JP2016152113A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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学 落田
Manabu Ochita
学 落田
貴紀 梶本
Takanori Kajimoto
貴紀 梶本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery superior in life and safety.SOLUTION: A lithium ion secondary battery comprises, in a battery container, a wound electrode group arranged by winding a positive electrode, a negative electrode and a separator and an electrolyte, and has a discharge capacity of 30 Ah or larger, but under 99 Ah. The positive electrode has a current collector and a positive electrode mixture applied to each face of the current collector. The positive electrode mixture includes a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (NMC) and a lithium phosphate. It is preferable that the content of the lithium phosphate be 0.1-5 mass% to the total mass of the positive electrode mixture.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

リチウムイオン二次電池は、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。リチウムイオン二次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二次電池は、正極、負極およ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およ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二次電池が形成される。
円筒形リチウムイオン二次電池としては、18650型リチウムイオン二次電池が、民生用リチウムイオン二次電池として広く普及している。18650型リチウムイオン二次電池の外径寸法は、直径18mmで、高さ65mm程度の小型である。18650型リチウムイオン二次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。
A lithium ion secondary battery is a high energy density secondary battery, and is used as a power source for portable devices such as notebook computers and mobile phones by taking advantage of its characteristics. There are various types of lithium ion secondary batteries. Cylindrical lithium ion secondary 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 housed in a cylindrical battery can serving as a battery container, and after injecting an electrolytic solution, the cylindrical lithium ion secondary battery is formed.
As the cylindrical lithium ion secondary battery, an 18650 type lithium ion secondary battery is widely used as a consumer lithium ion secondary battery. The outer diameter of the 18650 type lithium ion secondary 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 secondary battery, lithium cobaltate characterized by high capacity and long life is mainly used, and the battery capacity is approximately 1.0 Ah to 2.0 Ah (3.7 Wh to 7.4 Wh).

近年、リチウムイオン二次電池は、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り、電池容量が10Ah〜100Ah(37Wh〜370Wh)と民生用リチウムイオン二次電池と比較して大型のリチウムイオン二次電池が検討されている。大型のリチウムイオン二次電池は電気を蓄える容量が大きいことから、民生用リチウムイオン二次電池と同様の安全性を担保しつつ、電池寿命を高めることが求められている。また民生用リチウムイオン二次電池の正極活物質として広く普及しているコバルト酸リチウム(LiCoO)はコバルト資源量の制約から、活物質中のコバルト量を低減したリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)が検討されている。このリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)はコバルト酸リチウムの作動上限電位(リチウム基準4.3V)より高い作動上限電位(リチウム基準4.6V)まで作動可能な特徴があるが、高電位まで作動させた場合、電解液の分解等による副反応による寿命悪化の懸念がある。高電位での副反応を抑制する技術としては、リチウム・ニッケル・マンガン複合酸化物の活物質表面を被覆することで副反応を抑制、寿命を向上させる技術が提案されている(特許文献1参照)。 In recent years, lithium ion secondary 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, and the battery capacity is 10 Ah to 100 Ah (37 Wh to 370 Wh), which is a large lithium ion secondary battery compared to consumer lithium ion secondary batteries. Batteries are being considered. Since a large-sized lithium ion secondary battery has a large capacity for storing electricity, it is required to increase the battery life while ensuring the same safety as that of a consumer lithium ion secondary battery. Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), which is widely used as a positive electrode active material for consumer lithium-ion secondary batteries, is a lithium / nickel / manganese / cobalt composite with a reduced amount of cobalt in the active material due to restrictions on the amount of cobalt resources. Oxides (NMC) are being studied. This lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (NMC) has a feature that it can operate up to an operating upper limit potential (lithium reference 4.6V) higher than the operating upper limit potential (lithium reference 4.3V) of lithium cobaltate. When operated up to a high potential, there is a concern that the life may be deteriorated due to side reactions due to decomposition of the electrolyte or the like. As a technique for suppressing a side reaction at a high potential, a technique for suppressing a side reaction and improving a lifetime by coating the active material surface of a lithium / nickel / manganese composite oxide has been proposed (see Patent Document 1). ).

特許第5491461号公報Japanese Patent No. 5491461

しかしながら、特許文献1に記載されているリチウムイオン二次電池では、正極活物質を被膜したことが抵抗成分となり、電池内部抵抗が増加することから、通電時のジュール発熱が大きく、特に30Ah以上、99Ah以下の大型リチウムイオン二次電池を過充電した場合には安全性が十分でない可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みて、大型リチウムイオン二次電池に適用可能なリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)についてなされたものであり、寿命と安全性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することにある。
However, in the lithium ion secondary battery described in Patent Document 1, since the coating of the positive electrode active material becomes a resistance component and the battery internal resistance increases, Joule heat generation during energization is large, particularly 30 Ah or more, When a large lithium ion secondary battery of 99 Ah or less is overcharged, the safety may not be sufficient.
In view of the above problems, the present invention has been made for a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (NMC) that can be applied to a large-sized lithium ion secondary battery, and is a lithium ion secondary excellent in life and safety. To provide a battery.

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>正極、負極およびセパレータを捲回した電極捲回群と、電解液と、を電池容器内に備え、放電容量が30Ah以上、99Ah未満のリチウムイオン二次電池であって、
前記正極は、集電体と前記集電体の両面に塗布された正極合材とを有し、前記正極合材は、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)及び燐酸リチウムを含む、リチウムイオン二次電池。
<2>前記燐酸リチウムの含有量が、正極合材全量に対して0.1質量%以上、5質量%以下である、前記<1>に記載のリチウムイオン二次電池。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> A lithium ion secondary battery comprising an electrode winding group in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are wound, and an electrolyte solution, and a discharge capacity of 30 Ah or more and less than 99 Ah,
The positive electrode includes a current collector and a positive electrode mixture applied to both surfaces of the current collector, and the positive electrode mixture includes lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) and lithium phosphate. , Lithium ion secondary battery.
<2> The lithium ion secondary battery according to <1>, wherein the content of the lithium phosphate is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less based on the total amount of the positive electrode mixture.

本発明によれば長寿命で、安全性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having a long life and excellent safety.

本発明が適用可能な実施形態の円柱状リチウムイオン二次電池の断面図である。It is sectional drawing of the cylindrical lithium ion secondary battery of embodiment which can apply this invention.

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。
(実施の形態)
まず、リチウムイオン二次電池の概要について簡単に説明する。リチウムイオン二次電池は、電池容器内に、正極、負極、セパレータおよ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。
リチウムイオン二次電池を充電する際には、正極と負極との間に外部回路として充電器を接続する。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二次電池の構成例については、後述する(例えば、図1参照)。
次いで、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の構成要素である正極、負極、電解液、セパレータおよびその他の構成部材に関し順次説明する。
In the following embodiments, when ranges are shown as A to B, A or more and B or less are shown unless otherwise specified.
(Embodiment)
First, the outline of the lithium ion secondary battery will be briefly described. The lithium ion secondary 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 secondary battery, a charger is connected as an external circuit 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 secondary battery will be described later (see, for example, FIG. 1).
Next, a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and other constituent members that are constituent elements of the lithium ion secondary battery of 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二次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、集電体およ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、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)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)の含有量は、電池の高容量化の観点から、正極合材全量に対して95質量%以上であることが好ましく、生産性の観点からは90質量%以上であることが更に好ましい。
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(1)で表されるものを用いることが好ましい。
Li(1+δ)MnNiCo(1−x−y−z)…(1)
上記組成式(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)および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。
1. Positive electrode In this embodiment, the positive electrode shown below is applicable to a high-capacity, high-input / output lithium ion secondary 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.
The positive electrode active material is a layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC).
The content of the layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) is preferably 95% by mass or more based on the total amount of the positive electrode mixture from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. Is more preferably 90% by mass or more.
As the layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC), it is preferable to use one represented by the following composition formula (1).
Li (1 + δ) Mn x Ni y Co (1-xyz) M z O 2 (1)
In the composition 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), and (1-xyz) is The composition ratio of Co (cobalt) is shown. z represents the composition ratio of the element M. The composition ratio of O (oxygen) is 2.
The element M includes 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、正極活物質としては、上記NMC以外のものを用いてもよい。前記NMC以外の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、NMC以外のスピネル型マンガン酸リチウム(sp−Mn)、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また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、V、Bが挙げられ、Mn、Al、Co、Ni、Mgが好ましい。異種元素は1種でもよくまたは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、LixCoO、LixNiO、LixMnO、LixCoyNi−yO、LixCoyM−yOz、LixNi−yMyOz、LixMn、LixMn−yMyO、LiMPO、LiMPOF(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、Vおよび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等が挙げられる。カルコゲン化合物としては、例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデン等が挙げられる。正極活物質は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。
Further, as the positive electrode active material, materials other than the above NMC may be used. As the positive electrode active material other than NMC, those commonly used in this field can be used. For example, spinel type lithium manganate (sp-Mn) other than NMC, lithium-containing composite metal oxide, olivine type lithium salt, chalcogen A compound, manganese dioxide is mentioned.
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, V, and B, and Mn, Al, Co, and the like. Ni, Mg are preferable. 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 LixCoO 2 , LixNiO 2 , LixMnO 2 , LixCoyNi 1 -yO 2 , LixCoyM 1 -yOz, LixNi 1 -yMyOz, LixMn 2 O 4 , LixMn 2 -yMyO 4 , LiMPO 4 . Li 2 MPO 4 F (wherein M is selected from the group consisting of Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V, and B) And at least one element, where x = 0 to 1.2, y = 0 to 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, for example, LiFePO 4, and the like. 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.

