JP2015115268A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Tetsuya Kajita
徹也 梶田
信也 須藤
Shinya Sudo
信也 須藤
野口 健宏
Takehiro Noguchi
健宏 野口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having a favorable charge/discharge characteristics and also having high capacity and high voltage.SOLUTION: A lithium ion secondary battery includes two or more positive electrodes and one or more negative electrodes. The positive electrodes include a first positive electrode including a positive electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions at a potential of 4.3 V or less with respect to lithium and a second positive electrode including a positive electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions at a potential of 4.6 V or more with respect to lithium. The first positive electrode and the second positive electrode include electrode tabs separate each other.

Description

本発明は非水電解質二次電池、詳細にはリチウムイオン二次電池に関し、特に、高電圧活物質を用いた正極、およびこの正極を用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, in particular, a lithium ion secondary battery, and more particularly to a positive electrode using a high voltage active material and a lithium ion secondary battery using the positive electrode.

現在、携帯電話やノートパソコン等のモバイル機器の普及により、その電力源となる二次電池の役割が重要視されている。これらの二次電池には小型・軽量でかつ高容量・高電圧であり、充放電を繰り返しても劣化しにくい性能、高安全性が求められ、現在はリチウムイオン二次電池が最も多く利用されている。   Currently, with the spread of mobile devices such as mobile phones and notebook personal computers, the role of secondary batteries as the power source is regarded as important. These secondary batteries are compact, lightweight, have high capacity and high voltage, and are required to have performance and high safety that are resistant to deterioration even after repeated charging and discharging. Currently, lithium-ion secondary batteries are most frequently used. ing.

リチウムイオン二次電池の正極には、主としてLiを含む遷移金属酸化物が用いられている。現在、正極として実用化されているもののほとんどがLiの酸化還元電位に対して、4V程度の酸化還元電位を持つものである。今後大幅なエネルギー密度向上には高電位化が必要であり、Liの酸化還元電位に対して5V程度の酸化還元電位を持つ正極材料の検討が行われている。   A transition metal oxide mainly containing Li is used for the positive electrode of the lithium ion secondary battery. Currently, most of those that are put into practical use as positive electrodes have a redox potential of about 4 V with respect to the redox potential of Li. In the future, it is necessary to increase the potential in order to significantly improve the energy density, and positive electrode materials having a redox potential of about 5 V with respect to the redox potential of Li have been studied.

5V程度の酸化還元電位を実現可能な正極材料としては、例えばLiNi0.5Mn1.5等の、マンガン酸リチウムのMnをNi等により置換したスピネル化合物を活物質として用いることにより、5V級の動作電位を実現できることが知られている(特許文献1)。LiNi0.5Mn1.5を用いた正極は、Liの酸化還元電位に対して4.7V程度で酸化還元反応を行うことが可能であり、高い電圧の出力が必要な用途での利用が期待される。 As a positive electrode material capable of realizing an oxidation-reduction potential of about 5 V, for example, by using a spinel compound in which Mn of lithium manganate is substituted with Ni or the like, such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , as an active material, It is known that a 5V class operating potential can be realized (Patent Document 1). The positive electrode using LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 can perform a redox reaction at about 4.7 V with respect to the redox potential of Li, and is used in applications that require high voltage output. Expected to be used.

しかしながら、Li吸蔵量に関しては、LiNi0.5Mn1.5は実用化されているLiNiOに比較して単位重さあたりのLi量が小さく、容量が低いという課題がある。上記のようなLiNi0.5Mn1.5等の5V級の正極材料と高容量の4V級の正極材料とを併用することで、高電圧、高容量のバランスの良い活物質を得ることができると期待される。 However, with respect to the Li storage amount, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 has a problem that the amount of Li per unit weight is smaller and the capacity is lower than LiNiO 2 which has been put into practical use. By using together a 5V-class positive electrode material such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 as described above and a high-capacity 4V-class positive electrode material, an active material having a good balance between high voltage and high capacity is obtained. Expected to be able to.

4V級の正極材料と5V級の正極材料を用いた二次電池としては、例えば、特許文献2に、1以上の4V級複合酸化物を含む正極を用いた非水電解液二次電池において、その正極電極中に5V級複合酸化物を含む非水電解液二次電池が記載され、5V級複合酸化物が4.2V以上の過電圧領域においてバッファーとして機能することが記載されている。   As a secondary battery using a 4V class positive electrode material and a 5V class positive electrode material, for example, in Patent Document 2, a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode containing one or more 4V class composite oxides, A non-aqueous electrolyte secondary battery containing a 5V class composite oxide in the positive electrode is described, and it is described that the 5V class composite oxide functions as a buffer in an overvoltage region of 4.2 V or higher.

一方、特許文献3には電位の異なる第1正極と第2正極を内蔵する電池が記載されている。また、特許文献4には、カソード活物質及び/又はアノード活物質が電圧差をもたらすように異なる組成を有するように構成し、電圧差に応じて別々の電極端子を電池ケースに取り付けた積層型二次電池が記載されている。   On the other hand, Patent Document 3 describes a battery incorporating a first positive electrode and a second positive electrode having different potentials. Patent Document 4 discloses a stacked type in which the cathode active material and / or the anode active material have different compositions so as to cause a voltage difference, and different electrode terminals are attached to the battery case according to the voltage difference. A secondary battery is described.

特開2009−123707号公報JP 2009-123707 A 特開2002−208441号公報JP 2002-208441 A 特開平11−135151号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-135151 特表2009−540523号公報Special table 2009-540523

しかし、特許文献3および4に記載の二次電池は、高電位で動作する正極活物質を使用するものではなく、これらの二次電池が供給することができる電圧には限界がある。   However, the secondary batteries described in Patent Documents 3 and 4 do not use a positive electrode active material that operates at a high potential, and the voltage that can be supplied by these secondary batteries is limited.

また、5V級の正極材料と4V級の正極材料を混合して正極活物質として使用する場合には、特許文献2に記載されているように、LiNiO等の層状構造をもつ正極材料は、高電圧状態においてLiが過剰に放出されてしまい、構造転移が起き、充放電しなくなってしまうという問題がある。従って、特許文献2に記載の二次電池では、高容量と高電圧を両立させることは困難であると考えられる。 In addition, when a 5V-class positive electrode material and a 4V-class positive electrode material are mixed and used as a positive electrode active material, as described in Patent Document 2, a positive electrode material having a layered structure such as LiNiO 2 is There is a problem that Li is excessively released in a high voltage state, structural transition occurs, and charging / discharging stops. Therefore, in the secondary battery described in Patent Document 2, it is considered difficult to achieve both high capacity and high voltage.

本発明は、上述のような問題点を鑑みて、高電圧、高容量を有する非水電解質二次電池を提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high voltage and a high capacity.

本発明の一態様は、
2個以上の正極電極と1個以上の負極電極を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極電極は、
リチウムに対して4.3V以下の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第1の正極電極と、
リチウムに対して4.6V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第2の正極電極と、
を含み、
前記第1の正極電極と前記第2の正極電極は、それぞれ別の電極タブを備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池に関する。
One embodiment of the present invention provides:
A lithium ion secondary battery comprising two or more positive electrodes and one or more negative electrodes,
The positive electrode is
A first positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.3 V or less with respect to lithium;
A second positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.6 V or higher with respect to lithium;
Including
The first positive electrode and the second positive electrode each have a separate electrode tab, and relate to a lithium ion secondary battery.

本発明によれば、高電圧、高容量を有する非水電解質二次電池を提供できる。   According to the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high voltage and a high capacity can be provided.

本発明の一実施形態に係る電池の断面図である。It is sectional drawing of the battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電池の外観図である。It is an external view of the battery which concerns on one Embodiment of this invention.

