と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、これら材料の質量比率が93:4:3となるようにN−メチルピロリドン(NMP)で混練し、正極活物質層形成用のペースト状組成物(正極ペースト)を調製した。この正極ペーストを、厚み凡そ15μmの長尺状アルミニウム箔(正極集電体)の両面に、目付量(固形分換算の塗付量、すなわち正極活物質層の乾燥質量)が両面の合計で30mg/cmとなるように塗布し、120℃の熱風で乾燥させて正極活物質層を形成した。次いで、該正極活物質層の密度が2.8g/cmとなるようにプレスして、正極シートを作製した。本例では、上記ABとして、平均一次粒径が35nmのデンカブラックHS−100を使用した。 The above-obtained positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are N− such that the mass ratio of these materials is 93: 4: 3. A paste composition (positive electrode paste) for forming a positive electrode active material layer was prepared by kneading with methyl pyrrolidone (NMP). The total weight of this positive electrode paste on both sides of a long aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of about 15 μm is 30 mg in total weight (coating amount in terms of solid content, that is, dry mass of the positive electrode active material layer) on both surfaces. The positive electrode active material layer was formed by coating at a rate of / cm 2 and drying with 120 ° C. hot air. Subsequently, it pressed so that the density of this positive electrode active material layer might be 2.8 g / cm < 3 >, and the positive electrode sheet was produced. In this example, Denka Black HS-100 having an average primary particle size of 35 nm was used as AB.

負極活物質としてのグラファイト(粉末)とスチレンブタジエンゴム(SBR)と、カルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これら材料の質量比が98:1:1となるようにイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用のペースト状組成物(負極ペースト)を調製した。この負極ペーストを、厚み凡そ10μmの長尺状銅箔(負極集電体)の両面に、正極に対する対向容量比が1.4となるように塗布し、乾燥させて負極活物質層を形成した。次いで、該負極活物質層の密度が1.3g/cmとなるようにプレスして、負極シートを作製した。 Graphite (powder), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) as a negative electrode active material are mixed with ion-exchanged water so that the mass ratio of these materials is 98: 1: 1. A paste-like composition (negative electrode paste) for forming an active material layer was prepared. This negative electrode paste was applied to both sides of a long copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of about 10 μm so that the opposing capacity ratio with respect to the positive electrode was 1.4 and dried to form a negative electrode active material layer. . Subsequently, it pressed so that the density of this negative electrode active material layer might be 1.3 g / cm < 3 >, and the negative electrode sheet was produced.

上記作製した正極シートと負極シートとを、2枚のセパレータを介して重ね合わせて捲回し、電極体を作製した。この電極体を非水電解液とともに電池ケースに収容した。非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを3:7の体積比で含む混合溶媒に凡そ1mol/Lの濃度でLiPFを凡そ1mol/Lの濃度で溶解した溶液を使用した。また、非水電解液には、ガス発生剤としてのシクロヘキシルベンゼン(CHB)を添加した。ガス発生剤の添加量は、電解液に対して質量比で1質量%とした。次いで、コンディショニング処理を行うことにより、評価用のリチウムイオン二次電池を構築した。 The prepared positive electrode sheet and negative electrode sheet were overlapped and wound via two separators to prepare an electrode body. This electrode body was accommodated in a battery case together with a non-aqueous electrolyte. As a non-aqueous electrolyte, LiPF 6 was dissolved at a concentration of about 1 mol / L in a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 3: 7 at a concentration of about 1 mol / L. The solution was used. Further, cyclohexylbenzene (CHB) as a gas generating agent was added to the nonaqueous electrolytic solution. The amount of the gas generating agent added was 1% by mass with respect to the electrolytic solution. Next, a lithium ion secondary battery for evaluation was constructed by performing a conditioning treatment.

≪実施例2≫
正極活物質層に含まれるAB(導電材)の平均一次粒径を16nmに変更したこと以外は実施例1と同じ手順でリチウムイオン二次電池を構築した。
<< Example 2 >>
A lithium ion secondary battery was constructed in the same procedure as in Example 1 except that the average primary particle size of AB (conductive material) contained in the positive electrode active material layer was changed to 16 nm.