正極合材に含有する燐酸リチウムは、化学式がLiPOで表されるものであり、無色の結晶又は白色粉末で用いることが好ましい。
正極合材に含有する燐酸リチウムの含有量は、安全性及び容量の観点から、0.1質量%以上、5質量%以下が好ましい。入出力特性と内部抵抗低減の観点から含有量0.1質量%以上、3質量%以下であることがより好ましい。
また、安全性及び容量以外にも燐酸リチウムを正極合材に含ませることにより、電池の過充電時においても有機電解液の電気化学的な分解を抑制することができる。前記過充電においては、急激に温度が上昇するため、温度上昇による熱が電池外へ効率よく放出されないと電池は熱暴走し、電圧異常を検知するシステムが働き電流を止めても電池内部の反応が収まらず、電池容器の破損(亀裂、膨張、発火を含む)が生じる可能性がある。したがって、過充電における安全性の更なる向上には、急激に温度が上昇を開始する前に電圧異常を検知して直ちに電流遮断することが重要である。すなわち、温度上昇が殆どない、又は温度上昇が緩やかな状況で電圧異常を検知する電圧に到達することが重要となる。
放電容量が30Ah以上のリチウムイオン二次電池では、リチウムイオン二次電池の内部に蓄積された熱が放出され難いが、燐酸リチウムを正極合材に含ませることで正極の電位上昇による電解液分解反応の発熱量が抑えられ、温度上昇が殆どない、又は温度上昇が緩やかな状況で電圧異常を検知する設定電圧に到達して電流遮断し、熱暴走せずに安全性が向上できるものと推測している。尚、前記電圧異常を検知する設定電圧は、電池の使用上限電圧に対して、120〜150%であることが好ましく、120〜130%であることがより好ましい。
The lithium phosphate contained in the positive electrode composite material has a chemical formula represented by Li 3 PO 4 and is preferably used as colorless crystals or white powder.
The content of lithium phosphate contained in the positive electrode mixture is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less from the viewpoint of safety and capacity. From the viewpoint of input / output characteristics and reduction of internal resistance, the content is more preferably 0.1% by mass or more and 3% by mass or less.
In addition to safety and capacity, by including lithium phosphate in the positive electrode mixture, electrochemical decomposition of the organic electrolyte can be suppressed even when the battery is overcharged. In the overcharge, since the temperature rises rapidly, if the heat due to the temperature rise is not efficiently released outside the battery, the battery will run out of heat, and even if the system that detects voltage abnormality works and stops the current, the reaction inside the battery May not fit, and the battery container may be damaged (including cracks, expansion, and ignition). Therefore, in order to further improve the safety in overcharging, it is important to detect a voltage abnormality and immediately cut off the current before the temperature starts to rise rapidly. That is, it is important to reach a voltage at which a voltage abnormality is detected in a situation where there is almost no temperature increase or a gradual temperature increase.
In lithium ion secondary batteries with a discharge capacity of 30 Ah or more, it is difficult to release the heat accumulated inside the lithium ion secondary battery, but electrolyte decomposition by increasing the potential of the positive electrode by including lithium phosphate in the positive electrode mixture It is estimated that the heat generated by the reaction can be suppressed, the temperature rises little, or the temperature rises slowly, reaches the set voltage that detects the voltage abnormality, cuts off the current, and can improve safety without thermal runaway doing. The set voltage for detecting the voltage abnormality is preferably 120 to 150%, more preferably 120 to 130% with respect to the upper limit voltage of the battery.

本発明では、リチウムイオン二次電池を構成する正極合材の密度が、2.5〜2.8g/cmであることが好ましい。
正極合材密度は2.5g/cm未満では正極の抵抗が高くなり、入出力特性が低下する可能性がある。一方、正極合材密度が2.8g/cmを超えると安全性の低下が懸念され、他の安全対策の強化が必要となる可能性がある。このような観点から、正極合材密度は、2.55g/cm以上、2.75g/cm以下がより好ましい。
このような正極合材密度とするには、正極合材の正極集電体への片面塗布量を、110〜170g/mとすることが好ましい。
正極合材塗布量が110g/m未満では充放電に寄与する活物質の量が低下し、電池のエネルギー密度が低下する可能性がある。一方、正極合材塗布量が170g/mを超えると正極合材の抵抗が高くなり、入出力特性が低下する可能性がある。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、120g/m以上、160g/m以下であることが好ましく、130g/m以上、150g/m以下であることがより好ましい。
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、39〜68μmであることが好ましく、43〜64μmがより好ましく、46〜60μmが更に好ましい。
このように、正極合材において、正極合材密度を2.5〜2.8g/cm、正極合材塗布量を39〜68μmおよび燐酸リチウムを0.1〜5質量%とすることで、放電容量30Ah以上、99Ah未満の高容量のリチウムイオン二次電池においても、安全性を担保しつつ、長寿命の電池を実現することができる。
In this invention, it is preferable that the density of the positive electrode compound material which comprises a lithium ion secondary battery is 2.5-2.8 g / cm < 3 >.
If the density of the positive electrode mixture is less than 2.5 g / cm 3 , the resistance of the positive electrode is increased, and input / output characteristics may be deteriorated. On the other hand, when the density of the positive electrode mixture exceeds 2.8 g / cm 3 , there is a concern that the safety may be lowered, and it may be necessary to strengthen other safety measures. From this point of view, positive electrode density, 2.55 g / cm 3 or more, 2.75 g / cm 3 or less is more preferable.
In order to obtain such a positive electrode mixture density, it is preferable that the single-sided coating amount of the positive electrode mixture to the positive electrode current collector is 110 to 170 g / m 2 .
When the coating amount of the positive electrode mixture is less than 110 g / m 2 , the amount of the active material that contributes to charging / discharging decreases, and the energy density of the battery may decrease. On the other hand, when the coating amount of the positive electrode mixture exceeds 170 g / m 2 , the resistance of the positive electrode mixture increases, and the input / output characteristics may deteriorate. From the above viewpoint, the single-sided coating amount of the positive electrode mixture to the positive electrode current collector is preferably 120 g / m 2 or more and 160 g / m 2 or less, and 130 g / m 2 or more and 150 g / m 2 or less. It is more preferable that
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 of the positive electrode mixture on the positive electrode current collector ([positive electrode thickness−positive electrode current collector] The thickness] / 2) is preferably 39 to 68 μm, more preferably 43 to 64 μm, and still more preferably 46 to 60 μm.
Thus, in the positive electrode mixture, the positive electrode mixture density is 2.5 to 2.8 g / cm 3 , the positive electrode mixture application amount is 39 to 68 μm, and the lithium phosphate is 0.1 to 5% by mass, Even in a high-capacity lithium ion secondary battery having a discharge capacity of 30 Ah or more and less than 99 Ah, a long-life battery can be realized while ensuring safety.

以下に、正極合材および集電体について詳細に説明する。正極合材は、少なくとも正極活物質及び燐酸リチウムを含有し、集電体の両面に塗布され形成される。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、燐酸リチウム、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、燐酸リチウム、結着材、およ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また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 at least a positive electrode active material and lithium phosphate, and is formed on both surfaces of the current collector. Although there is no restriction | limiting in the formation method, it forms as follows, for example. The positive electrode active material, lithium phosphate, binder, and other materials such as conductive materials and thickeners used as needed are dry mixed to form a sheet, which is then crimped to the current collector (dry method) ). In addition, a positive electrode active material, lithium phosphate, 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 dry (wet method).

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)の粒子としては、粒子の形状が、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。
電池のような電気化学素子においては、その充放電に伴い、電極中の活物質が膨張収縮をするため、そのストレスによる活物質の破壊や導電パスの切断等の劣化が生じやすい。そのため一次粒子のみの単一粒子を用いるよりも、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成したものを用いる方が、膨張収縮のストレスを緩和し、上記劣化を防ぐことができるため好ましい。また、板状等の軸配向性の粒子よりも球状ないし楕円球状の粒子を用いる方が、電極内における配向が少なくなるため、充放電時の電極の膨張収縮が小さくなり好ましい。また、電極の形成時において、導電材等の他の材料とも均一に混合されやすいため好ましい。
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)の正極活物質粒子のメジアン径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。
上記下限未満では、タップ密度(充填性)が低下し、所望のタップ密度が得られなくなる可能性があり、上記上限を超えると粒子内のリチウムイオンの拡散に時間がかかるため、電池性能の低下を招く可能性がある。また、上記上限を超えると、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低下する可能性がある。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を生ずる場合がある。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。レーザー回折・散乱法を用いて測定される、粒子径を横軸に、体積累積を縦軸にとった体積累積粒子径分布曲線で、メジアン径(d50)は、小粒径側からの累積が50%となる粒子径である。
As the layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) particles, particles having a lump shape, polyhedron shape, spherical shape, elliptical spherical shape, plate shape, needle shape, columnar shape, or the like can be used. .
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.
In an electrochemical element such as a battery, the active material in the electrode expands and contracts as it is charged / discharged, so that the active material is easily damaged by the stress or the conductive path is broken. For this reason, it is preferable to use particles in which primary particles are aggregated to form secondary particles, rather than using single particles of only primary particles, because the stress of expansion and contraction can be relieved and the above deterioration can be prevented. In addition, it is preferable to use spherical or oval spherical particles rather than plate-like particles having axial orientation, since the orientation in the electrode is reduced, so that the expansion and contraction of the electrode during charge / discharge is reduced. Further, it is preferable because other materials such as a conductive material are easily mixed uniformly when forming the electrode.
Median diameter d50 of positive electrode active material particles of layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) (median diameter d50 of secondary particles when primary particles are aggregated to form 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.
If it is less than the above lower limit, the tap density (fillability) may be lowered, and a desired tap density may not be obtained. If the upper limit is exceeded, it takes time to diffuse lithium ions in the particles, so that the battery performance is lowered. May be incurred. Moreover, when the said upper limit is exceeded, the mixing property with other materials, such as a binder and a conductive material, may fall at the time of formation of an electrode. Therefore, when this mixture is slurried and applied, it may not be applied uniformly, which may cause problems such as streaking. The median diameter d50 can be obtained from the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method. A volume cumulative particle size distribution curve measured using a laser diffraction / scattering method with the particle diameter on the horizontal axis and the volume cumulative on the vertical axis. The median diameter (d50) is the cumulative from the small particle size side. The particle diameter is 50%.

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。上記上限を超えると球状の二次粒子が形成し難くなり、タップ密度(充填性)の低下や、比表面積の低下により、出力特性等の電池性能が低下する可能性がある。また、上記下限未満では、結晶性の低下により、充放電の可逆性が劣化する等の問題を生ずる可能性がある。   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 above upper limit is exceeded, it is difficult to form spherical secondary particles, and battery performance such as output characteristics may be reduced due to a decrease in tap density (fillability) and a decrease in specific surface area. Moreover, if it is less than the said lower limit, problems, such as deterioration of the reversibility of charging / discharging, may arise by crystallinity fall.

