JP2016046037A - Manufacturing method of negative electrode for lithium ion battery and lithium ion battery obtained by the manufacturing method - Google Patents

Manufacturing method of negative electrode for lithium ion battery and lithium ion battery obtained by the manufacturing method Download PDF

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英介 羽場
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壮文 奥村
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Kenji Suzuki
健司 鈴木
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正嗣 青谷
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Takashi Nishiyama
剛史 西山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a lithium ion battery that can respond to a long life and a high-speed load variation and satisfies long life/high input-output characteristics.SOLUTION: A manufacturing method of a negative electrode for a lithium ion battery includes the steps of: coating a negative electrode mixture paste on a current collector, the negative electrode mixture paste containing amorphous carbon, as a negative electrode active material, and a binder resin having a glass transition temperature of 30°C or above; and compressing the negative electrode mixture paste having been coated. During the compression step, the negative electrode mixture paste is heated at a temperature of the glass transition temperature of the binder resin or above and 150°C or below.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン電池用負極の製造方法及びその製造方法により得られるリチウムイオン電池に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a negative electrode for a lithium ion battery and a lithium ion battery obtained by the method.

リチウムイオン電池は、高エネルギー密度の二次電池であり、その特性を活かして、ノートパソコンや携帯電話等のポータブル機器の電源に使用されている。リチウムイオン電池の形状には種々のものがあるが、円筒形リチウムイオン電池は、正極、負極及びセパレータの捲回式構造を採用している。例えば、2枚の帯状の金属箔に正極材料及び負極材料をそれぞれ塗着し、その間にセパレータを挟み込み、これらの積層体を渦巻状に捲回することで捲回群を形成する。この捲回群を、電池容器となる円筒形の電池缶内に収納し、電解液を注液後、封口することで、円筒形リチウムイオン電池が形成される。   Lithium ion batteries are secondary batteries with high energy density, and are used as power sources for portable devices such as notebook computers and mobile phones, taking advantage of their characteristics. There are various types of lithium ion batteries. Cylindrical lithium ion batteries employ a wound structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. For example, a positive electrode material and a negative electrode material are respectively applied to two strip-shaped metal foils, a separator is sandwiched therebetween, and these laminated bodies are wound in a spiral shape to form a wound group. The wound group is accommodated in a cylindrical battery can serving as a battery container, and after injecting an electrolytic solution, the cylindrical lithium ion battery is formed.

円筒形リチウムイオン電池としては、18650型リチウムイオン電池が、民生用リチウムイオン電池として広く普及している。18650型リチウムイオン電池の外径寸法は、直径18mmで、高さ65mm程度の小型である。18650型リチウムイオン電池の正極活物質には、高容量、長寿命を特徴とするコバルト酸リチウムが主として用いられており、電池容量は、おおむね1.0Ah〜2.0Ah(3.7Wh〜7.4Wh)程度である。   As the cylindrical lithium ion battery, a 18650 type lithium ion battery is widely used as a consumer lithium ion battery. The outer diameter of the 18650 type lithium ion battery is 18 mm in diameter and is small with a height of about 65 mm. As the positive electrode active material of the 18650 type lithium ion battery, lithium cobaltate, which is characterized by high capacity and long life, is mainly used, and the battery capacity is generally 1.0 Ah to 2.0 Ah (3.7 Wh to 7. 4 Wh).

近年、リチウムイオン電池は、ポータブル機器用等の民生用途にとどまらず、太陽光や風力発電といった自然エネルギー向け大規模蓄電システム用途への展開が期待されている。大規模蓄電システムにおいては、システムあたりの電力量が数MWhのオーダーで必要となる。   In recent years, lithium-ion batteries are expected to be used not only for consumer applications such as portable devices but also for large-scale power storage systems for natural energy such as solar power and wind power generation. In a large-scale power storage system, the amount of power per system is required on the order of several MWh.

例えば、下記特許文献1には、円筒形電池容器に正極、負極及びセパレータを捲回した電極捲回群を有する円筒形リチウムイオン電池が開示されている。この電池は、放電容量30Ah以上であり、正極には、リチウム・マンガン複合酸化物を含む正極活物質合剤が用いられ、負極には、非晶質炭素を含む負極活物質合剤が用いられている。   For example, Patent Document 1 below discloses a cylindrical lithium ion battery having an electrode winding group in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are wound around a cylindrical battery container. This battery has a discharge capacity of 30 Ah or more, a positive electrode active material mixture containing lithium-manganese composite oxide is used for the positive electrode, and a negative electrode active material mixture containing amorphous carbon is used for the negative electrode. ing.

国際公開第2013/128677号International Publication No. 2013/128677

大規模蓄電システムにおいては、長寿命かつ高速な負荷変動にも対応できる必要があり、長寿命・高入出力特性を満たすリチウムイオン電池が望まれる。
しかしながら、特許文献1に記載されている電池では、高入出力特性において十分であるとは言えない。
In a large-scale power storage system, it is necessary to be able to cope with a long-life and high-speed load fluctuation, and a lithium ion battery satisfying a long life and high input / output characteristics is desired.
However, the battery described in Patent Document 1 cannot be said to be sufficient in high input / output characteristics.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、入出力特性に優れるリチウムイオン電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, and is providing the lithium ion battery excellent in an input-output characteristic.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1>負極活物質として非晶質炭素、及びガラス転移温度が30℃以上であるバインダー樹脂を含む負極合剤ペーストを、集電体上に塗工する工程、及び圧縮する工程を備えるリチウムイオン電池用負極の製造方法であって、前記圧縮工程において、前記バインダー樹脂のガラス転移温度以上150℃以下で加熱するリチウムイオン電池用負極の製造方法。
<2>前記バインダー樹脂が、アクリルポリマー粒子である前記<1>に記載のリチウムイオン電池用負極の製造方法。
<3>負極の合材密度が1g/cm以上1.5g/cm以下である前記<1>又は<2>に記載のリチウムイオン電池用負極の製造方法。
<4>前記<1>〜<3>のいずれかに記載のリチウムイオン電池用負極の製造方法により得られる負極を備えるリチウムイオン電池。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> Lithium ions including a step of coating a current collector with a negative electrode mixture paste containing amorphous carbon as a negative electrode active material and a binder resin having a glass transition temperature of 30 ° C. or higher, and a step of compressing It is a manufacturing method of the negative electrode for batteries, Comprising: In the said compression process, the manufacturing method of the negative electrode for lithium ion batteries heated at the glass transition temperature of the said binder resin above 150 degreeC.
<2> The method for producing a negative electrode for a lithium ion battery according to <1>, wherein the binder resin is acrylic polymer particles.
<3> The method for producing a negative electrode for a lithium ion battery according to <1> or <2>, wherein the composite material density of the negative electrode is 1 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less.
<4> A lithium ion battery comprising a negative electrode obtained by the method for producing a negative electrode for a lithium ion battery according to any one of <1> to <3>.

本発明によれば、入出力特性に優れるリチウムイオン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 battery having excellent input / output characteristics.

本実施の形態のリチウムイオン電池の断面図である。It is sectional drawing of the lithium ion battery of this Embodiment.

以下の実施の形態においてA〜Bとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、A以上B以下を示すものとする。   In the following embodiments, when ranges are shown as A to B, A or more and B or less are shown unless otherwise specified.

(実施の形態)
まず、リチウムイオン電池の概要について簡単に説明する。リチウムイオン電池は、電池容器内に、正極、負極、セパレータ及び電解液を有している。正極と負極との間にはセパレータが配置されている。
リチウムイオン電池を充電する際には、正極と負極との間に充電器を接続する。充電時においては、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液中に放出される。電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。
放電する際には、正極と負極の間に外部負荷を接続する。放電時においては、負極活物質内に挿入されていたリチウムイオンが脱離して電解液中に放出される。このとき、負極から電子が放出される。そして、電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、正極に到達する。この正極に到達したリチウムイオンは、正極を構成する正極活物質内に挿入される。このとき、正極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、正極に電子が流れ込む。このようにして、負極から正極に電子が移動することにより放電が行われる。
このように、リチウムイオンを正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離することにより、充放電することができる。なお、実際のリチウムイオン電池の構成例については、後述する(例えば、図1参照)。
(Embodiment)
First, an outline of the lithium ion battery will be briefly described. The lithium ion battery has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution in a battery container. A separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode.
When charging the lithium ion battery, a charger is connected between the positive electrode and the negative electrode. At the time of charging, lithium ions inserted into the positive electrode active material are desorbed and released into the electrolytic solution. The lithium ions released into the electrolytic solution move in the electrolytic solution, pass through a separator made of a microporous film, and reach the negative electrode. The lithium ions that have reached the negative electrode are inserted into the negative electrode active material constituting the negative electrode.
When discharging, an external load is connected between the positive electrode and the negative electrode. At the time of discharging, the lithium ions inserted into the negative electrode active material are desorbed and released into the electrolytic solution. At this time, electrons are emitted from the negative electrode. Then, the lithium ions released into the electrolytic solution move in the electrolytic solution, pass through a separator made of a microporous film, and reach the positive electrode. The lithium ions reaching the positive electrode are inserted into the positive electrode active material constituting the positive electrode. At this time, when lithium ions are inserted into the positive electrode active material, electrons flow into the positive electrode. In this way, discharge is performed by the movement of electrons from the negative electrode to the positive electrode.
In this manner, charging / discharging can be performed by inserting and desorbing lithium ions between the positive electrode active material and the negative electrode active material. A configuration example of an actual lithium ion battery will be described later (see, for example, FIG. 1).

次いで、本実施の形態のリチウムイオン電池の構成要素である正極、負極、電解液、セパレータ及びその他の構成部材に関し順次説明する。   Next, a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and other components that are components of the lithium ion battery according to the present embodiment will be sequentially described.

1.正極
本実施の形態においては、高容量で高入出力のリチウムイオン電池に適用可能な以下に示す正極を有する。本実施の形態の正極(正極板)は、集電体及びその上部に形成された正極合材(正極合剤)よりなる。正極合材は、集電体の上部に設けられた少なくとも正極活物質を含む層である。前記正極活物質としてはこの分野で常用されるものを使用でき、例えば、リチウム含有複合金属酸化物、オリビン型リチウム塩、カルコゲン化合物、二酸化マンガンが挙げられる。リチウム含有複合金属酸化物は、リチウムと遷移金属とを含む金属酸化物又は該金属酸化物中の遷移金属の一部が異種元素によって置換された金属酸化物である。ここで、異種元素としては、例えば、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、Bが挙げられ、Mn、Al、Co、Ni、Mgなどが好ましい。異種元素は1種でもよく又は2種以上でもよい。これらの中でも、リチウム含有複合金属酸化物が好ましい。リチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-y2、LixCoy1-yz、LixNi1-yyz、LixMn24、LixMn2-yy4、LiMPO4、Li2MPO4F(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を示す。x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である。)が挙げられる。ここで、リチウムのモル比を示すx値は、充放電により増減する。また、オリビン型リチウム塩としては、例えば、LiFePO4が挙げられる。カルコゲン化合物としては、例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデンが挙げられる。正極活物質は1種を単独で使用でき、又は2種以上を併用できる。
1. Positive electrode In this embodiment mode, the positive electrode shown below is applicable to a high-capacity, high-input / output lithium ion battery. The positive electrode (positive electrode plate) of the present embodiment is composed of a current collector and a positive electrode mixture (positive electrode mixture) formed thereon. The positive electrode mixture is a layer including at least a positive electrode active material provided on the current collector. As the positive electrode active material, those commonly used in this field can be used, and examples include lithium-containing composite metal oxides, olivine-type lithium salts, chalcogen compounds, and manganese dioxide. The lithium-containing composite metal oxide is a metal oxide containing lithium and a transition metal or a metal oxide in which a part of the transition metal in the metal oxide is substituted with a different element. Here, examples of the different element include Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, and B, and Mn, Al, Co, and Ni. Mg, etc. are preferred. One kind or two or more kinds of different elements may be used. Among these, lithium-containing composite metal oxides are preferable. Examples of the lithium-containing composite metal oxide include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1 -y O 2 , Li x Co y M 1 -y O z , and Li x. Ni 1-y M y O z , Li x Mn 2 O 4, Li x Mn 2-y M y O 4, LiMPO 4, Li 2 MPO 4 F ( in the respective formulas, M is Na, Mg, Sc, Y , Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V, and B. x = 0 to 1.2, y = 0 to 0. 0.9 and z = 2.0 to 2.3.). Here, x value which shows the molar ratio of lithium increases / decreases by charging / discharging. Further, as the olivine type lithium salts such as LiFePO 4. Examples of the chalcogen compound include titanium disulfide and molybdenum disulfide. A positive electrode active material can be used individually by 1 type, or can use 2 or more types together.

