JP2015176804A - lithium ion secondary battery - Google Patents

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Tomokazu Kamine
丈主 加味根
裕子 岸見
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裕子 岸見
岸見 光浩
Mitsuhiro Kishimi
光浩 岸見
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery having a large volume energy density, and good load characteristic.SOLUTION: A lithium ion secondary battery comprises: a positive electrode having a positive electrode mixture layer including active material particles, a conductive assistant agent and a resin binder; a negative electrode; and a nonaqueous electrolyte prepared by dissolving a lithium salt in an organic solvent. Of the active material particles, particles having a particle diameter of 0.8-35 μm account for 70-95 mass%; particles having a particle diameter of 0.001-0.4 μm account for 5-30 mass%; and the particles of 0.8-35 μm in particle diameter and the particles of 0.001-0.4 μm in particle diameter account for 90 mass% or more in total. As the conductive assistant agent, a carbon material is used. In the positive electrode mixture layer, the content of the carbon material is 0.5-7 mass%. The positive electrode mixture layer has a porosity of 5-15 vol.%. The organic solvent includes at least one kind of material selected from a nitrile-based solvent and a chain carbonate.

Description

本発明は、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性が良好なリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery having a large volumetric energy density and good load characteristics.

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

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

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

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

特開2006−286511号公報JP 2006-286511 A

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

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

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

前記目的を達成し得る本発明のリチウムイオン二次電池は、活物質粒子、導電性助剤および樹脂製バインダを含む正極合剤層を有する正極と、負極と、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解質とを備えたリチウムイオン二次電池であって、前記活物質粒子として、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が70〜95質量%であり、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が5〜30質量%であり、前記粒子径が0.8〜35μmの粒子と前記粒子径が0.001〜0.4μmの粒子とを合計した割合が90質量%以上である粒子を用い、前記導電性助剤として、カーボン材料を用い、前記正極合剤層における前記カーボン材料の含有量を0.5〜7質量%とし、前記正極合剤層の空隙率を5〜15vol%とし、前記有機溶媒が、ニトリル系溶媒および鎖状カーボネートから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とするものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention capable of achieving the above object is obtained by dissolving a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing active material particles, a conductive auxiliary agent and a resin binder, a negative electrode, and a lithium salt in an organic solvent. A lithium ion secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte, wherein the proportion of particles having a particle size of 0.8 to 35 μm is 70 to 95 mass% as the active material particles, and the particle size is 0.00. The ratio of particles having a particle diameter of 001 to 0.4 μm is 5 to 30% by mass, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 90%. Using particles that are greater than or equal to mass%, using a carbon material as the conductive assistant, setting the content of the carbon material in the positive electrode mixture layer to 0.5 to 7 mass%, and voids in the positive electrode mixture layer The rate is 5-15 vol%, and the organic solvent And it is characterized in that it comprises at least one selected from a nitrile solvent and a chain carbonate.

本発明によれば、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性が良好なリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having a large volumetric energy density and good load characteristics.

本発明のリチウムイオン二次電池を構成する正極は、活物質粒子、導電性助剤および樹脂製バインダを含む正極合剤層を有しており、例えば、前記正極合剤層を集電体の片面または両面に形成した構造のものである。   The positive electrode constituting the lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode mixture layer containing active material particles, a conductive auxiliary agent and a resin binder. For example, the positive electrode mixture layer is used as a current collector. It has a structure formed on one side or both sides.

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

しかしながら、正極合剤層の空隙率を前記のように小さくすることは、製造上容易ではなく、また、正極合剤層の空隙率を単純に小さくしても、前記の通り、正極合剤層内に非水電解質(非水電解液)が浸透し難くなることから、リチウムイオン二次電池の負荷特性が損なわれてしまう。   However, reducing the porosity of the positive electrode mixture layer as described above is not easy in production, and even if the porosity of the positive electrode mixture layer is simply reduced, as described above, the positive electrode mixture layer Since it becomes difficult for a nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte) to permeate therein, the load characteristics of the lithium ion secondary battery are impaired.

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

ただし、正極合剤層の空隙率が小さすぎると、正極合剤層内に浸透できる非水電解液の量が非常に少なくなって、正極合剤層が必要な量の電解液を保持できなくなり、電池特性の低下を引き起こす虞がある。よって、本発明では、正極合剤層の空隙率を、5vol%以上、好ましくは7vol%以上とする必要がある。   However, if the porosity of the positive electrode mixture layer is too small, the amount of non-aqueous electrolyte solution that can penetrate into the positive electrode mixture layer becomes very small, and the positive electrode mixture layer cannot hold the required amount of electrolyte solution. There is a risk that battery characteristics may be deteriorated. Therefore, in the present invention, the porosity of the positive electrode mixture layer needs to be 5 vol% or more, preferably 7 vol% or more.

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

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

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

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

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

また、前記正極を構成する活物質粒子においては、全活物質粒子中における粒子径が0.8〜35μmの粒子の含有量を、70質量%以上、好ましくは80質量%以上であって、95質量%以下、好ましくは91質量%以下とする。   In the active material particles constituting the positive electrode, the content of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm in all active material particles is 70% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and 95 Not more than mass%, preferably not more than 91 mass%.

本発明の正極を構成する活物質粒子は、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子および粒子径が0.8〜35μmの粒子のみを用いてもよく、また、粒子径が0.8〜35μmおよび0.001〜0.4μmに該当しない粒子を含有するものであってもよい。ただし、粒子径が0.8〜35μmおよび0.001〜0.4μmに該当しない粒子を含有する場合には、全活物質粒子中において、その割合を10質量%以下とするのが望ましい。   As the active material particles constituting the positive electrode of the present invention, only particles having a particle size of 0.001 to 0.4 μm and particles having a particle size of 0.8 to 35 μm may be used. It may contain particles not corresponding to ˜35 μm and 0.001 to 0.4 μm. However, in the case where particles having particle diameters not corresponding to 0.8 to 35 μm and 0.001 to 0.4 μm are contained, the ratio is desirably 10% by mass or less in all active material particles.

