JP2016189239A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Takuya Nishimura
拓也 西村
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暁村 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery that is excellent in large current characteristic even when an ionic liquid is used as electrolytic solution.SOLUTION: A lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution containing an ionic liquid and a lithium salt. The porosity of the separator ranges from 80% to 98%. The positive electrode has a first current collector, and a positive electrode mixture which is provided on at least one surface of the first current collector and comprises a positive electrode active material, conductive agent, and binder. The coating amount of the positive electrode mixture on one surface of the first current collector ranges from 1 mg/cmto 20 mg/cm, and the conductive agent contains furnace black.SELECTED DRAWING: None

Description

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

リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、かつ自己放電が少なく、サイクル性能が良いという利点がある。そのため近年では、非水電解液二次電池を大型化又は大容量化することにより、各種の産業用機械及び産業用器具の電源として使用することが期待されている。   Nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries have the advantages of high energy density, low self-discharge, and good cycle performance. Therefore, in recent years, it is expected that the non-aqueous electrolyte secondary battery is used as a power source for various industrial machines and industrial instruments by increasing the size or capacity.

このようなリチウムイオン二次電池の非水系電解液に使用される非水溶媒としては、リチウム塩を溶解しやすく、かつ電気分解しにくいエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート溶媒が使用されている。   As a non-aqueous solvent used for such a non-aqueous electrolyte solution of a lithium ion secondary battery, a carbonate solvent such as ethylene carbonate or diethyl carbonate, which easily dissolves a lithium salt and hardly electrolyzes, is used.

また、最近では、リチウムイオン二次電池の非水系電解液として、安全性の観点から、イオン性液体を使用することが種々検討されている(例えば、特許文献1参照)。   Recently, various studies have been made on the use of an ionic liquid as a non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery from the viewpoint of safety (for example, see Patent Document 1).

特開2010−287380号公報JP 2010-287380 A

イオン性液体は、常温(約30℃)でも液体状であるイオン性物質であり、高イオン伝導性を示すという特徴だけでなく、蒸気圧が低く、不揮発性及び難燃性というリチウムイオン二次電池の安全性にとって優れた特徴も有している。また、リチウムイオン二次電池の非水系電解液は電気化学的に安定であることが求められており、イオン性液体はカーボネート系溶媒と同等以上の安定電位窓を有している。   An ionic liquid is an ionic substance that is in a liquid state even at room temperature (about 30 ° C.), and not only has high ionic conductivity, but also has a low vapor pressure, non-volatility and flame retardancy, and is a lithium ion secondary. It also has excellent characteristics for battery safety. Further, the non-aqueous electrolyte solution of the lithium ion secondary battery is required to be electrochemically stable, and the ionic liquid has a stable potential window equal to or higher than that of the carbonate solvent.

一方、イオン性液体はカーボネート溶媒に比べて、粘性が高く導電性が低いため、大電流の充放電特性に劣るという問題がある。   On the other hand, an ionic liquid has a problem that it is inferior in charge / discharge characteristics of a large current because it has higher viscosity and lower conductivity than a carbonate solvent.

本発明は、上記事情に鑑みて、これらの従来技術の問題点を解決するものであり、電解液としてイオン性液体を用いても、大電流特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention solves these problems of the prior art, and provides a lithium ion secondary battery having excellent large current characteristics even when an ionic liquid is used as an electrolytic solution. Objective.

前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1>正極と、負極と、セパレータと、イオン性液体及びリチウム塩を含む電解液とを有し、前記セパレータの空孔率が80%〜98%であり、前記正極は、第1集電体と前記第1集電体の少なくとも一方の面に付与された正極活物質、導電剤、結着材からなる正極合剤を有し、前記第1集電体の一方の面への前記正極合剤の塗工量が1mg/cm〜20mg/cmであり、かつ前記導電剤にファーネスブラックを含むリチウムイオン二次電池。
<2>前記導電剤が、さらにアセチレンブラックを含む<1>に記載のリチウムイオン二次電池。
<3>前記セパレータが、ポリオレフィン繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、及びポリイミド繊維からなる群より選択される少なくとも一種を含む不織布である<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池。
<4>前記イオン性液体のアニオン成分が、N(CSO 、CFSO 、N(SOF) 、N(SOCF 、及びN(SOCFCF からなる群より選択される少なくとも一種を含む<1>〜<3>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
<5>前記イオン性液体のカチオン成分が、鎖状四級アンモニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、及びイミダゾリウムカチオンからなる群より選択される少なくとも一種を含む<1>〜<4>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
<6>前記正極合剤又は前記負極合剤は、レーザー回折法によって求められるメジアン径が0.3μm〜30μmの活物質を含む<1>〜<5>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
Specific means for achieving the above object are as follows.
<1> A positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution containing an ionic liquid and a lithium salt, wherein the separator has a porosity of 80% to 98%, and the positive electrode is a first current collector A positive electrode mixture comprising a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder applied to at least one surface of the body and the first current collector, and the positive electrode on one surface of the first current collector the coating amount of the mixture is 1mg / cm 2 ~20mg / cm 2 , and a lithium ion secondary battery including a furnace black to said conductive material.
<2> The lithium ion secondary battery according to <1>, wherein the conductive agent further contains acetylene black.
<3> The lithium ion secondary battery according to <1> or <2>, wherein the separator is a nonwoven fabric including at least one selected from the group consisting of polyolefin fibers, glass fibers, cellulose fibers, and polyimide fibers.
<4> the anion component of the ionic liquid, N (C 4 F 9 SO 2) 2 -, CF 3 SO 3 -, N (SO 2 F) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, and The lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <3>, including at least one selected from the group consisting of N (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 .
<5> The cation component of the ionic liquid includes at least one selected from the group consisting of a chain quaternary ammonium cation, a piperidinium cation, a pyrrolidinium cation, and an imidazolium cation. <1> to <4 > The lithium ion secondary battery of any one of>.
<6> The lithium ion according to any one of <1> to <5>, wherein the positive electrode mixture or the negative electrode mixture includes an active material having a median diameter determined by a laser diffraction method of 0.3 μm to 30 μm. Secondary battery.