本実施の形態においては、高容量と安全性の観点から、正極活物質として層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)とスピネル型リチウム・マンガン酸化物(スピネル型リチウム・マンガン複合酸化物、sp−Mn)との混合活物質を含むことがより好ましい。この正極合材は、例えば、集電体の両面に形成(塗布)される。   In this embodiment, from the viewpoint of high capacity and safety, layered type lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) and spinel type lithium / manganese oxide (spinel type lithium / manganese composite) are used as the positive electrode active material. More preferably, a mixed active material with an oxide, sp-Mn) is included. The positive electrode mixture is formed (applied) on both surfaces of the current collector, for example.

また、安全性を担保しつつ、電池の高容量化、長寿命・高入出力化の観点から、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)とスピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)との質量比(混合比)であるNMC/sp−Mnを10/90以上65/35以下とすることが好ましい。なお、上記質量比を単に“活物質の質量比”という場合がある。活物質の質量比(NMC/sp−Mn)が10/90以上では、高い電池のエネルギー密度が得られる。一方、活物質の質量比(NMC/sp−Mn)が65/35以下であると、安全性が高く、他の安全対策の強化が必要とならない。上記のような観点から、NMC/sp−Mnを20/80以上60/40以下とすることが好ましく、30/70以上55/45以下とすることがより好ましい。   In addition, while ensuring safety, layered lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (NMC) and spinel-type lithium-manganese oxide ( NMC / sp-Mn, which is a mass ratio (mixing ratio) to (sp-Mn), is preferably 10/90 or more and 65/35 or less. The mass ratio may be simply referred to as “mass ratio of active material”. When the mass ratio (NMC / sp-Mn) of the active material is 10/90 or more, a high battery energy density can be obtained. On the other hand, when the mass ratio (NMC / sp-Mn) of the active material is 65/35 or less, the safety is high and it is not necessary to strengthen other safety measures. From the above viewpoint, NMC / sp-Mn is preferably 20/80 or more and 60/40 or less, and more preferably 30/70 or more and 55/45 or less.

また、入出力特性と電池寿命の観点からは、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)の平均粒径(DNMC)とスピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)の平均粒径(Dsp-Mn)の比Dsp-Mn/DNMCを1から3とすることが好ましい。
活物質の平均粒径比(Dsp-Mn/DNMC)が1以上では、長い電池寿命が得られる。一方、活物質の平均粒径比(Dsp-Mn/DNMC)が3以下であると、入出力特性が優れる。
From the viewpoint of input / output characteristics and battery life, the average particle size (D NMC ) of the layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide ( NMC ) and the spinel type lithium / manganese oxide (sp-Mn) The ratio D sp-Mn / D NMC of the average particle diameter (D sp-Mn ) is preferably 1 to 3.
When the average particle size ratio (D sp-Mn / D NMC ) of the active material is 1 or more, a long battery life can be obtained. On the other hand, when the average particle size ratio (D sp-Mn / D NMC ) of the active material is 3 or less, the input / output characteristics are excellent.

正極合材密度が2.4g/cm以上では正極の抵抗が低くなり、入出力特性が優れる。一方、正極合材密度が2.7g/cm以下であると安全性が高く、他の安全対策の強化が必要とならない。このような観点から、正極合材密度は、2.45g/cm以上2.6g/cm以下がより好ましい。 When the positive electrode mixture density is 2.4 g / cm 3 or more, the resistance of the positive electrode is low, and the input / output characteristics are excellent. On the other hand, if the positive electrode mixture density is 2.7 g / cm 3 or less, the safety is high and it is not necessary to strengthen other safety measures. From this point of view, positive electrode density, more preferably at most 2.45 g / cm 3 or more 2.6 g / cm 3.

正極合材塗布量が175g/m以上では充放電に寄与する活物質の量が充分であり、高い電池のエネルギー密度が得られる。一方、正極合材塗布量が250g/m以下であると正極合材の抵抗が低くなり、入出力特性が優れる。上記のような観点から、正極合材の正極集電体への片面塗布量は、180g/m以上230g/m以下であることがより好ましく、185g/m以上220g/m以下であることが更に好ましい。 When the coating amount of the positive electrode mixture is 175 g / m 2 or more, the amount of the active material contributing to charging / discharging is sufficient, and a high battery energy density is obtained. On the other hand, when the coating amount of the positive electrode mixture is 250 g / m 2 or less, the resistance of the positive electrode mixture is lowered and the input / output characteristics are excellent. From the above viewpoint, the single-side coating amount of the positive electrode mixture to the positive electrode current collector is more preferably 180 g / m 2 or more and 230 g / m 2 or less, and 185 g / m 2 or more and 220 g / m 2 or less. More preferably it is.

上記したような正極合材の正極集電体への片面塗布量及び正極合材密度を考慮すると、正極合材の正極集電体への片面塗布膜厚み([正極の厚み−正極集電体の厚み]/2)は、60〜100μmであることが好ましく、65〜95μmがより好ましく、70〜90μmが更に好ましい。   Considering the amount of single-sided application of the positive electrode mixture to the positive electrode current collector and the density of the positive electrode mixture, the thickness of the single-sided coating film on the positive electrode current collector of the positive electrode mixture ([positive electrode thickness−positive electrode current collector] The thickness] / 2) is preferably 60 to 100 μm, more preferably 65 to 95 μm, and still more preferably 70 to 90 μm.

このように、正極合材において、正極合材密度、正極合材塗布量及び活物質の質量比(NMC/sp−Mn)を上記範囲とすることで、放電容量30Ah以上110Ah未満の高容量のリチウムイオン電池においても、安全性を担保しつつ、高入出力で、高エネルギー密度の電池を実現することができる。   Thus, in the positive electrode mixture, by setting the positive electrode mixture density, the positive electrode mixture application amount, and the mass ratio (NMC / sp-Mn) of the active material to the above ranges, the discharge capacity is 30 Ah or more and less than 110 Ah. Even in the lithium ion battery, a battery with high input / output and high energy density can be realized while ensuring safety.

また、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)としては、以下の組成式(化1)で表されるものを用いることが好ましい。
Li(1+δ)MnxNiyCo(1-x-y-z)z2…(化1)
上記組成式(化1)において、(1+δ)はLi(リチウム)の組成比、xはMn(マンガン)の組成比、yはNi(ニッケル)の組成比、(1−x−y−z)はCo(コバルト)の組成比を示す。zは、元素Mの組成比を示す。O(酸素)の組成比は2である。
元素Mは、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Nb(ニオブ)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)、Si(シリコン)、Ga(ガリウム)、Ge(ゲルマニウム)及びSn(錫)よりなる群から選択される少なくとも1種の元素である。
−0.15<δ<0.15、0.1<x≦0.5、0.6<x+y+z≦1.0、0≦z≦0.1である。
Further, as the layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC), it is preferable to use one represented by the following composition formula (Formula 1).
Li (1 + δ) Mn x Ni y Co (1-xyz) M z O 2 (Formula 1)
In the above composition formula (Formula 1), (1 + δ) is a composition ratio of Li (lithium), x is a composition ratio of Mn (manganese), y is a composition ratio of Ni (nickel), (1-xyz) Indicates the composition ratio of Co (cobalt). z represents the composition ratio of the element M. The composition ratio of O (oxygen) is 2.
The elements M are Ti (titanium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), W (tungsten), Al (aluminum), Si (silicon), Ga (gallium), Ge (germanium), and Sn. It is at least one element selected from the group consisting of (tin).
-0.15 <δ <0.15, 0.1 <x ≦ 0.5, 0.6 <x + y + z ≦ 1.0, 0 ≦ z ≦ 0.1.

また、スピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)として、以下の組成式(化2)で表されるものを用いることが好ましい。
Li(1+η)Mn(2-λ)M’λ4 …(化2)
上記組成式(化2)において、(1+η)はLiの組成比、(2−λ)はMnの組成比、λは元素M’の組成比を示す。O(酸素)の組成比は4である。
元素M’は、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Al、Ga、Zn(亜鉛)、及びCu(銅)よりなる群から選択される少なくとも1種の元素である。
0≦η≦0.2、0≦λ≦0.1である。
Moreover, it is preferable to use what is represented by the following compositional formula (Formula 2) as spinel type lithium manganese oxide (sp-Mn).
Li (1 + η) Mn (2-λ) M ′ λ O 4 (Chemical formula 2)
In the above composition formula (Formula 2), (1 + η) represents the composition ratio of Li, (2-λ) represents the composition ratio of Mn, and λ represents the composition ratio of the element M ′. The composition ratio of O (oxygen) is 4.
The element M ′ is at least one element selected from the group consisting of Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Al, Ga, Zn (zinc), and Cu (copper).
0 ≦ η ≦ 0.2 and 0 ≦ λ ≦ 0.1.

このように、正極用の活物質(正極活物質)として、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)とスピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)との混合物を用いることで、高容量化しても、充電時の正極の安定性を高め、発熱を抑制することができる。その結果、安全性に優れた電池を提供することができる。また、充放電サイクル特性や貯蔵特性も優れたものとすることができる。   Thus, a mixture of layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) and spinel type lithium / manganese oxide (sp-Mn) is used as the positive electrode active material (positive electrode active material). Thus, even when the capacity is increased, the stability of the positive electrode during charging can be improved and heat generation can be suppressed. As a result, a battery with excellent safety can be provided. In addition, charge / discharge cycle characteristics and storage characteristics can be improved.

上記組成式(化2)における元素M’としては、Mg又はAlを用いることが好ましい。MgやAlを用いることにより、電池の長寿命化を図ることができる。また、電池の安全性の向上を図ることができる。   Mg or Al is preferably used as the element M ′ in the composition formula (Formula 2). By using Mg or Al, the battery life can be extended. In addition, the safety of the battery can be improved.

正極活物質としてスピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)を用いた場合、充電状態において化合物中のMnが安定であるため、充電反応による発熱を抑制できる。これにより、電池の安全性を向上させることができる。すなわち、正極における発熱を抑制でき、電池の安全性を高めることができる。
更に、元素M’を加えることで、Mnの溶出を低減できるため、貯蔵特性や充放電サイクル特性を向上させることができる。
When spinel type lithium manganese oxide (sp-Mn) is used as the positive electrode active material, since Mn in the compound is stable in the charged state, heat generation due to the charging reaction can be suppressed. Thereby, the safety | security of a battery can be improved. That is, heat generation at the positive electrode can be suppressed, and the safety of the battery can be improved.
Furthermore, since the elution of Mn can be reduced by adding the element M ′, storage characteristics and charge / discharge cycle characteristics can be improved.

このように、スピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)は有用な特性を有するが、スピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)自体は理論容量が小さく、更に密度も小さい。よって、スピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)のみを正極活物質として用い、電池を構成した場合には、電池容量(放電容量)を増加させることが困難である。他方、層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)は理論容量が大きく、リチウムイオン電池の正極活物質として汎用されているLiCoOと同等の理論容量を有している。 Thus, spinel type lithium manganese oxide (sp-Mn) has useful characteristics, but spinel type lithium manganese oxide (sp-Mn) itself has a small theoretical capacity and a low density. Therefore, when only a spinel type lithium manganese oxide (sp-Mn) is used as a positive electrode active material to constitute a battery, it is difficult to increase the battery capacity (discharge capacity). On the other hand, the layered lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (NMC) has a large theoretical capacity, and has a theoretical capacity equivalent to that of LiCoO 2 which is widely used as a positive electrode active material for lithium ion batteries.

以下に、正極合材及び集電体について詳細に説明する。正極合材は、正極活物質や結着材等を含有し、集電体上に形成される。その形成方法に制限はないが、例えば次のように形成される。正極活物質、結着材、及び必要に応じて用いられる導電材や増粘材などの他の材料を乾式で混合してシート状にし、これを集電体に圧着する(乾式法)。また、正極活物質、結着材、及び必要に応じて用いられる導電材や増粘材などの他の材料を分散溶媒に溶解又は分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布し、乾燥する(湿式法)。   Hereinafter, the positive electrode mixture and the current collector will be described in detail. The positive electrode mixture contains a positive electrode active material, a binder, and the like, and is formed on the current collector. Although there is no restriction | limiting in the formation method, For example, it forms as follows. The positive electrode active material, the binder, and other materials such as a conductive material and a thickener used as needed are mixed in a dry form to form a sheet, which is pressure-bonded to the current collector (dry method). In addition, a positive electrode active material, a binder, and other materials such as a conductive material and a thickener used as necessary are dissolved or dispersed in a dispersion solvent to form a slurry, which is applied to a current collector and dried. (Wet method).