≪比較例1≫
ニッケル源としての硫酸ニッケル(NiSO)と、コバルト源としての硫酸コバルト(CoSO)と、マンガン源としての硫酸マンガン(MnSO)とを、これらの元素モル比Ni:Co:Mnが1:1:1となるように水性溶液に溶解させて、NiCoMn水性溶液を調製した。このNiCoMn水性溶液にNaOHを適量加えて撹拌し、該反応溶液から水酸化物を析出(晶析)させた。析出物を反応槽から取り出し、水洗し、乾燥させて、基本組成がNi0.334Co0.333Mn0.333(OH)で表される水酸化物からなる前駆体を得た。この前駆体に、リチウム源としての炭酸リチウム(LiCO)を、(Ni+Co+Mn):Liのモル比が1:1.09となるように混合し、かかる混合物を大気雰囲気中において800℃〜950℃で5〜15時間焼成することにより、Li1.09(Ni0.334Co0.333Mn0.333)Oで表される粒子状の正極活物質を得た。得られた正極活物質粒子のD10径をD50径で除した値(D10/D50)は0.84であった。かかる正極活物質を用いて実施例1と同じ手順でリチウムイオン二次電池を構築した。
≪Comparative example 1≫
Nickel sulfate (NiSO 4 ) as a nickel source, cobalt sulfate (CoSO 4 ) as a cobalt source, and manganese sulfate (MnSO 4 ) as a manganese source, the molar ratio of these elements Ni: Co: Mn is 1: A NiCoMn aqueous solution was prepared by dissolving in an aqueous solution to a ratio of 1: 1. An appropriate amount of NaOH was added to the NiCoMn aqueous solution and stirred to precipitate (crystallize) hydroxide from the reaction solution. The precipitate was taken out from the reaction vessel, washed with water, and dried to obtain a precursor composed of a hydroxide having a basic composition represented by Ni 0.334 Co 0.333 Mn 0.333 (OH) 2 . Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) as a lithium source was mixed with this precursor so that the molar ratio of (Ni + Co + Mn): Li was 1: 1.09, and the mixture was mixed at 800 ° C. to By firing at 950 ° C. for 5 to 15 hours, a particulate positive electrode active material represented by Li 1.09 (Ni 0.334 Co 0.333 Mn 0.333 ) O 2 was obtained. The value (D10 / D50) obtained by dividing the D10 diameter of the obtained positive electrode active material particles by the D50 diameter was 0.84. Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery was constructed in the same procedure as in Example 1.

≪比較例2≫
上述した比較例1の正極活物質製造過程において、Ni:Co:Mnのモル比を1:1.2:1に変更してLi1.09(Ni0.313Co0.375Mn0.312)Oで表される粒子状の正極活物質を作製した。かかる正極活物質を用いて実施例1と同じ手順でリチウムイオン二次電池を構築した。
«Comparative example 2»
In the positive electrode active material manufacturing process of Comparative Example 1 described above, the molar ratio of Ni: Co: Mn was changed to 1: 1.2: 1 to change Li 1.09 (Ni 0.313 Co 0.375 Mn 0.312). ) A particulate positive electrode active material represented by O 2 was prepared. Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery was constructed in the same procedure as in Example 1.

≪比較例3≫
上述した比較例1の正極活物質製造過程において、Ni:Co:Mnのモル比を1:1.4:1に変更してLi1.09(Ni0.94Co0.412Mn0.294)Oで表される粒子状の正極活物質を作製した。かかる正極活物質を用いて実施例1と同じ手順でリチウムイオン二次電池を構築した。
«Comparative Example 3»
In the positive electrode active material manufacturing process of Comparative Example 1 described above, the molar ratio of Ni: Co: Mn was changed to 1: 1.4: 1 to change Li 1.09 (Ni 0.94 Co 0.412 Mn 0.294). ) A particulate positive electrode active material represented by O 2 was prepared. Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery was constructed in the same procedure as in Example 1.