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

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

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

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

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

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

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

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

活物質粒子の種類については特に制限はなく、従来から知られているリチウムイオン二次電池で使用されている活物質の粒子と同じものを使用することができる。具体的には、例えば、Li1+c(−0.1<c<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム遷移金属酸化物の粒子、(1−x)LiMnO−xLiMO(0.2<x<0.7、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される固溶体からなる層状酸化物の粒子、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウム遷移金属酸化物の粒子、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるリン酸遷移金属化合物などの粒子が挙げられる。前記層状構造のリチウム遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOやそのCoの一部をAl、Mg、Mn、Tiなどで置換したもの、LiNi1−dCod−eAl(0.1≦d≦0.3、0.01≦e≦0.2)などの他、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi5/12Co1/6Mn5/12、LiNi3/5Co1/5Mn1/5など)などを例示することができる。 There is no restriction | limiting in particular about the kind of active material particle, The same thing as the particle of the active material currently used with the lithium ion secondary battery known conventionally can be used. Specifically, for example, lithium transition metal oxidation of a layered structure represented by Li 1 + c M 1 O 2 (−0.1 <c <0.1, M 1 : Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.) Layered oxide composed of solid solution represented by (1-x) Li 2 MnO 3 —xLiMO 2 (0.2 <x <0.7, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.) LiM 2 PO 4 (M 2 : Co, Ni, Mn, Fe, etc.), a lithium transition metal oxide particle having a spinel structure in which LiMn 2 O 4 and a part of its elements are substituted with other elements And particles of a transition metal phosphate compound. Specific examples of the layered lithium transition metal oxide include LiCoO 2 and a part of Co substituted with Al, Mg, Mn, Ti, or the like, LiNi 1-d Co d-e Al e O 2 ( In addition to 0.1 ≦ d ≦ 0.3, 0.01 ≦ e ≦ 0.2, etc., an oxide containing at least Co, Ni, and Mn (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 5/12 Co 1/6 Mn 5/12 O 2 , LiNi 3/5 Co 1/5 Mn 1/5 O 2, etc.).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

本発明の正極の正極合剤層に係る樹脂製バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが挙げられる。   Examples of the resin binder related to the positive electrode mixture layer of the positive electrode of the present invention include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. .

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

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

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

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

ただし、本発明に用いる正極は、前述した方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造したものであってもよい。   However, the positive electrode used in the present invention is not limited to those manufactured by the method described above, and may be manufactured by other methods.

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

正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜150μmであることが好ましい。   The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably 10 to 150 μm per one surface of the current collector, for example.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極および非水電解質(非水電解液)を有しており、その他の構成および構造については、特に制限はなく、従来から知られているリチウムイオン二次電池で採用されている各種構成および構造を適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte), and there are no particular restrictions on the other configurations and structures, and conventionally known lithium ions Various configurations and structures employed in the secondary battery can be applied.

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

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

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

負極合剤層における各成分の組成としては、例えば、負極活物質の含有量が80.0〜99.8質量%であることが好ましく、バインダの含有量が0.1〜10質量%であることが好ましい。また、負極合剤層に導電性助剤を含有させる場合には、負極合剤層における導電性助剤の含有量が0.1〜10質量%であることが好ましい。更に、負極合剤層の厚み(集電体の両面に正極合剤層を形成する場合には、集電体の片面あたりの厚み)は、10〜150μmであることが好ましい。   As a composition of each component in the negative electrode mixture layer, for example, the content of the negative electrode active material is preferably 80.0 to 99.8% by mass, and the content of the binder is 0.1 to 10% by mass. It is preferable. Moreover, when making a negative mix layer contain a conductive support agent, it is preferable that content of the conductive support in a negative mix layer is 0.1-10 mass%. Furthermore, the thickness of the negative electrode mixture layer (when the positive electrode mixture layer is formed on both sides of the current collector, the thickness per side of the current collector) is preferably 10 to 150 μm.

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

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

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

本発明のリチウムイオン二次電池に係る非水電解質には、通常、環状カーボネートや鎖状カーボネートなどの有機溶媒中にリチウム塩を溶解させた溶液が使用されるが、空隙率の小さな正極合剤層への非水電解液の浸透性やリチウムイオンの拡散性を向上させ、電池の負荷特性をさらに高めるため、非水電解質の有機溶媒には、ニトリル系溶媒および鎖状カーボネートより選択される少なくとも1種を含有させることが望ましく、特に、少なくともニトリル系溶媒を含有させることがより望ましい。   For the nonaqueous electrolyte according to the lithium ion secondary battery of the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent such as a cyclic carbonate or a chain carbonate is usually used. In order to improve the permeability of the non-aqueous electrolyte to the layer and the diffusibility of lithium ions and further enhance the load characteristics of the battery, the organic solvent of the non-aqueous electrolyte is at least selected from nitrile solvents and chain carbonates It is desirable to contain one kind, and it is more desirable to contain at least a nitrile solvent.

ニトリル系溶媒はイオン伝導性が高く、電池内でのリチウムイオンの拡散性を高めるのに適しており、特に正極活物質層を厚くして正極活物質の充填量を高めた正極においても、高負荷での放電時にはリチウムイオンが到達し難い集電体近傍の領域にまで、リチウムイオンが良好に拡散できるようになる。よって、高負荷放電時にも十分な容量を引き出すことが可能となり、前記正極を用いたリチウムイオン二次電池の負荷特性をより優れたものとすることができる。具体的には、非水電解質の有機溶媒にニトリル系溶媒を含有させた場合は、集電体の片面あたりの正極合剤層の厚みが80〜150μmと厚くなっても、高負荷放電時に十分な容量を得ることができる。   Nitrile-based solvents have high ion conductivity and are suitable for increasing the diffusibility of lithium ions in the battery. Especially in the case of a positive electrode in which the positive electrode active material layer is thickened to increase the filling amount of the positive electrode active material. Lithium ions can be diffused well to a region in the vicinity of the current collector where lithium ions are difficult to reach during discharge under load. Therefore, it is possible to draw out a sufficient capacity even during high load discharge, and the load characteristics of the lithium ion secondary battery using the positive electrode can be further improved. Specifically, when the non-aqueous electrolyte organic solvent contains a nitrile solvent, even if the thickness of the positive electrode mixture layer on one side of the current collector is as thick as 80 to 150 μm, it is sufficient for high-load discharge. Large capacity can be obtained.