正極活物質としては、粉状(粒子状)で用いられ、混合される。粒子の形状は、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等のものを用いることができる。
中でも、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成して成り、その二次粒子の形状が球状ないし楕円球状であるものが好ましい。
The positive electrode active material is used in powder form (particulate form) and mixed. The shape of the particles may be a lump, polyhedron, sphere, ellipsoid, plate, needle, column, or the like.
Among them, it is preferable that the primary particles are aggregated to form secondary particles, and the shape of the secondary particles is spherical or elliptical.

正極活物質の粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子のメジアン径d50)は、次の範囲で調整可能である。範囲の下限は、1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であり、上限は、30μm以下、好ましくは25μm以下、より好ましくは15μm以下である。   The median diameter d50 of the positive electrode active material particles (in the case where the primary particles aggregate to form secondary particles), the median diameter d50 of the secondary particles can be adjusted within the following range. The lower limit of the range is 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and the upper limit is 30 μm or less, preferably 25 μm or less, more preferably 15 μm or less.

上記下限以上では、タップ密度(充填性)が高く、所望のタップ密度が得られやすい、上記上限以下であると粒子内のリチウムイオンの拡散に時間が短いため、電池性能に優れる。また、上記上限以下であると、電極の形成時において、結着材や導電材等の他の材料との混合性が良好である。よって、この混合物をスラリー化し塗布する際に、均一に塗布できず、スジを引く等の問題の発生を抑制できる。なお、メジアン径d50は、レーザー回折・散乱法により求めた粒度分布から求めることができる。   Above the lower limit, the tap density (fillability) is high, and a desired tap density can be easily obtained. When the upper limit is below the upper limit, the diffusion time of lithium ions in the particles is short, and the battery performance is excellent. Moreover, when it is below the above upper limit, the mixing property with other materials such as a binder and a conductive material is good when the electrode is formed. Therefore, when this mixture is slurried and applied, it cannot be applied uniformly and the occurrence of problems such as streaking can be suppressed. The median diameter d50 can be obtained from the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method.

一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合における一次粒子の平均粒径について、その範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.01μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.08μm以上、更に好ましくは0.1μm以上であり、上限は、3μm以下、好ましくは2μm以下、より好ましくは1μm以下、更に好ましくは0.6μm以下である。上記上限以下であると球状の二次粒子が形成しやすく、タップ密度(充填性)の向上や、比表面積の向上により、出力特性等の電池性能が良好になる。また、上記下限以上では、結晶性が高いため、充放電の可逆性が優れる。   The range of the average particle size of the primary particles in the case where the primary particles are aggregated to form secondary particles is as follows. The lower limit of the range is 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.08 μm or more, still more preferably 0.1 μm or more, and the upper limit is 3 μm or less, preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm. Hereinafter, it is more preferably 0.6 μm or less. When the amount is not more than the above upper limit, spherical secondary particles are easily formed, and battery performance such as output characteristics is improved by improving tap density (fillability) and specific surface area. Moreover, since the crystallinity is high above the above lower limit, charge / discharge reversibility is excellent.

層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)やスピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)を正極活物質として用いる場合、その粒子のBET比表面積について、その範囲は以下の通りである。範囲の下限は、0.2m/g以上、好ましくは0.3m/g以上、より好ましくは0.4m/g以上であり、上限は、4.0m/g以下、好ましくは2.5m/g以下、より好ましくは1.5m/g以下である。上記下限以上では、電池性能が良好である。上記上限以下であるとタップ密度が上がりやすくなり、結着材や導電材等の他の材料との混合性が良好である。よって、この混合物をスラリー化し塗布する際の塗布性が良好である。なお、BET比表面積は、BET法により求められた比表面積(単位gあたりの面積)である。 When layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) or spinel type lithium / manganese oxide (sp-Mn) is used as the positive electrode active material, the range of the BET specific surface area of the particles is as follows. It is. The lower limit of the range is 0.2 m 2 / g or more, preferably 0.3 m 2 / g or more, more preferably 0.4 m 2 / g or more, and the upper limit is 4.0 m 2 / g or less, preferably 2 .5m 2 / g, more preferably at most 1.5 m 2 / g. Above the lower limit, battery performance is good. When the amount is not more than the above upper limit, the tap density is easily increased, and the mixing property with other materials such as a binder and a conductive material is good. Therefore, the applicability when slurrying and applying this mixture is good. The BET specific surface area is a specific surface area (area per unit g) determined by the BET method.

正極用の導電材としては、例えば、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素質材料が挙げられる。なお、これらのうち、1種を単独で用いてもよく、2種以上のものを組み合わせて用いてもよい。   Examples of the conductive material for the positive electrode include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite); carbon black such as acetylene black; and carbonaceous materials such as amorphous carbon such as needle coke. Can be mentioned. Of these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

導電材の含有量(添加量、割合、量)について、正極合材の質量に対する導電材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、上限は、50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下である。上記下限以上では、導電性が充分である。また、上記上限以下であると、電池容量が良好である。   About the content (addition amount, ratio, amount) of the conductive material, the range of the content of the conductive material with respect to the mass of the positive electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and the upper limit is 50% by mass or less, preferably 30% by mass or less, more preferably 15%. It is below mass%. Above the lower limit, the conductivity is sufficient. Moreover, battery capacity is favorable in it being below the said upper limit.

正極活物質の結着材としては、特に限定されず、塗布法により正極合材を形成する場合には、分散溶媒に対する溶解性や分散性が良好な材料が選択される。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらのうち、1種を単独で用いてもよく、2種以上のものを組み合わせて用いてもよい。正極の安定性の観点から、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)やポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素系高分子を用いることが好ましい。   The binder for the positive electrode active material is not particularly limited, and when the positive electrode mixture is formed by a coating method, a material having good solubility and dispersibility in the dispersion solvent is selected. Specific examples include resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluorine Rubbery polymers such as rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / Thermoplastic elastomeric polymers such as ethylene / butadiene / ethylene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate , Ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer and other soft resinous polymers; polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer Examples thereof include fluorine polymers such as polymers and polytetrafluoroethylene / vinylidene fluoride copolymers; polymer compositions having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions), and the like. Of these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. From the viewpoint of the stability of the positive electrode, it is preferable to use a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF) or a polytetrafluoroethylene / vinylidene fluoride copolymer.

結着材の含有量(添加量、割合、量)について、正極合材の質量に対する結着材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上であり、上限は、80質量%以下、好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。結着材の含有量が0.1質量%以上であると、正極活物質を充分に結着でき、正極の機械的強度が高く、サイクル特性等の電池性能が良好である。また、80質量%以下であると、電池容量や導電性が良好である。   Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the binder, the range of the content of the binder with respect to the mass of the positive electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and the upper limit is 80% by mass or less, preferably 60% by mass or less, more preferably 40% by mass. Hereinafter, it is more preferably 10% by mass or less. When the binder content is 0.1% by mass or more, the positive electrode active material can be sufficiently bound, the positive electrode has high mechanical strength, and battery performance such as cycle characteristics is good. Moreover, battery capacity and electroconductivity are favorable in it being 80 mass% or less.

上記湿式法や乾式法を用いて集電体上に形成された層は、正極活物質の充填密度を向上させるため、ハンドプレスやローラープレス等により圧密化することが好ましい。
正極用の集電体の材質としては特に制限はなく、具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
In order to improve the packing density of the positive electrode active material, the layer formed on the current collector using the wet method or the dry method is preferably consolidated by a hand press, a roller press, or the like.
The material of the current collector for the positive electrode is not particularly limited, and specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; and carbonaceous materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.

集電体の形状としては特に制限はなく、種々の形状に加工された材料を用いることができる。具体例としては、金属材料については、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素質材料については、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、金属薄膜を用いることが好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、その範囲は次のとおりである。範囲の下限は、1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であり、上限は、1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。上記下限以上では、集電体として必要な強度が得られる。また、上記上限以下であると可撓性が高く、加工性が良好である。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of an electrical power collector, The material processed into various shapes can be used. Specific examples of the metal material include a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, and a foam metal, and the carbonaceous material includes a carbon plate, a carbon thin film, A carbon cylinder etc. are mentioned. Among these, it is preferable to use a metal thin film. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. The thickness of the thin film is arbitrary, but the range is as follows. The lower limit of the range is 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and the upper limit is 1 mm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. Above the lower limit, the strength required for the current collector can be obtained. Moreover, if it is below the above upper limit, the flexibility is high and the workability is good.

2.負極
本実施の形態においては、高出力で高容量のリチウムイオン電池に適用可能な以下に示す負極を有する。本実施の形態の負極(負極板)は、集電体及びその両面(又は片面)に形成された負極合材(負極合剤)よりなる。負極合材は、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する。負極活物質としては、非晶質炭素を用いる。入出力特性及び寿命特性の観点からは、前記非晶質炭素の中でも、易黒鉛化性炭素が好ましい。前記易黒鉛化性炭素とは、2000〜3000℃の加熱によって黒鉛になりやすい炭素材料である。一方、黒鉛になりにくい難黒鉛化炭素もある。前記非晶質炭素は、例えば、石油ピッチ、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリフルフリルアルコール、ポリシロキサン等を熱処理することにより製造することが可能であり、焼成温度を変えることによって、易黒鉛化性炭素としたり、難黒鉛化炭素としたりすることが可能である。例えば、500℃〜800℃程度の焼成温度は難黒鉛化炭素の製造に適しており、800℃〜1000℃程度の焼成温度は易黒鉛化性炭素の製造に適している。易黒鉛化性炭素は、X線広角回折法における炭素網面層間(d002)が、0.34nm以上0.36nm以下であることが好ましく、0.341nm以上0.355nm以下であることがより好ましく、0.342nm以上0.35nm以下であることが更に好ましい。
2. Negative electrode In this embodiment, the negative electrode shown below is applicable to a high-output and high-capacity lithium ion battery. The negative electrode (negative electrode plate) of the present embodiment is composed of a current collector and a negative electrode mixture (negative electrode mixture) formed on both sides (or one side) thereof. The negative electrode mixture contains a negative electrode active material that can electrochemically occlude and release lithium ions. Amorphous carbon is used as the negative electrode active material. From the viewpoint of input / output characteristics and life characteristics, graphitizable carbon is preferable among the amorphous carbons. The graphitizable carbon is a carbon material that easily becomes graphite by heating at 2000 to 3000 ° C. On the other hand, there are also non-graphitizable carbons that are difficult to become graphite. The amorphous carbon can be produced, for example, by heat-treating petroleum pitch, polyacene, polyparaphenylene, polyfurfuryl alcohol, polysiloxane, etc., and by changing the firing temperature, graphitizable carbon can be produced. Or non-graphitizable carbon. For example, a firing temperature of about 500 ° C. to 800 ° C. is suitable for producing non-graphitizable carbon, and a firing temperature of about 800 ° C. to 1000 ° C. is suitable for producing graphitizable carbon. The graphitizable carbon preferably has a carbon network interlayer (d002) in the X-ray wide angle diffraction method of 0.34 nm to 0.36 nm, more preferably 0.341 nm to 0.355 nm. More preferably, it is 0.342 nm or more and 0.35 nm or less.

また、前記非晶質炭素の平均粒子径(50%D)は、2〜50μmであることが好ましい。平均粒子径が5μm以上の場合、比表面積を適正な範囲とすることができ、リチウムイオン電池の初回充放電効率が優れると共に、粒子同士の接触が良く入出力特性に優れる傾向がある。一方、平均粒子径が30μm以下の場合、電極面に凸凹が発生しにくく電池の短絡を抑制できると共に、粒子表面から内部へのLiの拡散距離が比較的短くなるためリチウムイオン電池の入出力特性が向上する傾向がある。この観点から平均粒子径は、5〜30μmであることがより好ましく、10〜20μmであることが更に好ましい。なお、例えば、粒度分布は界面活性剤を含んだ精製水に試料を分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、株式会社島津製作所製、商品名:SALD−3000J)で測定することができ、平均粒子径は50%Dとして算出される。   The average particle diameter (50% D) of the amorphous carbon is preferably 2 to 50 μm. When the average particle diameter is 5 μm or more, the specific surface area can be in an appropriate range, the initial charge / discharge efficiency of the lithium ion battery is excellent, and the contact between the particles is good and the input / output characteristics tend to be excellent. On the other hand, when the average particle size is 30 μm or less, unevenness is hardly generated on the electrode surface, and the short circuit of the battery can be suppressed, and the diffusion distance of Li from the particle surface to the inside becomes relatively short, so the input / output characteristics of the lithium ion battery Tend to improve. In this respect, the average particle size is more preferably 5 to 30 μm, and still more preferably 10 to 20 μm. For example, the particle size distribution can be measured by dispersing a sample in purified water containing a surfactant and measuring with a laser diffraction particle size distribution measuring device (for example, product name: SALD-3000J, manufactured by Shimadzu Corporation). The average particle size is calculated as 50% D.