本発明によれば、電解液としてイオン性液体を用いても、大電流特性に優れる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 excellent large current characteristics even when an ionic liquid is used as an electrolytic solution.

以下、本発明のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。   Hereinafter, the lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail.

なお、本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。また、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、正極とは、充電時にリチウムイオンを放出(脱離)し、放電時にリチウムイオン吸蔵(挿入)する側とし、負極とは、充電時にリチウムイオンを吸蔵(挿入)し、放電時にリチウムイオン放出(脱離)する側とする。   In addition, in this specification, the numerical range shown using "to" shows the range which includes the numerical value described before and behind "to" as a minimum value and a maximum value, respectively. Further, the amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. The positive electrode is the side that releases (desorbs) lithium ions during charging, and the side that stores (inserts) lithium ions during discharging. The negative electrode stores (inserts) lithium ions during charging and releases lithium ions during discharging. (Desorption) side.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、イオン性液体及びリチウム塩を含む電解液とを有する。   The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution containing an ionic liquid and a lithium salt.

そして、発明者らは、鋭意検討の結果、セパレータの空孔率が80%〜98%であり、かつ前記正極は、第1集電体と前記第1集電体の少なくとも一方の面に付与された正極活物質、導電剤、結着材からなる正極合剤を有し、前記第1集電体の一方の面への前記正極合剤の塗工量が1mg/cm〜20mg/cmであり、かつ前記導電剤にファーネスブラックを含むことにより、電解液としてイオン性液体を用いても、大電流特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies, the inventors have a separator porosity of 80% to 98%, and the positive electrode is applied to at least one surface of the first current collector and the first current collector. A positive electrode mixture comprising a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder, and the coating amount of the positive electrode mixture on one surface of the first current collector is 1 mg / cm 2 to 20 mg / cm 2 and the inclusion of furnace black in the conductive agent, a lithium ion secondary battery having excellent large current characteristics can be provided even when an ionic liquid is used as the electrolyte, and the present invention is completed. I came to let you.

以下、本発明のリチウムイオン二次電池を構成する各要素について説明する。
−正極−
正極について説明する。
Hereinafter, each element which comprises the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated.
-Positive electrode-
The positive electrode will be described.

正極は、第1集電体と、第1集電体の少なくとも一方の面に付与された正極合剤とを有する。具体的には、正極としては、例えば、第1集電体の少なくとも一方の面に、正極合剤を塗布した後、乾燥し、プレスして形成した正極板が用いられる。   The positive electrode has a first current collector and a positive electrode mixture applied to at least one surface of the first current collector. Specifically, as the positive electrode, for example, a positive electrode plate formed by applying a positive electrode mixture to at least one surface of the first current collector, drying, and pressing is used.

第1集電体(正極集電体とも称する)の材質には、アルミニウム、チタン、タンタル等の金属、及びそれらの合金が用いられる。これらの中でも、第1集電体の材質は、重量エネルギー密度の観点から、軽量であるアルミニウム及びその合金が好ましい。   As a material of the first current collector (also referred to as a positive electrode current collector), metals such as aluminum, titanium, and tantalum, and alloys thereof are used. Among these, the material of the first current collector is preferably lightweight aluminum and its alloy from the viewpoint of weight energy density.

正極合剤は、正極活物質を含む。正極合剤は、更に、導電剤、結着剤等を含んでもよい。   The positive electrode mixture includes a positive electrode active material. The positive electrode mixture may further contain a conductive agent, a binder and the like.

正極活物質としては、リチウム遷移金属化合物等が用いられる。   As the positive electrode active material, a lithium transition metal compound or the like is used.

リチウム遷移金属化合物としては、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属リン酸塩等が挙げられる。   Examples of lithium transition metal compounds include lithium transition metal oxides and lithium transition metal phosphates.

リチウム遷移金属酸化物としては、化学式LiMO(Mは少なくとも1種の遷移金属である)で表されるリチウム遷移金属酸化物が用いられる。 As the lithium transition metal oxide, a lithium transition metal oxide represented by the chemical formula LiMO 2 (M is at least one transition metal) is used.

リチウム遷移金属酸化物としては、リチウム遷移金属酸化物の1種であるマンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等に含有されるMn、Ni、Co等の遷移金属の一部を1種又は2種以上の他の遷移金属で置換したリチウム遷移金属酸化物も用いられる。   As the lithium transition metal oxide, a part of transition metals such as Mn, Ni, Co, etc. contained in lithium manganate, lithium nickelate, lithium cobaltate, etc., which are one kind of lithium transition metal oxide, are used. Lithium transition metal oxides substituted with two or more other transition metals are also used.

リチウム遷移金属酸化物としては、リチウム遷移金属酸化物の遷移金属の一部をMg、Al等の金属元素(典型元素)で置換したものも用いられる。なお、本発明においては、リチウム遷移金属酸化物の遷移金属の一部を金属元素(典型元素)で置換されたものもリチウム遷移金属酸化物に含まれる。   As the lithium transition metal oxide, one obtained by replacing a part of the transition metal of the lithium transition metal oxide with a metal element (typical element) such as Mg or Al is also used. In the present invention, the lithium transition metal oxide includes a part of the transition metal of the lithium transition metal oxide substituted with a metal element (typical element).