一方、ニトリル系溶媒は負極表面(負極の活性面)との反応性が高く、負極の劣化を引き起こす虞もあるため、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートから選択される少なくとも1種のカーボネートと共に用いるのが望ましい。   On the other hand, a nitrile solvent is highly reactive with the negative electrode surface (the active surface of the negative electrode) and may cause deterioration of the negative electrode. Therefore, the nitrile solvent may be used with at least one carbonate selected from cyclic carbonates and chain carbonates. desirable.

すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池に係る非水電解質は、有機溶媒として、ニトリル系溶媒および鎖状カーボネートより選択される少なくとも1種を含有するのが望ましく、少なくともニトリル系溶媒を含有するのがより望ましく、ニトリル系溶媒と、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートから選択される少なくとも1種のカーボネートとを含有するのが最も望ましい。   That is, the nonaqueous electrolyte according to the lithium ion secondary battery of the present invention desirably contains at least one selected from a nitrile solvent and a chain carbonate as an organic solvent, and contains at least a nitrile solvent. Is more desirable, and most desirably contains a nitrile solvent and at least one carbonate selected from cyclic carbonates and chain carbonates.

ニトリル系溶媒の具体例としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、アクリロニトリルなどのモノニトリル;マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4−ジシアノヘプタン、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、2,6−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、2,7−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、2,8−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,6−ジシアノデカン、2,4−ジメチルグルタロニトリルなどのジニトリル;ベンゾニトリルなどの環状ニトリル;メトキシアセトニトリルなどのアルコキシ置換ニトリル;などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、モノニトリルがより好ましく、アセトニトリルが更に好ましい。   Specific examples of nitrile solvents include mononitriles such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, acrylonitrile; malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,4-dicyanoheptane, 1, 5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 2,6-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, 2,7-dicyanooctane, 1,9-dicyanononane, 2,8- Dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,6-dicyanodecane, dinitriles such as 2,4-dimethylglutaronitrile; cyclic nitriles such as benzonitrile; alkoxy-substituted nitriles such as methoxyacetonitrile; One of them May be used alone, or in combination of two or more kinds. Among these, mononitrile is more preferable, and acetonitrile is still more preferable.

環状カーボネートの具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート(1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート)、ビニレンカーボネートなどが挙げられる。また、鎖状カーボネートの具体例としては、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、メチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネートなどが挙げられる。前記例示の環状カーボネートおよび鎖状カーボネートは、それらのうちの1種のみを含有していてもよく、2種以上(前記例示の環状カーボネートのうちの2種以上、前記例示の鎖状カーボネートのうちの2種以上、または前記例示の環状カーボネートのうちの1種以上と前記例示の鎖状カーボネートのうちの1種以上)を含有していてもよい。有機溶媒としてニトリル系溶媒を含有する場合には、これらの中でも、環状カーボネートを含有するのがより好ましく、エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートを含有するのが更に好ましい。   Specific examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate (1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate), vinylene carbonate, and the like. Specific examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, and ethyl propyl carbonate. The exemplified cyclic carbonate and chain carbonate may contain only one of them, and two or more kinds (two or more of the above exemplified cyclic carbonates, among the above exemplified chain carbonates). Or one or more of the exemplified cyclic carbonates and one or more of the exemplified chain carbonates) may be contained. In the case of containing a nitrile solvent as the organic solvent, among these, it is more preferable to contain a cyclic carbonate, and it is more preferable to contain ethylene carbonate or propylene carbonate.

リチウムイオン二次電池に使用する非水電解質の、全有機溶媒中におけるニトリル系溶媒の含有量は、その使用による非水二次電池の負荷特性向上効果をより良好に確保する観点から、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質の全有機溶媒中のニトリル系溶媒の量が多すぎると、負極との反応により負極の劣化を引き起こす虞が高くなるため、リチウムイオン二次電池に使用する非水電解質の、全有機溶媒中におけるニトリル系溶媒の含有量は、80質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましい。   The content of the nitrile solvent in the total organic solvent of the non-aqueous electrolyte used in the lithium ion secondary battery is 5 mass from the viewpoint of better ensuring the effect of improving the load characteristics of the non-aqueous secondary battery. % Or more, preferably 10% by mass or more. However, if the amount of the nitrile solvent in the total organic solvent of the non-aqueous electrolyte is too large, there is a high risk of causing the negative electrode to deteriorate due to the reaction with the negative electrode, so the non-aqueous electrolyte used in the lithium ion secondary battery The content of the nitrile solvent in the total organic solvent is preferably 80% by mass or less, and more preferably 40% by mass or less.

また、リチウムイオン二次電池に使用する非水電解質の、全有機溶媒中における鎖状カーボネートの含有量は、その使用による非水二次電池の負荷特性向上効果をより良好に確保する観点から、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質の全有機溶媒中の鎖状カーボネートの量が多すぎると、負極との反応により負極の劣化を引き起こす虞が高くなるため、リチウムイオン二次電池に使用する非水電解質の、全有機溶媒中における鎖状カーボネートの含有量は、95質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましい。   In addition, the content of the chain carbonate in the total organic solvent of the non-aqueous electrolyte used in the lithium ion secondary battery is from the viewpoint of better ensuring the load characteristics improvement effect of the non-aqueous secondary battery due to its use. It is preferably 5% by mass or more, and more preferably 10% by mass or more. However, if the amount of chain carbonate in the total organic solvent of the non-aqueous electrolyte is too large, there is a high risk of causing the deterioration of the negative electrode due to the reaction with the negative electrode, so the non-aqueous electrolyte used in the lithium ion secondary battery, The content of the chain carbonate in the total organic solvent is preferably 95% by mass or less, and more preferably 80% by mass or less.