また、負極活物質としては、前記非晶質炭素以外の炭素質材料、酸化錫や酸化ケイ素等の金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、SnやSi等のリチウムと合金形成可能な材料等を併用してもよい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上のものを組み合わせて用いてもよい。   Further, as the negative electrode active material, carbonaceous materials other than the amorphous carbon, metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, metal composite oxides, lithium alloys such as lithium alone and lithium aluminum alloys, Sn and Si, etc. A material capable of forming an alloy with lithium may be used in combination. These may be used alone or in combination of two or more.

前記金属複合酸化物としては、リチウムを吸蔵、放出可能なものであれば特に制限はないが、Ti(チタン)、Li(リチウム)又はTi及びLiの双方を含有するものが、高電流密度充放電特性の観点で好ましい。   The metal composite oxide is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium. However, a material containing both Ti (titanium), Li (lithium), and Ti and Li has a high current density. This is preferable from the viewpoint of discharge characteristics.

前記非晶質炭素以外の炭素質材料としては、天然黒鉛、天然黒鉛に乾式のCVD(Chemical Vapor Deposition)法や湿式のスプレイ法で形成される被膜を形成した複合炭素質材料、エポキシやフェノール等の樹脂原料又は石油や石炭から得られるピッチ系材料を原料として焼成して得られる人造黒鉛が挙げられる。   Examples of the carbonaceous material other than the amorphous carbon include natural graphite, a composite carbonaceous material in which a film formed by a dry CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a wet spray method is formed on natural graphite, epoxy, phenol, etc. And artificial graphite obtained by firing using a resin material or a pitch-based material obtained from petroleum or coal as a raw material.

また、リチウムと化合物を形成することでリチウムを吸蔵放出できるリチウム金属や、リチウムと化合物を形成し、結晶間隙に挿入されることでリチウムを吸蔵放出できる珪素、ゲルマニウム、錫等の第四族元素の酸化物又は窒化物を上記非晶質炭素と併用いてもよい。   In addition, lithium metal that can occlude and release lithium by forming a compound with lithium, and Group 4 elements such as silicon, germanium, and tin that can occlude and release lithium by forming a compound with lithium and inserting it in the crystal gap These oxides or nitrides may be used in combination with the amorphous carbon.

また、好ましい形態としては、第2炭素質材料(導電材)として、体積基準の粒度分布がメジアン径を中心としたときに左右対称とならない炭素質材料を用いる形態がある。また、第2炭素質材料(導電材)として、負極活物質として用いる炭素質材料とラマンR値が異なる炭素質材料を用いる形態や、第2炭素質材料(導電材)として、負極活物質として用いる第1炭素質材料とX線パラメータが異なる炭素質材料を用いる形態等がある。   In addition, as a preferred form, there is a form in which a carbonaceous material that is not symmetric when the volume-based particle size distribution is centered on the median diameter is used as the second carbonaceous material (conductive material). Further, as the second carbonaceous material (conductive material), a form using a carbonaceous material having a different Raman R value from the carbonaceous material used as the negative electrode active material, or as the second carbonaceous material (conductive material), as the negative electrode active material There is a form using a carbonaceous material having a different X-ray parameter from the first carbonaceous material used.

負極用の集電体の材質としては特に制限はなく、具体例としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられる。中でも、加工のし易さとコストの観点から銅が好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a material of the electrical power collector for negative electrodes, As a specific example, metal materials, such as copper, nickel, stainless steel, nickel plating steel, are mentioned. Among these, copper is preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.

集電体の形状としては特に制限はなく、種々の形状に加工された材料を用いることができる。具体例としては、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタルが挙げられる。中でも、金属薄膜が好ましく、銅箔がより好ましい。銅箔には、圧延法により形成された圧延銅箔と、電解法により形成された電解銅箔とがあり、どちらも集電体として用いて好適である。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of an electrical power collector, The material processed into various shapes can be used. Specific examples include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, and foam metal. Among these, a metal thin film is preferable, and a copper foil is more preferable. The copper foil includes a rolled copper foil formed by a rolling method and an electrolytic copper foil formed by an electrolytic method, both of which are suitable for use as a current collector.

集電体の厚さに制限はないが、厚さが25μm未満の場合、純銅よりも強銅合金(リン青銅、チタン銅、コルソン合金、Cu−Cr−Zr合金等)を用いることでその強度を向上させることができる。   The thickness of the current collector is not limited, but when the thickness is less than 25 μm, its strength can be increased by using a strong copper alloy (phosphor bronze, titanium copper, Corson alloy, Cu—Cr—Zr alloy, etc.) rather than pure copper. Can be improved.

負極活物質を用いて形成した負極合材の構成に特に制限はないが、負極合材密度の範囲は次のとおりである。負極合材密度の下限は、1.0g/cm以上が好ましく、1.1g/cm以上がより好ましい。負極合材密度の上限は、1.5g/cm以下が好ましく、1.4g/cm以下がより好ましく、1.3g/cm以下が更に好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular in the structure of the negative electrode compound material formed using the negative electrode active material, The range of the negative electrode compound material density is as follows. The lower limit of the negative electrode composite density is preferably 1.0 g / cm 3 or more, and more preferably 1.1 g / cm 3 or more. The upper limit of the negative electrode composite density is preferably 1.5 g / cm 3 or less, more preferably 1.4 g / cm 3 or less, and still more preferably 1.3 g / cm 3 or less.

上記上限以下であると、負極活物質の粒子が破壊されにくくなり、初期の不可逆容量の増加や、集電体と負極活物質との界面付近への非水系電解液の浸透性の低下による高電流密度充放電特性の劣化を抑制できる。また、上記下限以上であると、負極活物質間の導電性が高いため電池抵抗が低く抑えられ、単位容積あたりの容量が充分に得られる。   If it is less than the above upper limit, the particles of the negative electrode active material are less likely to be destroyed, and the initial irreversible capacity is increased and the permeability of the non-aqueous electrolyte solution near the interface between the current collector and the negative electrode active material is reduced. Degradation of current density charge / discharge characteristics can be suppressed. Moreover, since the electroconductivity between negative electrode active materials is high as it is more than the said minimum, battery resistance is restrained low and the capacity | capacitance per unit volume is fully obtained.

負極活物質のバインダー樹脂(以下、結着材という場合もある)としては、ガラス転移温度が30℃以上であるバインダー樹脂を用いる。ガラス転移温度が30℃以上であるバインダー樹脂としては、例えば、アクリルポリマーが挙げられる。
前記アクリルポリマーの中でも特に、水分散可能なアクリル系ポリマー粒子が好ましい。
As the binder resin of the negative electrode active material (hereinafter sometimes referred to as a binder), a binder resin having a glass transition temperature of 30 ° C. or higher is used. Examples of the binder resin having a glass transition temperature of 30 ° C. or higher include acrylic polymers.
Among the acrylic polymers, water-dispersible acrylic polymer particles are particularly preferable.

アクリルポリマーの添加量としては、合材総質量に対して0.5%から5.0%の範囲にあることが電極成形性とエネルギー密度の観点から好ましく、0.5%から2.0%の範囲にあることがより好ましい。   The addition amount of the acrylic polymer is preferably in the range of 0.5% to 5.0% with respect to the total mass of the composite material from the viewpoint of electrode formability and energy density, and is preferably 0.5% to 2.0%. It is more preferable that it is in the range.

また、水分散可能なアクリルポリマー粒子を用いる場合は、水に可溶な増粘材を用いることが好ましい。増粘材は、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘材としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Further, when water-dispersible acrylic polymer particles are used, it is preferable to use a thickener that is soluble in water. The thickener is used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used alone or in combination of two or more.

増粘材を用いる場合の負極合材の質量に対する増粘材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.6質量%以上であり、上限は、5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。
上記下限以上では、スラリーの塗布性が良好である。また、上記上限以下であると、負極合材に占める負極活物質の割合が高く、高い電池容量や低い負極活物質間の抵抗が得られる。
The range of the content of the thickener relative to the mass of the negative electrode mixture when the thickener is used is as follows. The lower limit of the range is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and the upper limit is 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, more preferably. Is 2% by mass or less.
Above the above lower limit, the applicability of the slurry is good. Moreover, the ratio of the negative electrode active material to a negative electrode compound is high as it is below the said upper limit, and the resistance between high battery capacity and low negative electrode active materials is obtained.

正極塗工量は正極の単位面積当たりの放電容量を1としたときの負極の単位面積当たりの放電容量が1.0〜1.5の範囲にあることが好ましく、1.1〜1.3の範囲にあることが寿命とエネルギー密度の観点からより好ましい。   The positive electrode coating amount is preferably such that the discharge capacity per unit area of the negative electrode is 1.0 to 1.5 when the discharge capacity per unit area of the positive electrode is 1, 1.1 to 1.3 It is more preferable from the viewpoint of life and energy density to be in the range of.

熱プレスの温度範囲についてはTg以上150℃以下であることが設備上好ましくTg以上130℃以下にあることが入出力特性と設備上の観点から好ましい。   About the temperature range of a hot press, it is Tg or more and 150 degrees C or less on an installation, and it is preferable from a viewpoint on input-output characteristics and an installation that it is Tg or more and 130 degrees C or less.

上記水分散可能なアクリルポリマー粒子(以下、アクリルポリマー粒子という)は、例えば、単量体である(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位と、2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物(以下、「架橋剤」ともいう)由来の構造単位とを含むことが好ましい。   The water-dispersible acrylic polymer particles (hereinafter referred to as acrylic polymer particles) include, for example, a structural unit derived from monomer (meth) acrylonitrile and a compound having two or more ethylenically unsaturated bonds (hereinafter referred to as “ And a structural unit derived from a “crosslinking agent”.

各構造単位を構成する単量体は、それぞれの構造単位において、1種選択されて重合に使用されてもよく、複数種が選択されて重合に使用されてもよい。また、特定の構造単位を構成する単量体には1種類を選択し、他の構造単位を構成する単量体には複数種の単量体を選択してもよい。   One type of monomer constituting each structural unit may be selected and used for polymerization in each structural unit, or a plurality of types may be selected and used for polymerization. Further, one type of monomer may be selected as a monomer constituting a specific structural unit, and a plurality of types of monomers may be selected as monomers constituting other structural units.

また、上記アクリル系ポリマーは、上述した各構造単位を含んでいればよく、各構造単位の結合順序については特に制限はない。特定共重合体は、ブロック共重合体及びランダム共重合体のいずれであってもよく、ランダム共重合体であることが好ましい。   Moreover, the said acrylic polymer should just contain each structural unit mentioned above, and there is no restriction | limiting in particular about the coupling | bonding order of each structural unit. The specific copolymer may be either a block copolymer or a random copolymer, and is preferably a random copolymer.

上記アクリル系ポリマーにおける(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位の含有率は、エネルギーデバイス電極における集電体と合剤層との密着性に優れるという観点から、アクリル系ポリマーの単量体由来の総構造単位数を基準(100mol%)として、20mol%〜70mol%であることが好ましく、密着性及び電極合剤スラリーの保存安定性に優れるという観点から、30mol%〜60mol%であることがより好ましく、35mol%〜45mol%であることが更に好ましい   The content of structural units derived from (meth) acrylonitrile in the acrylic polymer is the total structure derived from monomers of the acrylic polymer from the viewpoint of excellent adhesion between the current collector and the mixture layer in the energy device electrode. On the basis of the number of units (100 mol%), it is preferably 20 mol% to 70 mol%, and more preferably 30 mol% to 60 mol% from the viewpoint of excellent adhesion and storage stability of the electrode mixture slurry, More preferably, it is 35 mol% to 45 mol%.