本発明に係る非水電解質二次電池において、正極は、4V級正極材料(正極活物質)を含む第1の正極電極と5V級正極材料(正極活物質)を含む第2の正極電極から構成され、前記第1の正極電極と前記第2の正極電極は別々の電極タブを備える構造を有する。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the positive electrode includes a first positive electrode including a 4V class positive electrode material (positive electrode active material) and a second positive electrode including a 5V class positive electrode material (positive electrode active material). The first positive electrode and the second positive electrode have a structure including separate electrode tabs.

上記第1の正極電極と第2の正極電極が別々の電極タブを備えることによって、4V級正極材料を含む第1の正極電極と5V級正極材料を含む第2の正極電極を別々に充電することができるため、高電圧印加時の構造相転移に起因する4V級正極材料の劣化が起きない。また、本発明の一実施形態に係る二次電池では、必要に応じて、4V級と5V級のいずれかの出力に切り替えることが可能であり、また4V級と5V級の出力を同時に使用することも可能である。   The first positive electrode and the second positive electrode are provided with separate electrode tabs, whereby the first positive electrode including the 4V class positive electrode material and the second positive electrode including the 5V class positive electrode material are separately charged. Therefore, the 4V class positive electrode material is not deteriorated due to the structural phase transition when a high voltage is applied. Further, in the secondary battery according to the embodiment of the present invention, it is possible to switch to either the 4V class or 5V class output as necessary, and the 4V class and 5V class outputs are used simultaneously. It is also possible.

[正極]
(第1の正極)
第1の正極電極は、正極活物質としてリチウムの酸化還元電位に対して4.3V以下の電位で酸化還元反応を起こすことができる正極活物質を含む。このような正極活物質としては、特に限定されるものではないが、4V級正極材料が好ましい。本発明において、用語「4V級正極材料」は、リチウムの酸化還元電位に対して4.3V以下、好ましくは3.6V以上4.3V以下に動作電位を有する正極活物質を表す。本実施形態に係る4V級正極材料としては、リチウム含有複合酸化物が好ましく、特に限定はされないが、LiMn(0<x<2)等のスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、LiMnO、LiCoO、LiNiO等の層状構造を有するリチウム遷移金属酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの;LiNi1/3Co1/3Mn1/3などの特定の遷移金属が半数を超えないリチウム遷移金属酸化物;これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもLiを過剰にしたもの等が挙げられる。また、これらの金属酸化物に、Al、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等により一部置換した材料も使用することができる。特に、LiαNiβCoγAlδ(1≦α≦2、β+γ+δ=1、β≧0.7、γ≦0.2)またはLiαNiβCoγMnδ(1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.6、γ≦0.2)が好ましい。
[Positive electrode]
(First positive electrode)
The first positive electrode includes a positive electrode active material capable of causing a redox reaction at a potential of 4.3 V or less with respect to a redox potential of lithium as a positive electrode active material. Such a positive electrode active material is not particularly limited, but a 4V class positive electrode material is preferable. In the present invention, the term “4V class positive electrode material” represents a positive electrode active material having an operating potential of 4.3 V or less, preferably 3.6 V or more and 4.3 V or less with respect to the redox potential of lithium. The 4V class positive electrode material according to the present embodiment is preferably a lithium-containing composite oxide, and is not particularly limited. However, lithium manganate having a spinel structure such as Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2), LiMnO Lithium transition metal oxide having a layered structure such as Li 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 and the like, in which some of these transition metals are replaced with other metals; LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, etc. Lithium transition metal oxides in which the number of specific transition metals does not exceed half; those lithium transition metal oxides in which Li is excessive in excess of the stoichiometric composition. Further, these metal oxides were partially substituted with Al, Fe, P, Ti, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, etc. Materials can also be used. In particular, Li α Ni β Co γ Al δ O 2 (1 ≦ α ≦ 2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.7, γ ≦ 0.2) or Li α Ni β Co γ Mn δ O 2 (1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.6, γ ≦ 0.2).

これらの正極活物質は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。   These positive electrode active materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

第1の正極電極において、4V級正極材料の含有量は、第1の正極電極の正極活物質の90重量%以上であることが好ましく、95重量%以上であることがより好ましく、100重量%であってもよい。   In the first positive electrode, the content of the 4V class positive electrode material is preferably 90% by weight or more of the positive electrode active material of the first positive electrode, more preferably 95% by weight or more, and 100% by weight. It may be.

(第2の正極)
第2の正極電極は、正極活物質として5V級正極材料を含む。本発明において用語「5V級正極材料」は、リチウムの酸化還元電位に対して4.5V以上、好ましくは4.6V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵・放出することが可能な正極活物質を表す。本実施形態に係る5V級正極材料はリチウム含有複合酸化物であることが好ましく、例えば、LiMn1.5Ni0.5(0<x<1)等のスピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物が挙げられる。また、この金属酸化物に、Al、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等により一部置換した材料、例えば、式:
Li(MMn2−x−y)(O4―w
(式中、0.4≦x≦1.2、0≦y、x+y<2、0≦a≦1.2、0≦w≦1であり、Mは、Co、Ni、Fe、CrおよびCuからなる群から選択される少なくとも一種であり、Aは、Li、B、Na、Mg、Al、Ti、Si、KおよびCaからなる群から選択される少なくとも一種であり、Zは、FおよびClうちの少なくとも一種である。)で表されるリチウムマンガン複合酸化物等を使用することができる。
(Second positive electrode)
The second positive electrode includes a 5V class positive electrode material as a positive electrode active material. In the present invention, the term “5V class positive electrode material” refers to a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions at a potential of 4.5 V or higher, preferably 4.6 V or higher with respect to the redox potential of lithium. . The 5V class positive electrode material according to the present embodiment is preferably a lithium-containing composite oxide, for example, lithium manganese having a spinel structure such as Li x Mn 1.5 Ni 0.5 O 4 (0 <x <1). A composite oxide is mentioned. Also, this metal oxide is partially substituted with Al, Fe, P, Ti, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, etc. For example, the formula:
Li a (M x Mn 2- x-y A y) (O 4-w Z w)
(Wherein 0.4 ≦ x ≦ 1.2, 0 ≦ y, x + y <2, 0 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ w ≦ 1, and M is Co, Ni, Fe, Cr and Cu A is at least one selected from the group consisting of Li, B, Na, Mg, Al, Ti, Si, K and Ca, and Z is F and Cl At least one of them) may be used.

本実施形態に係る5V級正極材料の他の例としては、例えば、LiMPO(0≦x≦2、0≦y≦1、Mは、Co及びNiのうちの少なくとも一種である。)で表されるオリビン系の複合酸化物;LiMSiO(0≦x≦2、Mは、Mn、Fe及びCoのうちの少なくとも一種である。)で表されるSi含有複合酸化物等が挙げられる。 As another example of the 5V class positive electrode material according to the present embodiment, for example, Li x MPO 4 F y (0 ≦ x ≦ 2, 0 ≦ y ≦ 1, M is at least one of Co and Ni. Si-containing composite oxide represented by Li x MSiO 4 (0 ≦ x ≦ 2, M is at least one of Mn, Fe, and Co). Etc.

第2の正極電極には充電時に高電圧が印加されるため、高エネルギー密度化の観点からは、高電圧下で構造変化により劣化するLiNiO等の正極活物質の含有量が少ない、または含まれないことが好ましい。第2の正極電極における5V級正極材料の含有量は、第2の正極電極の正極活物質の95重量%以上であることが好ましく、97重量%以上であることがより好ましく、100重量%であってもよい。5V級正極材料の中でも、充電状態における構造の安定性の観点からLiNi0.5Mn1.5等のスピネル構造を有する正極活物質が好ましく用いられる。 Since a high voltage is applied to the second positive electrode during charging, the content of the positive electrode active material such as LiNiO 2 that deteriorates due to a structural change under a high voltage is low or included from the viewpoint of increasing the energy density. Preferably not. The content of the 5V class positive electrode material in the second positive electrode is preferably 95% by weight or more of the positive electrode active material of the second positive electrode, more preferably 97% by weight or more, and 100% by weight. There may be. Among 5V class positive electrode materials, a positive electrode active material having a spinel structure such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 is preferably used from the viewpoint of structural stability in a charged state.