また、リチウムイオン二次電池に使用する非水電解質の有機溶媒が、ニトリル系溶媒を含有する場合には、全有機溶媒中における前記カーボネート(環状カーボネートおよび鎖状カーボネートから選択される少なくとも1種のカーボネート)の含有量は、その使用によるニトリル系溶媒と負極との反応を抑制する効果をより良好に確保する観点から、10質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質の全有機溶媒中の前記カーボネート系溶媒の量が多すぎると、例えばニトリル系溶媒の量が少なくなりすぎて、これらの使用による非水二次電池の負荷特性向上効果が小さくなる虞がある。よって、非水二次電池に使用する非水電解質の、全有機溶媒中における前記カーボネートの含有量は、80質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましい。   Further, when the organic solvent of the non-aqueous electrolyte used for the lithium ion secondary battery contains a nitrile solvent, the carbonate in all organic solvents (at least one selected from cyclic carbonate and chain carbonate) The content of the carbonate) is preferably 10% by mass or more and more preferably 30% by mass or more from the viewpoint of better ensuring the effect of suppressing the reaction between the nitrile solvent and the negative electrode due to its use. preferable. However, if the amount of the carbonate-based solvent in the total organic solvent of the non-aqueous electrolyte is too large, for example, the amount of the nitrile-based solvent is too small, and the effect of improving the load characteristics of the non-aqueous secondary battery due to their use is small There is a risk of becoming. Therefore, the content of the carbonate in the total organic solvent of the nonaqueous electrolyte used for the nonaqueous secondary battery is preferably 80% by mass or less, and more preferably 60% by mass or less.

非水電解質の有機溶媒には、ニトリル系溶媒および前記カーボネート系溶媒と共に、これら以外の溶媒を使用することもできる。ニトリル系溶媒および前記カーボネート系溶媒と共に使用し得る有機溶媒の具体例としては、プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられる。また、これらの化合物は、フッ素化物に代表されるハロゲン置換体であってもよい。   As the organic solvent for the nonaqueous electrolyte, a solvent other than these can be used together with the nitrile solvent and the carbonate solvent. Specific examples of the organic solvent that can be used with the nitrile solvent and the carbonate solvent include: chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethoxyethane, diethyl ether, 1, Chain ethers such as 3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; sulfites such as ethylene glycol sulfite; Is mentioned. Further, these compounds may be halogen-substituted products typified by fluorinated products.

非水電解質に係るリチウム塩の具体例としては、LiClO、LiPF、LiBOB、LiAsF、LiSbFなどの無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiNC2nSO(n≧2)、LiN(FSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(ROSO[ここでRはフルオロアルキル基]などの有機リチウム塩;などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、リン原子を有する化合物を用いると、遊離のフッ素原子を放出しやすくなることから、LiPFを使用することがより好ましい。 Specific examples of the lithium salt of the non-aqueous electrolyte, LiClO 4, LiPF 6, LiBOB , LiAsF 6, inorganic lithium salts such LiSbF 6; LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiNC n F 2n SO 4 (n ≧ 2), LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2 ) 2), an organic lithium salt such as LiN (R f OSO 2 ) 2 [where R f is a fluoroalkyl group], etc., and only one of these may be used, or two or more of them may be used in combination May be. Among these, when a compound having a phosphorus atom is used, it becomes easier to release a free fluorine atom, and therefore it is more preferable to use LiPF 6 .

非水電解質におけるリチウム塩の濃度(複数種のリチウム塩を使用する場合は、その合計濃度。以下同じ。)は、0.6〜1.8mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.6mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte (when using a plurality of types of lithium salts, the total concentration; the same shall apply hereinafter) is preferably 0.6 to 1.8 mol / l, and 0.9 to 1 More preferably, it is 6 mol / l.

なお、非水電解質に使用する有機溶媒の種類によっては、特定のリチウム塩の溶解性が低く、1種類のリチウム塩を使用するだけでは前記の濃度を確保し得ないことがあるが、その場合には、複数種のリチウム塩を併用し、合計のリチウム塩濃度が前記の値を満たすようにすればよい。   Depending on the type of organic solvent used in the non-aqueous electrolyte, the solubility of the specific lithium salt is low, and it may not be possible to ensure the above concentration by using only one type of lithium salt. For this, a plurality of lithium salts may be used in combination so that the total lithium salt concentration satisfies the above value.

また、非水電解質には、ビニレンカーボネートを含有させることが好ましい。ビニレンカーボネートはリチウムイオン二次電池の充放電によって負極表面に被膜を形成する機能を有している。そして、負極表面に形成されたビニレンカーボネート由来の被膜によって、負極と非水電解質との接触による反応を抑制することができるため、ニトリル系溶媒による負極の劣化をより良好に抑制することができる。すなわち、ビニレンカーボネートは、非水電解質の有機溶媒としての機能のみならず、負極の劣化を抑制する添加剤としての機能も有している。負極活物質に炭素材料を使用した場合には(後述する)、ビニレンカーボネートによる負極と非水電解質成分との反応抑制による効果がより顕著となる。なお、ビニレンカーボネートは、上記の通り、電池の充放電による被膜形成に関与することで、比較的多くの量が消費されてしまうことから、他の環状カーボネートや鎖状カーボネートと併用することが好ましい。   The nonaqueous electrolyte preferably contains vinylene carbonate. Vinylene carbonate has a function of forming a film on the negative electrode surface by charging and discharging a lithium ion secondary battery. And since the reaction derived from the contact between the negative electrode and the nonaqueous electrolyte can be suppressed by the coating derived from vinylene carbonate formed on the negative electrode surface, the deterioration of the negative electrode due to the nitrile solvent can be suppressed more favorably. That is, vinylene carbonate has not only a function as a nonaqueous electrolyte organic solvent but also a function as an additive for suppressing deterioration of the negative electrode. When a carbon material is used as the negative electrode active material (described later), the effect of suppressing the reaction between the negative electrode and the nonaqueous electrolyte component by vinylene carbonate becomes more remarkable. As described above, vinylene carbonate is preferably used in combination with other cyclic carbonates or chain carbonates because a relatively large amount of the vinylene carbonate is consumed by being involved in film formation by charging and discharging the battery as described above. .

非水電解質におけるビニレンカーボネートの含有量は、全有機溶媒中における前記カーボネートの好適含有量として、先に記載した量の範囲内で使用すればよいが、ビニレンカーボネートは電池の充放電に伴って被膜形成する添加剤的な機能も有していることから、非水電解質全量中の量として調整しておくことも好ましい。具体的には、使用による前記の効果をより良好に確保する観点から、リチウムイオン二次電池に使用する非水電解質におけるビニレンカーボネートの含有量で、2質量%以上であることが好ましく、4質量%以上であることがより好ましい。ただし、非水電解質におけるビニレンカーボネートの量が多すぎると、電池内でのガス発生量が多くなって、電池の貯蔵特性が低下する虞がある。よって、リチウムイオン二次電池に使用する非水電解質におけるビニレンカーボネートの含有量は、15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。   The vinylene carbonate content in the non-aqueous electrolyte may be used within the range of the amount described above as the preferred content of the carbonate in the total organic solvent, but the vinylene carbonate is coated with the charge / discharge of the battery. Since it also has the function of an additive to be formed, it is also preferable to adjust the amount in the total amount of the nonaqueous electrolyte. Specifically, from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect by use better, the content of vinylene carbonate in the non-aqueous electrolyte used for the lithium ion secondary battery is preferably 2% by mass or more, and 4% by mass. % Or more is more preferable. However, if the amount of vinylene carbonate in the non-aqueous electrolyte is too large, the amount of gas generated in the battery increases, and the storage characteristics of the battery may deteriorate. Therefore, the content of vinylene carbonate in the non-aqueous electrolyte used for the lithium ion secondary battery is preferably 15% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less.