≪比較例4≫
上述した実施例1の正極活物質製造過程において、前駆体の製造条件(例えば水酸化物の析出条件(例えば、反応温度、反応時間、水性溶液のpH))を変更して正極活物質を作製した。得られた正極活物質粒子のD10径をD50径で除した値(D10/D50)は0.84であった。かかる正極活物質を用いて実施例1と同じ手順でリチウムイオン二次電池を構築した。
<< Comparative Example 4 >>
In the positive electrode active material manufacturing process of Example 1 described above, the positive electrode active material was prepared by changing the precursor manufacturing conditions (for example, hydroxide precipitation conditions (for example, reaction temperature, reaction time, pH of aqueous solution)). did. The value (D10 / D50) obtained by dividing the D10 diameter of the obtained positive electrode active material particles by the D50 diameter was 0.84. Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery was constructed in the same procedure as in Example 1.

≪比較例5≫
上述した実施例1の正極活物質製造過程において、水性溶液A中のNi:Co:Mnのモル比を0.45:0.1:0.45に変更して、全体組成がLi1.09(Ni0.334Co0.333Mn0.333)Oで表される粒子状の正極活物質を作製した。得られた正極活物質粒子の表面Co濃度(X)は約46.6mol%であり、全体Co濃度(Y)は33.3mol%であり、表面Co濃度(X)を全体Co濃度(Y)で除した値(X/Y)は1.4程度であった。また、正極活物質粒子のD10径をD50径で除した値(D10/D50)は、0.84であった。かかる正極活物質を用いて実施例1と同じ手順でリチウムイオン二次電池を構築した。
<< Comparative Example 5 >>
In the positive electrode active material manufacturing process of Example 1 described above, the molar ratio of Ni: Co: Mn in the aqueous solution A was changed to 0.45: 0.1: 0.45, and the overall composition was Li 1.09. A particulate positive electrode active material represented by (Ni 0.334 Co 0.333 Mn 0.333 ) O 2 was produced. The obtained positive electrode active material particles have a surface Co concentration (X) of about 46.6 mol%, an overall Co concentration (Y) of 33.3 mol%, and a surface Co concentration (X) of the total Co concentration (Y). The value (X / Y) divided by was about 1.4. Moreover, the value (D10 / D50) which remove | divided D10 diameter of positive electrode active material particle | grains by D50 diameter was 0.84. Using this positive electrode active material, a lithium ion secondary battery was constructed in the same procedure as in Example 1.

《評価試験用のリチウムイオン二次電池の評価》
上記各例のリチウムイオン二次電池について、初期容量とサイクル後容量維持率とIV抵抗と過充電ガス量とを評価した。
<Evaluation of lithium ion secondary battery for evaluation test>
About the lithium ion secondary battery of each said example, initial stage capacity | capacitance after a cycle, capacity retention, IV resistance, and the amount of overcharge gas were evaluated.

≪初期容量の測定≫
各例の評価用リチウムイオン二次電池について、次の手順1〜3によって初期容量を測定した。
手順1:1Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間休止する。
手順2:1Cの定電流充電によって4.1Vに到達後、定電圧充電にて2.5時間充電し、その後、10秒間休止する。
手順3:0.5Cの定電流放電によって3.0Vに到達後、定電圧放電にて2時間放電し、その後、10秒間停止する。
ここで、手順3における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量(CCCV放電容量)を「初期容量」とした。
≪Measurement of initial capacity≫
About the lithium ion secondary battery for evaluation of each example, the initial stage capacity | capacitance was measured by the following procedures 1-3.
Procedure 1: After reaching 3.0V by constant current discharge of 1C, discharge by constant voltage discharge for 2 hours, and then rest for 10 seconds.
Procedure 2: After reaching 4.1 V by constant current charging at 1 C, charge for 2.5 hours by constant voltage charging, and then rest for 10 seconds.
Procedure 3: After reaching 3.0 V by constant current discharge of 0.5 C, discharge at constant voltage discharge for 2 hours, and then stop for 10 seconds.
Here, the discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge to the constant voltage discharge in the procedure 3 was defined as “initial capacity”.