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)の正極活物質粒子のBET比表面積について、その範囲は次のとおりである。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。上記下限未満では、電池性能が低下する可能性がある。上記上限を超えるとタップ密度が上がりにくくなり、結着材や導電材等の他の材料との混合性が低下する可能性がある。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劣化する可能性がある。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。 The range of the BET specific surface area of the positive electrode active material particles of layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) is as follows. 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. If it is less than the said minimum, battery performance may fall. When the above upper limit is exceeded, it is difficult to increase the tap density, and there is a possibility that the miscibility with other materials such as a binder and a conductive material is lowered. Therefore, there is a possibility that the applicability when the mixture is slurried and applied is deteriorated. 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。
導電材の含有量(添加量、割合、量)について、正極合材の重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。上記下限未満では、導電性が不充分となる可能性がある。また、上記上限を超えると、電池容量が低下する可能性がある。
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.
Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the conductive material, the range of the content of the conductive material relative to the weight 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%. If it is less than the said minimum, electroconductivity may become inadequate. Moreover, when the said upper limit is exceeded, battery capacity may fall.

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またはその水素添加物、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また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, polyacetic acid Soft resinous polymers such as Nyl, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene Fluoropolymers such as copolymers 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、正極合材の重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。結着材の含有量が低すぎると、正極活物質を充分に結着できず、正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を劣化させてしまう可能性がある。逆に、高すぎると、電池容量や導電性が低下する可能性がある。   Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the binder, the range of the content of the binder relative to the weight 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. If the content of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently bound, the positive electrode has insufficient mechanical strength, and battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. Conversely, if it is too high, the battery capacity and conductivity may be reduced.

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。
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、金属箔を用いることが好ましい。なお、薄膜、金属箔は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜、金属箔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。上記下限未満では、集電体として必要な強度が不足する場合がある。また、上記上限を超えると可撓性が低下し、加工性が劣化する可能性がある。
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.
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 or a metal foil. In addition, you may form a thin film and metal foil in mesh shape suitably. Although the thickness of a thin film and metal foil is arbitrary, 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. If it is less than the said minimum, intensity | strength required as a collector may be insufficient. Moreover, when the said upper limit is exceeded, flexibility will fall and workability may deteriorate.

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二次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、集電体およびその両面(若しくは片面)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。
2. Negative electrode In this embodiment, the negative electrode shown below is applicable to a high-output and high-capacity lithium ion secondary 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.

本実施の形態における負極は、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)を含むことが好ましい。前記易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)は、リチウム電位に対して0.1Vとなる電位におけるSOC(State Of Charge、充電率)が60%以上であることが好ましい。充電負荷特性の観点からは、リチウム電位に対して0.1Vとなる電位におけるSOCが、65%以上であることがより好ましいく、68%以上であることが更に好ましい。このようにリチウム電位に対して0.1Vとなる電位におけるSOCが高いほど,正極でのIRドロップ(電圧降下、Iは電流、Rは抵抗)の影響を受けにくく、充電負荷特性が向上する。
また、リチウム電位に対して0.1Vとなる電位における負極のSOCの上限に制限はないが、実用的な観点からは90%以下であることが好ましく、80%以下であることがより好ましい。
The negative electrode in the present embodiment preferably contains graphitizable carbon (soft carbon). The graphitizable carbon (soft carbon) preferably has an SOC (State Of Charge) of 60% or more at a potential of 0.1 V with respect to the lithium potential. From the viewpoint of charge load characteristics, the SOC at a potential of 0.1 V with respect to the lithium potential is more preferably 65% or more, and even more preferably 68% or more. Thus, the higher the SOC at a potential of 0.1 V with respect to the lithium potential, the less susceptible to IR drop (voltage drop, I is current, R is resistance) at the positive electrode, and the charge load characteristics are improved.
Moreover, although there is no restriction | limiting in the upper limit of SOC of a negative electrode in the electric potential used as 0.1V with respect to a lithium electric potential, it is preferable that it is 90% or less from a practical viewpoint, and it is more preferable that it is 80% or less.

前記易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)は、X線広角回折法におけるC軸方向の面間隔(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。
また、前記易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)の平均粒子径(d50%)は、2.0〜50μm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、リチウムイオン二次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二次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SALD−3000J)で測定することができ、平均粒子径はd50%として算出される。
The graphitizable carbon (soft carbon) preferably has a plane spacing in the C-axis direction (carbon network interlayer, d002) in the X-ray wide angle diffraction method of 0.34 nm or more and 0.36 nm or less. It is more preferably 341 nm or more and 0.355 nm or less, and further preferably 0.342 nm or more and 0.35 nm or less.
The average particle diameter (d50%) of the graphitizable carbon (soft carbon) is preferably 2.0 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 secondary battery is excellent, and the particles are in good contact with each other and have excellent input / output characteristics. On the other hand, when the average particle diameter is 30 μm or less, unevenness on the electrode surface hardly occurs, 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 that the insertion of the lithium ion secondary battery The output characteristics 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 with a laser diffraction particle size distribution measuring device (for example, SALD-3000J manufactured by Shimadzu Corporation) by dispersing a sample in purified water containing a surfactant, and the average particle size Is calculated as d50%.

尚、易黒鉛化炭素以外の炭素材料を含んでいてもよい。炭素材料は、結晶構造がそろった黒鉛系のものと、結晶構造が乱れた非黒鉛系のものに大別され、前者には、天然黒鉛、人造黒鉛があり、後者には結晶構造が乱れてはいるものの、2000〜3000℃の加熱によって黒鉛になりやすい易黒鉛化炭素と、黒鉛になりにくい難黒鉛化炭素(以下、ハードカーボンという場合もある)がある。
具体的には、黒鉛、コークス類(石油系コークス、ピッチコークス、ニードルコークスなど)、樹脂膜焼成炭素、繊維焼成炭素、気相成長炭素等が用いられる。前記非黒鉛系の炭素材料は、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、ハードカーボンとしたり、ソフトカーボンとしたりすることが可能である。例えば、500〜800℃程度の焼成温度はハードカーボンの製造に適しており、800〜1000℃程度の焼成温度はソフトカーボンの製造に適している。前記難黒鉛化炭素は、X線広角回折法により得られるC軸方向の面間隔d002値が、0.36nm以上、0.40nm以下であると定義する。
また、負極活物質として、上記易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)に黒鉛を含有させることが好ましい。前記黒鉛としては、以下の(1)及び(2)に示す物性を有することが好ましい。
(1)ラマン分光スペクトルで測定される1300〜1400cm−1の範囲にあるピーク強度(ID)とラマン分光スペクトルで測定される1580〜1620cm−1の範囲にあるピーク強度(IG)との強度比であるR値(IG/ID)が、3以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、50以上あることが更に好ましい。
(2)平均粒子径(d50%)は、2〜20μmであることが好ましく、更に好ましくは3〜10μmである。20μm以下であることで放電容量および放電負荷特性が向上する。また2μm以上であることで初期充放電効率が向上する傾向にある。
尚、体積平均粒子径は、例えば、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置(例えば、株式会社島津製作所製、SALD−3000)を用いて測定することができる。
また、塊状の天然黒鉛を粉砕したものには不純物が含まれていることがあるため、精製処理によって高純度化することが好ましい。前記天然黒鉛の純度は、質量基準で、99.8%以上(灰分0.2%以下)であることが好ましく、より好ましくは99.9%以上(灰分0.1%以下)である。純度が99.8%以上であることで電池の安全性がより向上し、電池性能がより向上する。
精製処理の方法は特に制限されず、通常用いられる精製処理方法から適宜選択することができる。例えば、浮遊選鉱、電気化学処理、薬品処理等を挙げることができる。
In addition, carbon materials other than graphitizable carbon may be included. Carbon materials are broadly divided into graphite materials with a uniform crystal structure and non-graphite materials with a disordered crystal structure. The former includes natural graphite and artificial graphite, and the latter has a disordered crystal structure. However, there are easily graphitized carbon that is likely to become graphite by heating at 2000 to 3000 ° C. and non-graphitizable carbon that is difficult to become graphite (hereinafter sometimes referred to as hard carbon).
Specifically, graphite, cokes (petroleum-based coke, pitch coke, needle coke, etc.), resin film-fired carbon, fiber-fired carbon, vapor-grown carbon, and the like are used. The non-graphite-based carbon material can be produced, for example, by heat treating petroleum pitch, polyacene, polyparaphenylene, polyfurfuryl alcohol, or polysiloxane. Or soft carbon. For example, a firing temperature of about 500 to 800 ° C. is suitable for producing hard carbon, and a firing temperature of about 800 to 1000 ° C. is suitable for producing soft carbon. The non-graphitizable carbon is defined as having a surface spacing d002 value in the C-axis direction obtained by an X-ray wide angle diffraction method of 0.36 nm or more and 0.40 nm or less.
Moreover, it is preferable to make the said graphitizable carbon (soft carbon) contain graphite as a negative electrode active material. The graphite preferably has the physical properties shown in the following (1) and (2).
(1) the intensity ratio of the peak intensity in the range of 1300~1400Cm -1 as measured by Raman spectroscopy (ID) and the peak intensity in the range of 1580~1620Cm -1 as measured by Raman spectroscopy spectra (IG) The R value (IG / ID) is preferably 3 or more, more preferably 10 or more, and still more preferably 50 or more.
(2) The average particle diameter (d50%) is preferably 2 to 20 μm, more preferably 3 to 10 μm. Discharge capacity and discharge load characteristics are improved by being 20 μm or less. Moreover, it exists in the tendency which initial stage charge / discharge efficiency improves because it is 2 micrometers or more.
The volume average particle diameter can be measured using, for example, a particle size distribution measuring apparatus using a laser light scattering method (for example, SALD-3000 manufactured by Shimadzu Corporation).
In addition, since pulverized bulk natural graphite may contain impurities, it is preferable to make it highly purified by a purification treatment. The purity of the natural graphite is preferably 99.8% or more (ash content 0.2% or less), more preferably 99.9% or more (ash content 0.1% or less) on a mass basis. When the purity is 99.8% or more, the safety of the battery is further improved, and the battery performance is further improved.
The method for the purification treatment is not particularly limited, and can be appropriately selected from commonly used purification treatment methods. Examples thereof include flotation, electrochemical treatment, chemical treatment, and the like.