また、非水電解質には、電池の安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、ハロゲン置換された環状カーボネート(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなど)、スルホラン、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイトなどの添加剤を適宜加えることもできる。   In addition, the non-aqueous electrolyte includes 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene, for the purpose of improving battery safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties. Additives such as halogen-substituted cyclic carbonates (such as 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one), sulfolane, fluoroethylene carbonate, and ethylene sulfite can be appropriately added.

更に、本発明のリチウムイオン二次電池には、前記の液状の非水電解質(非水電解液)に公知のポリマーなどのゲル化剤を添加してゲル状としたもの(ゲル状電解質)を用いてもよい。なお、ゲル状電解質を用いる場合には、その構成によっては、正極と負極の間に配置してセパレータの機能を持たせることも可能である。   Furthermore, the lithium ion secondary battery of the present invention is obtained by adding a gelling agent such as a known polymer to the liquid nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte) to form a gel (gel electrolyte). It may be used. In the case of using a gel electrolyte, depending on the configuration, it may be disposed between the positive electrode and the negative electrode to have a separator function.

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

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

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

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

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

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

実施例1A
<正極の作製>
平均粒子径Aが17μmのLiFePO(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.3μmのLiFePO(第2群粒子)とを91.8:8.2の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が91.8質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が8.2質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が100質量%であり、A/B比が57であった。
Example 1A
<Preparation of positive electrode>
LiFePO 4 (first group particles) having an average particle diameter A of 17 μm and LiFePO 4 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.3 μm in a ratio (mass ratio) of 91.8: 8.2. A positive electrode active material was obtained by mixing. In the obtained positive electrode active material, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 91.8% by mass, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 8.2% by mass. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the positive electrode active material was 100% by mass, and the A / B ratio was 57. It was.

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

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

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

実施例1B
非水電解液の有機溶媒を、エチレンカーボネートとアセトニトリルとの体積比6:4の混合溶媒に変更した以外は実施例1Aと同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 1B
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1A, except that the organic solvent of the nonaqueous electrolytic solution was changed to a mixed solvent of ethylene carbonate and acetonitrile in a volume ratio of 6: 4.

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

実施例1A、1Bおよび比較例1のリチウムイオン二次電池に係る正極活物質および正極の構成を、それぞれ表1および表2に示す。また、実施例1A、1Bおよび比較例1のリチウムイオン二次電池について、下記の各評価を行った。それらの結果を表3に示す。   Tables 1 and 2 show the configurations of the positive electrode active material and the positive electrode according to the lithium ion secondary batteries of Examples 1A and 1B and Comparative Example 1, respectively. In addition, the following evaluations were performed on the lithium ion secondary batteries of Examples 1A and 1B and Comparative Example 1. The results are shown in Table 3.

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

<負荷特性評価>
実施例1A、1Bおよび比較例1のリチウムイオン二次電池について、体積エネルギー密度測定の際と同じ条件で定電流−定電圧充電を行い、1.5Cの電流値で2.5Vになるまで放電を行って、放電容量(1.5C放電容量)を求めた。そして、各電池について、1.5C放電容量を0.2C放電容量で除した値を百分率で表して容量維持率を求め、負荷特性を評価した。この容量維持率が高いほど、電池の負荷特性が良好であるといえる。
<Evaluation of load characteristics>
For the lithium ion secondary batteries of Examples 1A and 1B and Comparative Example 1, constant current-constant voltage charging was performed under the same conditions as in volume energy density measurement, and discharging was performed until the current value reached 1.5 V at 1.5 C. The discharge capacity (1.5 C discharge capacity) was determined. And about each battery, the value which remove | divided 1.5C discharge capacity by 0.2C discharge capacity was represented by percentage, the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required, and the load characteristic was evaluated. It can be said that the higher the capacity retention rate, the better the load characteristics of the battery.

<充放電サイクル特性>
実施例1A、1Bおよび比較例1のリチウムイオン二次電池について、25℃の環境下で、1Cの電流値で4.2Vになるまで定電流充電し、4.2Vの電圧で電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行う定電流−定電圧充電、および、1Cの電流値で2.5Vまで定電流放電を行う充放電サイクルを200サイクル繰り返した。そして、各電池について、200サイクル目の放電容量を、1サイクル目の放電容量(初期放電容量)で除した値を百分率で表して、容量維持率を求めた。この容量維持率が高いほど、電池の充放電サイクル特性が良好であるといえる。
<Charge / discharge cycle characteristics>
The lithium ion secondary batteries of Examples 1A and 1B and Comparative Example 1 were charged at a constant current until the voltage became 4.2 V at a current value of 1 C in an environment of 25 ° C., and the current value was 0 at a voltage of 4.2 V. A constant current-constant voltage charge in which constant voltage charge was performed until 0.05 C and a charge / discharge cycle in which constant current discharge was performed up to 2.5 V at a current value of 1 C were repeated 200 cycles. And about each battery, the value which remove | divided the discharge capacity of the 200th cycle by the discharge capacity (initial discharge capacity) of the 1st cycle was represented by percentage, and the capacity | capacitance maintenance factor was calculated | required. It can be said that the higher the capacity retention rate, the better the charge / discharge cycle characteristics of the battery.