《サイクル後容量》
上記初期充電の後、試験用電池のそれぞれに対し、10CでCC充放電を繰り返す充放電パターンを付与し、サイクル試験を行った。具体的には、試験用電池を25℃にて、10Cの定電流で4.1Vまで充電し、次いで、10Cの定電流で3.0Vまで放電するという充放電サイクルを500回連続して行った。そして、サイクル後の放電容量を、初期容量と同じ条件で測定した。
<Capacity after cycle>
After the initial charge, a charge / discharge pattern for repeating CC charge / discharge at 10 C was applied to each of the test batteries, and a cycle test was performed. Specifically, a charge / discharge cycle in which a test battery is charged to 4.1 V at a constant current of 10 C at 25 ° C. and then discharged to 3.0 V at a constant current of 10 C is continuously performed 500 times. It was. Then, the discharge capacity after the cycle was measured under the same conditions as the initial capacity.

《IV抵抗》
IV抵抗の測定は、次の手順により実施した。
手順1:25℃の温度条件下、3.0Vまで1Cの定電流で放電した後、1Cで定電流定電圧充電を行い、SOC20%の充電状態にする。
手順2:手順1の後、10A(10Cに相当)で10秒間放電処理する。
ここでは、手順2で測定された測定電流値を、手順2での初期電圧値から10秒時点での電圧値を引いた値である電圧ドロップ値で、除算する。その値をIV抵抗値として求めた。
<IV resistance>
The IV resistance was measured according to the following procedure.
Procedure 1: After discharging at a constant current of 1 C to 3.0 V under a temperature condition of 25 ° C., charge at a constant current and a constant voltage at 1 C to obtain a charged state of SOC 20%.
Procedure 2: After Procedure 1, discharge treatment is performed at 10A (corresponding to 10C) for 10 seconds.
Here, the measured current value measured in the procedure 2 is divided by the voltage drop value that is a value obtained by subtracting the voltage value at the time of 10 seconds from the initial voltage value in the procedure 2. The value was obtained as an IV resistance value.

《過充電ガス量》
過充電ガス量は、上記リチウムイオン二次電池に用いた極板群(正極シート、負極シート、セパレータの積層体)と同一の極板群を、ガス発生剤が添加された電解液とともにラミネート袋に入れて、真空封止し、ラミネートセルを作製する。かかるラミネートセルにコンディショニング工程を施す。過充電試験の前にラミネートセルの水中重量をあらかじめ測っておき、その後、ラミネートセルを25℃の試験槽中で、0.5Cの定電流で充電し、SOC145%の過充電状態とした。その後、3Vまで放電処理を行い、試験槽から取り出し、再度水中重量を測定して、ラミネートセルの体積変化をアルキメデス法に基づき測定し、これを1C容量で徐算する。この値を過充電ガス量として算出した。
《Overcharge gas amount》
The amount of overcharge gas is the same as the electrode plate group used in the lithium ion secondary battery (a laminate of a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator), and a laminate bag together with an electrolyte containing a gas generating agent. And vacuum-sealing to produce a laminate cell. The lamination cell is subjected to a conditioning process. Before the overcharge test, the weight of the laminate cell in water was measured in advance, and then the laminate cell was charged in a 25 ° C. test tank at a constant current of 0.5 C to obtain an SOC 145% overcharge state. Thereafter, the discharge treatment is performed up to 3 V, taken out from the test tank, the weight in water is measured again, the volume change of the laminate cell is measured based on the Archimedes method, and this is gradually calculated by 1 C capacity. This value was calculated as the amount of overcharged gas.

つまり、ラミネートセルの体積変化ΔVは、次式で求められる。
ΔV=ρw×(W−W1)
ここで、ρwは水の密度であり、Wは過充電前のラミネートセルの水中重量であり、W1は過充電後のラミネートセルの水中重量である。
That is, the volume change ΔV of the laminate cell is obtained by the following equation.
ΔV = ρw × (W−W1)
Here, ρw is the density of water, W is the underwater weight of the laminate cell before overcharging, and W1 is the underwater weight of the laminate cell after overcharging.