本実施形態に係る二次電池において、5V級正極材料の含有量は、二次電池に含まれる正極活物質全体に対して、一般には50重量%未満であり、30重量%以下であることが好ましく、20重量%以下であることがより好ましい。また、二次電池に含まれる正極活物質全体に対して、5重量%以上であることが好ましく、10重量%以上であることがより好ましい。より高い電位で動作する5V級正極材料を正極活物質の5重量%以上含むことによって、高電圧を供給することが可能となる。一方、5V級正極材料の含有量を正極活物質の50重量%未満とすると、良好なサイクル特性を維持し、高容量を確保することができるため好ましい。   In the secondary battery according to the present embodiment, the content of the 5V class positive electrode material is generally less than 50% by weight and 30% by weight or less with respect to the whole positive electrode active material included in the secondary battery. Preferably, it is 20% by weight or less. Moreover, it is preferable that it is 5 weight% or more with respect to the whole positive electrode active material contained in a secondary battery, and it is more preferable that it is 10 weight% or more. By including 5% by weight or more of the 5V class positive electrode material operating at a higher potential with respect to the positive electrode active material, a high voltage can be supplied. On the other hand, when the content of the 5V class positive electrode material is less than 50% by weight of the positive electrode active material, it is preferable because good cycle characteristics can be maintained and a high capacity can be secured.

本実施形態に係る二次電池において、4V級正極材料と5V級正極材料の含有量の比率は、各正極電極に含まれる正極活物質の含有量を変えることによって調整することができ、あるいは、後述するように、第1の正極電極と第2の正極電極の数を変更することによって調整することもできる。   In the secondary battery according to the present embodiment, the ratio of the content of the 4V class positive electrode material and the 5V class positive electrode material can be adjusted by changing the content of the positive electrode active material included in each positive electrode, or As will be described later, the adjustment can be made by changing the number of the first positive electrode and the second positive electrode.

本実施形態に係る正極は、正極活物質、必要に応じて導電性を付与するためのカーボンブラックやアセチレンブラック等の導電性付与剤、およびバインダ樹脂を含み、これらを混合した合剤(電極材)によって正極の活物質層が形成される。   The positive electrode according to the present embodiment includes a positive electrode active material, a conductivity imparting agent such as carbon black or acetylene black for imparting conductivity as required, and a binder resin, and a mixture of these (electrode material) ) To form an active material layer of the positive electrode.

本実施形態に係る二次電池用正極は、例えば正極活物質を導電性付与剤と混合し、更に結着剤を混合して集電体上に塗布する方法により作製することができる。   The positive electrode for a secondary battery according to the present embodiment can be produced, for example, by a method in which a positive electrode active material is mixed with a conductivity-imparting agent and a binder is further mixed and applied onto a current collector.

正極用結着剤(バインダ)としては、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビリニデン、ビリニデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビリニデンフルオライド−テトラフルオロチレン共重合体、ポリテトラフルオロチレンが挙げられる。導電剤としては、カーボンブラックやアセチレンブラック等が挙げられる。正極集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金等を用いることができる。正極集電体の金属箔の厚みは、強度を保てるような厚みとすることが好ましく、4〜100μmであることが好ましい。また、エネルギー密度を高めるためには、5〜30μmであることがより好ましい。   The binder for the positive electrode (binder) is not particularly limited. For example, poly (vinylidene fluoride), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, polytetra And fluoroethylene. Examples of the conductive agent include carbon black and acetylene black. As the positive electrode current collector, aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof can be used. The thickness of the metal foil of the positive electrode current collector is preferably such that the strength can be maintained, and is preferably 4 to 100 μm. Moreover, in order to raise an energy density, it is more preferable that it is 5-30 micrometers.

[負極]
本発明に係る負極活物質は特に限定されるものではなく、各種炭素材料、酸化物、リチウム合金等を使用することができる。
[Negative electrode]
The negative electrode active material according to the present invention is not particularly limited, and various carbon materials, oxides, lithium alloys and the like can be used.

前記炭素材料としては、黒鉛、ハードカーボン等の非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ等、充放電を行う炭素材料が挙げられる。中でも、黒鉛または非晶質炭素が好ましい。特に、黒鉛は電子伝導性が高く、銅などの金属からなる集電体との接着性と電圧平坦性が優れており、高い処理温度によって形成されるため含有不純物が少なく、負極性能の向上に有利であり好ましい。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。   Examples of the carbon material include carbon materials that perform charging and discharging, such as amorphous carbon such as graphite and hard carbon, diamond-like carbon, and carbon nanotubes. Among these, graphite or amorphous carbon is preferable. In particular, graphite has high electron conductivity, excellent adhesion to a current collector made of a metal such as copper, and voltage flatness. Since it is formed at a high processing temperature, it contains few impurities and improves negative electrode performance. Advantageous and preferred. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.

酸化物としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウムおよびこれらの複合物等が挙げられる。特に酸化シリコンを含むことが好ましい。構造としてはアモルファス状態であることが好ましい。   Examples of the oxide include silicon oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, and composites thereof. In particular, silicon oxide is preferably included. The structure is preferably in an amorphous state.

リチウム合金は、リチウムおよびリチウムと合金形成可能な金属により構成される。リチウム合金は、例えば、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、Laなどの金属とリチウムとの2元または3元以上の合金により構成され、公知の方法によって形成することができる。リチウム金属およびリチウム合金は、特にアモルファス状のものが好ましい。これは、アモルファス構造であることにより結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくいためである。   The lithium alloy is composed of lithium and a metal capable of forming an alloy with lithium. The lithium alloy is, for example, a binary or ternary alloy of a metal such as Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, and lithium. And can be formed by a known method. The lithium metal and lithium alloy are particularly preferably amorphous. This is because the amorphous structure hardly causes deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects.

本実施形態において、負極活物質は、少なくとも1種の炭素材料を含むことが好ましく、炭素材料のみから構成されるものであってもよい。   In the present embodiment, the negative electrode active material preferably includes at least one carbon material, and may be composed of only a carbon material.

負極電極の作製方法としては、具体的には、炭素粉末等の活物質と、結着剤と、必要に応じて導電性付与剤としての炭素材料とを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤に分散させ混練し、この混練物を金属箔からなる負極集電体上に塗布し、高温雰囲気で乾燥することにより作製することができる。導電性付与剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、繊維状炭素、黒鉛等の炭素材料の他、導電性酸化物の粉末等を用いることができる。結着剤としては特に限定されず公知の材料を用いることができ例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を用いることができる。集電体としてはAl、Cu等を主体とする金属箔を用いることができる。   As a method for producing the negative electrode, specifically, an active material such as carbon powder, a binder, and, if necessary, a carbon material as a conductivity imparting agent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP And the like, and the kneaded product is coated on a negative electrode current collector made of a metal foil and dried in a high temperature atmosphere. Examples of the conductivity-imparting agent include carbon materials such as acetylene black, carbon black, fibrous carbon, graphite, and conductive oxide powder. The binder is not particularly limited, and a known material can be used. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used. As the current collector, a metal foil mainly composed of Al, Cu or the like can be used.

本実施形態において、負極は、単一の動作電位を有する1個以上の負極電極から構成されるものであってもよく、あるいは、異なる動作電位を有する2個以上の負極電極から構成されるものであってもよい。   In this embodiment, the negative electrode may be composed of one or more negative electrodes having a single operating potential, or composed of two or more negative electrodes having different operating potentials. It may be.