リチウム遷移金属酸化物の具体例としては、Li(Co1/3Ni1/3Mn1/3)O、LiNi1/2Mn1/2、LiNi1/2Mn3/2等が挙げられる。 Specific examples of the lithium transition metal oxide include Li (Co 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 ) O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4. Etc.

リチウム遷移金属リン酸塩としては、LiFePO、LiMnPO、LiMn1−XPO(0.3≦x≦1、MはFe、Ni、Co、Ti、Cu、Zn、Mg及びZrからなる群より選択される少なくとも1種の元素である)等が挙げられる。 Lithium transition metal phosphates include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiMn X M 1-X PO 4 (0.3 ≦ x ≦ 1, M is Fe, Ni, Co, Ti, Cu, Zn, Mg and Zr) And at least one element selected from the group consisting of:

これらの中でも特に、電池特性と安全性の観点から、Li(Co1/3Ni1/3Mn1/3)Oのようなリチウムニッケルマンガン複合酸化物を正極活物質に用いることが好ましい。 Among these, from the viewpoint of battery characteristics and safety, it is preferable to use a lithium nickel manganese composite oxide such as Li (Co 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 ) O 2 as the positive electrode active material.

正極活物質は、レーザー回折法によって求められるメジアン径が0.3μm〜30μmの範囲であるものが好ましく、0.5μm〜25μmの範囲のものがより好ましく、0.5μm〜10μmの範囲のものが更に好ましい。正極活物質としてメジアン径が0.3μm〜30μmの範囲のものを用いることで、反応比表面積を増加させ、内部抵抗を低減させて、大電流特性の低下をより抑制できる。   The positive electrode active material preferably has a median diameter determined by a laser diffraction method in the range of 0.3 μm to 30 μm, more preferably in the range of 0.5 μm to 25 μm, and in the range of 0.5 μm to 10 μm. Further preferred. By using a positive electrode active material having a median diameter in the range of 0.3 μm to 30 μm, the reaction specific surface area can be increased, the internal resistance can be reduced, and the deterioration of the large current characteristics can be further suppressed.

ここで、正極活物質のメジアン径とは、以下の方法により求められる値をいう。   Here, the median diameter of the positive electrode active material refers to a value obtained by the following method.

純水中に1質量%となるように正極活物質を投入し、超音波で15分間分散し、その後、レーザー回折法により体積基準の累積分布が50%となる粒子径を測定する。そして、この粒子径を正極活物質のメジアン径とする。   The positive electrode active material is put into pure water so as to be 1% by mass, dispersed with ultrasonic waves for 15 minutes, and then the particle diameter at which the volume-based cumulative distribution becomes 50% is measured by laser diffraction. And this particle diameter is made into the median diameter of a positive electrode active material.

正極合剤の導電剤としては、ファーネスブラックを含む。前記ファーネスブラックの中でも特にケッチェンブラック(登録商標)を含むことが好ましい。また、さらにアセチレンブラックを含むことがより好ましい。アセチレンブラックを含むことによって、正極合剤調整が容易になり、かつ電極の結着力が向上する。   Furnace black is included as a conductive agent of the positive electrode mixture. Among the furnace blacks, it is particularly preferable to include ketjen black (registered trademark). Moreover, it is more preferable that acetylene black is further included. By including acetylene black, adjustment of the positive electrode mixture is facilitated and the binding force of the electrode is improved.

導電剤としてファーネスブラック及びアセチレンブラックを含む場合、その組成比は、ファーネスブラック/アセチレンブラック=90/10〜30/70(質量比)であることが好ましく、85/15〜40/60(質量比)であることがより好ましく、80/20〜50/50(質量比)であることが更に好ましい。   When furnace black and acetylene black are included as the conductive agent, the composition ratio is preferably furnace black / acetylene black = 90/10 to 30/70 (mass ratio), and 85/15 to 40/60 (mass ratio). It is more preferable that it is 80 / 20-50 / 50 (mass ratio).

導電剤は、ファーネスブラック及びアセチレンブラック以外のカーボンブラック、黒鉛等の炭素材料を更に含んでいてもよい。   The conductive agent may further contain carbon materials such as carbon black and graphite other than furnace black and acetylene black.

前記導電剤の含有量は、正極合剤の全量を基準にして、1〜10質量%が好ましく、2〜8質量%がより好ましく、3〜5質量%が更に好ましい。   The content of the conductive agent is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 8% by mass, and still more preferably 3 to 5% by mass based on the total amount of the positive electrode mixture.

正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤が用いられる。具体的には、正極合剤の結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリルゴム等が用いられる。ただし、これらの材料に限定されない。本発明では、正極の結着剤は、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。   A known binder is used as the binder for the positive electrode mixture. Specifically, polyvinylidene fluoride, styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, acrylic rubber or the like is used as the binder for the positive electrode mixture. However, it is not limited to these materials. In the present invention, the binder for the positive electrode is preferably polyvinylidene fluoride.

正極合剤は、第1集電体の一方の面に付与するとき、分散媒に分散させてスラリー状とすることがよい。分散媒としては、公知の分散媒を適宜選択して使用することができる。本発明では、分散媒は、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤が好ましい。   When the positive electrode mixture is applied to one surface of the first current collector, it is preferably dispersed in a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, a known dispersion medium can be appropriately selected and used. In the present invention, the dispersion medium is preferably an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone.