前記2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物(架橋剤)は、エチレン性不飽和結合を含む2以上の官能基と、前記官能基を互いに連結する2価以上の連結基である有機基とを有する化合物であれば特に制限はない。前記2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物は、例えば、下記一般式(I)で表される化合物であることが好ましい。   The compound having two or more ethylenically unsaturated bonds (crosslinking agent) includes two or more functional groups containing an ethylenically unsaturated bond and an organic group that is a divalent or higher linking group that links the functional groups to each other. If it is a compound which has this, there will be no restriction | limiting in particular. The compound having two or more ethylenically unsaturated bonds is preferably, for example, a compound represented by the following general formula (I).

Figure 2016046037
一般式(I)中、Rはそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示す。Rは、n価の有機基を示す。nは2〜6の数を示し、3〜4であることが好ましい。nは一般式(I)で表される化合物が単一の分子種である場合、整数である。
で示されるn価の有機基としては、炭素数2〜20の脂肪族炭化水素からn個の水素原子を取り除いて構成される炭素数が2〜20であるn価の脂肪族炭化水素基;炭素数2〜4のアルキレングリコールが2以上エーテル結合してなるポリアルキレングリコールの両末端からヒドロキシ基を取り除いて構成されるポリアルキレンオキシアルキレン基;グリセリン、ジグリセリン、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の炭素数3〜20の多価アルコール又はそのヒドロキシアルキル化物からn個のヒドロキシ基を取り除いて構成されるn価の有機基;イソシアヌル酸又はそのヒドロキシアルキル化物からn個のヒドロキシ基を取り除いて構成されるn価の有機基;などを挙げることができる。
これらの2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物は1種単独で又は2種類以上組み合わせて用いることができる。
Figure 2016046037
In general formula (I), R < 1 > shows a hydrogen atom or a methyl group each independently. R 2 represents an n-valent organic group. n shows the number of 2-6, and it is preferable that it is 3-4. n is an integer when the compound represented by formula (I) is a single molecular species.
The n-valent organic group represented by R 2 is an n-valent aliphatic hydrocarbon having 2 to 20 carbon atoms formed by removing n hydrogen atoms from an aliphatic hydrocarbon having 2 to 20 carbon atoms. Group: a polyalkyleneoxyalkylene group formed by removing hydroxyl groups from both ends of a polyalkylene glycol formed by ether-linking two or more alkylene glycols having 2 to 4 carbon atoms; glycerin, diglycerin, neopentyl glycol, pentaerythritol N-valent organic group formed by removing n hydroxy groups from a polyhydric alcohol having 3 to 20 carbon atoms such as dipentaerythritol, trimethylolpropane or the like, or a hydroxyalkylated product thereof; from isocyanuric acid or a hydroxyalkylated product thereof n-valent organic group constituted by removing n hydroxy groups; Can be mentioned.
These compounds having two or more ethylenically unsaturated bonds can be used singly or in combination of two or more.

上記アクリル系ポリマーにおける2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の構造単位の含有量は、特定共重合体のゴム状領域における貯蔵弾性率を高めて、エネルギーデバイスの充放電における活物質の膨張収縮に追従しやすくさせるという観点から、アクリル系ポリマーにおける単量体由来の総質量100質量部に対して、0.01質量部〜5.0質量部であることが好ましく、0.05質量部〜3.0質量部であることがより好ましく、0.02質量部〜0.2質量部であることが更に好ましい。
また、アクリル系ポリマーにおける2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の構造単位の含有率をmol%で規定した場合、アクリル系ポリマーにおける単量体由来の総構造単位数(100mol%)に対して、0.001mol%〜1.0mol%であることが好ましく、0.005mol%〜0.5mol%であることがより好ましく、0.02mol%〜0.2mol%であることが更に好ましい。
The content of the structural unit derived from the compound having two or more ethylenically unsaturated bonds in the acrylic polymer increases the storage elastic modulus in the rubber-like region of the specific copolymer, and the active material in charge / discharge of the energy device. From the viewpoint of making it easy to follow expansion and contraction, it is preferably 0.01 parts by mass to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer-derived total mass in the acrylic polymer, and 0.05 parts by mass. It is more preferably from 3.0 parts by weight to 3.0 parts by weight, and even more preferably from 0.02 parts by weight to 0.2 parts by weight.
Moreover, when the content rate of the structural unit derived from the compound which has an ethylenically unsaturated bond of 2 or more in an acrylic polymer is prescribed | regulated by mol%, the total structural unit number (100 mol%) derived from the monomer in an acrylic polymer is used. On the other hand, it is preferably 0.001 mol% to 1.0 mol%, more preferably 0.005 mol% to 0.5 mol%, and still more preferably 0.02 mol% to 0.2 mol%.

更にアクリル系ポリマーにおける(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位の含有量に対する2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の構造単位の含有量のモル比は特に制限されない。エネルギーデバイス電極における集電体と合剤層との密着性に優れる観点から、前記モル比は、0.008mol%〜0.8mol%であることが好ましく、0.03mol%〜0.3mol%であることがより好ましい。   Furthermore, the molar ratio of the content of the structural unit derived from the compound having two or more ethylenically unsaturated bonds to the content of the structural unit derived from (meth) acrylonitrile in the acrylic polymer is not particularly limited. From the viewpoint of excellent adhesion between the current collector and the mixture layer in the energy device electrode, the molar ratio is preferably 0.008 mol% to 0.8 mol%, and 0.03 mol% to 0.3 mol%. More preferably.

上記アクリル系ポリマーは、必要に応じて、(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位及び2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の構造単位以外の、その他の単量体由来の構造単位を含んでいてもよい。その他の単量体としては、下記一般式(II)で表される単量体、酸性官能基含有単量体等を挙げることができる。   The acrylic polymer contains structural units derived from other monomers other than structural units derived from (meth) acrylonitrile and structural units derived from compounds having two or more ethylenically unsaturated bonds, as necessary. May be. Examples of the other monomer include a monomer represented by the following general formula (II) and an acidic functional group-containing monomer.

Figure 2016046037
Figure 2016046037

一般式(II)中、R21は水素原子又はメチル基を示す。R22は、2−シアノエチル基、炭素数3〜20のアルキル基又は炭素数5〜20のヒドロキシアルキル基を示す。
22における炭素数3〜20のアルキル基としては、分岐鎖のアルキル基であっても、直鎖のアルキル基であってもよく、直鎖のアルキル基であることが好ましい。R22で示されるアルキル基の炭素数は、3〜12であることが好ましく、3〜8であることがより好ましい。
In the general formula (II), R 21 represents a hydrogen atom or a methyl group. R 22 represents a 2-cyanoethyl group, an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms, or a hydroxyalkyl group having 5 to 20 carbon atoms.
The alkyl group having 3 to 20 carbon atoms in R 22 may be a branched alkyl group or a linear alkyl group, and is preferably a linear alkyl group. The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 22 is preferably 3 to 12, and more preferably 3 to 8.

一般式(II)で表される単量体由来の構造単位の総含有率は、エネルギーデバイス電極における集電体と合剤層との密着性に優れるという観点から、特定共重合体における単量体由来の総構造単位量を基準(100mol%)として、30mol%〜80mol%であることが好ましく、密着性及び電極合剤スラリーの保存安定性に優れるという観点から、40mol%〜70mol%であることがより好ましく、55mol%〜65mol%であることが更に好ましい。   The total content of the structural unit derived from the monomer represented by the general formula (II) is a single amount in the specific copolymer from the viewpoint of excellent adhesion between the current collector and the mixture layer in the energy device electrode. It is preferably 30 mol% to 80 mol%, based on the total structural unit amount derived from the body (100 mol%), and from the viewpoint of excellent adhesion and storage stability of the electrode mixture slurry, it is 40 mol% to 70 mol%. It is more preferable, and it is still more preferable that it is 55 mol%-65 mol%.

前記アクリル系ポリマーは、水分散のアクリル系ポリマー粒子として用いることが好ましい。   The acrylic polymer is preferably used as water-dispersed acrylic polymer particles.

アクリル系ポリマー粒子は、密着性及び電池特性の観点から粒径が500nm以下であることが好ましく、400nm以下がより好ましい。下限値は特に制限はないが、実用的な観点から100nm以上であることが好ましく、200nm以上であることがより好ましい。
ここで粒径は、平均粒径であり、市販の動的光散乱法による測定装置を用いて測定することができる。
The acrylic polymer particles preferably have a particle size of 500 nm or less, and more preferably 400 nm or less from the viewpoint of adhesion and battery characteristics. Although there is no restriction | limiting in particular in a lower limit, it is preferable that it is 100 nm or more from a practical viewpoint, and it is more preferable that it is 200 nm or more.
Here, the particle diameter is an average particle diameter, and can be measured using a commercially available measuring device by a dynamic light scattering method.

バインダー樹脂のガラス転移温度(Tg)の下限は、電極合剤スラリーの保存温度より高い30℃以上である。保存安定性の観点からは、バインダー樹脂のガラス転移温度(Tg)の下限は、35℃以上が好ましく、40℃以上がより好ましい。また、ガラス転移温度(Tg)の上限に制限はないが、密着性の観点からは120℃であることが好ましく、80℃であることがより好ましく、50℃であることが更に好ましい。ガラス転移温度が30℃以上であれば、より保存安定性に優れた電極合剤スラリーとなる傾向がある。また、ガラス転移温度が120℃以下であればエネルギーデバイス電極における密着性がより良好となる傾向がある。
バインダー樹脂のガラス転移温度は、動的粘弾性測定(DMA)により、通常の測定条件で測定することができる。
The lower limit of the glass transition temperature (Tg) of the binder resin is 30 ° C. or higher, which is higher than the storage temperature of the electrode mixture slurry. From the viewpoint of storage stability, the lower limit of the glass transition temperature (Tg) of the binder resin is preferably 35 ° C. or higher, and more preferably 40 ° C. or higher. Moreover, although there is no restriction | limiting in the upper limit of glass transition temperature (Tg), it is preferable that it is 120 degreeC from a viewpoint of adhesiveness, it is more preferable that it is 80 degreeC, and it is still more preferable that it is 50 degreeC. If the glass transition temperature is 30 ° C. or higher, the electrode mixture slurry tends to be more excellent in storage stability. Moreover, if the glass transition temperature is 120 ° C. or lower, the adhesiveness of the energy device electrode tends to be better.
The glass transition temperature of the binder resin can be measured under normal measurement conditions by dynamic viscoelasticity measurement (DMA).

バインダー樹脂の貯蔵弾性率は特に制限されず、目的等に応じて適宜選択することができる。バインダー樹脂の貯蔵弾性率は、エネルギーデバイスの高温でのサイクル特性の観点から、60℃において1〜60MPaであることが好ましく、2〜50MPaであることがより好ましく、3〜20MPaであることが更に好ましい。バインダー樹脂の貯蔵弾性率は、バインダー樹脂をフィルム状に成形し、動的粘弾性測定(DMA)により測定することができる。   The storage modulus of the binder resin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose and the like. The storage elastic modulus of the binder resin is preferably 1 to 60 MPa, more preferably 2 to 50 MPa, and further preferably 3 to 20 MPa at 60 ° C. from the viewpoint of cycle characteristics at a high temperature of the energy device. preferable. The storage modulus of the binder resin can be measured by forming the binder resin into a film and measuring the dynamic viscoelasticity (DMA).

3.電解液
本実施の形態の電解液は、リチウム塩(電解質)と、これを溶解する非水系溶媒から構成される。必要に応じて、添加材を加えてもよい。
3. Electrolytic Solution The electrolytic solution of the present embodiment is composed of a lithium salt (electrolyte) and a non-aqueous solvent that dissolves the lithium salt. You may add an additive as needed.

リチウム塩としては、リチウムイオン電池用の非水系電解液の電解質として使用可能なリチウム塩であれば特に制限はないが、例えば、以下に示す無機リチウム塩、含フッ素有機リチウム塩やオキサラトボレート塩が挙げられる。   The lithium salt is not particularly limited as long as it is a lithium salt that can be used as an electrolyte of a non-aqueous electrolyte solution for a lithium ion battery. For example, the following inorganic lithium salt, fluorine-containing organic lithium salt, or oxalate borate salt Is mentioned.

無機リチウム塩としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF等の無機フッ化物塩や、LiClO、LiBrO、LiIO等の過ハロゲン酸塩や、LiAlCl等の無機塩化物塩等が挙げられる。 Examples of the inorganic lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF inorganic fluoride salts and the like 6, LiClO 4, Libro 4, LiIO and perhalogenate such as 4, an inorganic chloride salts such as LiAlCl 4, etc. Is mentioned.