[電解液]
電解液の非水電解溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、1,2−エトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、1,3‐ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3‐メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソール、N−メチルピロリドンなどの非プロトン性有機溶媒を一種又は二種以上を混合して用いることができる。
[Electrolyte]
Nonaqueous electrolytic solvents for the electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), and vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). Chain carbonates such as ethyl methyl carbonate (EMC) and dipropyl carbonate (DPC), aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate and ethyl propionate, and γ-lactones such as γ-butyrolactone, Chain ethers such as 2-ethoxyethane (DEE) and ethoxymethoxyethane (EME), cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, Dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate Aprotic organic solvents such as derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethyl ether, 1,3-propane sultone, anisole and N-methylpyrrolidone can be used singly or in combination.

本実施形態に係る二次電池は高電位で動作する正極活物質を含むため、非水電解溶媒として耐電圧性の高い溶媒を併用することも好ましい。耐電圧性の高い溶媒としては、フッ素化リン酸エステル、フッ素化エーテル等のフッ素化溶媒およびスルホン化合物等を挙げることができる。耐電圧性の高い溶媒は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。   Since the secondary battery according to the present embodiment includes a positive electrode active material that operates at a high potential, it is also preferable to use a solvent having high voltage resistance as the nonaqueous electrolytic solvent. Examples of the solvent having high voltage resistance include fluorinated solvents such as fluorinated phosphates and fluorinated ethers, and sulfone compounds. Solvents with high voltage resistance can be used singly or in combination of two or more.

一実施形態において、非水電解溶媒は、下記式(1)で表されるフッ素化リン酸エステルを含むことができる。   In one embodiment, the non-aqueous electrolytic solvent may include a fluorinated phosphate ester represented by the following formula (1).

(式中、R、RおよびRは、それぞれ独立に、アルキル基またはフッ素化アルキル基を表し、R、RおよびRのうち少なくとも1つがフッ素化アルキル基である。) (Wherein R 1 , R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group or a fluorinated alkyl group, and at least one of R 1 , R 2 and R 3 is a fluorinated alkyl group.)

式(1)において、フッ素化アルキル基とは、少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキル基である。式(1)において、R、RおよびRの炭素数は、それぞれ独立に、1〜3であることが好ましい。R、RおよびRのうち少なくとも1つは、対応する無置換のアルキル基が有する水素原子の50%以上がフッ素原子に置換されたフッ化アルキル基であることが好ましい。フッ素化リン酸エステルのフッ素原子の含有率が多いと耐電圧性がより向上し、5V級正極材料を用いた場合でも、充放電サイクル後の電池容量の低下を低減することできる。 In the formula (1), the fluorinated alkyl group is an alkyl group having at least one fluorine atom. In the formula (1), the number of carbon atoms in R 1, R 2 and R 3 each independently is preferably 1-3. At least one of R 1 , R 2 and R 3 is preferably a fluorinated alkyl group in which 50% or more of the hydrogen atoms of the corresponding unsubstituted alkyl group are substituted with fluorine atoms. When the content of fluorine atoms in the fluorinated phosphate ester is large, the voltage resistance is further improved, and even when a 5V class positive electrode material is used, a decrease in battery capacity after a charge / discharge cycle can be reduced.

フッ素化リン酸エステルとしては、例えば、リン酸トリス(トリフルオロメチル)、リン酸トリス(ペンタフルオロエチル)、リン酸トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)(TTFP)、リン酸トリス(2,2,3,3−テトラフルオロプロピル)、リン酸トリス(3,3,3−トリフルオロプロピル、リン酸トリス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)等のフッ素化アルキルリン酸エステル化合物が挙げられる。中でも、リン酸トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)が好ましい。   Examples of the fluorinated phosphate ester include tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), tris phosphate (2,2,2-trifluoroethyl) (TTFP), tris phosphate ( Fluorinated alkyl such as 2,2,3,3-tetrafluoropropyl), tris phosphate (3,3,3-trifluoropropyl), tris phosphate (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) Examples of the phosphoric acid ester compound include tris phosphate (2,2,2-trifluoroethyl).

フッ素化リン酸エステルの含有量が高いほど非水電解溶媒の耐酸化性が向上するため、フッ素化リン酸エステルの含有率は、非水電解溶媒中5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることが好ましい。一方、フッ素化リン酸エステルの含有量が多すぎると電解液の粘度の増加や誘電率の低下によりイオン伝導度が低下するため、フッ素化リン酸エステルの含有率は非水電解溶媒中70体積%以下であることが好ましい。   The higher the content of the fluorinated phosphate ester, the better the oxidation resistance of the nonaqueous electrolytic solvent. Therefore, the content of the fluorinated phosphate ester is preferably 5% by volume or more in the nonaqueous electrolytic solvent. It is preferable that it is volume% or more. On the other hand, if the content of the fluorinated phosphate is too large, the ionic conductivity decreases due to an increase in the viscosity of the electrolytic solution or a decrease in the dielectric constant. Therefore, the content of the fluorinated phosphate is 70 volumes in the nonaqueous electrolytic solvent. % Or less is preferable.

また、一実施形態において、非水電解溶媒は下記式(2)で表されるフッ素化エーテルを含んでもよい。   In one embodiment, the nonaqueous electrolytic solvent may include a fluorinated ether represented by the following formula (2).

(式中、R101及びR102は、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素化アルキル基を表し、R101及びR102の少なくとも一つはフッ素化アルキル基である。) (Wherein R 101 and R 102 each independently represents an alkyl group or a fluorinated alkyl group, and at least one of R 101 and R 102 is a fluorinated alkyl group.)

式(2)において、R101およびR102の炭素数の合計が10以下であることが好ましい。アルキル基およびフッ素化アルキル基は、直鎖状または分岐鎖状のものを含む。 In the formula (2), the total number of carbon atoms of R 101 and R 102 is preferably 10 or less. The alkyl group and the fluorinated alkyl group include linear or branched ones.

式(2)において、フッ素化アルキル基とは、少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキル基を表す。フッ素原子の含有率が多いと、耐電圧性がより向上し、5V級正極材料を用いた場合でも充放電サイクル後の電池容量の劣化をより有効に低減することが可能である。そのため、フッ素化アルキル基のフッ素原子の含有率はフッ素原子と水素原子の合計に対して50%以上であることが好ましい。   In the formula (2), the fluorinated alkyl group represents an alkyl group having at least one fluorine atom. When the content of fluorine atoms is large, the voltage resistance is further improved, and it is possible to more effectively reduce the deterioration of the battery capacity after the charge / discharge cycle even when a 5V class positive electrode material is used. Therefore, the fluorine atom content of the fluorinated alkyl group is preferably 50% or more with respect to the total of fluorine atoms and hydrogen atoms.

中でも、耐電圧性と他の電解質との相溶性の観点から、下記式(3)で表されるフッ素化エーテルが好ましい。   Among these, a fluorinated ether represented by the following formula (3) is preferable from the viewpoint of voltage resistance and compatibility with other electrolytes.

−(CX)n−O−(CX)m−X (3)
(式中、n、mは、それぞれ独立に1〜8である。X〜Xは、それぞれ独立にフッ素原子または水素原子であり、X〜Xの少なくとも1つはフッ素原子である。n及びmの少なくとも一方が2以上のとき、複数個存在するX、X、XおよびXは互いに独立であってよい。)
X 1 - (CX 2 X 3 ) n-O- (CX 4 X 5) m-X 6 (3)
(In the formula, n and m are each independently 1 to 8. X 1 to X 6 are each independently a fluorine atom or a hydrogen atom, and at least one of X 1 to X 6 is a fluorine atom. When at least one of n and m is 2 or more, a plurality of X 2 , X 3 , X 4 and X 5 may be independent from each other.