正極合剤における正極活物質、導電剤及び結着剤の混合比は、例えば、正極活物質を1とした場合、質量比(正極活物質:導電剤:結着剤)で1:0.05〜0.20:0.02〜0.10とすることができる。ただし、この範囲に限定されない。   The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder in the positive electrode mixture is, for example, 1: 0.05 in mass ratio (positive electrode active material: conductive agent: binder) when the positive electrode active material is 1. -0.20: 0.02-0.10. However, it is not limited to this range.

正極合剤の塗工量(第1集電体の一方の面への正極合剤の塗工量:塗布量とも称する)は、1mg/cm〜20mg/cmであり、2mg/cm〜15mg/cmが好ましく、3mg/cm〜10mg/cmがより好ましい。正極合剤の塗工量が1mg/cm以上の場合、プレスの際に正極合剤の厚みを均一化し易くなり、また、高エネルギー密度化が可能となるため有利である。正極合剤の塗工量が20mg/cm以下の場合、正極と負極と間の距離(イオン伝導拡散距離)が短くなるため有利である。 The coating amount of the positive electrode mixture (the coating amount of the positive electrode mixture on one surface of the first current collector: also referred to as the coating amount) is 1 mg / cm 2 to 20 mg / cm 2 , and 2 mg / cm 2. preferably ~15mg / cm 2, 3mg / cm 2 ~10mg / cm 2 is more preferable. When the coating amount of the positive electrode mixture is 1 mg / cm 2 or more, it is easy to make the thickness of the positive electrode mixture uniform at the time of pressing, and it is advantageous because high energy density can be achieved. When the coating amount of the positive electrode mixture is 20 mg / cm 2 or less, it is advantageous because the distance between the positive electrode and the negative electrode (ion conduction diffusion distance) is shortened.

なお、正極合剤の塗工量は、所定の面積に切り出した正極の質量から、第1集電体の質量を引くことで求めることができる。   The coating amount of the positive electrode mixture can be obtained by subtracting the mass of the first current collector from the mass of the positive electrode cut out in a predetermined area.

正極合剤の体積空隙率は、20体積%〜45体積%であることが好ましく、30体積%〜45体積%がより好ましく、35体積%〜45体積%が更に好ましい。正極合剤の体積空隙率が20体積%以上の場合、イオン性液体の含浸性が向上するため有利である。正極合剤の体積空隙率が45体積%以下の場合、正極集電体と合剤間の密着性が向上するため有利である。また、正極合剤の体積空隙率が45体積%以下の場合、導電剤の電子ネットワークが形成され、電子抵抗を低減することができるため有利である。   The volume porosity of the positive electrode mixture is preferably 20% by volume to 45% by volume, more preferably 30% by volume to 45% by volume, and still more preferably 35% by volume to 45% by volume. When the volume porosity of the positive electrode mixture is 20% by volume or more, the impregnation property of the ionic liquid is improved, which is advantageous. When the volume porosity of the positive electrode mixture is 45% by volume or less, the adhesion between the positive electrode current collector and the mixture is improved, which is advantageous. Moreover, when the volume porosity of a positive mix is 45 volume% or less, since the electronic network of a electrically conductive agent is formed and an electronic resistance can be reduced, it is advantageous.

正極合剤の体積空隙率は、正極合剤に使用した材料の配合比、各材料の真比重、並びに正極合剤の厚み、面積、及び密度等から計算される。具体的には、例えば、正極合剤の体積空隙率は、正極合剤が正極活物質、導電剤及び結着剤を含む場合、以下の式から算出することができる。   The volume porosity of the positive electrode mixture is calculated from the blending ratio of materials used for the positive electrode mixture, the true specific gravity of each material, the thickness, area, density, and the like of the positive electrode mixture. Specifically, for example, the volume porosity of the positive electrode mixture can be calculated from the following formula when the positive electrode mixture includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.

式: 正極合剤の体積空隙率(体積%)=[1−{(i)+(ii)+(iii)/(正極合剤の幅×長さ×厚さ)}]×100
ここで、(i)は正極合剤中に占める正極活物質の体積を表し、(ii)は正極合剤中に占める導電剤の体積を表し、(iii)は正極合剤中に占める結着剤の体積を表す。(i)、(ii)、及び(iii)は、各々、下記式から算出できる。
Formula: Volume porosity of positive electrode mixture (volume%) = [1-{(i) + (ii) + (iii) / (width of positive electrode mixture × length × thickness)}] × 100
Here, (i) represents the volume of the positive electrode active material in the positive electrode mixture, (ii) represents the volume of the conductive agent in the positive electrode mixture, and (iii) represents the binding in the positive electrode mixture. Represents the volume of the agent. (I), (ii), and (iii) can each be calculated from the following equations.

式: (i)=(正極合剤の全質量×正極活物質の正極合剤中に占める質量の割合)/正極活物質の真比重
式: (ii)=(正極合剤の全質量×導電剤の正極合剤中に占める質量の割合)/導電剤の真比重
式: (iii)=(正極合剤の全質量×結着剤の正極合剤中に占める質量の割合)/結着剤の真比重
なお、真比重は、JIS K 0061(2001年)に記載の化学製品の密度及び比重測定方法により測定することができる。
Formula: (i) = (total mass of positive electrode mixture × ratio of mass of positive electrode active material in positive electrode mixture) / true specific gravity of positive electrode active material Formula: (ii) = (total mass of positive electrode mixture × conductivity Ratio of the mass of the agent in the positive electrode mixture) / true specific gravity of the conductive agent: (iii) = (total mass of the positive electrode mixture × ratio of the mass of the binder in the positive electrode mixture) / binder The true specific gravity can be measured by the method for measuring the density and specific gravity of chemical products described in JIS K 0061 (2001).