含フッ素有機リチウム塩としては、LiCFSO等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩;LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)等のパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩;LiC(CFSO等のパーフルオロアルカンスルホニルメチド塩;Li[PF(CFCFCF)]、Li[PF(CFCFCF]、Li[PF(CFCFCF]、Li[PF(CFCFCFCF)]、Li[PF(CFCFCFCF]、Li[PF(CFCFCFCF]等のフルオロアルキルフッ化リン酸塩等が挙げられる。 Examples of the fluorine-containing organic lithium salt include perfluoroalkane sulfonates such as LiCF 3 SO 3 ; LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C Perfluoroalkanesulfonylimide salt such as 4 F 9 SO 9 ); perfluoroalkanesulfonylmethide salt such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ; Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ], Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3) 3] fluoroalkyl hexafluorophosphate salts such like.

オキサラトボレート塩としては、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート等が挙げられる。   Examples of the oxalatoborate salt include lithium bis (oxalato) borate and lithium difluorooxalatoborate.

これらのリチウム塩は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、溶媒に対する溶解性、二次電池とした場合の充放電特性、出力特性、サイクル特性等を総合的に判断すると、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)が好ましい。 These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. Among them, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is preferable when comprehensively judging the solubility in a solvent, charge / discharge characteristics in the case of a secondary battery, output characteristics, cycle characteristics, and the like.

2種以上のリチウム塩を用いる場合の好ましい一例は、LiPFとLiBFとの併用である。この場合には、両者の合計に占めるLiBFの割合が、0.01質量%以上、20質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上、5質量%以下であることがより好ましい。また、他の好ましい一例は、無機フッ化物塩とパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩との併用であり、この場合には、両者の合計に占める無機フッ化物塩の割合は、70質量%以上、99質量%以下であることが好ましく、80質量%以上、98質量%以下であることがより好ましい。上記2つの好ましい例によれば、高温保存による特性劣化を抑制することができる。 A preferable example in the case of using two or more lithium salts is a combination of LiPF 6 and LiBF 4 . In this case, the proportion of LiBF 4 in the total of both is preferably 0.01% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less. . Another preferred example is the combined use of an inorganic fluoride salt and a perfluoroalkanesulfonylimide salt. In this case, the proportion of the inorganic fluoride salt in the total of both is 70% by mass or more and 99% by mass. % Or less, more preferably 80% by mass or more and 98% by mass or less. According to the above two preferred examples, characteristic deterioration due to high temperature storage can be suppressed.

非水系電解液中の電解質の濃度に特に制限はないが、電解質の濃度範囲は次のとおりである。濃度の下限は、0.5mol/L以上、好ましくは0.6mol/L以上、より好ましくは0.7mol/L以上である。また、濃度の上限は、2mol/L以下、好ましくは1.8mol/L以下、より好ましくは1.7mol/L以下である。濃度が0.5mol/Lであると、電解液の電気伝導率が充分となる。また、濃度が2mol/L以下であると、粘度が上昇しないため電気伝導度が低下しない。このように電気伝導度の低下が起こらないため、高いリチウムイオン電池の性能が得られる。   Although there is no restriction | limiting in particular in the density | concentration of the electrolyte in nonaqueous electrolyte solution, The density | concentration range of an electrolyte is as follows. The lower limit of the concentration is 0.5 mol / L or more, preferably 0.6 mol / L or more, more preferably 0.7 mol / L or more. Further, the upper limit of the concentration is 2 mol / L or less, preferably 1.8 mol / L or less, more preferably 1.7 mol / L or less. When the concentration is 0.5 mol / L, the electric conductivity of the electrolyte is sufficient. Moreover, since a viscosity does not rise that a density | concentration is 2 mol / L or less, electrical conductivity does not fall. Thus, since the electrical conductivity does not decrease, high lithium ion battery performance can be obtained.

非水系溶媒としては、リチウムイオン電池用の電解質の溶媒として使用可能な非水系溶媒であれば特に制限はないが、例えば、次の環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、環状エーテル及び鎖状エーテル等が挙げられる。   The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it is a non-aqueous solvent that can be used as an electrolyte solvent for a lithium ion battery. For example, the following cyclic carbonate, chain carbonate, chain ester, cyclic ether, and chain Examples include ether.

環状カーボネートとしては、環状カーボネートを構成するアルキレン基の炭素数が2〜6のものが好ましく、2〜4のものがより好ましい。具体的には、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等が挙げられる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが好ましい。   As the cyclic carbonate, those having 2 to 6 carbon atoms of the alkylene group constituting the cyclic carbonate are preferable, and those having 2 to 4 are more preferable. Specific examples include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable.

鎖状カーボネートとしては、ジアルキルカーボネートが好ましく、2つのアルキル基の炭素数が、それぞれ1〜5のものが好ましく、1〜4のものがより好ましい。具体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等の対称鎖状カーボネート類;エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート等の非対称鎖状カーボネート類等が挙げられる。中でも、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が好ましい。   As the chain carbonate, dialkyl carbonate is preferable, and the number of carbon atoms of the two alkyl groups is preferably 1 to 5, and more preferably 1 to 4. Specifically, symmetrical chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and di-n-propyl carbonate; asymmetric chain carbonates such as ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, and ethyl-n-propyl carbonate Is mentioned. Of these, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable.

鎖状エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル等が挙げられる。中でも、低温特性改善の観点から酢酸メチルを用いることが好ましい。   Examples of chain esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and methyl propionate. Among them, it is preferable to use methyl acetate from the viewpoint of improving the low temperature characteristics.

環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等が挙げられる。中でも、入出力特性改善の観点からテトラヒドロフランを用いることが好ましい。   Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran and the like. Of these, tetrahydrofuran is preferably used from the viewpoint of improving input / output characteristics.

鎖状エーテルとしては、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等が挙げられる。   Examples of chain ethers include dimethoxyethane and dimethoxymethane.

これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよいが、2種以上の化合物を併用した混合溶媒を用いることが好ましい。例えば、環状カーボネート類の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート類や鎖状エステル類等の低粘度溶媒とを併用するのが好ましい。好ましい組み合わせの一つは、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類とを主体とする組み合わせである。中でも、非水系溶媒に占める環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との合計が、80容量%以上、好ましくは85容量%以上、より好ましくは90容量%以上であり、かつ環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との合計に対する環状カーボネート類の容量が次の範囲であるものが好ましい。環状カーボネート類の容量の下限は、5容量%以上、好ましくは10容量%以上、より好ましくは15容量%以上であり、上限は、50容量%以下、好ましくは35容量%以下、より好ましくは30容量%以下である。このような非水系溶媒の組み合わせを用いることで、電池のサイクル特性や高温保存特性(特に、高温保存後の残存容量及び高負荷放電容量)が向上する。   These may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use a mixed solvent in which two or more compounds are used in combination. For example, it is preferable to use a high dielectric constant solvent of cyclic carbonates in combination with a low viscosity solvent such as chain carbonates or chain esters. One of the preferable combinations is a combination mainly composed of cyclic carbonates and chain carbonates. Among them, the total of the cyclic carbonates and the chain carbonates in the non-aqueous solvent is 80% by volume or more, preferably 85% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, and the cyclic carbonates and the chain carbonates. It is preferable that the cyclic carbonates have a capacity in the following range with respect to the total of the above. The lower limit of the capacity of the cyclic carbonates is 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and the upper limit is 50% by volume or less, preferably 35% by volume or less, more preferably 30%. The capacity is less than%. By using such a combination of non-aqueous solvents, battery cycle characteristics and high-temperature storage characteristics (particularly, remaining capacity and high-load discharge capacity after high-temperature storage) are improved.

環状カーボネート類と鎖状カーボネート類の好ましい組み合わせの具体例としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートが挙げられる。   Specific examples of preferred combinations of cyclic carbonates and chain carbonates include ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate And ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.

前記添加材としては、リチウムイオン電池の非水系電解液用の添加材であれば特に制限はないが、例えば、窒素、硫黄又は窒素及び硫黄を含有する複素環化合物、環状カルボン酸エステル、フッ素含有環状カーボネート、ビニレンカーボネートが挙げられる。   The additive is not particularly limited as long as it is an additive for a non-aqueous electrolyte solution of a lithium ion battery. For example, nitrogen, sulfur or a heterocyclic compound containing nitrogen and sulfur, a cyclic carboxylic acid ester, and fluorine-containing material A cyclic carbonate and vinylene carbonate are mentioned.

非水系電解液中における添加材の割合に特に限定はないが、その範囲は次のとおりである。なお、複数の添加材を用いる場合は、それぞれの添加材の割合を意味する。非水系電解液に対する添加材の割合の下限は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、上限は、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。
上記他の添加剤により、過充電による異常時の急激な電極反応の抑制、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性の向上、入出力特性の向上等を図ることができる。
Although there is no limitation in particular in the ratio of the additive in a non-aqueous electrolyte solution, the range is as follows. In addition, when using a some additive, the ratio of each additive is meant. The lower limit of the ratio of the additive to the non-aqueous electrolyte is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, still more preferably 0.2% by mass or more, and the upper limit is preferably 5%. It is not more than mass%, more preferably not more than 3 mass%, still more preferably not more than 2 mass%.
By using the other additives, it is possible to suppress a rapid electrode reaction at the time of abnormality due to overcharge, improve capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high temperature storage, and improve input / output characteristics.

4.セパレータ
セパレータは、正極及び負極間を電子的には絶縁しつつもイオン透過性を有し、かつ、正極側における酸化性及び負極側における還元性に対する耐性を備えるものであれば特に制限はない。このような特性を満たすセパレータの材料(材質)としては、樹脂、無機物、ガラス繊維等が用いられる。
4). Separator The separator is not particularly limited as long as it has ion permeability while electronically insulating the positive electrode and the negative electrode, and has resistance to oxidation on the positive electrode side and reducibility on the negative electrode side. As a material (material) of the separator satisfying such characteristics, a resin, an inorganic material, glass fiber, or the like is used.

樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が用いられる。具体的には、非水系電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶのが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布等を用いることが好ましい。   As the resin, an olefin polymer, a fluorine polymer, a cellulose polymer, polyimide, nylon, or the like is used. Specifically, it is preferable to select from materials that are stable with respect to non-aqueous electrolytes and have excellent liquid retention properties. For example, porous sheets or nonwoven fabrics made from polyolefins such as polyethylene and polypropylene may be used. preferable.

無機物としては、アルミナや二酸化珪素等の酸化物類、窒化アルミニウムや窒化珪素等の窒化物類、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩類が用いられる。例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状の基材に付着させたものをセパレータとして用いることができる。薄膜形状の基材としては、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。また、例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、樹脂等の結着材を用いて複合多孔層としたものをセパレータとして用いることができる。更に、この複合多孔層を、正極又は負極の表面に形成し、セパレータとしてもよい。例えば、90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子をフッ素樹脂を結着材として結着させた複合多孔層を、正極の表面に形成してもよい。   As the inorganic material, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used. For example, what made the said inorganic substance of fiber shape or particle shape adhere to thin film-shaped base materials, such as a nonwoven fabric, a woven fabric, and a microporous film, can be used as a separator. As a thin film-shaped substrate, a substrate having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferably used. In addition, for example, a separator in which a composite porous layer is formed using the above-described inorganic material in a fiber shape or a particle shape by using a binder such as a resin can be used as a separator. Furthermore, this composite porous layer may be formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode to form a separator. For example, a composite porous layer in which alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm are bound using a fluororesin as a binder may be formed on the surface of the positive electrode.

5.その他の構成部材
リチウムイオン電池のその他の構成部材として、開裂弁を設けてもよい。開裂弁が開放することで、電池内部の圧力上昇を抑制でき、安全性を向上させることができる。
5). Other constituent members As other constituent members of the lithium ion battery, a cleavage valve may be provided. By opening the cleavage valve, it is possible to suppress an increase in pressure inside the battery and to improve safety.