フッ素化エーテルとしては、例えば、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチル−ジフルオロメチルエーテル、1,1−ジフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロピル−2,2−ジフルオロエチルエーテル、1,1−ジフルオロエチル−1H,1H−ヘプタフルオロブチルエーテル、1H,1H,2’H,3H−デカフルオロジプロピルエーテル、ビス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)エーテル、1H,1H,5H−パーフルオロペンチル−1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、ビス(1H,1H−ヘプタフルオロブチル)エーテル、1H,1H,2’H−パーフルオロジプロピルエーテル、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル−1H,1H−ヘプタフルオロブチルエーテル、1H−パーフルオロブチル−1H−パーフルオロエチルエーテル等が挙げられる。中でも、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテルが好ましい。   Examples of the fluorinated ether include 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether, 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl-difluoro. Methyl ether, 1,1-difluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether, 1,1,1,2,3,3-hexafluoropropyl-2,2-difluoroethyl ether, 1,1 -Difluoroethyl-1H, 1H-heptafluorobutyl ether, 1H, 1H, 2'H, 3H-decafluorodipropyl ether, bis (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) ether, 1H, 1H, 5H-perfluoropentyl-1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, bis (1H, 1H-heptafluorobutyl) ether 1H, 1H, 2′H-perfluorodipropyl ether, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl-1H, 1H-heptafluorobutyl ether, 1H-perfluorobutyl-1H-perfluoroethyl Examples include ether. Among these, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether is preferable.

フッ素化エーテルを含有することにより、電解液の耐酸化性が高くなり、また、粘度が低くなる。一方、フッ素化エーテルの含有量が多すぎると電解液の誘電率や他の非水電解溶媒との相溶性が低くなる可能性がある。従って、式(3)で表されるフッ素化エーテル化合物の含有量は、非水電解溶媒中10体積%以上70体積%以下であることが好ましく、30体積%以上60体積%以下であることがより好ましい。   By containing the fluorinated ether, the oxidation resistance of the electrolytic solution is increased and the viscosity is decreased. On the other hand, if the content of the fluorinated ether is too large, the dielectric constant of the electrolytic solution and the compatibility with other nonaqueous electrolytic solvents may be lowered. Accordingly, the content of the fluorinated ether compound represented by the formula (3) is preferably 10% by volume or more and 70% by volume or less in the nonaqueous electrolytic solvent, and preferably 30% by volume or more and 60% by volume or less. More preferred.

フッ素化リン酸エステル、フッ素化エーテル以外のフッ素化溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)およびビニレンカーボネート(VC)等の一部又は全部の水素原子をフッ素原子に置換したフッ素化環状カーボネート;エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の一部又は全部の水素原子をフッ素原子に置換したフッ素化鎖状カーボネート;酢酸エチル、プロピオン酸メチル、ギ酸エチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酢酸メチルおよびギ酸メチルの一部又は全部の水素原子をフッ素原子で置換したフッ素化カルボン酸エステル等を挙げることができるがこれらに限定されない。   As fluorinated solvents other than fluorinated phosphates and fluorinated ethers, some or all of hydrogen atoms such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) and vinylene carbonate (VC) may be used. Fluorinated cyclic carbonate substituted with fluorine atoms; some or all of hydrogen atoms such as ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), etc. were substituted with fluorine atoms Fluorinated chain carbonate; fluorinated carboxylate in which some or all of the hydrogen atoms of ethyl acetate, methyl propionate, ethyl formate, ethyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, methyl acetate and methyl formate are substituted with fluorine atoms Etc. It can not limited thereto.

また、一実施形態において、非水電解溶媒は下記式(4)で表されるスルホン化合物を含んでもよい。   In one embodiment, the nonaqueous electrolytic solvent may contain a sulfone compound represented by the following formula (4).

(式中、RおよびRは、それぞれ独立して置換または無置換のアルキル基を表し、RおよびRの炭素原子が単結合または二重結合を介して結合した環状化合物であっても良い。) (Wherein R 1 and R 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group, and R 1 and R 2 are cyclic compounds in which carbon atoms of R 1 and R 2 are bonded via a single bond or a double bond, Is also good.)

式(4)中、Rの炭素数n1、Rの炭素数n2はそれぞれ1≦n1≦12、1≦n2≦12であることが好ましく、1≦n1≦6、1≦n2≦6であることがより好ましく、1≦n1≦3、1≦n2≦3であることが更に好ましい。アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状又は環状であってよい。 In the formula (4), it is preferable that the carbon number n2 carbon atoms n1, R 2 of R 1 is 1 ≦ n1 ≦ 12,1 ≦ n2 ≦ 12 , respectively, at 1 ≦ n1 ≦ 6,1 ≦ n2 ≦ 6 More preferably, it is more preferable that 1 ≦ n1 ≦ 3 and 1 ≦ n2 ≦ 3. The alkyl group may be linear, branched or cyclic.

およびRは置換基を有してもよく、置換基としては、例えば、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子)等を挙げることができる。 R 1 and R 2 may have a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and a halogen atom (for example, a chlorine atom and a bromine atom). , Fluorine atom) and the like.

スルホン化合物としては、スルホラン(テトラメチレンスルホン)、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホン(例えば3,4−ジメチルスルホン、2,5−ジメチルスルホン)、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、ブチルメチルスルホン、ペンタメチレンスルホン、ヘキサメチレンスルホン、エチレンスルホン、トリメチレンスルホンなどが挙げられる。   Examples of the sulfone compounds include sulfolane (tetramethylene sulfone), 3-methyl sulfolane, dimethyl sulfone (for example, 3,4-dimethyl sulfone, 2,5-dimethyl sulfone), ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, butyl methyl sulfone, pentamethylene sulfone. , Hexamethylene sulfone, ethylene sulfone, trimethylene sulfone and the like.

スルホン化合物の含有量は、電解液の相溶性および粘度の観点から、非水電解液の0.1〜70体積%が好ましく、1〜65体積%がより好ましく、3〜60体積%がさらに好ましい。   The content of the sulfone compound is preferably from 0.1 to 70% by volume, more preferably from 1 to 65% by volume, and even more preferably from 3 to 60% by volume of the non-aqueous electrolyte from the viewpoint of compatibility and viscosity of the electrolyte. .

これらの非水電解溶媒にリチウム塩を溶解させる。リチウム塩としては、例えばLiPF、LiAsF、LiAlCl、LiClO、LiBF、LiSbF、LiCFSO、LiCFCO、Li(CFSO、LiN(CCFSO、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、LiBr、LiI、LiSCN、LiCl、イミド類などがあげられる。 Lithium salts are dissolved in these nonaqueous electrolytic solvents. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CCF 3 SO 2 ). 2 , LiB 10 Cl 10 , lower aliphatic lithium carboxylate, lithium chloroborane, lithium tetraphenylborate, LiBr, LiI, LiSCN, LiCl, imides and the like.

また、電解液に代えてポリマー電解質を用いてもよい。   Further, a polymer electrolyte may be used instead of the electrolytic solution.

[二次電池の構成]
本実施形態に係る二次電池の構成は、2個以上の正極電極と1個以上の負極電極から構成された電極素子と電解液とが外装体に内包されている構成であれば特に限定されるものではなく、円筒型、捲回型、積層型、コイン型等の形状とすることができる。中でも、2種類の正極電極を同梱し、かつ別々に電流を取り出す構造を容易に形成しやすいという観点から、正極電極と負極電極がセパレータを介して交互に積層された積層型とすることが好ましい。
[Configuration of secondary battery]
The configuration of the secondary battery according to the present embodiment is particularly limited as long as it is a configuration in which an electrode element composed of two or more positive electrodes and one or more negative electrodes and an electrolytic solution are included in the outer package. It can be a cylindrical shape, a wound shape, a stacked shape, a coin shape or the like. Among these, from the viewpoint of easily forming a structure in which two types of positive electrodes are bundled and taking out current separately, a stacked type in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked via separators may be used. preferable.