正極合剤の厚み(塗工厚とも称する)は、20μm〜80μmが好ましく、20μm〜50μmがより好ましい。正極合剤の厚みが20μm以上の場合、プレスの際に正極合剤の厚みを均一化し易くなり、充放電に伴う正極内のLi濃度分布が発生しにくくなるため有利である。正極合剤の厚みが80μm以下の場合、正極合剤内の空隙中におけるイオン性液体の導電性低下を抑制できるため有利である。
−負極−
負極は、第2集電体と、第2集電体の少なくとも一方の面に付与された負極合剤とを有する。具体的には、負極としては、例えば、第2集電体の少なくとも一方の面に、負極合剤を塗布した後、乾燥し、プレスして形成した負極板が用いられる。
The thickness of the positive electrode mixture (also referred to as coating thickness) is preferably 20 μm to 80 μm, and more preferably 20 μm to 50 μm. When the thickness of the positive electrode mixture is 20 μm or more, it is easy to make the thickness of the positive electrode mixture uniform at the time of pressing, and it is advantageous because the Li + concentration distribution in the positive electrode accompanying charge / discharge is less likely to occur. When the thickness of the positive electrode mixture is 80 μm or less, it is advantageous because the decrease in conductivity of the ionic liquid in the voids in the positive electrode mixture can be suppressed.
-Negative electrode-
The negative electrode has a second current collector and a negative electrode mixture applied to at least one surface of the second current collector. Specifically, as the negative electrode, for example, a negative electrode plate formed by applying a negative electrode mixture to at least one surface of the second current collector, drying, and pressing is used.

第2集電体(負極集電体とも称する)の材質には、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属、及びそれらの合金が用いられる。これらの中でも、第2集電体の材質は、重量エネルギー密度の観点では、軽量であるアルミニウム及びその合金が好ましい。また、第2集電体の材質は、薄膜に加工しやすいこと、及びコストの観点では、銅が好ましい。   As the material of the second current collector (also referred to as a negative electrode current collector), metals such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, and alloys thereof are used. Among these, the material of the second current collector is preferably lightweight aluminum and its alloy from the viewpoint of weight energy density. The material of the second current collector is preferably copper from the viewpoint of easy processing into a thin film and cost.

負極合剤は、負極活物質を含む。負極合剤は、更に、導電剤、結着剤等を含んでもよい。   The negative electrode mixture includes a negative electrode active material. The negative electrode mixture may further contain a conductive agent, a binder and the like.

負極活物質としては、(1)チタン酸リチウム、(2)黒鉛、非晶質炭素等の炭素材料、(3)スズ、シリコン等を含む金属材料、(4)金属リチウムなどが挙げられる。エネルギー密度の観点からは、黒鉛を用いることが好ましい。   Examples of the negative electrode active material include (1) lithium titanate, (2) carbon materials such as graphite and amorphous carbon, (3) metal materials including tin and silicon, and (4) metal lithium. From the viewpoint of energy density, it is preferable to use graphite.

負極合剤の導電剤には、公知の導電剤を用いることができる。具体的には、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、炭素繊維等の炭素材料が用いられる。ただし、これらの材料に限定されない。   A known conductive agent can be used for the conductive agent of the negative electrode mixture. Specifically, carbon materials such as graphite, acetylene black, carbon black, and carbon fiber are used. However, it is not limited to these materials.

負極合剤の結着剤には、公知の結着剤を用いることができ、その具体例は正極合剤に用いられる結着剤と同様である。   A known binder can be used as the binder for the negative electrode mixture, and specific examples thereof are the same as those used for the positive electrode mixture.

負極合剤は、第2集電体の一方の面に付与するとき、分散媒に分散させてスラリー状とすることがよい。分散媒の具体例は正極合剤に用いられる分散媒と同様である。本発明では、分散媒は水が好ましい。   When the negative electrode mixture is applied to one surface of the second current collector, it is preferably dispersed in a dispersion medium to form a slurry. Specific examples of the dispersion medium are the same as the dispersion medium used for the positive electrode mixture. In the present invention, the dispersion medium is preferably water.

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。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、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン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。   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. The thickener is used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and examples thereof 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.

負極合剤における負極活物質、導電剤及び結着剤の混合比は、例えば、負極活物質を1とした場合、質量比(負極活物質:導電剤:結着剤)で1:0.00〜0.20:0.02〜0.10とすることができる。ただし、この範囲に限定されない。   The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder in the negative electrode mixture is, for example, 1: 0.00 in mass ratio (negative electrode active material: conductive agent: binder) when the negative electrode active material is 1. -0.20: 0.02-0.10. However, it is not limited to this range.

負極合剤の塗工量(第2集電体の一方の面への正極合剤の塗工量:塗布量とも称する)は、1mg/cm〜20mg/cmであることが好ましく、1mg/cm〜10mg/cmがより好ましく、2mg/cm〜7mg/cmが更に好ましい。負極合剤の塗工量が1mg/cm以上の場合、プレスの際に正極合剤の厚みを均一化し易くなり、また、高エネルギー密度化が可能となるため有利である。負極合剤の塗工量が20mg/cm以下の場合、正極と負極と間の距離(イオン伝導拡散距離)が短くなるため有利である。 The coating amount of the negative electrode mixture (second current collector one coating amount of the positive electrode mixture to the surface of: also referred to as coating amount) is preferably from 1mg / cm 2 ~20mg / cm 2 , 1mg / cm 2 ~10mg / cm 2 and more preferably, 2mg / cm 2 ~7mg / cm 2 is more preferable. When the coating amount of the negative electrode mixture is 1 mg / cm 2 or more, it is easy to make the thickness of the positive electrode mixture uniform at the time of pressing, and it is advantageous because high energy density can be achieved. When the coating amount of the negative electrode mixture is 20 mg / cm 2 or less, it is advantageous because the distance between the positive electrode and the negative electrode (ion conduction diffusion distance) is shortened.