各例について、上記試験の結果を表1、図3〜図5に示す。表1は、各例について構成を纏めた表である。図3は、各例のIV抵抗を対比したグラフである。図4は、各例の初期容量およびサイクル後容量を対比したグラフである。図4では、各例の初期容量およびサイクル後容量を比較例1の初期容量を100としたときの相対値で示している。図5は、各例の過充電ガス量を対比したグラフである。   The results of the above test for each example are shown in Table 1 and FIGS. Table 1 summarizes the configuration for each example. FIG. 3 is a graph comparing the IV resistance of each example. FIG. 4 is a graph comparing the initial capacity and post-cycle capacity of each example. In FIG. 4, the initial capacity and post-cycle capacity of each example are shown as relative values when the initial capacity of Comparative Example 1 is 100. FIG. 5 is a graph comparing the amount of overcharge gas in each example.

Figure 2015103306
Figure 2015103306

表1および図3〜図5に示すように、実施例1,2に係る電池については、IV抵抗が比較的低く保たれ、高出力特性が高いレベルで発揮されうる。これに対して、比較例1に係る電池は、IV抵抗が比較的高くなり、出力特性が低くなる。また、実施例1,2に係る電池は、初期容量が高く、サイクル後においても高い容量が維持されている。これに対して、比較例2、3に係る電池は、初期容量が低く、サイクル後容量維持率も低い。比較例4、5に係る電池は、初期容量は比較的高いものの、実施例1,2に比べてサイクル後容量維持率が低下傾向である。さらに、実施例1,2に係る電池は、過充電ガス量が多く、電流遮断機構が適切に(比較的早期に)作動しうるレベルである。これに対して、比較例1〜5に係る電池は、ガス発生量が鈍化しており、実施例1,2に比べて、流遮断機構の作動が遅れがちである。かかる試験のように、表面部のCo濃度を中心部よりも高くし、かつ粒径比(D10/D50)が0.75以下である正極活物質を用いる場合には、出力特性、初期容量およびサイクル後容量をいずれも高く保ちつつ、過充電ガス量を多くすることができ、電流遮断機構を適切に作動させることができる。   As shown in Table 1 and FIGS. 3 to 5, in the batteries according to Examples 1 and 2, IV resistance can be kept relatively low, and high output characteristics can be exhibited at a high level. In contrast, the battery according to Comparative Example 1 has a relatively high IV resistance and low output characteristics. In addition, the batteries according to Examples 1 and 2 have a high initial capacity, and a high capacity is maintained even after cycling. On the other hand, the batteries according to Comparative Examples 2 and 3 have a low initial capacity and a low post-cycle capacity retention rate. Although the batteries according to Comparative Examples 4 and 5 have a relatively high initial capacity, the post-cycle capacity retention rate tends to be lower than that of Examples 1 and 2. Furthermore, the batteries according to Examples 1 and 2 have a large amount of overcharged gas and are at a level at which the current interrupt mechanism can operate appropriately (relatively early). On the other hand, in the batteries according to Comparative Examples 1 to 5, the gas generation amount is slowed down, and the operation of the flow blocking mechanism tends to be delayed as compared with Examples 1 and 2. When using a positive electrode active material in which the Co concentration in the surface portion is higher than that in the central portion and the particle size ratio (D10 / D50) is 0.75 or less as in this test, the output characteristics, initial capacity, and The amount of overcharge gas can be increased while keeping the post-cycle capacity high, and the current interrupt mechanism can be operated appropriately.