Figure 2015176804
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表1〜表3に示す通り、正極の活物質(粒子)として、適正な粒度分布のものを使用し、かつ正極合剤層の空隙率を適正にした実施例1Aおよび1Bのリチウムイオン二次電池は、使用した正極に係る正極合剤層の空隙率が非常に小さく、大きな体積エネルギー密度を確保できており、かつ良好な負荷特性を維持することができた。特に、非水電解質の有機溶媒としてニトリル系溶媒を含有させた実施例1Bのリチウムイオン二次電池は、優れた負荷特性を示す電池となった。また、実施例1Aおよび1Bのリチウムイオン二次電池は、充放電サイクル特性も良好であった。これに対し、正極の活物質(粒子)に粒子径が大きな粒子のみを含む活物質を使用した比較例1の電池は、正極合剤層の空隙率が十分に小さくなっておらず、体積エネルギー密度が小さかった。   As shown in Tables 1 to 3, lithium ion secondary materials of Examples 1A and 1B using positive electrode active materials (particles) having an appropriate particle size distribution and appropriate porosity of the positive electrode mixture layer In the battery, the porosity of the positive electrode mixture layer related to the positive electrode used was very small, a large volume energy density could be secured, and good load characteristics could be maintained. In particular, the lithium ion secondary battery of Example 1B containing a nitrile solvent as the organic solvent for the nonaqueous electrolyte was a battery exhibiting excellent load characteristics. In addition, the lithium ion secondary batteries of Examples 1A and 1B also had good charge / discharge cycle characteristics. On the other hand, the battery of Comparative Example 1 using an active material containing only particles having a large particle size as the positive electrode active material (particles) does not have a sufficiently small porosity of the positive electrode mixture layer, and thus has a volume energy. The density was small.

実施例2A
平均粒子径Aが5μmのLiMn1/3Ni1/3Co1/3(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.009μmのLiFePO(第2群粒子)とを83.3:16.7の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が83.3質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が16.7質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が100質量%であり、A/Bが556であった。
Example 2A
83. LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 5 μm and LiFePO 4 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.009 μm. It mixed by the ratio (mass ratio) of 3: 16.7, and the positive electrode active material was obtained. In the obtained positive electrode active material, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 83.3 mass%, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 16.7 mass%. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the positive electrode active material was 100% by mass, and A / B was 556. .

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

実施例2B
非水電解液の有機溶媒を、エチレンカーボネートとアセトニトリルとの体積比6:4の混合溶媒に変更した以外は実施例2Aと同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 2B
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2A, except that the organic solvent of the non-aqueous electrolyte was changed to a mixed solvent of ethylene carbonate and acetonitrile in a volume ratio of 6: 4.

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

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

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

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

比較例4
平均粒子径Aが5μmのLiMn1/3Ni1/3Co1/3(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.009μmのLiFePO(第2群粒子)とを60:40の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が60質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が40質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が100質量%であり、A/Bが556であった。
Comparative Example 4
LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 5 μm and LiFePO 4 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.009 μm are 60: A positive electrode active material was obtained by mixing at a ratio (mass ratio) of 40. The obtained positive electrode active material has a ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm of 60% by mass and a ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm of 40% by mass. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount was 100% by mass, and A / B was 556.

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

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

実施例2A、2Bおよび比較例2〜4のリチウムイオン二次電池に係る正極活物質および正極の構成を、それぞれ表4および表5に示す。また、実施例2A、2Bおよび比較例2〜4のリチウムイオン二次電池における上記の各評価の結果を表6に示す。   Tables 4 and 5 show configurations of the positive electrode active material and the positive electrode according to the lithium ion secondary batteries of Examples 2A and 2B and Comparative Examples 2 to 4, respectively. Table 6 shows the results of the above evaluations on the lithium ion secondary batteries of Examples 2A and 2B and Comparative Examples 2 to 4.

Figure 2015176804
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表4〜表6に示す通り、正極の活物質(粒子)として、適正な粒度分布のものを使用し、かつ正極合剤層の空隙率を適正にした実施例2Aおよび2Bのリチウムイオン二次電池は、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性および充放電サイクル特性が良好であった。特に、非水電解質の有機溶媒としてニトリル系溶媒を含有させた実施例2Bのリチウムイオン二次電池は、優れた負荷特性を示す電池となった。   As shown in Tables 4 to 6, the lithium ion secondary of Examples 2A and 2B using an active material (particle) of the positive electrode having an appropriate particle size distribution and an appropriate porosity of the positive electrode mixture layer The battery had a large volumetric energy density and good load characteristics and charge / discharge cycle characteristics. In particular, the lithium ion secondary battery of Example 2B containing a nitrile solvent as the organic solvent for the nonaqueous electrolyte was a battery exhibiting excellent load characteristics.

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

実施例3A
平均粒子径Aが17μmのLiCoO(第1群粒子)と、平均粒子径Bが0.3μmのLiCoO(第2群粒子)とを91.8:8.2の比率(質量比)で混合して正極活物質を得た。得られた正極活物質は、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が91.8質量%で、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が8.2質量%であり、正極活物質全量中の、粒子径が0.8〜35μmの粒子と粒子径が0.001〜0.4μmの粒子を合計した割合が100質量%であり、A/Bが57であった。
Example 3A
LiCoO 2 (first group particles) having an average particle diameter A of 17 μm and LiCoO 2 (second group particles) having an average particle diameter B of 0.3 μm in a ratio (mass ratio) of 91.8: 8.2. A positive electrode active material was obtained by mixing. In the obtained positive electrode active material, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 91.8% by mass, and the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 8.2% by mass. The total ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm and particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm in the total amount of the positive electrode active material was 100% by mass, and A / B was 57. .

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

実施例3B
非水電解液の有機溶媒を、エチレンカーボネートとアセトニトリルとの体積比6:4の混合溶媒に変更した以外は実施例3Aと同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 3B
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 3A, except that the organic solvent of the non-aqueous electrolyte was changed to a mixed solvent of ethylene carbonate and acetonitrile in a volume ratio of 6: 4.

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

実施例3A、3Bおよび比較例5のリチウムイオン二次電池について、実施例1Aのリチウムイオン二次電池などと同様にして体積エネルギー密度測定、負荷特性評価および充放電サイクル特性評価を行った。   For the lithium ion secondary batteries of Examples 3A and 3B and Comparative Example 5, volume energy density measurement, load characteristic evaluation, and charge / discharge cycle characteristic evaluation were performed in the same manner as the lithium ion secondary battery of Example 1A.