前記非晶質炭素(a)と黒鉛(b)を混合することで、入力特性を保持しつつ、出力特性、及びエネルギー密度をより向上することできる。黒鉛を含有する場合、非晶質炭素と黒鉛の含有比((a)/(b))は、質量基準で、99/1〜50/50が好ましく、99/1〜70/30であることがより好ましく、95/5〜80/20が更に好ましい。黒鉛の配合比が1%以上で出力特性が向上し、50%以下で入力特性が保持できる。
また、負極活物質として、非晶質炭素、黒鉛以外の炭素質材料、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。
By mixing the amorphous carbon (a) and the graphite (b), output characteristics and energy density can be further improved while maintaining input characteristics. In the case of containing graphite, the content ratio of amorphous carbon to graphite ((a) / (b)) is preferably 99/1 to 50/50 and 99/1 to 70/30 on a mass basis. Is more preferable, and 95/5 to 80/20 is still more preferable. When the compounding ratio of graphite is 1% or more, output characteristics are improved, and when it is 50% or less, input characteristics can be maintained.
In addition, as the negative electrode active material, amorphous carbon, carbonaceous materials other than graphite, 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)またはTiおよび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。
非晶質炭素(a)以外の炭素質材料としては、熱重量測定で、空気気流中550℃での質量が25℃での質量の70%未満の非晶質炭素、天然黒鉛、天然黒鉛等に乾式の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もしく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。
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、錫など第四族元素の酸化物もしくは窒化物を上記非晶質炭素(a)と併用いてもよい。
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.
Examples of the carbonaceous material other than amorphous carbon (a) include amorphous carbon, natural graphite, natural graphite, etc. having a mass at 550 ° C. of less than 70% of the mass at 25 ° C. by thermogravimetry. A composite carbonaceous material with a film formed by a dry CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a wet spray method, a resin material such as epoxy or phenol, or a pitch material obtained from petroleum or coal is fired as a raw material. And artificial graphite obtained.
In addition, lithium metal that can occlude and release lithium by forming a compound with lithium, or a group 4 element such as silicon, germanium, and tin that can occlude and release lithium by forming a compound with lithium and inserting it in a crystal gap. An oxide or nitride may be used in combination with the amorphous carbon (a).

また、好ましい形態としては、第3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3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3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。   Further, 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 third carbonaceous material (conductive material). Further, as the third 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 third 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.

第3炭素質材料(導電材)としては、黒鉛質、非晶質、活性炭などの導電性の高い炭素質材料を用いることができる。具体的には、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を用いることができる。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。このように、第3炭素質材料(導電材)を添加することにより、電極の抵抗を低減するなどの効果を奏する。
第3炭素質材料(導電材)の含有量(添加量、割合、量)について、負極合材の重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、1質量%以上、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上であり、上限は、45質量%以下、好ましくは40質量%以下である。上記下限未満では、導電性の向上効果が得にくく、また、上記上限を超えると、初期不可逆容量の増大を招く可能性がある。
As the third carbonaceous material (conductive material), a carbonaceous material having high conductivity such as graphite, amorphous, activated carbon or the like can be used. Specifically, graphite (graphite) such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Thus, by adding the third carbonaceous material (conductive material), there are effects such as reducing the resistance of the electrode.
Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the third carbonaceous material (conductive material), the range of the content of the conductive material relative to the weight of the negative electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and the upper limit is 45% by mass or less, preferably 40% by mass or less. If it is less than the above lower limit, it is difficult to obtain the effect of improving the conductivity, and if it exceeds the above upper limit, the initial irreversible capacity may be increased.

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。
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、発泡メタル等が挙げられる。中でも、金属薄膜、金属箔が好ましく、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。
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。
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.
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 and a metal foil are 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.
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、好ましくは0.7g/cm以上、より好ましくは0.8g/cm以上、さらに好ましくは0.9g/cm以上であり、上限は、2g/cm以下、好ましくは1.9g/cm以下、より好ましくは1.8g/cm以下、更に好ましくは1.7g/cm以下である。
上記上限を超えると、負極活物質の粒子が破壊されやすくなり、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招く可能性がある。また、上記下限未満では、負極活物質間の導電性が低下するため電池抵抗が増大し、単位容積あたりの容量が低下する可能性がある。
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 0.7 g / cm 3 or more, more preferably 0.8 g / cm 3 or more, still more preferably 0.9 g / cm 3 or more, and the upper limit is 2 g / cm 3 or less. , preferably 1.9 g / cm 3 or less, more preferably 1.8 g / cm 3 or less, further preferably 1.7 g / cm 3 or less.
When the above upper limit is exceeded, particles of the negative electrode active material are likely to be destroyed, and a high current is generated due to an increase in the initial irreversible capacity and a decrease in the permeability of the non-aqueous electrolyte solution near the interface between the current collector and the negative electrode active material. There is a possibility of deteriorating the density charge / discharge characteristics. In addition, if it is less than the above lower limit, the conductivity between the negative electrode active materials decreases, so the battery resistance increases, and the capacity per unit volume may decrease.

負極活物質の結着材としては、非水系電解液や電極の形成時に用いる分散溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限はない。具体的には、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、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)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル−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またはその水素添加物;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・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体また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、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。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。   The binder for the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that is stable to the non-aqueous electrolyte and the dispersion solvent used when forming the electrode. Specifically, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluorine rubber, NBR ( Acrylonitrile-butadiene rubber), rubber-like polymers such as ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof; EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / ethylene / Thermoplastic elastomeric polymers such as butadiene / styrene copolymer, styrene / isoprene / styrene block copolymer or hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene Soft resinous polymers such as vinyl acetate copolymer and propylene / α-olefin copolymer; Fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer Polymers: Polymer compositions having ionic conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions), and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

スラリーを形成するための分散溶媒としては、負極活物質、結着材、および必要に応じて用いられる導電材や増粘材などを溶解または分散することが可能な溶媒であれば、その種類に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系溶媒の例としては、水、アルコールと水との混合溶媒等が挙げられ、有機系溶媒の例としては、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルフォキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。特に水系溶媒を用いる場合、増粘材を用いることが好ましい。この増粘材に併せて分散材等を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。なお、上記分散溶媒は、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。   As the dispersion solvent for forming the slurry, any type of solvent can be used as long as it can dissolve or disperse the negative electrode active material, the binder, and the conductive material and the thickener used as necessary. There is no restriction, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous solvent include water, a mixed solvent of alcohol and water, etc., and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, Methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, diethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, Examples include methylnaphthalene and hexane. In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to use a thickener. A dispersing agent or the like is added to the thickener, and a slurry such as SBR is made into a slurry. In addition, the said dispersion solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

結着材の含有量(添加量、割合、量)について、負極合材の重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、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは0.6質量%以上である。上限は、20質量%以下、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは8質量%以下である。
上記上限を超えると、電池容量に寄与しない結着材の割合が増加し、電池容量の低下を招く可能性がある。また、上記下限未満では、負極合材の強度の低下を招く可能性がある。
特に、結着材として、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分として用いる場合の負極合材の重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。
また、結着材として、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分として用いる場合の負極合材の重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、1質量%以上、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上であり、上限は、15質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下である。
Regarding the content (addition amount, ratio, amount) of the binder, the range of the content of the binder with respect to the weight of the negative electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and still more preferably 0.6% by mass or more. The upper limit is 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and still more preferably 8% by mass or less.
When the upper limit is exceeded, the proportion of the binder that does not contribute to the battery capacity increases, which may lead to a decrease in battery capacity. Moreover, if it is less than the said minimum, the fall of the intensity | strength of a negative electrode compound material may be caused.
In particular, the range of the binder content with respect to the weight of the negative electrode mixture when a rubbery polymer typified by SBR is used as the main component as the binder 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.
In addition, the range of the binder content relative to the weight of the negative electrode mixture when a fluorine-based polymer typified by polyvinylidene fluoride is used as the main component as the binder is as follows. The lower limit of the range is 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and the upper limit is 15% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less. is there.

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、燐酸化スターチ、カゼインおよ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。
増粘材を用いる場合の負極合材の重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。
上記下限未満では、スラリーの塗布性が低下する可能性がある。また、上記上限を超えると、負極合材に占める負極活物質の割合が低下し、電池容量の低下や負極活物質間の抵抗の上昇の可能性がある。
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.
The range of the content of the thickener relative to the weight 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.
If it is less than the said minimum, the applicability | paintability of a slurry may fall. Moreover, when the said upper limit is exceeded, the ratio of the negative electrode active material to a negative electrode compound material will fall, and there exists a possibility of the fall of battery capacity and the raise between resistances of a negative electrode active material.

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。
リチウム塩としては、リチウムイオン二次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等が挙げられる。
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。
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燐酸塩等が挙げられる。
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。
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、ヘキサフルオロ燐酸リチウム(LiPF)が好ましい。
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。
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。濃度が低すぎると、電解液の電気伝導率が不充分となる可能性がある。また、濃度が高すぎると、粘度が上昇するため電気伝導度が低下する可能性がある。このような電気伝導度の低下により、リチウムイオン二次電池の性能が低下する可能性がある。
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.
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 secondary battery. For example, the following inorganic lithium salt, fluorine-containing organic lithium salt, or oxalate borate Examples include salts.
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.
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 salts such as 4 F 9 SO 2 ); perfluoroalkanesulfonylmethide salts 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 fluorinated phosphates, such as and the like.
Examples of the oxalatoborate salt include lithium bis (oxalato) borate and lithium difluorooxalatoborate.
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.
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.
Although there is no restriction | limiting in particular in the density | concentration of the electrolyte in a non-aqueous 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. If the concentration is too low, the electrical conductivity of the electrolyte may be insufficient. On the other hand, if the concentration is too high, the viscosity increases and the electrical conductivity may decrease. Such a decrease in electrical conductivity may reduce the performance of the lithium ion secondary battery.