なお、負極合剤の塗工量は、所定の面積に切り出した負極の質量から、第2集電体の質量を引くことで求めることができる。   In addition, the coating amount of the negative electrode mixture can be obtained by subtracting the mass of the second current collector from the mass of the negative electrode cut out in a predetermined area.

負極極合剤の体積空隙率は、20体積%〜45体積%であり、30体積%〜45体積%が好ましく、35体積%〜45体積%がより好ましい。これは、正極極合剤と同様の理由のためである。   The volume porosity of the negative electrode mixture is 20% by volume to 45% by volume, preferably 30% by volume to 45% by volume, and more preferably 35% by volume to 45% by volume. This is for the same reason as the positive electrode mixture.

負極合剤の体積空隙率は、負極合剤に使用した材料の配合比、各材料の真比重、並びに負極合剤の厚み、面積、及び密度等から計算される。具体的には、例えば、負極合剤の体積空隙率は、負極合剤が負極活物質、導電剤及び結着剤を含む場合、以下の式から算出することができる。   The volume porosity of the negative electrode mixture is calculated from the blending ratio of the materials used for the negative electrode mixture, the true specific gravity of each material, the thickness, area, density, and the like of the negative electrode mixture. Specifically, for example, the volume porosity of the negative electrode mixture can be calculated from the following formula when the negative electrode mixture includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.

式:負極合剤の体積空隙率(体積%)=[1−{(i)+(ii)+(iii)+(iV)/(負極合剤の幅×長さ×厚さ)}]×100
ここで、(i)は負極合剤中に占める活物質の体積を表し、(ii)は負極合剤中に占める導電剤の体積を表し、(iii)は負極合剤中に占める結着剤の体積を表し、(iV)は負極合剤中に占める増粘剤の体積を表す。(i)〜(iV)は、各々、下記式から算出できる。
Formula: Volume porosity of negative electrode mixture (volume%) = [1-{(i) + (ii) + (iii) + (iV) / (width × length × thickness of negative electrode mixture)}] × 100
Here, (i) represents the volume of the active material in the negative electrode mixture, (ii) represents the volume of the conductive agent in the negative electrode mixture, and (iii) represents the binder in the negative electrode mixture. (IV) represents the volume of the thickener in the negative electrode mixture. (I) to (iV) can be calculated from the following equations, respectively.

式: (i)=(負極合剤の全質量×負極活物質の負極合剤中に占める質量の割合)/負極活物質の真比重
式: (ii)=(負極合剤の全質量×導電剤の負極合剤中に占める質量の割合)/導電剤の真比重
式: (iii)=(負極合剤の全質量×結着剤の負極合剤中に占める質量の割合)/結着剤の真比重
式: (iV)=(負極合剤の全質量×増粘剤の負極合剤中に占める質量の割合)/増粘剤の真比重
なお、真比重は、JIS K 0061(2001年)に記載の化学製品の密度及び比重測定方法により測定することができる。
Formula: (i) = (total mass of negative electrode mixture × ratio of mass occupied in negative electrode mixture of negative electrode active material) / true specific gravity of negative electrode active material Formula: (ii) = (total mass of negative electrode mixture × conductivity Ratio of the mass of the agent in the negative electrode mixture) / true specific gravity of the conductive agent: (iii) = (total mass of the negative electrode mixture × ratio of the mass of the binder in the negative electrode mixture) / binder True specific gravity formula: (iV) = (total mass of negative electrode mixture × ratio of mass occupied in negative electrode mixture of thickener) / true specific gravity of thickener Note that the true specific gravity is JIS K 0061 (2001) ) Can be measured by the method for measuring the density and specific gravity of chemical products.

負極合剤の厚み(塗工厚とも称する)は、10μm〜80μmが好ましく、10μm〜50μmがより好ましい。これは正極と同様の理由のためである。   The thickness (also referred to as coating thickness) of the negative electrode mixture is preferably 10 μm to 80 μm, and more preferably 10 μm to 50 μm. This is for the same reason as the positive electrode.

なお、負極は、例えば、負極活物質として金属リチウムを用いる場合、前記負極合剤の体積空隙率は上記を満たさなくてもよい。
−セパレータ−
セパレータの材質及び形状については、特に限定されない。ただし、セパレータの材料としては、電解液に対して安定であり、保液性に優れた材料を用いることが好ましい。具体的には、セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等を含むポリオレフィン多孔質膜;ポリオレフィン繊維(ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等)、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリイミド繊維等を含む不織布;などを用いるのが好ましい。これらの中でも、電解液に対して安定であり、保液性に優れる点から、セパレータとしては、不織布が好ましく、ポリオレフィン繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、及びポリイミド繊維からなる群より選択される少なくとも一種を含む不織布がより好ましい。
In the negative electrode, for example, when metallic lithium is used as the negative electrode active material, the volume porosity of the negative electrode mixture may not satisfy the above.
-Separator-
The material and shape of the separator are not particularly limited. However, as the material of the separator, it is preferable to use a material that is stable with respect to the electrolytic solution and excellent in liquid retention. Specifically, as the separator, it is preferable to use a polyolefin porous film containing polyethylene, polypropylene, etc .; a nonwoven fabric containing polyolefin fibers (polyethylene fibers, polypropylene fibers, etc.), glass fibers, cellulose fibers, polyimide fibers, etc. . Among these, the nonwoven fabric is preferable as the separator because it is stable with respect to the electrolytic solution and has excellent liquid retention, and at least one selected from the group consisting of polyolefin fibers, glass fibers, cellulose fibers, and polyimide fibers. The nonwoven fabric containing is more preferable.