《試験例2》
本例では、 上述した実施例1の正極活物質製造過程において、前駆体の製造条件(例えば水酸化物の析出条件(例えば、反応温度、反応時間、水性溶液のアルカリ濃度、pH))を変更することにより、粒径比(D10/D50)を種々異ならせて正極活物質を作製した。かかる正極活物質を用いて実施例1と同じ手順でリチウムイオン二次電池を構築し、IV抵抗、容量維持率、過充電ガス量を評価した。ここで、容量維持率は(初期容量/サイクル後容量)により算出した。結果を図6〜図8に示す。図6は粒径比(D10/D50)とIV抵抗との関係を示すグラフであり、図7は粒径比(D10/D50)と容量維持率との関係を示すグラフであり、図8は粒径比(D10/D50)と過充電ガス量との関係を示すグラフである。
<< Test Example 2 >>
In this example, in the positive electrode active material manufacturing process of Example 1 described above, the precursor manufacturing conditions (for example, hydroxide precipitation conditions (for example, reaction temperature, reaction time, alkali concentration of aqueous solution, pH)) are changed. Thus, positive electrode active materials were prepared with various particle size ratios (D10 / D50). Using such a positive electrode active material, a lithium ion secondary battery was constructed in the same procedure as in Example 1, and the IV resistance, capacity retention rate, and overcharge gas amount were evaluated. Here, the capacity retention rate was calculated by (initial capacity / capacity after cycle). The results are shown in FIGS. 6 is a graph showing the relationship between the particle size ratio (D10 / D50) and the IV resistance, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the particle size ratio (D10 / D50) and the capacity retention ratio, and FIG. It is a graph which shows the relationship between a particle size ratio (D10 / D50) and the amount of overcharge gas.

図6から明らかなように、粒径比(D10/D50)が低下するに従いIV抵抗は低下傾向を示した。ここで供試した電池の場合、粒径比(D10/D50)を0.75以下にすることによって、39.2mΩ以下という極めて低いIV抵抗を実現できた。出力特性向上の観点からは、粒径比(D10/D50)を0.75以下にすることが好ましく、0.67以下にすることがさらに好ましい。また、図7から明らかなように、粒径比(D10/D50)が低下するに従い容量維持率は増大傾向を示した。ここで供試した電池の場合、粒径比(D10/D50)を0.75以下にすることによって、0.91以上という極めて高い容量維持率を実現できた。耐久性向上の観点からは、粒径比(D10/D50)を0.75以下にすることが好ましく、0.6以下にすることがさらに好ましい。さらに、図8から明らかなように、粒径比(D10/D50)が低下するに従い過充電ガス量は増大傾向を示した。ここで供試した電池の場合、粒径比(D10/D50)を0.75以下にすることによって、55cm以上という極めて高い過充電ガス量を実現できた。過充電時の信頼性の観点からは、粒径比(D10/D50)を0.75以下にすることが好ましく、0.67以下にすることがさらに好ましく、0.5以上0.6以下にすることが特に好ましい。 As is clear from FIG. 6, the IV resistance tended to decrease as the particle size ratio (D10 / D50) decreased. In the case of the battery used here, by setting the particle size ratio (D10 / D50) to 0.75 or less, an extremely low IV resistance of 39.2 mΩ or less could be realized. From the viewpoint of improving the output characteristics, the particle size ratio (D10 / D50) is preferably 0.75 or less, and more preferably 0.67 or less. Further, as apparent from FIG. 7, the capacity retention rate showed an increasing tendency as the particle size ratio (D10 / D50) decreased. In the case of the battery used here, by setting the particle size ratio (D10 / D50) to 0.75 or less, an extremely high capacity retention rate of 0.91 or more was realized. From the viewpoint of improving durability, the particle size ratio (D10 / D50) is preferably 0.75 or less, and more preferably 0.6 or less. Further, as apparent from FIG. 8, the amount of overcharged gas tended to increase as the particle size ratio (D10 / D50) decreased. In the case of the battery used here, by setting the particle size ratio (D10 / D50) to 0.75 or less, an extremely high overcharge gas amount of 55 cm 3 or more was realized. From the viewpoint of reliability during overcharge, the particle size ratio (D10 / D50) is preferably 0.75 or less, more preferably 0.67 or less, and 0.5 or more and 0.6 or less. It is particularly preferable to do this.

《試験例3》
本例では、上述した実施例1のリチウムイオン二次電池製造過程において、導電材(AB)の一次粒径を種々異ならせてリチウムイオン二次電池を構築し、IV抵抗および過充電ガス量を評価した。結果を図9、図10に示す。図9は導電材の一次粒径とIV抵抗との関係を示すグラフであり、図10は導電材の一次粒径と過充電ガス量との関係を示すグラフである。
<< Test Example 3 >>
In this example, in the lithium ion secondary battery manufacturing process of Example 1 described above, the lithium ion secondary battery is constructed by varying the primary particle size of the conductive material (AB), and the IV resistance and the amount of overcharge gas are set. evaluated. The results are shown in FIGS. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the primary particle size of the conductive material and the IV resistance, and FIG. 10 is a graph showing the relationship between the primary particle size of the conductive material and the amount of overcharge gas.