非水系溶媒としては、リチウムイオン二次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、環状エーテルおよび鎖状エーテルが挙げられる。
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。
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。
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。
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。
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。
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および高負荷放電容量)が向上する。
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 secondary battery. For example, the following cyclic carbonate, chain carbonate, chain ester, cyclic ether, and chain And ether.
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.
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.
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.
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.
Examples of chain ethers include dimethoxyethane and dimethoxymethane.
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等が挙げられる。
これらのエチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせに、さらにプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。プロピレンカーボネートを含有する場合には、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの容量比は、99:1〜40:60が好ましく、95:5〜50:50がより好ましい。さらに、非水系溶媒に占めるプロピレンカーボネートの量について、その範囲は次のとおりである。プロピレンカーボネートの量の下限は、0.1容量%以上、好ましくは1容量%以上、より好ましくは2容量%以上であり、上限は、10容量%以下、好ましくは8容量%以下、より好ましくは5容量%以下である。このような組み合わせによれば、エチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせの特性を維持しつつ、さらに低温特性を向上させることができる。
これらの組み合わせの中で、鎖状カーボネート類として非対称鎖状カーボネート類を含有するものが好ましい。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の組み合わせが挙げられる。このような、エチレンカーボネートと対称鎖状カーボネート類と非対称鎖状カーボネート類との組み合わせにより、サイクル特性や大電流放電特性を向上させることができる。中でも、非対称鎖状カーボネート類がエチルメチルカーボネートであるものが好ましく、また、ジアルキルカーボネートを構成するアルキル基の炭素数が1〜2であるものが好ましい。
好ましい混合溶媒の他の例は、鎖状エステルを含有するものである。特に、上記環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との混合溶媒に、鎖状エステルを含有するものが、電池の低温特性向上の観点から好ましい。鎖状エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチルが特に好ましい。非水系溶媒に占める鎖状エステルの容量の下限は、5容量%以上、好ましくは8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、更に好ましくは25容量%以下である。
他の好ましい非水系溶媒の例は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートおよびブチレンカーボネートよりなる群から選ばれた1種の有機溶媒、またはこの群から選ばれた2種以上の有機溶媒からなる混合溶媒であり、この混合溶媒の非水系溶媒に占める容量を、60容量%以上とするものである。こうした混合溶媒は引火点が50℃以上となるように各種溶媒を選択して調整することが好ましく、中でも引火点が70℃以上となるように調整することがより好ましい。このような混合溶媒を用いた非水系電解液は、高温で使用しても溶媒の蒸発や液漏れが少なくなる。中でも、非水系溶媒に占めるエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの合計が、80容量%以上、好ましくは90容量%以上であり、かつエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの容量比が30:70〜60:40であるものを用いると、サイクル特性や大電流放電特性等を向上させることができる。
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.
A combination in which propylene carbonate is further added to the combination of these ethylene carbonates and chain carbonates is also a preferable combination. When propylene carbonate is contained, the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is preferably 99: 1 to 40:60, and more preferably 95: 5 to 50:50. Further, the range of the amount of propylene carbonate in the non-aqueous solvent is as follows. The lower limit of the amount of propylene carbonate is 0.1% by volume or more, preferably 1% by volume or more, more preferably 2% by volume or more, and the upper limit is 10% by volume or less, preferably 8% by volume or less, more preferably 5% by volume or less. According to such a combination, the low temperature characteristics can be further improved while maintaining the characteristics of the combination of ethylene carbonate and chain carbonates.
Among these combinations, those containing asymmetric chain carbonates as chain carbonates are preferred. Specific examples include a combination of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. Such a combination of ethylene carbonate, symmetric chain carbonates and asymmetric chain carbonates can improve cycle characteristics and large current discharge characteristics. Among these, those in which the asymmetric chain carbonates are ethyl methyl carbonate are preferable, and those in which the alkyl group constituting the dialkyl carbonate has 1 to 2 carbon atoms are preferable.
Another example of a preferable mixed solvent is one containing a chain ester. In particular, those containing a chain ester in the mixed solvent of the cyclic carbonates and the chain carbonates are preferable from the viewpoint of improving the low-temperature characteristics of the battery. As the chain ester, methyl acetate and ethyl acetate are particularly preferable. The lower limit of the capacity of the chain ester in the non-aqueous solvent is 5% by volume or more, preferably 8% 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, it is 30 volume% or less, More preferably, it is 25 volume% or less.
Examples of other preferable non-aqueous solvents are one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, or a mixed solvent consisting of two or more organic solvents selected from this group. The volume of the mixed solvent in the non-aqueous solvent is 60% by volume or more. These mixed solvents are preferably adjusted by selecting various solvents so that the flash point is 50 ° C. or higher, and more preferably adjusted so that the flash point is 70 ° C. or higher. A non-aqueous electrolyte using such a mixed solvent is less likely to evaporate or leak when used at high temperatures. Among them, the total of ethylene carbonate and propylene carbonate in the non-aqueous solvent is 80% by volume or more, preferably 90% by volume or more, and the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is 30:70 to 60:40. If some are used, cycle characteristics, large current discharge characteristics, and the like can be improved.

添加材としては、リチウムイオン二次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、硫黄または窒素およ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、その他の分子内に不飽和結合を有する化合物が挙げられる。
窒素、硫黄または窒素および硫黄を含有する複素環化合物としては、特に限定はないが、1−メチル−2−ピロリジノン、1,3−ジメチル−2−ピロリジノン、1,5−ジメチル−2−ピロリジノン、1−エチル−2−ピロリジノン、1−シクロヘキシル−2−ピロリジノン等のピロリジノン類;3−メチル−2−オキサゾリジノン、3−エチル−2−オキサゾリジノン、3−シクロヘキシル−2−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン類;1−メチル−2−ピペリドン、1−エチル−2−ピペリドン等のピペリドン類;1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジエチル−2−イミダゾリジノン等のイミダゾリジノン類;スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン等のスルホラン類;スルホレン;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト等のサルファイト類;1,3−プロパンスルトン、1−メチル−1,3−プロパンスルトン、3−メチル−1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン等のスルトン類等が挙げられる。中でも、1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン等が電池の長寿命化の観点から特に好ましい。
The additive is not particularly limited as long as it is an additive for a non-aqueous electrolyte solution of a lithium ion secondary battery. For example, nitrogen, sulfur or a heterocyclic compound containing nitrogen and sulfur, a cyclic carboxylic acid ester, fluorine Examples thereof include cyclic carbonates and other compounds having an unsaturated bond in the molecule.
The heterocyclic compound containing nitrogen, sulfur or nitrogen and sulfur is not particularly limited, but 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-pyrrolidinone, 1,5-dimethyl-2-pyrrolidinone, Pyrrolidinones such as 1-ethyl-2-pyrrolidinone and 1-cyclohexyl-2-pyrrolidinone; Oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone, 3-ethyl-2-oxazolidinone and 3-cyclohexyl-2-oxazolidinone; Piperidones such as methyl-2-piperidone and 1-ethyl-2-piperidone; imidazolidinones such as 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and 1,3-diethyl-2-imidazolidinone; sulfolane; Sulfolanes such as 2-methylsulfolane and 3-methylsulfolane; sulfolene; ethylene Sulfites such as sulfite and propylene sulfite; 1,3-propane sultone, 1-methyl-1,3-propane sultone, 3-methyl-1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3- And sultone such as propene sultone and 1,4-butene sultone. Among them, 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butene sultone, etc., prolong the battery life. From the viewpoint of

環状カルボン酸エステルとしては、特に限定はないが、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−ヘキサラクトン、γ−ヘプタラクトン、γ−オクタラクトン、γ−ノナラクトン、γ−デカラクトン、γ−ウンデカラクトン、γ−ドデカラクトン、α−メチル-γ-ブチロラクトン、α−エチル-γ-ブチロラクトン、α−プロピル-γ-ブチロラクトン、α−メチル−γ−バレロラクトン、α−エチル−γ−バレロラクトン、α,α−ジメチル-γ-ブチロラクトン、α,α-ジメチル−γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−ヘキサラクトン、δ−オクタラクトン、δ−ノナラクトン、δ−デカラクトン、δ−ウンデカラクトン、δ−ドデカラクトン等が挙げられる。中でも、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が電池の長寿命化の観点から特に好ましい。   The cyclic carboxylic acid ester is not particularly limited, but γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-hexalactone, γ-heptalactone, γ-octalactone, γ-nonalactone, γ-decalactone, and γ-undecalactone. , Γ-dodecalactone, α-methyl-γ-butyrolactone, α-ethyl-γ-butyrolactone, α-propyl-γ-butyrolactone, α-methyl-γ-valerolactone, α-ethyl-γ-valerolactone, α, α-dimethyl-γ-butyrolactone, α, α-dimethyl-γ-valerolactone, δ-valerolactone, δ-hexalactone, δ-octalactone, δ-nonalactone, δ-decalactone, δ-undecalactone, δ- Examples include dodecalactone. Among these, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and the like are particularly preferable from the viewpoint of extending the battery life.