セパレータの空孔率は、80%〜98%である。空孔率が80%〜98%のセパレータを用いると、電解液としてイオン性液体を用いたリチウムイオン二次電池においてイオン導電性に優れ、大電流特性が向上する。このような観点から、セパレータの空隙率は、85%〜98%が好ましく、90〜98%がより好ましい。   The porosity of the separator is 80% to 98%. When a separator having a porosity of 80% to 98% is used, in a lithium ion secondary battery using an ionic liquid as an electrolyte, the ionic conductivity is excellent and the large current characteristics are improved. From such a viewpoint, the porosity of the separator is preferably 85% to 98%, more preferably 90 to 98%.

セパレータの全細孔容積は、レート特性の観点から、2ml/g以上が好ましい。セパレータの全細孔容積の上限は、特に限定されず、実用的な観点から10ml/gであることが好ましい。セパレータの全細孔容積は、レート特性の観点から、3ml/g〜10ml/gがより好ましく、5ml/g〜10ml/gが更に好ましい。   The total pore volume of the separator is preferably 2 ml / g or more from the viewpoint of rate characteristics. The upper limit of the total pore volume of the separator is not particularly limited, and is preferably 10 ml / g from a practical viewpoint. From the viewpoint of rate characteristics, the total pore volume of the separator is more preferably 3 ml / g to 10 ml / g, further preferably 5 ml / g to 10 ml / g.

セパレータの空孔率及び全細孔容積は、水銀ポロシメーター測定から得られる値である。水銀ポロシメーター測定の条件は以下に示すとおりである。・装置:島津製作所製 オートポアIV 9500・水銀圧入圧: 0.51psia・各測定圧力での圧力保持時間: 10s・試料と水銀との接触角: 140°・水銀の表面張力: 485dynes/cm・水銀の密度: 13.5335g/mL
−電解液−
電解液は、非水電解液であり、イオン性液体、及びリチウム塩を含む。具体的には、例えば、電解液は、−20℃以上で液体の性質を示すイオン性液体にリチウム塩を溶解したものを用いることが好ましい。
The porosity and total pore volume of the separator are values obtained from mercury porosimeter measurement. Conditions for mercury porosimeter measurement are as follows.・ Equipment: Autopore IV 9500 manufactured by Shimadzu Corporation ・ Mercury pressure: 0.51 psia ・ Pressure holding time at each measurement pressure: 10 s ・ Contact angle between sample and mercury: 140 ° ・ Surface tension of mercury: 485 dynes / cm ・ Mercury Density: 13.5335 g / mL
-Electrolyte-
The electrolyte is a non-aqueous electrolyte and includes an ionic liquid and a lithium salt. Specifically, for example, it is preferable to use an electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt in an ionic liquid that exhibits liquid properties at −20 ° C. or higher.

電解液は、カーボネート構造を有する化合物を含んでもよい。カーボネート構造を有する化合物を含む場合、初回充電時に前記カーボネート構造を有する化合物の還元分解電位まで充電電圧を下げることによって、負極合剤上にカーボネート構造に由来する被膜を形成できる。カーボネート化合物としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート等が挙げられる。カーボネート化合物としてビニレンカーボネートを用いることが、充電電圧を大きくすることなく負極上にカーボネート構造に由来する被膜を形成できる観点からより好ましい。   The electrolytic solution may include a compound having a carbonate structure. When a compound having a carbonate structure is included, a film derived from the carbonate structure can be formed on the negative electrode mixture by lowering the charging voltage to the reductive decomposition potential of the compound having the carbonate structure at the first charge. Examples of the carbonate compound include ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, and the like. It is more preferable to use vinylene carbonate as the carbonate compound from the viewpoint of forming a film derived from the carbonate structure on the negative electrode without increasing the charging voltage.

カーボネート構造を有する化合物を含む場合の含有率は、0.1質量%〜10質量%が好ましく、0.2質量%〜5質量%がより好ましく、0.5質量%〜3質量%が更に好ましい。   When the compound having a carbonate structure is included, the content is preferably 0.1% by mass to 10% by mass, more preferably 0.2% by mass to 5% by mass, and still more preferably 0.5% by mass to 3% by mass. .

イオン性液体のカチオン成分は、特に限定されるものではなく、鎖状四級アンモニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、及びイミダゾリウムカチオンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The cation component of the ionic liquid is not particularly limited, and is at least one selected from the group consisting of a chain quaternary ammonium cation, a piperidinium cation, a pyrrolidinium cation, and an imidazolium cation. Is preferred.

鎖状四級アンモニウムカチオンとしては、例えば、下記一般式[1]で表される鎖状の四級アンモニウムカチオン(Xは窒素原子又はリン原子である)が挙げられる。ピペリジニウムカチオンとしては、例えば、下記一般式[2]で表される窒素を含有する六員環環状化合物であるピペリジニウムカチオンが挙げられる。ピロリジニウムカチオンとしては、例えば、一般式[3]で表される五員環環状化合物であるピロリジニウムカチオンが挙げられる。イミダゾリウムカチオンとしては、例えば、一般式[4]で示されるイミダゾリウムカチオンが挙げられる。   Examples of the chain quaternary ammonium cation include a chain quaternary ammonium cation (X is a nitrogen atom or a phosphorus atom) represented by the following general formula [1]. Examples of the piperidinium cation include a piperidinium cation that is a six-membered cyclic compound containing nitrogen represented by the following general formula [2]. Examples of the pyrrolidinium cation include a pyrrolidinium cation that is a five-membered cyclic compound represented by the general formula [3]. Examples of the imidazolium cation include an imidazolium cation represented by the general formula [4].