また、温度上昇に伴い不活性ガス(例えば、二酸化炭素)を放出する構成部を設けてもよい。このような構成部を設けることで、電池内部の温度が上昇した場合に、不活性ガスの発生により速やかに開裂弁を開けることができ、安全性を向上させることができる。上記構成部に用いられる材料としては、炭酸リチウムやポリアルキレンカーボネート樹脂等が挙げられる。ポリアルキレンカーボネート樹脂としては、例えば、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリ(1,2−ジメチルエチレンカーボネート)、ポリブテンカーボネート、ポリイソブテンカーボネート、ポリペンテンカーボネート、ポリヘキセンカーボネート、ポリシクロペンテンカーボネート、ポリシクロヘキセンカーボネート、ポリシクロヘプテンカーボネート、ポリシクロオクテンカーボネート、ポリリモネンカーボネートが挙げられる。上記構成部に用いられる材料としては、炭酸リチウム、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネートが好ましい。   Moreover, you may provide the structure part which discharge | releases inert gas (for example, carbon dioxide) with a temperature rise. By providing such a component, when the temperature inside the battery rises, the cleavage valve can be opened quickly due to the generation of inert gas, and safety can be improved. Examples of the material used for the above components include lithium carbonate and polyalkylene carbonate resin. Examples of the polyalkylene carbonate resin include polyethylene carbonate, polypropylene carbonate, poly (1,2-dimethylethylene carbonate), polybutene carbonate, polyisobutene carbonate, polypentene carbonate, polyhexene carbonate, polycyclopentene carbonate, polycyclohexene carbonate, and polycyclohexane. Examples include heptene carbonate, polycyclooctene carbonate, and polylimonene carbonate. As a material used for the said structural part, lithium carbonate, polyethylene carbonate, and polypropylene carbonate are preferable.

(リチウムイオン電池用負極の製造方法)
本実施形態のリチウムイオン電池用負極は、特に制限なく公知の電極の製造方法を利用して製造することができるが、例えば、上記バインダー樹脂組成物、溶媒及び負極活物質等を含む負極合剤ペーストを集電体の少なくとも1面に塗布し、次いで溶媒を乾燥除去し、圧縮して集電体表面に負極合剤層を形成することにより製造することができる。
(Method for producing negative electrode for lithium ion battery)
Although the negative electrode for lithium ion batteries of this embodiment can be manufactured using a known electrode manufacturing method without particular limitation, for example, a negative electrode mixture containing the binder resin composition, a solvent, a negative electrode active material, and the like. The paste can be applied to at least one surface of the current collector, and then the solvent can be removed by drying, followed by compression to form a negative electrode mixture layer on the current collector surface.

ここで、塗布は、例えば、コンマコーターを用いて行うことができる。塗布は、正極と負極との容量比(負極容量/正極容量)が1以上1.2未満とすることが好ましい。溶媒の除去は、例えば50〜150℃、好ましくは、80〜120℃で、1〜20分間、好ましくは、3〜10分間乾燥することによって行われる。圧縮(以下、プレスという場合もある)は、例えばロールプレス機、熱プレス機を用いて温度がバインダー樹脂のガラス転移温度以上で行われ、負極合剤層のかさ密度が、1〜1.5g/cm3となるように熱プレスされる。本実施形態において、圧縮時の温度は、バインダー樹脂のガラス転移温度よりも20℃〜100℃高い温度で圧縮することが好ましく、30℃〜80℃高い温度で圧縮することがより好ましい。更に、電極内の残留溶媒、吸着水の除去等のため、例えば、100〜150℃で1〜20時間真空乾燥してもよい。 Here, application | coating can be performed using a comma coater, for example. Application is preferably such that the capacity ratio of the positive electrode to the negative electrode (negative electrode capacity / positive electrode capacity) is 1 or more and less than 1.2. The removal of the solvent is performed, for example, by drying at 50 to 150 ° C., preferably 80 to 120 ° C. for 1 to 20 minutes, preferably 3 to 10 minutes. The compression (hereinafter sometimes referred to as pressing) is performed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the binder resin using, for example, a roll press machine or a hot press machine, and the bulk density of the negative electrode mixture layer is 1 to 1.5 g. It is hot-pressed so as to be / cm 3 . In the present embodiment, the compression is preferably performed at a temperature that is 20 ° C to 100 ° C higher than the glass transition temperature of the binder resin, and more preferably at a temperature that is 30 ° C to 80 ° C higher. Furthermore, in order to remove the residual solvent and adsorbed water in the electrode, for example, vacuum drying may be performed at 100 to 150 ° C. for 1 to 20 hours.

(リチウムイオン電池)
まず、本発明をラミネート電池に適用した実施の形態について説明する。
(Lithium ion battery)
First, an embodiment in which the present invention is applied to a laminated battery will be described.

ラミネート型のリチウムイオン電池は、例えば、次のようにして作製できる。まず、正極と負極を角形に切断し、それぞれの電極にタブを溶接し正負極端子を作製する。正極、絶縁層、負極をこの順番に積層した積層体を作製し、その状態でアルミニウム製のラミネートパック内に収容し、正負極端子をアルミラミネートパックの外に出し密封する。次いで、非水電解質をアルミラミネートパック内に注液し、アルミラミネートパックの開口部を密封する。これにより、リチウムイオン電池が得られる。   A laminate-type lithium ion battery can be produced, for example, as follows. First, the positive electrode and the negative electrode are cut into squares, and tabs are welded to the respective electrodes to produce positive and negative electrode terminals. A laminated body in which the positive electrode, the insulating layer, and the negative electrode are laminated in this order is prepared, and in that state, accommodated in an aluminum laminate pack, and the positive and negative electrode terminals are taken out of the aluminum laminate pack and sealed. Next, the nonaqueous electrolyte is poured into the aluminum laminate pack, and the opening of the aluminum laminate pack is sealed. Thereby, a lithium ion battery is obtained.

次に、図面を参照して、本発明を18650タイプの円柱状リチウムイオン電池に適用した実施の形態について説明する。   Next, an embodiment in which the present invention is applied to an 18650 type cylindrical lithium ion battery will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池1は、ニッケルメッキが施されたスチール製で有底円筒状の電池容器6を有している。電池容器6には、帯状の正極板2及び負極板3がセパレータ4を介して断面渦巻状に捲回された電極群5が収容されている。電極群5は、正極板2及び負極板3がポリエチレン製多孔質シートのセパレータ4を介して断面渦巻状に捲回されている。セパレータ4は、例えば、幅が58mm、厚さが30μmに設定される。電極群5の上端面には、一端部を正極板2に固定されたアルミニウム製でリボン状の正極タブ端子が導出されている。正極タブ端子の他端部は、電極群5の上側に配置され正極外部端子となる円盤状の電池蓋の下面に超音波溶接で接合されている。一方、電極群5の下端面には、一端部を負極板3に固定された銅製でリボン状の負極タブ端子が導出されている。負極タブ端子の他端部は、電池容器6の内底部に抵抗溶接で接合されている。従って、正極タブ端子及び負極タブ端子は、それぞれ電極群5の両端面の互いに反対側に導出されている。なお、電極群5の外周面全周には、図示を省略した絶縁被覆が施されている。電池蓋は、絶縁性の樹脂製ガスケットを介して電池容器6の上部にカシメ固定されている。このため、リチウムイオン電池1の内部は密封されている。また、電池容器6内には、図示しない非水電解液が注液されている。   As shown in FIG. 1, the lithium ion battery 1 of the present embodiment has a bottomed cylindrical battery container 6 made of nickel-plated steel. The battery case 6 accommodates an electrode group 5 in which a strip-like positive electrode plate 2 and a negative electrode plate 3 are wound in a spiral shape with a separator 4 interposed therebetween. In the electrode group 5, the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate 3 are wound in a spiral shape in cross section via a separator 4 made of a polyethylene porous sheet. For example, the separator 4 has a width of 58 mm and a thickness of 30 μm. A ribbon-like positive electrode tab terminal made of aluminum and having one end fixed to the positive electrode plate 2 is led out on the upper end surface of the electrode group 5. The other end of the positive electrode tab terminal is joined by ultrasonic welding to the lower surface of a disk-shaped battery lid that is disposed on the upper side of the electrode group 5 and serves as a positive electrode external terminal. On the other hand, a ribbon-like negative electrode tab terminal made of copper with one end fixed to the negative electrode plate 3 is led out on the lower end surface of the electrode group 5. The other end of the negative electrode tab terminal is joined to the inner bottom of the battery container 6 by resistance welding. Therefore, the positive electrode tab terminal and the negative electrode tab terminal are led out to the opposite sides of the both end faces of the electrode group 5, respectively. In addition, the insulation coating which abbreviate | omitted illustration is given to the outer peripheral surface whole periphery of the electrode group 5. FIG. The battery lid is caulked and fixed to the upper part of the battery container 6 via an insulating resin gasket. For this reason, the inside of the lithium ion battery 1 is sealed. In addition, a non-aqueous electrolyte (not shown) is injected into the battery container 6.

以下、実施例に基づき本実施の形態を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. The present invention is not limited to the following examples.

合成例<アクリルポリマー>
攪拌機、温度計、冷却管、送液ポンプを装着した0.5リットルの3つ口フラスコ内に、水335g、乳化剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム株式会社製、商品名:CMC#2200)の2%水溶液21.46gを加え、アスピレーターで2.6kPa(20mmHg)に減圧後、窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返し、溶存酸素を除去した。フラスコ内を窒素雰囲気に保ち、攪拌しながらオイルバスで60℃に加熱後、過硫酸カリウム0.26gを水8gに溶解して3つ口フラスコに加えた。
Synthesis example <acrylic polymer>
In a 0.5 liter three-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, condenser, and liquid feed pump, 335 g of water and 2% of carboxymethyl cellulose (trade name: CMC # 2200, manufactured by Daicel Finechem Co., Ltd.) as an emulsifier 21.46 g of an aqueous solution was added, and after the pressure was reduced to 2.6 kPa (20 mmHg) with an aspirator, the operation of returning to normal pressure with nitrogen was repeated three times to remove dissolved oxygen. The flask was maintained in a nitrogen atmosphere, heated to 60 ° C. with an oil bath while stirring, and 0.26 g of potassium persulfate was dissolved in 8 g of water and added to the three-necked flask.

過硫酸カリウムを加えた後、アクリロニトリル(和光純薬工業株式会社製)16.98g(総単量体量(100mol%)中に40mol%の割合)、一般式(II)で表される単量体(R21がメチル基、R22が炭素数4のブチル基)であるブチルメタクリレート(和光純薬工業株式会社製)68.26g(総単量体量(100mol%)中に60mol%の割合)、一般式(I)で表される化合物(Rが水素原子、nが4、Rがエトキシ化ペンタエリスリトール基)であるエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業株式会社製、商品名:ATM−4E)0.34g(総単量体量(100mol%)に対して0.04mol%の割合)の混合物である単量体組成物を送液ポンプで2時間掛けて滴下して乳化重合を行った。単量体組成物の滴下終了後の単量体の反応転化率は51%であった。1時間攪拌を継続した後、80℃に昇温し、更に2時間攪拌を継続して、アクリル系ポリマー粒子の水分散液を得た。得られた水分散液をアルミパンに約1ml量り取り、160℃に加熱したホットプレート上で15分間乾燥させ、残渣質量から不揮発分を算出したところ15.3%(共重合体の収率98%)であった。また、ガラス転移温度は47℃、60℃における貯蔵弾性率は8.7MPaであった。なお、ガラス転移温度及び60℃における貯蔵弾性率は、以下に示す動的粘弾性測定で測定した。 After adding potassium persulfate, 16.98 g of acrylonitrile (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (a proportion of 40 mol% in the total monomer amount (100 mol%)), a single amount represented by the general formula (II) 68.26 g of butyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (R 21 is a methyl group and R 22 is a butyl group having 4 carbon atoms) (a proportion of 60 mol% in the total monomer amount (100 mol%)) ), An ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate (made by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), a compound represented by the general formula (I) (R 1 is a hydrogen atom, n is 4, and R 2 is an ethoxylated pentaerythritol group) Name: ATM-4E) A monomer composition which is a mixture of 0.34 g (a ratio of 0.04 mol% with respect to the total monomer amount (100 mol%)) is dropped over 2 hours with a liquid feed pump. Emulsion polymerization was performed. The reaction conversion rate of the monomer after completion of dropping of the monomer composition was 51%. After stirring for 1 hour, the temperature was raised to 80 ° C., and stirring was further continued for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of acrylic polymer particles. About 1 ml of the obtained aqueous dispersion was weighed in an aluminum pan, dried on a hot plate heated to 160 ° C. for 15 minutes, and the non-volatile content was calculated from the residual mass to find 15.3% (copolymer yield 98 %)Met. The glass transition temperature was 47 ° C., and the storage elastic modulus at 60 ° C. was 8.7 MPa. The glass transition temperature and the storage elastic modulus at 60 ° C. were measured by the dynamic viscoelasticity measurement shown below.