フッ素含有環状カーボネートとしては、特に限定はないが、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等が挙げられる。中でも、フルオロエチレンカーボネート等が電池の長寿命化の観点から特に好ましい。
その他の分子内に不飽和結合を有する化合物としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、メチルビニルカーボネート、エチルビニルカーボネート、プロピルビニルカーボネート、ジビニルカーボネート、アリルメチルカーボネート、アリルエチルカーボネート、アリルプロピルカーボネート、ジアリルカーボネート、ジメタリルカーボネート等のカーボネート類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、アクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、メタクリル酸ビニル、酢酸アリル、プロピオン酸アリル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル等のエステル類;ジビニルスルホン、メチルビニルスルホン、エチルビニルスルホン、プロピルビニルスルホン、ジアリルスルホン、アリルメチルスルホン、アリルエチルスルホン、アリルプロピルスルホン等のスルホン類;ジビニルサルファイト、メチルビニルサルファイト、エチルビニルサルファイト、ジアリルサルファイト等のサルファイト類;ビニルメタンスルホネート、ビニルエタンスルホネート、アリルメタンスルホネート、アリルエタンスルホネート、メチルビニルスルホネート、エチルビニルスルホネート等のスルホネート類;ジビニルサルフェート、メチルビニルサルフェート、エチルビニルサルフェート、ジアリルサルフェート等のサルフェート類等が挙げられる。中でも、ビニレンカーボネート、ジメタリルカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、アクリル酸ビニル、ジビニルスルホン、ビニルメタンスルホネート等が電池の長寿命化の観点から特に好ましい。
The fluorine-containing cyclic carbonate is not particularly limited, and examples thereof include fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, and trifluoropropylene carbonate. Among these, fluoroethylene carbonate and the like are particularly preferable from the viewpoint of extending the life of the battery.
Other compounds having an unsaturated bond in the molecule include vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, methyl vinyl carbonate, ethyl vinyl carbonate, propyl vinyl carbonate, divinyl carbonate, allyl methyl carbonate, allyl ethyl carbonate, allyl propyl. Carbonates such as carbonate, diallyl carbonate, dimethallyl carbonate; vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl acrylate, vinyl crotonate, vinyl methacrylate, allyl acetate, allyl propionate, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate , Esters such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate; divinyl sulfone, methyl vinyl sulfone Sulfones such as ethyl vinyl sulfone, propyl vinyl sulfone, diallyl sulfone, allyl methyl sulfone, allyl ethyl sulfone, allyl propyl sulfone; sulfites such as divinyl sulfite, methyl vinyl sulfite, ethyl vinyl sulfite, diallyl sulfite; Examples of the sulfonates include vinyl methane sulfonate, vinyl ethane sulfonate, allyl methane sulfonate, allyl ethane sulfonate, methyl vinyl sulfonate, and ethyl vinyl sulfonate; and sulfates such as divinyl sulfate, methyl vinyl sulfate, ethyl vinyl sulfate, and diallyl sulfate. Among these, vinylene carbonate, dimethallyl carbonate, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl acrylate, divinyl sulfone, vinyl methanesulfonate, and the like are particularly preferable from the viewpoint of extending the life of the battery.

上記添加材以外に、求められる機能に応じて過充電防止材、負極皮膜形成材、正極保護材、高入出力材等の他の添加材を用いてもよい。
過充電防止材としては、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の上記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物などが挙げられる。中でも、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物が好ましい。これらの過充電防止材は、2種類以上併用して用いてもよい。2種以上併用する場合は、特に、シクロヘキシルベンゼンやターフェニル(またはその部分水素化体)と、t−ブチルベンゼンやt−アミルベンゼンとを併用するのが好ましい。
In addition to the above additives, other additives such as an overcharge preventing material, a negative electrode film forming material, a positive electrode protective material, and a high input / output material may be used depending on the required function.
As an overcharge preventing material, aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran; 2-fluorobiphenyl, Partially fluorinated products of the above aromatic compounds such as o-cyclohexylfluorobenzene and p-cyclohexylfluorobenzene; 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, 3,5-difluoroanisole and the like And a fluorine-containing anisole compound. Of these, aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, terphenyl partially hydrogenated, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran are preferable. These overcharge prevention materials may be used in combination of two or more. When using 2 or more types together, it is particularly preferable to use cyclohexylbenzene or terphenyl (or a partially hydrogenated product thereof) together with t-butylbenzene or t-amylbenzene.

負極皮膜形成材としては、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物等が挙げられる。中でも、無水コハク酸、無水マレイン酸が好ましい。これらの負極皮膜形成材は2種類以上併用して用いてもよい。   Examples of the negative electrode film-forming material include succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, and the like. Of these, succinic anhydride and maleic anhydride are preferable. Two or more of these negative electrode film forming materials may be used in combination.

正極保護材としては、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジメチルサルファイト、ジエチルサルファイト、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、トルエンスルホン酸メチル、ジメチルサルフェート、ジエチルサルフェート、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジフェニルスルフィド、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド等が挙げられる。中でも、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、ジメチルスルホンが好ましい。これらの正極保護材は2種類以上併用して用いてもよい。   As a positive electrode protective material, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, dimethyl sulfite, diethyl sulfite, methyl methanesulfonate, busulfan, methyl toluenesulfonate, dimethyl sulfate, diethyl sulfate, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, diphenyl sulfide, thioanisole, And diphenyl disulfide. Of these, methyl methanesulfonate, busulfan, and dimethylsulfone are preferable. Two or more of these positive electrode protective materials may be used in combination.

高入出力材としては、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸のアンモニウム塩、カリウム塩もしくはリチウム塩;パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、フッ素化アルキルエステル等の界面活性剤が挙げられる。中でも、パーフルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、フッ素化アルキルエステルが好ましい。
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。
Examples of the high input / output material include surfactants such as perfluoroalkyl sulfonic acid, ammonium salt, potassium salt or lithium salt of perfluoroalkyl carboxylic acid; perfluoroalkyl polyoxyethylene ether and fluorinated alkyl ester. Among these, perfluoroalkyl polyoxyethylene ether and fluorinated alkyl ester are preferable.
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、正極およ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およ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。
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系ポリマーを原料とする多孔性シートまたは不織布等を用いることが好ましい。
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、繊維形状また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、繊維形状また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。さらに、この複合多孔層を、正極また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(d90)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。
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.
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, and porous sheets or nonwoven fabrics made from polyolefin polymers such as polyethylene and polypropylene are used. It is preferable.
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 (d90) 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
リチウムイオン二次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。
また、温度上昇に伴い不活性ガス(例えば、二酸化炭素など)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。
5. Other constituent members As other constituent members of the lithium ion secondary 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.
Moreover, you may provide the structure part which discharge | releases inert gas (for example, carbon dioxide etc.) 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.

(リチウムイオン二次電池の放電容量)
本発明のリチウムイオン二次電池は、放電容量が30Ah以上、99Ah未満の大容量のものに適している。安全性を担保しつつ、高入出力で、高エネルギー密度という観点から、35Ah以上、99Ah未満であることが好ましく、45Ah以上、95Ah未満であることがより好ましい。
(Discharge capacity of lithium ion secondary battery)
The lithium ion secondary battery of the present invention is suitable for a large capacity discharge capacity of 30 Ah or more and less than 99 Ah. From the viewpoint of high input / output and high energy density while ensuring safety, it is preferably 35 Ah or more and less than 99 Ah, and more preferably 45 Ah or more and less than 95 Ah.

(リチウムイオン二次電池の負極と正極の容量比)
本発明において、負極と正極の容量比(負極容量/正極容量)は、安全性とエネルギー密度の観点から1以上、1.5未満であることが好ましく、1.05〜1.3がより好ましく、1.1〜1.2が更に好ましい。1.3を超えると充電時に正極電位が4.2Vよりも高くなることがあるため、安全性が低下する可能性がある。(このときの正極電位は対Li電位をいう)
ここで、負極容量とは、[負極の放電容量]を示し、正極容量とは、[正極の初回充電容量−負極又は正極のどちらか大きい方の不可逆容量]を示す。ここで、[負極の放電容量]とは、負極活物質に挿入されているリチウムイオンが脱離されるときに充放電装置で算出されるものと定義する。また、[正極の初回充電容量]とは、正極活物質からリチウムイオンが脱離されるときに充放電装置で算出されるものと定義する。
負極と正極の容量比は、例えば、「リチウムイオン二次電池の放電容量/負極の放電容量」からも算出することができる。リチウムイオン二次電池の放電容量は、例えば、4.2V、0.1〜0.5C、終止時間を2〜5時間とする定電流定電圧(CCCV)充電を行った後、0.1〜0.5Cで2.7Vまで定電流(CC)放電したときの条件で測定できる。
負極の放電容量は、前記リチウムイオン二次電池の放電容量を測定した負極を所定の面積に切断し、対極としてリチウム金属を用い、電解液を含浸させたセパレータを介して単極セルを作製し、0V、0.1C、終止電流0.01Cで定電流定電圧(CCCV)充電を行った後、0.1Cで1.5Vまで定電流(CC)放電したときの条件で所定面積当たりの放電容量を測定し、これを前記リチウムイオン二次電池の負極として用いた総面積に換算することで算出できる。この単極セルにおいて、負極活物質にリチウムイオンが挿入される方向を充電、負極活物質に挿入されているリチウムイオンが脱離する方向を放電、と定義する。
尚、Cとは“電流値(A)/電池の放電容量(Ah)”を意味する
(Capacity ratio of negative electrode to positive electrode of lithium ion secondary battery)
In the present invention, the capacity ratio of the negative electrode to the positive electrode (negative electrode capacity / positive electrode capacity) is preferably 1 or more and less than 1.5 from the viewpoint of safety and energy density, more preferably 1.05 to 1.3. 1.1 to 1.2 are more preferable. If it exceeds 1.3, the positive electrode potential may be higher than 4.2 V at the time of charging, which may reduce safety. (At this time, the positive electrode potential refers to the Li potential)
Here, the negative electrode capacity indicates [negative electrode discharge capacity], and the positive electrode capacity indicates [positive electrode initial charge capacity-negative electrode or positive electrode, whichever is greater, irreversible capacity]. Here, the “negative electrode discharge capacity” is defined to be calculated by the charge / discharge device when the lithium ions inserted into the negative electrode active material are desorbed. Further, the “initial charge capacity of the positive electrode” is defined as that calculated by the charge / discharge device when lithium ions are desorbed from the positive electrode active material.
The capacity ratio between the negative electrode and the positive electrode can be calculated from, for example, “discharge capacity of the lithium ion secondary battery / discharge capacity of the negative electrode”. The discharge capacity of the lithium ion secondary battery is, for example, 4.2 V, 0.1 to 0.5 C, and after performing constant current constant voltage (CCCV) charging with an end time of 2 to 5 hours, It can be measured under conditions when a constant current (CC) is discharged to 2.7 V at 0.5 C.
For the discharge capacity of the negative electrode, the negative electrode whose discharge capacity was measured for the lithium ion secondary battery was cut into a predetermined area, lithium metal was used as the counter electrode, and a single electrode cell was prepared via a separator impregnated with an electrolyte. , 0V, 0.1C, constant current constant voltage (CCCV) charge at a final current of 0.01C, then discharge per predetermined area under the condition of constant current (CC) discharge to 1.5V at 0.1C It can be calculated by measuring the capacity and converting this to the total area used as the negative electrode of the lithium ion secondary battery. In this single electrode cell, the direction in which lithium ions are inserted into the negative electrode active material is defined as charging, and the direction in which lithium ions inserted into the negative electrode active material are desorbed is defined as discharging.
C means “current value (A) / battery discharge capacity (Ah)”.