電極素子における正極電極および負極電極の配置は特に限定されるものではなく、例えば、「負極/正極/負極/正極/負極」のように電極素子の両端に同一の電極が配置される構成としてもよく、または、「正極/負極/正極/負極」のように電極素子の両端に正極および負極がそれぞれ配置される構成としてもよい。第1の正極電極および第2の正極電極をそれぞれ2個以上含む構成としてもよい。第1の正極電極と第2の正極電極の個数を変えることによって、本実施形態に係る二次電池に含まれる4V級正極材料と5V級正極材料の含有量の比率を容易に変更することができる。負極電極の数は上記の正極電極の数に応じて適宜決定することができる。   The arrangement of the positive electrode and the negative electrode in the electrode element is not particularly limited. For example, the same electrode may be arranged at both ends of the electrode element, such as “negative electrode / positive electrode / negative electrode / positive electrode / negative electrode”. Or it is good also as a structure by which a positive electrode and a negative electrode are each arrange | positioned at the both ends of an electrode element like "positive electrode / negative electrode / positive electrode / negative electrode". It is good also as a structure containing 2 or more of 1st positive electrodes and 2nd positive electrodes, respectively. By changing the number of the first positive electrode and the second positive electrode, the ratio of the content of the 4V class positive electrode material and the 5V class positive electrode material included in the secondary battery according to the present embodiment can be easily changed. it can. The number of negative electrodes can be appropriately determined according to the number of positive electrodes.

本実施形態において、第1の正極電極と第2の正極電極はそれぞれ別々の電極タブを備える。従って、図2に示すように、電極素子を構成した際に第1の正極用タブと第2の正極用タブが互いに短絡しないような配置とすることが好ましい。第1の正極と第2の正極がそれぞれ複数の正極電極を備える実施形態では、複数の第1の正極電極と複数の第2の正極電極が別々に集束し、かつ、第1の正極用タブと第2の正極用タブが互いに短絡しないような配置とすることが好ましい。このように、第1の正極用タブと第2の正極用タブが独立している構成とすることにより、第1の正極電極と第2の正極電極の充放電を別々に行うことが可能となる。例えば、必要とされる動作電圧に応じて、第1の正極電極と第2の正極電極とを使用して4V級と5V級の動作電圧を同時に供給することもでき、あるいは、第1の正極電極と第2の正極電極のいずれか一方を使用して、4V級または5V級のいずれか一方の動作電圧を供給することもできる。   In the present embodiment, the first positive electrode and the second positive electrode each have separate electrode tabs. Therefore, as shown in FIG. 2, it is preferable to arrange the first positive electrode tab and the second positive electrode tab so as not to short-circuit each other when the electrode element is configured. In an embodiment in which each of the first positive electrode and the second positive electrode includes a plurality of positive electrodes, the plurality of first positive electrodes and the plurality of second positive electrodes are separately focused, and the first positive electrode tab The second positive electrode tab is preferably arranged so as not to short-circuit each other. As described above, the first positive electrode tab and the second positive electrode tab are independent from each other, so that the charge and discharge of the first positive electrode and the second positive electrode can be performed separately. Become. For example, depending on the required operating voltage, the first positive electrode and the second positive electrode can be used to supply 4V class and 5V class operating voltages simultaneously, or the first positive electrode Either one of the electrode and the second positive electrode can be used to supply an operating voltage of either 4V class or 5V class.

(二次電池の作製方法)
本実施形態に係る二次電池の作製方法としては、例えば、乾燥空気又は不活性ガス雰囲気において、本実施形態に係る第1の正極電極および第2の正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層した積層体を、電池缶に収容して作製することができる。また、上記の積層体を合成樹脂と金属箔とを積層した可とう性フィルム等によって封口して作製することができる。
(Production method of secondary battery)
As a method for manufacturing the secondary battery according to the present embodiment, for example, in a dry air or inert gas atmosphere, the first positive electrode, the second positive electrode, and the negative electrode according to the present embodiment are interposed via a separator. The laminated body can be produced by being housed in a battery can. Further, the laminate can be produced by sealing with a flexible film or the like in which a synthetic resin and a metal foil are laminated.

(二次電池の充電方法)
本実施形態に係る二次電池の充電方法は特に限定されるものではないが、上記のとおり第1の正極用タブと第2の正極用タブが独立した構成となっているため、第1の正極電極と第2の正極電極に異なる電圧を印加して充電を行うことが可能である。例えば、第1の正極電極には、充電上限電圧が4.3V以下、好ましくは3.6V以上4.3V以下の範囲となるように充電電圧を印加することができる。一方、第2の正極電極には、充電上限電圧が4.5V以上、好ましくは4.6V以上5.5V以下の範囲となるように充電電圧を印加することができる。
(How to charge the secondary battery)
The charging method of the secondary battery according to the present embodiment is not particularly limited. However, since the first positive electrode tab and the second positive electrode tab are independent as described above, Charging can be performed by applying different voltages to the positive electrode and the second positive electrode. For example, a charging voltage can be applied to the first positive electrode so that the charging upper limit voltage is 4.3 V or less, preferably 3.6 V or more and 4.3 V or less. On the other hand, a charging voltage can be applied to the second positive electrode so that the charging upper limit voltage is 4.5 V or more, preferably 4.6 V or more and 5.5 V or less.

充電方法としては、第1の正極電極と第2の正極電極は同時に充電してもよいが、充電上限電圧が4.3V以下となる条件で第1の正極電極を先に充電し、その後充電上限電圧が4.6V以上となる条件で第2の正極電極を充電することも好ましい。   As a charging method, the first positive electrode and the second positive electrode may be charged at the same time, but the first positive electrode is charged first under the condition that the charge upper limit voltage is 4.3 V or less, and then charged. It is also preferable to charge the second positive electrode under the condition that the upper limit voltage is 4.6 V or higher.

(第1の正極電極の作製)
本実施例では、第1の正極の正極活物質としてLiNi0.8Co0.15Al0.05を用いた。この材料は粉末試薬として市販されておりこれらの粉末を入手して使用した。充放電性能を確認(金属リチウムを対極としたモデルセルによる4.3V〜3.0Vの間で容量特性を確認)したところ、約220mAh/gを示し、充放電電位は3.7V付近であった。上記活物質粒子96質量%と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン4質量%と、溶剤としてNMPとを混合した電極材を20μmのアルミ箔の上に塗布し、125℃、5分間乾燥処理を行った後、ロールプレスにて圧縮成型を行った。アルミ箔上に形成された活物質層を28×26mmに打ち抜き正極電極とし、電荷取り出しのためのアルミからなる正極リードタブを超音波により融着した。
(Production of first positive electrode)
In this example, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was used as the positive electrode active material of the first positive electrode. This material is commercially available as a powder reagent, and these powders were obtained and used. When the charge / discharge performance was confirmed (capacity characteristics were confirmed between 4.3 V and 3.0 V by a model cell using metal lithium as a counter electrode), it showed about 220 mAh / g, and the charge / discharge potential was around 3.7 V. It was. After applying an electrode material mixed with 96% by mass of the active material particles, 4% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and NMP as a solvent on a 20 μm aluminum foil, and performing a drying treatment at 125 ° C. for 5 minutes. Then, compression molding was performed with a roll press. The active material layer formed on the aluminum foil was punched into a size of 28 × 26 mm to be a positive electrode, and a positive electrode lead tab made of aluminum for taking out electric charges was fused by ultrasonic waves.