図9から明らかなように、導電材の一次粒径が減少するに従いIV抵抗は低下傾向を示した。ここで供試した電池の場合、導電材の一次粒径を25nm以下にすることによって、37.3mΩ以下という極めて低いIV抵抗を実現できた。出力特性向上の観点からは、導電材の一次粒径を25nm以下にすることが好ましく、20nm以下にすることがさらに好ましい。また、図10から明らかなように、導電材の一次粒径が減少するに従い過充電ガス量は増大傾向を示した。ここで供試した電池の場合、導電材の一次粒径を25nm以下にすることによって、74cm以上という極めて高い過充電ガス量を実現できた。過充電時の信頼性の観点からは、導電材の一次粒径を25nm以下にすることが好ましく、20nm以下にすることがさらに好ましい。 As is clear from FIG. 9, the IV resistance tended to decrease as the primary particle size of the conductive material decreased. In the case of the battery used here, an extremely low IV resistance of 37.3 mΩ or less was realized by setting the primary particle size of the conductive material to 25 nm or less. From the viewpoint of improving output characteristics, the primary particle size of the conductive material is preferably 25 nm or less, and more preferably 20 nm or less. Further, as apparent from FIG. 10, the amount of overcharged gas tended to increase as the primary particle size of the conductive material decreased. In the case of the battery used here, an extremely high overcharge gas amount of 74 cm 3 or more was realized by setting the primary particle size of the conductive material to 25 nm or less. From the viewpoint of reliability during overcharge, the primary particle size of the conductive material is preferably 25 nm or less, and more preferably 20 nm or less.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.

ここで提案されるリチウムイオン二次電池は、上記のように優れた性能を示すことから、各種用途向けのリチウムイオン二次電池として利用可能である。例えば、自動車等の車両に搭載されるモータ(電動機)用電源として好適に使用され得る。かかるリチウムイオン二次電池は、それらの複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態で使用されてもよい。したがって、ここに開示される技術によると、かかるリチウムイオン二次電池(組電池の形態であり得る。)を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)が提供され得る。   Since the lithium ion secondary battery proposed here exhibits excellent performance as described above, it can be used as a lithium ion secondary battery for various applications. For example, it can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Such lithium ion secondary batteries may be used in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of them in series and / or in parallel. Therefore, according to the technology disclosed herein, a vehicle (typically an automobile, particularly a hybrid automobile, an electric automobile, or a fuel cell automobile) provided with such a lithium ion secondary battery (which may be in the form of an assembled battery) as a power source. An automobile equipped with such an electric motor) can be provided.

また、ここでは、リチウムイオン二次電池を例示したが、ここで提案される二次電池は、特に明示的に限定されない限りにおいて、リチウムイオン二次電池以外の二次電池の構造にも採用しうる。   In addition, here, a lithium ion secondary battery has been exemplified, but the secondary battery proposed here is also employed in the structure of a secondary battery other than a lithium ion secondary battery unless specifically limited. sell.

100 リチウムイオン二次電池
200 捲回電極体
220 正極シート
221 正極集電体
223 正極活物質層
240 負極シート
241 負極集電体
243 負極活物質層
262,264 セパレータ
300 電池ケース
100 lithium ion secondary battery 200 wound electrode body 220 positive electrode sheet 221 positive electrode current collector 223 positive electrode active material layer 240 negative electrode sheet 241 negative electrode current collector 243 negative electrode active material layer 262, 264 separator 300 battery case

Claims (7)