合成例で得られたアクリルポリマーの水分散液を、ポリプロピレンフィルム上にキャストし、風燥後、更に送風型乾燥機中で120℃、5時間乾燥して評価用バインダー樹脂フィルム(膜厚30μm)を得た。前記評価用バインダー樹脂フィルムを用い動的粘弾性測定(DMA)を行った。以下にDMA測定条件を示す。   The acrylic polymer aqueous dispersion obtained in the synthesis example was cast on a polypropylene film, air-dried, and further dried in a blow-type dryer at 120 ° C. for 5 hours to evaluate the binder resin film (film thickness 30 μm). Got. Dynamic viscoelasticity measurement (DMA) was performed using the evaluation binder resin film. The DMA measurement conditions are shown below.

(DMA測定条件)
測定機器:RSA−III[TA instruments社製]
試験モード:引張
測定温度:−50℃〜250℃
昇温速度:10℃/min
試験周波数:1Hz
チャック間距離:25mm(初期)
(DMA measurement conditions)
Measuring instrument: RSA-III [manufactured by TA instruments]
Test mode: Tensile Measurement temperature: -50 ° C to 250 ° C
Temperature increase rate: 10 ° C / min
Test frequency: 1Hz
Distance between chucks: 25 mm (initial)

(実施例1)
[正極板の作製]
正極板の作製を以下のように行った。正極活物質である層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)とスピネル型リチウム・マンガン酸化物(sp−Mn)とを、所定の活物質の質量比(NMC/sp−Mn)で混合した。この正極活物質の混合物に、導電材として鱗片状の黒鉛(平均粒径:20μm)及びアセチレンブラックと、結着材としてポリフッ化ビニリデンとを順次添加し、混合することにより正極材料の混合物を得た。質量比は、活物質:導電材:結着材=90:5:5とした。更に上記混合物に対し、分散溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加し、混練することによりスラリーを形成した。このスラリーを正極用の集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に実質的に均等かつ均質に塗布した。その後、乾燥処理を施し、所定密度までプレスにより圧密化した。正極合材密度は2.55g/cm とし、正極合材塗布量190g/mとした。
Example 1
[Production of positive electrode plate]
The positive electrode plate was produced as follows. The positive electrode active material layered type lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) and spinel type lithium / manganese oxide (sp-Mn) are mass ratio of predetermined active material (NMC / sp-Mn). Mixed. To this mixture of positive electrode active materials, scaly graphite (average particle size: 20 μm) and acetylene black as conductive materials and polyvinylidene fluoride as binder are sequentially added and mixed to obtain a mixture of positive electrode materials. It was. The mass ratio was active material: conductive material: binder = 90: 5: 5. Further, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a dispersion solvent, was added to the above mixture and kneaded to form a slurry. This slurry was applied substantially evenly and uniformly to both surfaces of a 20 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector. Then, the drying process was performed and it consolidated by the press to the predetermined density. The density of the positive electrode mixture was 2.55 g / cm 3 and the coating amount of the positive electrode mixture was 190 g / m 2 .

[負極板の作製]
第一工業製薬株式会社製カルボキシメチルセルロース、商品名:#2200(以下CMC)を1.5g秤量し、純水98.5gと混合し、完全に溶解するまでよく攪拌し1.5%CMC水溶液を作製した。次に非晶質炭素(易黒鉛化性炭素)60gと上記CMC水溶液41.2g及び純水13.0gをミキサ(商品名:T.K.ハイビスミックス f model.03(「ハイビスミックス」は、登録商標。)、プライミクス株式会社製)に仕込み、攪拌羽根の回転数6min−1で1.5時間混合した。その後純水27.7gを追加し再び攪拌羽根の回転数10min−1で1時間混合した。次に前記合成例で得られたアクリルポリマー7gを追加し、攪拌羽根の回転数20min−1で0.5時間混合し負極スラリーを作製した。
[Production of negative electrode plate]
Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. carboxymethylcellulose, trade name: # 2200 (hereinafter referred to as CMC) 1.5g, weighed with 98.5g of pure water, stirred well until completely dissolved, 1.5% CMC aqueous solution Produced. Next, 60 g of amorphous carbon (graphitizable carbon), 41.2 g of the CMC aqueous solution and 13.0 g of pure water were mixed with a mixer (trade name: TK Hibismix f model.03 (“Hibismix” Registered trademark), manufactured by Primix Co., Ltd.), and mixed for 1.5 hours at a rotation speed of a stirring blade of 6 min −1 . Thereafter, 27.7 g of pure water was added, and the mixture was again mixed for 1 hour at a stirring blade speed of 10 min −1 . Next, 7 g of the acrylic polymer obtained in the above synthesis example was added and mixed for 0.5 hour at a stirring blade speed of 20 min −1 to prepare a negative electrode slurry.

上記負極合剤ペーストを新日鐡住金株式会社製圧延銅箔(厚さ:10μm)上に塗布量が80g/mとなるようギャップを調整し塗布した後、80℃の熱風乾燥機で乾燥した。この負極を80℃の熱プレス機で合材層密度1.2g/cmまでプレスし、負極を作製した。 The above negative electrode mixture paste was applied on a rolled copper foil (thickness: 10 μm) manufactured by Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation with a gap adjusted to 80 g / m 2 and then dried with a hot air dryer at 80 ° C. did. This negative electrode was pressed to a composite layer density of 1.2 g / cm 3 with a hot press at 80 ° C. to produce a negative electrode.

[電池の作製]
(ラミネート型電池の作製)
13.5cmの角形(30mm×45mm)に切断した正極電極をポリエチレン製多孔質シートのセパレータ(商品名:ハイポア(「ハイポア」は、登録商標。)、旭化成イーマテリアルズ株式会社製、厚さが30μm)で挟み、更に14.3cmの角形(31mm×46mm)に切断した負極を重ね合わせて積層体を作製した。この積層体をアルミニウムのラミネート容器(商品名:アルミラミネートフィルム、大日本印刷株式会社製)に入れ、非水電解質(1MのLiPFを含むエチレンカーボネート/メチルエチルカーボネート/ジメチルカーボネート=2/2/3混合溶液(体積比)に、混合溶液全量に対してビニレンカーボネートを0.8質量%添加したもの、商品名:ソルライト(「ソルライト」は、登録商標。)、三菱化学株式会社製)を1mL添加し、アルミニウムのラミネート容器を熱溶着させ、電極評価用電池を作製した。
[Production of battery]
(Production of laminated battery)
A positive electrode cut into a 13.5 cm 2 square (30 mm × 45 mm) is a polyethylene porous sheet separator (trade name: Hypore (“Hypore” is a registered trademark)), manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd., thickness Was laminated with a negative electrode cut into 14.3 cm 2 squares (31 mm × 46 mm). This laminate is put into an aluminum laminate container (trade name: aluminum laminate film, manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / methyl ethyl carbonate / dimethyl carbonate = 2/2 / containing 1M LiPF 6 ). 1 mL of 3 mixed solutions (volume ratio) with 0.8% by mass of vinylene carbonate added to the total amount of the mixed solution, trade name: Sollite (“Solite” is a registered trademark), manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) Then, an aluminum laminate container was thermally welded to produce a battery for electrode evaluation.

初充電は、電流値0.5Cとして充電終止条件を上限電圧4.2V、終止条件が5時間又は下限電流値0.01Cとした定電流−定電圧充電(Constant Current Constant Voltage charge:以下CCCV)し、15分間の休止後、放電終止条件を電池電圧が2.7Vになるまでとした定電流放電(Constant Current discharge:以下CC)、15分間の休止を1サイクルとして3サイクル充放電した。初充電後、0.5〜5Cまでの出力特性を測定した。放電特性測定後、充電条件を上限電圧4.2Vまでとした定電流充電(Constant Current charge:以下、CC充電という)をし、0.5〜5Cまでの入力特性を測定した。充放電試験での充電及び放電後の休止時間は、それぞれ15分間とした。充放電試験機は、商品名:IEM1214(5V、1A、株式会社IEM製)を用いた。なお、電流値の単位として用いる“C”とは、“電流値(A)/電池の放電容量(Ah)”を意味する。   The first charge is a constant current-constant voltage charge (hereinafter referred to as CCCCV) with a current value of 0.5 C, a charge termination condition of 4.2 V, and a termination condition of 5 hours or a lower limit current value of 0.01 C. Then, after 15 minutes of rest, constant current discharge (hereinafter referred to as CC) was performed until the battery voltage reached 2.7 V, and charging and discharging were performed for 3 cycles, with 15 minutes of rest as one cycle. After the initial charge, the output characteristics from 0.5 to 5C were measured. After measurement of the discharge characteristics, constant current charging (constant current charge: hereinafter referred to as CC charging) with the charging condition up to an upper limit voltage of 4.2 V was performed, and input characteristics up to 0.5 to 5 C were measured. The rest time after charging and discharging in the charge / discharge test was 15 minutes. As the charge / discharge tester, a trade name: IEM1214 (5V, 1A, manufactured by IEM Co., Ltd.) was used. “C” used as a unit of current value means “current value (A) / battery discharge capacity (Ah)”.

出力特性及び入力特性は以下の式から算出した。
出力特性(%)=[5Cでの放電容量/0.5Cでの放電容量]×100
入力特性(%)=[5Cでの充電容量/0.5Cでの充電容量]×100
Output characteristics and input characteristics were calculated from the following equations.
Output characteristics (%) = [discharge capacity at 5 C / discharge capacity at 0.5 C] × 100
Input characteristics (%) = [Charge capacity at 5C / Charge capacity at 0.5C] × 100

(実施例2)
塗布・乾燥した負極を120℃の熱プレス機で合材密度1.2g/cmまでプレスした以外は実施例1と同様の操作で試験を行った。
(Example 2)
The test was performed in the same manner as in Example 1 except that the coated and dried negative electrode was pressed to a composite density of 1.2 g / cm 3 with a 120 ° C. hot press.

(比較例1)
塗布・乾燥した負極電極を、バインダー樹脂のガラス転移温度未満である25℃において、プレス機で合材密度1.2g/cmまでプレスした以外は実施例1と同様の操作で試験を行った。
(Comparative Example 1)
The coated / dried negative electrode was tested in the same manner as in Example 1 except that it was pressed to a composite density of 1.2 g / cm 3 with a press at 25 ° C., which was lower than the glass transition temperature of the binder resin. .

Figure 2016046037
Figure 2016046037

表1に示すように、塗布・乾燥した負極電極を、バインダー樹脂のガラス転移温度以上150℃以下で加熱して圧縮した実施例1及び2は、バインダー樹脂のガラス転移温度未満で圧縮した比較例1に対し、出力特性、入力特性ともに優れていることが確認された。   As shown in Table 1, Examples 1 and 2 in which the coated and dried negative electrode was compressed by heating at a glass transition temperature of the binder resin to 150 ° C. or less were comparative examples compressed at a temperature lower than the glass transition temperature of the binder resin. It was confirmed that the output characteristics and the input characteristics were superior to 1.

1…リチウムイオン電池、2…正極板、3…負極板、4…セパレータ、5…電極群、6…電池容器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lithium ion battery, 2 ... Positive electrode plate, 3 ... Negative electrode plate, 4 ... Separator, 5 ... Electrode group, 6 ... Battery container.

Claims (4)

負極活物質として非晶質炭素、及びガラス転移温度が30℃以上であるバインダー樹脂を含む負極合剤ペーストを、集電体上に塗工する工程、及び圧縮する工程を備えるリチウムイオン電池用負極の製造方法であって、前記圧縮工程において、前記バインダー樹脂のガラス転移温度以上150℃以下で加熱するリチウムイオン電池用負極の製造方法。   A negative electrode for a lithium ion battery comprising a step of coating a negative electrode mixture paste containing amorphous carbon as a negative electrode active material and a binder resin having a glass transition temperature of 30 ° C. or more on a current collector, and a step of compressing A method for producing a negative electrode for a lithium ion battery, wherein in the compression step, heating is performed at a glass transition temperature of the binder resin to 150 ° C. or less. 前記バインダー樹脂が、アクリルポリマー粒子である請求項1に記載のリチウムイオン電池用負極の製造方法。   The method for producing a negative electrode for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the binder resin is acrylic polymer particles. 負極の合材密度が1g/cm以上1.5g/cm以下である請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池用負極の製造方法。 3. The method for producing a negative electrode for a lithium ion battery according to claim 1, wherein a composite material density of the negative electrode is 1 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン電池用負極の製造方法により得られる負極を備えるリチウムイオン電池。   A lithium ion battery provided with the negative electrode obtained by the manufacturing method of the negative electrode for lithium ion batteries in any one of Claims 1-3.
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