(実施例1)
以下、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。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。
[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、燐酸リチウムと、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。重量比は、正極活物質:燐酸リチウム:導電材:結着材=91:1:4:4とした。さら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2.7g/cmとし、正極合材の片面塗布量120g/mとした。
Example 1
Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. The present invention is not limited to the following examples.
[Production of positive electrode plate]
The positive electrode plate was produced as follows. Layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC), which is a positive electrode active material, lithium phosphate, scaly graphite (average particle size: 20 μm) and acetylene black as a conductive material, and polyfluoride as a binder. A mixture of positive electrode materials was obtained by sequentially adding and mixing vinylidene chloride. The weight ratio was positive electrode active material: lithium phosphate: conductive material: binder = 91: 1: 4: 4. Further, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as 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 2.7 g / cm 3, and the coating amount on one side of the positive electrode mixture was 120 g / m 2 .

[負極板の作製]
負極板の作製を以下のように行った。負極活物質として易黒鉛化炭素(d002=0.35nm、平均粒径(d50)=10μmを用いた。この負極活物質に結着材としてポリフッ化ビニリデンを添加した。これらの重量比は、負極活物質:結着材=92:8とした。これに分散溶媒である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。このスラリーを負極用の集電体である厚さ10μmの圧延銅箔の両面に実質的に均等かつ均質に所定量塗布した。負極合材密度は1.15g/cmとした。
[Production of negative electrode plate]
The negative electrode plate was produced as follows. Graphitizable carbon (d002 = 0.35 nm, average particle size (d50) = 10 μm was used as the negative electrode active material. Polyvinylidene fluoride was added as a binder to the negative electrode active material. Active material: binder = 92: 8 A dispersion solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), was added thereto and kneaded to form a slurry. A predetermined amount was applied substantially uniformly and uniformly on both surfaces of a rolled copper foil having a thickness of 10 μm, and the density of the negative electrode mixture was 1.15 g / cm 3 .

[電池の作製]
上記正極板と上記負極板とを、これらが直接接触しないように厚さ30μmのポリエチレン製のセパレータを挟んで捲回する。このとき、正極板のリード片と負極板のリード片とが、それぞれ捲回群の互いに反対側の両端面に位置するようにする。また、正極板、負極板、セパレータの長さを調整し、捲回群径は65±0.1mmとした。
次いで、図1に示すように、正極板から導出されているリード片9を変形させ、その全てを正極側の鍔部7の底部付近に集合し、接触させる。正極側の鍔部7は、捲回群6の軸芯のほぼ延長線上にある極柱(正極外部端子1)の周囲から張り出すよう一体成形されており、底部と側部とを有する。その後、超音波溶接によりリード片9を鍔部7の底部に接続し固定する。負極板から導出されているリード片9と負極側の鍔部7の底部も同様に接続し固定する。この負極側の鍔部7は、捲回群6の軸芯のほぼ延長線上にある極柱(負極外部端子1’)周囲から張り出すよう一体成形されており、底部と側部とを有する。
その後、粘着テープを用い、正極外部端子1側の鍔部7の側部および負極外部端子1’の鍔部7の側部を覆い、絶縁被覆8を形成した。同様に、捲回群6の外周にも絶縁被覆8を形成した。例えば、この粘着テープを、正極外部端子1側の鍔部7の側部から捲回群6の外周面に亘って、さらに、捲回群6の外周面から負極外部端子1’側の鍔部7の側部に亘って、何重にも巻くことにより絶縁被覆8を形成する。絶縁被覆(粘着テープ)8としては、基材がポリイミドで、その片面に粘着材を塗布した粘着テープを用いた。捲回群6の最大径部がステンレス製の電池容器5内径よりも僅かに小さくなるように絶縁被覆8の厚さ(粘着テープの巻き数)を調整し、捲回群6を電池容器5内に挿入した。なお、電池容器5の外径は67mm、内径は66mmのものを用いた。
次いで、図1に示すように、セラミックワッシャ3’を、先端が正極外部端子1を構成する極柱および先端が負極外部端子1’を構成する極柱にそれぞれ嵌め込む。セラミックワッシャ3’は、アルミナ製であり、電池蓋4の裏面と当接する部分の厚さが2mm、内径16mm、外径25mmである。次いで、セラミックワッシャ3を電池蓋4に載置した状態で、正極外部端子1をセラミックワッシャ3に通し、また、他のセラミックワッシャ3を他の電池蓋4に載置した状態で、負極外部端子1’を他のセラミックワッシャ3に通す。セラミックワッシャ3は、アルミナ製であり、厚さ2mm、内径16mm、外径28mmの平板状である。
その後、電池蓋4の周端面を電池容器5の開口部に嵌合し、双方の接触部の全域をレーザー溶接する。このとき、正極外部端子1および負極外部端子1’は、それぞれ電池蓋4の中心にある穴(孔)を貫通して電池蓋4の外部に突出している。電池蓋4には、電池の内圧上昇に応じて開裂する開裂弁10が設けられている。なお、開裂弁10の開裂圧は、1.27〜1.77MPa(13〜18kgf/cm)とした。
次いで、図1に示すように、金属ワッシャ11を、正極外部端子1および負極外部端子1’にそれぞれ嵌め込む。これによりセラミックワッシャ3上に金属ワッシャ11が配置される。金属ワッシャ11は、ナット2の底面より平滑な材料よりなる。
次いで、金属製のナット2を正極外部端子1および負極外部端子1’にそれぞれ螺着し、セラミックワッシャ3、金属ワッシャ11、セラミックワッシャ3’を介して電池蓋4を鍔部7とナット2と間で締め付けることにより固定する。このときの締め付けトルク値は686N・cm(70kgf・cm)とした。なお、締め付け作業が終了するまで金属ワッシャ11は回転しなかった。この状態では、電池蓋4の裏面と鍔部7との間に介在させたゴム(EPDM)製のOリング12の圧縮により電池容器5の内部の発電要素は外気から遮断されている。
その後、電池蓋4に設けられた注液口13から電解液を所定量電池容器5内に注入し、その後、注液口13を封止することにより円筒形リチウムイオン二次電池20を完成させた。
電解液としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを、それぞれの体積比2:3:2で混合した混合溶液中へ、6フッ化燐酸リチウム(LiPF)を1.2mol/L溶解し、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を0.8質量%添加したものを用いた。
[Production of battery]
The positive electrode plate and the negative electrode plate are wound with a polyethylene separator having a thickness of 30 μm interposed therebetween so that they are not in direct contact with each other. At this time, the lead piece of the positive electrode plate and the lead piece of the negative electrode plate are respectively positioned on the opposite end surfaces of the winding group. Further, the lengths of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator were adjusted, and the wound group diameter was set to 65 ± 0.1 mm.
Next, as shown in FIG. 1, the lead pieces 9 led out from the positive electrode plate are deformed, and all of them are gathered near the bottom of the flange 7 on the positive electrode side and brought into contact with each other. The positive electrode side flange portion 7 is integrally formed so as to protrude from the periphery of the pole column (positive electrode external terminal 1) substantially on the extension line of the axis of the wound group 6, and has a bottom portion and a side portion. Thereafter, the lead piece 9 is connected and fixed to the bottom of the flange 7 by ultrasonic welding. The lead piece 9 led out from the negative electrode plate and the bottom of the flange 7 on the negative electrode side are similarly connected and fixed. The negative electrode side flange portion 7 is integrally formed so as to protrude from the periphery of the pole column (negative electrode external terminal 1 ′) substantially on the extension line of the axis of the wound group 6, and has a bottom portion and a side portion.
Then, the insulating coating 8 was formed using an adhesive tape to cover the side of the flange 7 on the positive electrode external terminal 1 side and the side of the flange 7 of the negative electrode external terminal 1 ′. Similarly, an insulating coating 8 was formed on the outer periphery of the wound group 6. For example, this adhesive tape is stretched from the side of the flange 7 on the positive electrode external terminal 1 side to the outer peripheral surface of the winding group 6 and further from the outer periphery of the winding group 6 to the negative electrode external terminal 1 ′ side. Insulating coating 8 is formed by winding several times over the side of 7. As the insulating coating (adhesive tape) 8, an adhesive tape in which the base material was polyimide and an adhesive material was applied on one surface thereof was used. The thickness of the insulating coating 8 (the number of windings of the adhesive tape) is adjusted so that the maximum diameter portion of the wound group 6 is slightly smaller than the inner diameter of the stainless steel battery container 5, and the wound group 6 is placed in the battery container 5. Inserted into. The battery container 5 had an outer diameter of 67 mm and an inner diameter of 66 mm.
Next, as shown in FIG. 1, the ceramic washer 3 ′ is fitted into a pole column whose tip constitutes the positive electrode external terminal 1 and a pole column whose tip constitutes the negative electrode external terminal 1 ′. The ceramic washer 3 ′ is made of alumina, and the thickness of the portion in contact with the back surface of the battery lid 4 is 2 mm, the inner diameter is 16 mm, and the outer diameter is 25 mm. Next, with the ceramic washer 3 placed on the battery lid 4, the positive external terminal 1 is passed through the ceramic washer 3, and with the other ceramic washer 3 placed on the other battery lid 4, the negative external terminal Pass 1 'through another ceramic washer 3. The ceramic washer 3 is made of alumina and has a flat plate shape with a thickness of 2 mm, an inner diameter of 16 mm, and an outer diameter of 28 mm.
Thereafter, the peripheral end surface of the battery lid 4 is fitted into the opening of the battery container 5 and the entire area of both contact portions is laser welded. At this time, the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 ′ pass through a hole (hole) in the center of the battery cover 4 and project outside the battery cover 4. The battery lid 4 is provided with a cleavage valve 10 that cleaves in response to an increase in the internal pressure of the battery. The cleavage pressure of the cleavage valve 10 was 1.27 to 1.77 MPa (13 to 18 kgf / cm 2 ).
Next, as shown in FIG. 1, the metal washer 11 is fitted into the positive external terminal 1 and the negative external terminal 1 ′, respectively. Thereby, the metal washer 11 is disposed on the ceramic washer 3. The metal washer 11 is made of a material smoother than the bottom surface of the nut 2.
Next, the metal nut 2 is screwed to the positive electrode external terminal 1 and the negative electrode external terminal 1 ′, and the battery lid 4 is connected to the flange portion 7 and the nut 2 through the ceramic washer 3, the metal washer 11, and the ceramic washer 3 ′. Secure by tightening between. The tightening torque value at this time was 686 N · cm (70 kgf · cm). The metal washer 11 did not rotate until the tightening operation was completed. In this state, the power generation element inside the battery container 5 is shielded from the outside air by the compression of the rubber (EPDM) O-ring 12 interposed between the back surface of the battery lid 4 and the flange 7.
Thereafter, a predetermined amount of electrolyte is injected into the battery container 5 from the injection port 13 provided in the battery lid 4, and then the injection port 13 is sealed to complete the cylindrical lithium ion secondary battery 20. It was.
As an electrolytic solution, 1.2 mol / L of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in a mixed solution in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 2: 3: 2. In addition, 0.8% by mass of vinylene carbonate (VC) was used as an additive.