実施例3A、3Bおよび比較例5のリチウムイオン二次電池に係る正極活物質および正極の構成を、それぞれ表7および表8に示す。また、実施例3A、3Bおよび比較例5のリチウムイオン二次電池における上記の各評価の結果を表9に示す。   Tables 7 and 8 show configurations of the positive electrode active material and the positive electrode according to the lithium ion secondary batteries of Examples 3A and 3B and Comparative Example 5, respectively. Table 9 shows the results of the above evaluations on the lithium ion secondary batteries of Examples 3A and 3B and Comparative Example 5.

Figure 2015176804
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表7〜表9に示す通り、正極の活物質(粒子)として、適正な粒度分布のものを使用し、かつ正極合剤層の空隙率を適正にした実施例3Aおよび3Bのリチウムイオン二次電池は、体積エネルギー密度が大きく、負荷特性および充放電サイクル特性が良好であった。特に、非水電解質の有機溶媒としてニトリル系溶媒を含有させた実施例3Bのリチウムイオン二次電池は、優れた負荷特性を示す電池となった。これに対し、正極の活物質(粒子)に粒子径が大きな粒子のみを含む活物質を使用した比較例5の電池は、正極合剤層の空隙率が十分に小さくなっておらず、体積エネルギー密度が小さかった。また、比較例5の電池は、充放電サイクル特性も劣っていた。   As shown in Table 7 to Table 9, lithium ion secondary materials of Examples 3A and 3B in which positive electrode active materials (particles) having an appropriate particle size distribution were used and the porosity of the positive electrode mixture layer was appropriate The battery had a large volumetric energy density and good load characteristics and charge / discharge cycle characteristics. In particular, the lithium ion secondary battery of Example 3B containing a nitrile solvent as the organic solvent for the nonaqueous electrolyte was a battery that exhibited excellent load characteristics. On the other hand, the battery of Comparative Example 5 using an active material containing only particles having a large particle size as the positive electrode active material (particles) does not have a sufficiently small porosity of the positive electrode mixture layer, and thus has a volume energy. The density was small. Further, the battery of Comparative Example 5 was inferior in charge / discharge cycle characteristics.

実施例4A
正極合剤含有組成物の乾燥後の塗布量を30mg/cmとし、プレス処理した後の正極合剤層の厚みを101μmとした以外は実施例3Aと同様にして正極を作製し、また、負極合剤層のプレス処理後の厚みが120μmとなるよう、負極合剤含有組成物の乾燥後の塗布量を実施例1Aの1.5倍とした以外は、実施例1Aと同様にして負極を作製した。これらの正極および負極を用いた以外は実施例3Aと同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4A
A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 3A except that the coating amount after drying of the positive electrode mixture-containing composition was 30 mg / cm 2 and the thickness of the positive electrode mixture layer after the press treatment was 101 μm. A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1A, except that the coating amount after drying of the negative electrode mixture-containing composition was 1.5 times that in Example 1A so that the thickness of the negative electrode mixture layer after the press treatment was 120 μm. Was made. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 3A except that these positive electrode and negative electrode were used.

実施例4B
非水電解液の有機溶媒を、エチレンカーボネートとアセトニトリルとの体積比6:4の混合溶媒に変更した以外は実施例4Aと同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4B
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4A, except that the organic solvent of the non-aqueous electrolyte was changed to a mixed solvent of ethylene carbonate and acetonitrile in a volume ratio of 6: 4.

比較例6
正極合剤含有組成物の乾燥後の塗布量を30mg/cmとし、プレス処理した後の正極合剤層の厚みを101μmとした以外は比較例5と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例4Aと同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Comparative Example 6
A positive electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 5 except that the coating amount after drying of the positive electrode mixture-containing composition was 30 mg / cm 2 and the thickness of the positive electrode mixture layer after the press treatment was 101 μm. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4A except that was used.

実施例4A、4Bおよび比較例6のリチウムイオン二次電池は、それぞれ、正極および負極の合剤層の厚みが、実施例3A、3Bおよび比較例5のリチウムイオン二次電池の正極および負極の合剤層の1.5倍の厚さになるよう調整した電池である。   In the lithium ion secondary batteries of Examples 4A and 4B and Comparative Example 6, the thicknesses of the mixture layers of the positive electrode and the negative electrode were the same as those of the positive and negative electrodes of the lithium ion secondary batteries of Examples 3A and 3B and Comparative Example 5, respectively. The battery is adjusted to be 1.5 times the thickness of the mixture layer.

実施例4A、4Bおよび比較例6のリチウムイオン二次電池について、実施例3Aのリチウムイオン二次電池などと同様にして体積エネルギー密度測定、負荷特性評価および充放電サイクル特性評価を行った。   For the lithium ion secondary batteries of Examples 4A and 4B and Comparative Example 6, volume energy density measurement, load characteristic evaluation, and charge / discharge cycle characteristic evaluation were performed in the same manner as the lithium ion secondary battery of Example 3A.

実施例4A、4Bおよび比較例6のリチウムイオン二次電池に係る正極の構成を表10に示す。また、実施例4A、4Bおよび比較例6のリチウムイオン二次電池における上記の各評価の結果を表11に示す。   Table 10 shows the configurations of the positive electrodes according to the lithium ion secondary batteries of Examples 4A and 4B and Comparative Example 6. Table 11 shows the results of the above evaluations on the lithium ion secondary batteries of Examples 4A and 4B and Comparative Example 6.

Figure 2015176804
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実施例4Aおよび比較例6のリチウムイオン二次電池は、それぞれ、正極合剤層および負極合剤層の構成が、実施例3Aおよび比較例5のリチウムイオン二次電池と同じであるが、合剤層の厚みが1.5倍になったことにより、合剤層の底部まで非水電解液が浸透しにくくなり、表11に示す通り、実施例3Aおよび比較例5のリチウムイオン二次電池に比べ、負荷特性および充放電サイクル特性が低下した。   The lithium ion secondary batteries of Example 4A and Comparative Example 6 have the same configurations of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer as the lithium ion secondary batteries of Example 3A and Comparative Example 5, respectively. By increasing the thickness of the agent layer by 1.5 times, the non-aqueous electrolyte hardly penetrates to the bottom of the mixture layer. As shown in Table 11, the lithium ion secondary batteries of Example 3A and Comparative Example 5 As compared with, load characteristics and charge / discharge cycle characteristics deteriorated.