(第2の正極電極の作製)
本実施例では、第2の正極の正極活物質としてLiNi0.5Mn1.5を用いた。この材料は粉末試薬として市販されており、これらの粉末を入手して使用した。充放電性能を確認(金属リチウムを対極としたモデルセルによる4.85V〜3.0Vの間で容量特性の確認)したところ、約130mAh/gを示し、充放電電位は4.75V付近であった。上記活物質粒子96質量%と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン4質量%と、溶剤としてNMPとを混合した電極材を20μmのアルミ箔の上に塗布し、125℃、5分間乾燥処理を行った後、ロールプレスにて圧縮成型を行った。アルミ箔上に形成された活物質層を28×26mmに打ち抜き正極電極とし、電荷取り出しのためのアルミからなる正極リードタブを超音波により融着した。
(Production of second positive electrode)
In this example, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 was used as the positive electrode active material of the second positive electrode. This material is commercially available as a powder reagent, and these powders were obtained and used. When the charge / discharge performance was confirmed (capacity characteristics were confirmed between 4.85 V and 3.0 V using a model cell with metallic lithium as a counter electrode), it showed about 130 mAh / g, and the charge / discharge potential was around 4.75 V. It was. After applying an electrode material mixed with 96% by mass of the active material particles, 4% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and NMP as a solvent on a 20 μm aluminum foil, and performing a drying treatment at 125 ° C. for 5 minutes. Then, compression molding was performed with a roll press. The active material layer formed on the aluminum foil was punched into a size of 28 × 26 mm to be a positive electrode, and a positive electrode lead tab made of aluminum for taking out electric charges was fused by ultrasonic waves.

(負極の作製)
本実施例では、負極活物質として黒鉛粉末を用いた。黒鉛98.5質量%、バインダとしてSBR1.5質量%、溶剤として水を混合した電極材を10μmの銅箔の上に塗布し、80℃、5分間乾燥した後、ロールプレスにて圧縮成型を行った。銅箔上に形成された活物質層を30×28mmに打ち抜き負極電極とし、電荷取り出しのためのニッケルからなる負極リードタブを超音波により融着した。
(Preparation of negative electrode)
In this example, graphite powder was used as the negative electrode active material. An electrode material mixed with 98.5% by mass of graphite, 1.5% by mass of SBR as a binder, and water as a solvent was applied onto a 10 μm copper foil, dried at 80 ° C. for 5 minutes, and then subjected to compression molding with a roll press. went. The active material layer formed on the copper foil was punched out to 30 × 28 mm to form a negative electrode, and a negative electrode lead tab made of nickel for extracting electric charge was fused by ultrasonic waves.

(モデル電池の作製)
負極電極、セパレータ、第1の正極電極、セパレータ、負極電極、セパレータ、第2の正極電極、セパレータの順に、活物質層がセパレータと対面するように負極電極5枚、第1の正極電極2枚、第2の正極電極2枚を積層後、これをラミネートフィルムにはさみ、電解液を注液し、真空下にて封止することによりラミネート型電池を作製した。なお電解液には、ECとDECの体積比3:7の混合溶媒に1mol/LのLiPFを溶解したものを用いた。
(Production of model battery)
In order of the negative electrode, separator, first positive electrode, separator, negative electrode, separator, second positive electrode, and separator, five negative electrodes and two first positive electrodes so that the active material layer faces the separator Then, after laminating two second positive electrodes, this was sandwiched between laminate films, an electrolytic solution was injected, and sealing was performed under vacuum to produce a laminate type battery. Note that the electrolytic solution, EC and DEC in a volume ratio of 3: was prepared by dissolving of LiPF 6 1 mol / L to 7 mixed solvent.

このラミネート型電池を作製する際、負極の充電容量と正極の充電容量の比(負極/正極)が約1.35となるよう電池を作製した。また、正極電極は、電池に含まれる第1の正極の活物質と第2の正極の活物質の重量比が表1に示す比率となるように電極材の塗布量を変えて作製した。   When manufacturing this laminate type battery, the battery was prepared so that the ratio of the negative electrode charge capacity to the positive electrode charge capacity (negative electrode / positive electrode) was about 1.35. The positive electrode was prepared by changing the amount of the electrode material applied so that the weight ratio of the active material of the first positive electrode and the active material of the second positive electrode included in the battery was the ratio shown in Table 1.

作製した電池において、第1の正極と負極の間に電流を流し4.2Vまで充電し、同時に、第2の正極と負極の間に電流を流し4.75Vまで充電した。その後、それぞれ3.0Vまで放電し、充放電効率を確認した。   In the fabricated battery, a current was passed between the first positive electrode and the negative electrode to charge to 4.2 V, and at the same time, a current was passed between the second positive electrode and the negative electrode to charge to 4.75 V. Then, each was discharged to 3.0V and the charge / discharge efficiency was confirmed.

充放電効率、および、第1の正極の活物質と第2の正極の活物質を合わせた、活物質の重さあたり放電容量の値を示す。   The charge / discharge efficiency and the value of the discharge capacity per weight of the active material including the active material of the first positive electrode and the active material of the second positive electrode are shown.

実施例1の電池の体積エネルギー密度を示す。   The volume energy density of the battery of Example 1 is shown.

(比較例1〜3)
比較電池を作製するに当たり、第1の正極用活物質粉末と第2の正極用活物質粉末を混合し正極活物質粒子とした。
(Comparative Examples 1-3)
In preparing the comparative battery, the first positive electrode active material powder and the second positive electrode active material powder were mixed to obtain positive electrode active material particles.

LiNi0.5Mn1.5粉末とLiNi0.8Co0.15All0.05粉末を重量比50:50、80:20、90:10でそれぞれ混合し活物質粒子として使用した。活物質96質量%と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン4質量%と、溶剤としてNMPとを混合した電極材を20μmのアルミ箔の上に塗布し、125℃、5分間乾燥処理を行った後、ロールプレスにて圧縮成型を行った。アルミ箔上に形成された活物質層を28×26mmに打ち抜き比較用正極電極とし、電荷取り出しのためのアルミからなる正極リードタブを超音波により融着した。 LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 powder and LiNi 0.8 Co 0.15 All 0.05 O 2 powder are mixed at a weight ratio of 50:50, 80:20, and 90:10, respectively, and used as active material particles. did. An electrode material in which 96% by mass of an active material, 4% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and NMP as a solvent are mixed is applied onto a 20 μm aluminum foil, dried at 125 ° C. for 5 minutes, and then rolled. Compression molding was performed with a press. The active material layer formed on the aluminum foil was punched out to 28 × 26 mm and used as a comparative positive electrode, and a positive electrode lead tab made of aluminum for taking out electric charges was fused by ultrasonic waves.

実施例で用いた負極電極、セパレータ、比較用正極電極、セパレータ、負極電極の順に、活物質層がセパレータと対面するように負極電極5枚、比較用正極電極4枚、を積層した後、これをラミネートフィルムにはさみ、電解液を注液し、真空下にて封止することにより比較用ラミネート型電池を作製した。なお電解液には、ECとDECとの体積比3:7の混合溶媒に1mol/LのLiPFを溶解したものを用いた。 After laminating five negative electrodes and four comparative positive electrodes so that the active material layer faces the separator in this order, the negative electrode, separator, comparative positive electrode, separator, and negative electrode used in the examples, The laminate type battery for comparison was prepared by sandwiching between and laminating the film, injecting an electrolytic solution, and sealing under vacuum. Note that the electrolytic solution, a volume ratio of 3 between the EC and DEC: was prepared by dissolving of LiPF 6 1 mol / L in a mixed solvent of 7.