[電池特性]
(放電容量)
25℃の環境下において、充電、放電ともに電流値は25Aとした。充電は4.2Vを上限電圧とする定電流定電圧(CCCV)充電で、終止条件を3時間とした。放電はCC放電で、2.7Vを終止条件とした。また、充放電間には30分の休止を入れた。これを3サイクル実施し、3サイクル目の充電容量を「電流値25Aにおける充電容量」、3サイクル目の放電容量を「電流値25Aにおける放電容量」とした。
[Battery characteristics]
(Discharge capacity)
In an environment of 25 ° C., the current value was 25 A for both charging and discharging. Charging was constant current constant voltage (CCCV) charging with 4.2 V as the upper limit voltage, and the termination condition was 3 hours. The discharge was CC discharge, and 2.7 V was set as a termination condition. Further, a pause of 30 minutes was put between charge and discharge. This was carried out for three cycles, and the charge capacity at the third cycle was defined as “charge capacity at a current value of 25 A”, and the discharge capacity at the third cycle was defined as “discharge capacity at a current value of 25 A”.

(内部抵抗)
内部抵抗は、上記3サイクル目の放電容量を測定後、25℃の環境下において、25Aの電流値で4.2Vを上限電圧とする定電流定電圧(CCCV)で終止条件を3時間とする充電を行い、30分の休止後、交流インピーダンス装置(北斗電工株式会社HZ−3000、NF ELECTRONIC 5080)を用いて、周波数範囲を100kHzから10mHzの対数範囲、振幅5mVとして計測した。各周波数で得られた測定点を、実部をX軸と虚数部の逆数をY軸としてプロットし、円弧状のカーブがX軸と交わる2点の大きい方を内部抵抗として測定した。
(Internal resistance)
After measuring the discharge capacity at the third cycle, the internal resistance is a constant current and constant voltage (CCCV) with a current value of 25 A and an upper limit voltage of 25 A in an environment of 25 ° C., and the end condition is 3 hours. After charging for 30 minutes, the frequency range was measured as a logarithmic range from 100 kHz to 10 mHz and an amplitude of 5 mV using an AC impedance device (Hokuto Denko Corporation HZ-3000, NF ELECTRONIC 5080). The measurement points obtained at each frequency were plotted with the real part as the X axis and the inverse of the imaginary part as the Y axis, and the larger of the two points where the arc-shaped curve intersected the X axis was measured as the internal resistance.

(サイクル寿命)
サイクル寿命は、25℃の環境下において、充電、放電ともに電流値は25Aとし、充電は4.2Vを上限電圧とする定電流定電圧(CCCV)充電で、終止条件を3時間とした。放電はCC放電で、2.7Vを終止条件とした。また、充放電間には30分の休止を入れ、これを1サイクルとして496サイクル繰り返した。合計500サイクル後に放電容量を上記と同じ手順で測定した。電流値25Aにおける放電容量に対する500サイクル後の放電容量との割合を、500サイクル後の容量維持率として算出した。
(Cycle life)
The cycle life was a constant current / constant voltage (CCCV) charge with an upper limit voltage of 4.2 V, and the end condition was 3 hours in an environment of 25 ° C. for both charging and discharging. The discharge was CC discharge, and 2.7 V was set as a termination condition. Further, a pause of 30 minutes was put between charge and discharge, and this was repeated as 496 cycles. The discharge capacity was measured by the same procedure as described above after a total of 500 cycles. The ratio of the discharge capacity after 500 cycles to the discharge capacity at a current value of 25A was calculated as the capacity retention rate after 500 cycles.

(安全性)
安全性は過充電試験により確認した。25℃の環境下において、放電容量の測定が完了した3サイクル後の電池を、150Aの電流値で5.04Vを上限電圧としたCCCV充電を実施し、終止条件を3時間として過充電を実施した。
この時、円筒型電池外装の中央部にK型(クロメル−アルメル)熱電対を貼付し、電池表面最大温度を計測した。過充電通電から終止に至るまでに、発煙したものを“△”、発火や破裂が生じないものを“〇”として評価した。一方、電池内部の発熱反応が連鎖的に持続して内部が熱暴走し、発火が生じたものを“×”として評価した。
(safety)
Safety was confirmed by an overcharge test. Under an environment of 25 ° C, the battery after 3 cycles after the measurement of the discharge capacity was subjected to CCCV charge with a current value of 150A and 5.04V as the upper limit voltage, and overcharge was performed with a termination condition of 3 hours did.
At this time, a K-type (chromel-alumel) thermocouple was attached to the center of the cylindrical battery exterior, and the battery surface maximum temperature was measured. From overcharge energization to termination, smoke was evaluated as “△”, and no ignition or rupture occurred as “◯”. On the other hand, the case where the exothermic reaction inside the battery continued in a chain and the inside caused thermal runaway and ignition occurred was evaluated as “x”.

(実施例2)
実施例1で正極合材の配合を、正極活物質:燐酸リチウム:導電材:結着材=91.9:0.1:4:4(質量比)としてその他は実施例1と同様に試験を実施し実施例2とした。
(Example 2)
The composition of the positive electrode mixture in Example 1 was tested in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material: lithium phosphate: conductive material: binder = 91.9: 0.1: 4: 4 (mass ratio). To implement Example 2.

(実施例3)
実施例1で正極合材の配合を、正極活物質:燐酸リチウム:導電材:結着材=89:3:4:4(質量比)としてその他は実施例1と同様に試験を実施し実施例3とした。
(Example 3)
In Example 1, the composition of the positive electrode mixture was changed to the positive electrode active material: lithium phosphate: conductive material: binder = 89: 3: 4: 4 (mass ratio). Example 3 was used.

(実施例4)
実施例1で正極合材の配合を、正極活物質:燐酸リチウム:導電材:結着材=87:5:4:4(質量比)としてその他は実施例1と同様に試験を実施し実施例3とした。
Example 4
In Example 1, the composition of the positive electrode mixture was changed to positive electrode active material: lithium phosphate: conductive material: binder = 87: 5: 4: 4 (mass ratio), and other tests were conducted in the same manner as in Example 1. Example 3 was used.

(比較例1)
実施例1で正極合材の配合を、正極活物質:燐酸リチウム:導電材:結着材=92:0:4:4(質量比)としてその他は実施例1と同様に試験を実施し比較例1とした。
上記の実施例1〜4及び比較例1の評価結果を以下の表1に示した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, the composition of the positive electrode mixture was changed to positive electrode active material: lithium phosphate: conductive material: binder = 92: 0: 4: 4 (mass ratio). Example 1 was adopted.
The evaluation results of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are shown in Table 1 below.

Figure 2016152113
Figure 2016152113

正極合材に燐酸リチウムを含まない比較例1は、500サイクル後の容量維持率が低く、過充電試験による安全性に劣る。これに対し燐酸リチウムを含有する実施例1〜4は、容量維持率が高く寿命が長く、過充電試験による表面温度が低く、発火や破裂を生じることなく安全性が高い。   Comparative Example 1 in which the positive electrode mixture does not contain lithium phosphate has a low capacity retention rate after 500 cycles, and is inferior in safety by the overcharge test. On the other hand, Examples 1-4 containing lithium phosphate have a high capacity retention rate and a long life, a low surface temperature by an overcharge test, and high safety without causing ignition or rupture.

1 正極外部端子
1’ 負極外部端子
2 ナット
3 セラミックワッシャ
3’ セラミックワッシャ
4 電池蓋
5 電池容器
6 捲回群
7 鍔部
8 絶縁被覆
9 リード片
10 開裂弁
11 金属ワッシャ
12 Oリング
13 注液口
20 円筒形リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode external terminal 1 'Negative electrode external terminal 2 Nut 3 Ceramic washer 3' Ceramic washer 4 Battery cover 5 Battery container 6 Winding group 7 鍔 part 8 Insulation coating 9 Lead piece 10 Cleavage valve 11 Metal washer 12 O ring 13 Injection port 20 Cylindrical lithium ion secondary battery

Claims (2)

正極、負極およびセパレータを捲回した電極捲回群と、電解液と、を電池容器内に備え、放電容量が30Ah以上、99Ah未満のリチウムイオン二次電池であって、
前記正極は、集電体と前記集電体の両面に塗布された正極合材とを有し、前記正極合材は、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)及び燐酸リチウムを含む、リチウムイオン二次電池。
An electrode winding group in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are wound, and an electrolyte solution are provided in a battery container, and the discharge capacity is a lithium ion secondary battery having a discharge capacity of 30 Ah or more and less than 99 Ah,
The positive electrode includes a current collector and a positive electrode mixture applied to both surfaces of the current collector, and the positive electrode mixture includes lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) and lithium phosphate. , Lithium ion secondary battery.
前記燐酸リチウムの含有量が、正極合材全量に対して0.1質量%以上、5質量%以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the content of the lithium phosphate is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less based on the total amount of the positive electrode mixture.
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