一方、非水電解質の有機溶媒としてニトリル系溶媒を含有させた実施例4Bのリチウムイオン二次電池は、合剤層の厚みが厚くなっても、優れた負荷特性および充放電サイクル特性を示し、正極合剤層あるいは負極合剤層の厚みを厚くした場合の特性低下を効果的に抑制することができた。   On the other hand, the lithium ion secondary battery of Example 4B containing a nitrile solvent as an organic solvent for the nonaqueous electrolyte exhibits excellent load characteristics and charge / discharge cycle characteristics even when the thickness of the mixture layer is increased. It was possible to effectively suppress deterioration in characteristics when the thickness of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer was increased.

Claims (16)

活物質粒子、導電性助剤および樹脂製バインダを含む正極合剤層を有する正極と、負極と、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解質とを備えたリチウムイオン二次電池であって、
前記活物質粒子として、粒子径が0.8〜35μmの粒子の割合が70〜95質量%であり、粒子径が0.001〜0.4μmの粒子の割合が5〜30質量%であり、前記粒子径が0.8〜35μmの粒子と前記粒子径が0.001〜0.4μmの粒子とを合計した割合が90質量%以上である粒子を用い、
前記導電性助剤として、カーボン材料を用い、
前記正極合剤層における前記カーボン材料の含有量を0.5〜7質量%とし、
前記正極合剤層の空隙率を5〜15vol%とし、
前記有機溶媒が、ニトリル系溶媒および鎖状カーボネートから選択される少なくとも1種を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing active material particles, a conductive auxiliary agent and a resin binder, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent. And
As the active material particles, the ratio of particles having a particle diameter of 0.8 to 35 μm is 70 to 95 mass%, the ratio of particles having a particle diameter of 0.001 to 0.4 μm is 5 to 30 mass%, Using the particles having a ratio of 90% by mass or more of the total of the particles having a particle size of 0.8 to 35 μm and the particles having a particle size of 0.001 to 0.4 μm,
As the conductive auxiliary agent, a carbon material is used,
The content of the carbon material in the positive electrode mixture layer is 0.5 to 7% by mass,
The porosity of the positive electrode mixture layer is 5 to 15 vol%,
The lithium ion secondary battery, wherein the organic solvent contains at least one selected from a nitrile solvent and a chain carbonate.
前記有機溶媒が、ニトリル系溶媒と、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートから選択される少なくとも1種のカーボネートとを含む請求項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 organic solvent includes a nitrile solvent and at least one carbonate selected from a cyclic carbonate and a chain carbonate. 前記非水電解質の全有機溶媒中における前記ニトリル系溶媒の含有量が、5〜80質量%である請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。   3. The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the content of the nitrile solvent in the total organic solvent of the nonaqueous electrolyte is 5 to 80 mass%. 前記非水電解質の前記ニトリル系溶媒として、モノニトリルを含む請求項2または3に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 2 or 3, comprising mononitrile as the nitrile solvent of the non-aqueous electrolyte. 前記非水電解質の前記ニトリル系溶媒として、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリルおよびアクリロニトリルよりなる群から選択される少なくとも1種のモノニトリルを含む請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。   5. The lithium ion solution according to claim 4, wherein the nitrile solvent of the non-aqueous electrolyte includes at least one mononitrile selected from the group consisting of acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, and acrylonitrile. Next battery. 前記活物質粒子として、第1群粒子と、前記第1群粒子よりも平均粒子径が小さな第2群粒子とを使用し、
前記第1群粒子の平均粒子径A(μm)が1〜30μmであり、前記第2群粒子の平均粒子径B(μm)が0.003〜0.3μmである請求項1〜5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
As the active material particles, first group particles and second group particles having an average particle diameter smaller than that of the first group particles are used.
The average particle diameter A (μm) of the first group particles is 1 to 30 μm, and the average particle diameter B (μm) of the second group particles is 0.003 to 0.3 μm. A lithium ion secondary battery according to any one of the above.
前記第1群粒子の平均粒子径Aと、前記第2群粒子の平均粒子径Bとの比A/Bが40以上である請求項6に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 6, wherein a ratio A / B between an average particle diameter A of the first group particles and an average particle diameter B of the second group particles is 40 or more. 全活物質粒子中における前記第2群粒子の含有量が9〜20質量%である請求項6または7に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 6 or 7, wherein the content of the second group particles in all active material particles is 9 to 20% by mass. 前記第1群粒子の平均粒子径Aが5〜20μmである請求項6〜8のいずれか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 6 to 8, wherein an average particle diameter A of the first group particles is 5 to 20 µm. 前記第2群粒子の平均粒子径Bが0.005〜0.2μmである請求項6〜9のいずれか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 6 to 9, wherein an average particle diameter B of the second group particles is 0.005 to 0.2 µm. 前記正極合剤層の空隙率が7〜13vol%である請求項1〜10のいずれか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 a porosity of the positive electrode mixture layer is 7 to 13 vol%. 前記正極合剤層が、分散剤を更に含む請求項1〜11のいずれか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 mixture layer further contains a dispersant. 前記活物質粒子として、層状構造もしくはスピネル構造を有するリチウム遷移金属酸化物の粒子、またはオリビン構造を有するリン酸遷移金属化合物の粒子を含有する請求項1〜12のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary particle according to any one of claims 1 to 12, wherein the active material particles include lithium transition metal oxide particles having a layered structure or a spinel structure, or particles of a phosphate transition metal compound having an olivine structure. Next battery. 前記非水電解質の全有機溶媒中における前記ニトリル系溶媒の含有量が、5〜80質量%である請求項1〜13のいずれか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 13, wherein a content of the nitrile solvent in a total organic solvent of the nonaqueous electrolyte is 5 to 80% by mass. 前記非水電解質の前記ニトリル系溶媒として、モノニトリルを含む請求項1〜14のいずれか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 14, wherein the nitrile solvent of the non-aqueous electrolyte includes mononitrile. 前記非水電解質の前記ニトリル系溶媒として、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリルおよびアクリロニトリルよりなる群から選択される少なくとも1種のモノニトリルを含む請求項15に記載のリチウムイオン二次電池。   16. The lithium ion solution according to claim 15, wherein the nitrile solvent of the non-aqueous electrolyte includes at least one mononitrile selected from the group consisting of acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, and acrylonitrile. Next battery.
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