少なくともコバルト(Co)を構成金属元素とする粒状の複合酸化物からなる非水電解液二次電池用正極活物質であって、
前記複合酸化物粒子は、該粒子の表面部が中心部と比較してCoの濃度が高く、
前記複合酸化物粒子の粒度分布において、粒子径が小さい側からの累積10%に相当するD10径と、累積50%に相当するD50径との比の値(D10/D50)が、(D10/D50)≦0.75を満足する、非水電解液二次電池用正極活物質。
A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a granular composite oxide containing at least cobalt (Co) as a constituent metal element,
In the composite oxide particles, the surface portion of the particles has a higher Co concentration than the center portion,
In the particle size distribution of the composite oxide particles, a ratio value (D10 / D50) of D10 diameter corresponding to 10% cumulative from the smaller particle diameter side and D50 diameter corresponding to 50% cumulative is (D10 / D50). D50) A positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery that satisfies ≦ 0.75.
前記比の値(D10/D50)が、(D10/D50)≦0.67を満足する、請求項1に記載の非水電解液二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the ratio value (D10 / D50) satisfies (D10 / D50) ≦ 0.67. 前記比の値(D10/D50)が、0.45≦(D10/D50)を満足する、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池用正極活物質。   The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the ratio value (D10 / D50) satisfies 0.45 ≦ (D10 / D50). 前記複合酸化物粒子の表面部における平均Co濃度X(mol%)と、前記複合酸化物粒子全体の平均Co濃度Y(mol%)との比の値(X/Y)が、1.1≦(X/Y)≦1.5を満足する、請求項1〜3の何れか一つに記載の非水電解液二次電池用正極活物質。   The ratio value (X / Y) of the average Co concentration X (mol%) in the surface portion of the composite oxide particles and the average Co concentration Y (mol%) of the entire composite oxide particles is 1.1 ≦ The positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein (X / Y) ≦ 1.5 is satisfied. 前記複合酸化物粒子は、以下の一般式:
LiNiCoMnMe (1)
(式(1)中のx,a,b,cおよびdは、
0.99≦x≦1.12、
0.9≦a+b+c+d≦1.1、
1.05≦x/(a+b+c+d)≦1.2、
0<a≦0.5、0<b≦0.5、0<c≦0.5、0≦d≦0.2を全て満足する数であり、Meは、存在しないか若しくは遷移金属元素,典型金属元素およびホウ素(B)から選択される一種または二種以上の元素である。)
で示される複合酸化物である、請求項1〜4の何れか一つに記載の非水電解液二次電池用正極活物質。
The composite oxide particles have the following general formula:
Li x Ni a Co b Mn c Me d O 2 (1)
(X, a, b, c and d in the formula (1) are
0.99 ≦ x ≦ 1.12,
0.9 ≦ a + b + c + d ≦ 1.1,
1.05 ≦ x / (a + b + c + d) ≦ 1.2,
0 <a ≦ 0.5, 0 <b ≦ 0.5, 0 <c ≦ 0.5, 0 ≦ d ≦ 0.2, Me is not present or is a transition metal element, One or more elements selected from a typical metal element and boron (B). )
The positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries as described in any one of Claims 1-4 which is complex oxide shown by these.
請求項1〜5の何れか一つに記載の正極活物質と導電材を含む正極と、負極活物質を含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを備える電極体と、
前記電極体を収容する電池ケースと、
前記電池ケースに設けられ、前記電極体に接続された外部端子と、
前記電池ケースに収容され、予め定められた電圧以上の電圧で反応し、ガスを発生させるガス発生剤を含む非水電解液と、
前記電池ケースの内圧が予め定められた圧力以上に高くなると、前記電極体と前記外部端子との電気的な接続を遮断する電流遮断機構と
を備える、非水電解液二次電池。
An electrode body comprising: a positive electrode including the positive electrode active material according to any one of claims 1 to 5; a conductive material; a negative electrode including a negative electrode active material; and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. ,
A battery case that houses the electrode body;
An external terminal provided in the battery case and connected to the electrode body;
A non-aqueous electrolyte containing a gas generating agent that is contained in the battery case, reacts at a voltage equal to or higher than a predetermined voltage, and generates a gas;
A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising: a current interruption mechanism that interrupts electrical connection between the electrode body and the external terminal when an internal pressure of the battery case becomes higher than a predetermined pressure.
前記導電材の平均一次粒子径が、25nm以下である、請求項6に記載の非水電解液二次電池。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6, wherein an average primary particle diameter of the conductive material is 25 nm or less.
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