作製した比較用電池において、比較用正極と負極の間に電流を流し、4.75Vまで充電した。その後、3.0Vまで放電し、充放電効率を確認した。   In the manufactured comparative battery, a current was passed between the comparative positive electrode and the negative electrode, and the battery was charged to 4.75V. Then, it discharged to 3.0V and confirmed charging / discharging efficiency.

比較用電池の充放電効率、および、比較用正極の活物質の重さあたり放電容量の値を示す。   The charge / discharge efficiency of the comparative battery and the value of the discharge capacity per weight of the active material of the comparative positive electrode are shown.

(比較例4)
比較例として、以下のとおり、第1の正極電極と第2の正極電極を別々に用いて電池を作製した。
(Comparative Example 4)
As a comparative example, a battery was fabricated using the first positive electrode and the second positive electrode separately as follows.

実施例1と同様にして第1の正極電極および第2の正極電極を作製した。正極として、作製した第1の正極電極2枚または第2の正極電極2枚をそれぞれ用いたこと以外は実施例1と同様にして、第1の正極電極を用いた電池および第2の正極電極を用いた電池を作製した。その後、作製した2つの電池を連結し一つの電池とした。   In the same manner as in Example 1, a first positive electrode and a second positive electrode were produced. A battery using the first positive electrode and the second positive electrode in the same manner as in Example 1 except that the two produced first positive electrodes or two second positive electrodes were used as the positive electrodes. A battery using was manufactured. Thereafter, the two produced batteries were connected to form one battery.

比較例4の電池の体積エネルギー密度を示す。   The volume energy density of the battery of Comparative Example 4 is shown.

4V級正極材料を含む第1の正極電極と5V級正極材料を含む第2の正極電極から構成される正極を備え、前記第1の正極電極と前記第2の正極電極は別々の電極タブを備える構造を有する本発明に係る電池は、表1、表2に示した実施例に示す通り、比較例に比較して良好な充放電特性と高体積エネルギー密度を有することが確認できた。   A positive electrode composed of a first positive electrode including a 4V class positive electrode material and a second positive electrode including a 5V class positive electrode material, wherein the first positive electrode and the second positive electrode have separate electrode tabs; As shown in the examples shown in Tables 1 and 2, the battery according to the present invention having the structure provided has confirmed that it has better charge / discharge characteristics and higher volume energy density than the comparative example.

1 負極活物質層
2 負極集電体
3 セパレータ
4 ラミネート
5 第1の正極用タブ
6 第2の正極用タブ
7 第2の正極の活物質層
8 負極用タブ
9 正極集電体
10 第1の正極の活物質層
1 negative electrode active material layer 2 negative electrode current collector 3 separator 4 laminate 5 first positive electrode tab 6 second positive electrode tab 7 second positive electrode active material layer 8 negative electrode tab 9 positive electrode current collector 10 first Positive electrode active material layer

Claims (10)

2個以上の正極電極と1個以上の負極電極を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極電極は、
リチウムに対して4.3V以下の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第1の正極電極と、
リチウムに対して4.6V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第2の正極電極と、
を含み、
前記第1の正極電極と前記第2の正極電極は、それぞれ別の電極タブを備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising two or more positive electrodes and one or more negative electrodes,
The positive electrode is
A first positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.3 V or less with respect to lithium;
A second positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.6 V or higher with respect to lithium;
Including
The lithium ion secondary battery, wherein the first positive electrode and the second positive electrode each have a separate electrode tab.
前記正極電極と前記負極電極がセパレータを介して交互に積層された積層型である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode are of a stacked type in which the positive electrode and the negative electrode are alternately stacked via separators. 前記リチウムに対して4.6V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質の含有量は、正極活物質全体の5重量%以上20重量%以下である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The content of the positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.6 V or more with respect to the lithium is 5 wt% or more and 20 wt% or less of the entire positive electrode active material. The lithium ion secondary battery described in 1. 前記リチウムに対して4.6V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質は、下記式:
Li(MMn2−x−y)(O4―ww)
(式中、0.4≦x≦1.2、0≦y、x+y<2、0≦a≦1.2、0≦w≦1であり、Mは、Co、Ni、Fe、CrおよびCuからなる群から選択される少なくとも一種であり、Aは、Li、B、Na、Mg、Al、Ti、Si、KおよびCaからなる群から選択される少なくとも一種であり、Zは、FおよびClうちの少なくとも一種である。)で表される、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
The positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.6 V or higher with respect to lithium is represented by the following formula:
Li a (M x Mn 2- x-y A y) (O 4-w Z w)
(Wherein 0.4 ≦ x ≦ 1.2, 0 ≦ y, x + y <2, 0 ≦ a ≦ 1.2, 0 ≦ w ≦ 1, and M is Co, Ni, Fe, Cr and Cu A is at least one selected from the group consisting of Li, B, Na, Mg, Al, Ti, Si, K and Ca, and Z is F and Cl The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, which is represented by at least one of them.
前記負極電極の負極活物質が炭素材料である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery of any one of Claims 1-4 whose negative electrode active material of the said negative electrode is a carbon material. 前記第1の正極電極と、前記第2の正極電極が、それぞれ2個以上の正極電極から構成される、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the first positive electrode and the second positive electrode is composed of two or more positive electrodes. 同時に2種以上の動作電圧を供給する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein two or more operating voltages are supplied simultaneously. 2個以上の正極電極と1個以上の負極電極を備えるリチウムイオン二次電池の充電方法であって、
前記正極電極は、
リチウムに対して4.3V以下の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第1の正極電極と、
リチウムに対して4.6V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第2の正極電極と、
を含み、
前記第1の正極電極と前記第2の正極電極は、それぞれ別の電極タブを備え、
前記第1の正極電極の充電上限電位が4.3V以下であり、前記第2の正極電極の充電上限電位が4.6V以上となるように充電することを特徴とするリチウムイオン二次電池の充電方法。
A method for charging a lithium ion secondary battery comprising two or more positive electrodes and one or more negative electrodes,
The positive electrode is
A first positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.3 V or less with respect to lithium;
A second positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.6 V or higher with respect to lithium;
Including
Each of the first positive electrode and the second positive electrode includes separate electrode tabs,
The lithium ion secondary battery is charged so that a charging upper limit potential of the first positive electrode is 4.3 V or less and a charging upper limit potential of the second positive electrode is 4.6 V or more. Charging method.
前記第1の正極電極を充電した後に、前記第2の正極電極の充電を行うことを特徴とする、請求項8に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。   The method for charging a lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein the second positive electrode is charged after the first positive electrode is charged. 2個以上の正極電極と1個以上の負極電極を備えるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
リチウムに対して4.3V以下の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第1の正極電極を作製し、前記第1の正極電極に第1の正極用タブを融着する工程と、
リチウムに対して4.6V以上の電位でリチウムイオンを吸蔵放出することができる正極活物質を含む第2の正極電極を作製し、前記第2の正極電極に第2の正極用タブを融着する工程と、
負極電極を作製し、負極用タブを融着する工程と、
前記第1の正極電極および第2の正極電極ならびに負極電極をセパレータを介して配置して電極素子を作製する工程と、
前記電極素子と電解液とを外装体に封入する工程と、
を含むリチウムイオン二次電池の製造方法。
A method for producing a lithium ion secondary battery comprising two or more positive electrodes and one or more negative electrodes,
A first positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.3 V or less with respect to lithium is manufactured, and a first positive electrode tab is fused to the first positive electrode. And a process of
A second positive electrode containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions at a potential of 4.6 V or higher with respect to lithium is produced, and a second positive electrode tab is fused to the second positive electrode. And a process of
Producing a negative electrode and fusing a negative electrode tab;
Arranging the first positive electrode, the second positive electrode, and the negative electrode through a separator to produce an electrode element;
Encapsulating the electrode element and the electrolyte in an exterior body;
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery containing this.
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