Figure 2016189239
Figure 2016189239

ここで、一般式[1]〜[3]のR、R、R及びRは、各々独立に、炭素数が1〜20のアルキル基、又はR−O−(CH−で表されるアルコキシアルキル基(Rはメチル基又はエチル基を示し、nは1〜4の整数を表す)である。ただし、一般式[1]の場合、アルキル基は鎖状アルキル基であり、アルコキシアルキル基は鎖状アルコキシアルキル基である。一般式[4]のR、R、R、R及びRは、各々独立に、炭素数が1〜20のアルキル基、R−O−(CH−で表されるアルコキシアルキル基(Rはメチル基又はエチル基を示し、nは1〜4の整数を表す)、又は水素原子である。 Here, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 in the general formulas [1] to [3] are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or R 6 —O— (CH 2 ). n - an alkoxyalkyl group represented by (R 6 represents a methyl group or an ethyl group, n is an integer of 1 to 4) is. However, in the general formula [1], the alkyl group is a chain alkyl group, and the alkoxyalkyl group is a chain alkoxyalkyl group. R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 in the general formula [4] are each independently represented by an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, R 6 —O— (CH 2 ) n —. An alkoxyalkyl group (R 6 represents a methyl group or an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4), or a hydrogen atom.

イオン性液体のアニオン成分は、特に限定されるものではなく、Cl、Br、I等のハロゲンのアニオン、BF 、N(SOF) 等の無機アニオン、B(C 、CHSO 、CFSO 、N(CSO 、N(SOCF 、N(SOCFCF 等の有機アニオンなどが挙げられる。 The anion component of the ionic liquid is not particularly limited, and is an anion of a halogen such as Cl , Br or I , an inorganic anion such as BF 4 or N (SO 2 F) 2 , and B (C 6 H 5) 4 -, CH 3 SO 3 -, CF 3 SO 3 -, N (C 4 F 9 SO 2) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, N (SO 2 CF 2 CF 3) 2 - organic anions and the like.

これらの中でも、イオン性液体のアニオン成分としては、B(C 、CHSO 、N(CSO 、CFSO 、N(SOF) 、N(SOCF 及びN(SOCFCF からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、N(CSO 、CFSO 、N(SOF) 、N(SOCF 、及びN(SOCFCF からなる群より選択される少なくとも一種を含むことがより好ましく、N(SOF) を含むことが更に好ましい。 Among them, as the anionic component of the ionic liquid, B (C 6 H 5) 4 -, CH 3 SO 3 -, N (C 4 F 9 SO 2) 2 -, CF 3 SO 3 -, N (SO 2 F) 2 , N (SO 2 CF 3 ) 2 and N (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 are preferably included, and N (C 4 F 9 SO 2) 2 - at least selected from the group consisting of -, CF 3 SO 3 -, N (SO 2 F) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, and N (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 It is more preferable to include one type, and it is more preferable to include N (SO 2 F) 2 .

アニオン成分として、N(CSO 、CFSO 、N(SOF) 、N(SOCF 、及びN(SOCFCF からなる群より選択される少なくとも一種を含むイオン性液体、特にN(SOF) を含むイオン性液体は比較的低粘度であるため、これを用いることで、充放電特性がより向上する。 As an anion component, N (C 4 F 9 SO 2) 2 -, CF 3 SO 3 -, N (SO 2 F) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, and N (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 - ionic liquid containing at least one selected from the group consisting of, in particular N (SO 2 F) 2 - for ionic liquids containing is relatively low viscosity, the use of this, charge and discharge characteristics Will be improved.

イオン性液体において、アニオン成分とカチオン成分との好ましい組合せとしては、N−メチル−N−プロピルピロリジニウムとビス(フルオロスルホニル)イミド(N(SOF) )との組合せ、N−メチル−N−プロピルピロリジニウムとビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(N(SOCF )との組合せ等が挙げられる。 In the ionic liquid, a preferable combination of the anion component and the cation component includes a combination of N-methyl-N-propylpyrrolidinium and bis (fluorosulfonyl) imide (N (SO 2 F) 2 ), N— Examples thereof include a combination of methyl-N-propylpyrrolidinium and bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (N (SO 2 CF 3 ) 2 ).

イオン性液体は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   An ionic liquid may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

リチウム塩としては、LiBF、LiClO、LiB(C、LiCHSO、LiCFSO、LiN(SOF)、LiN(SOCF、及びLiN(SOCFCFからなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。ただし、これらの材料に限定されない。 Lithium salts include LiBF 4 , LiClO 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , and LiN ( And at least one selected from the group consisting of SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 . However, it is not limited to these materials.

リチウム塩の濃度は、イオン性液体に対して0.5mol/L〜1.5mol/Lであることが好ましく、0.7mol/L〜1.3mol/Lであることがより好ましく、0.8mol/L〜1.2mol/Lであることが更に好ましい。リチウム塩の濃度を0.5mol/L〜1.5mol/Lとすることで、充放電特性をより向上することができる。   The concentration of the lithium salt is preferably 0.5 mol / L to 1.5 mol / L, more preferably 0.7 mol / L to 1.3 mol / L with respect to the ionic liquid, 0.8 mol More preferably, it is /L-1.2 mol / L. By setting the concentration of the lithium salt to 0.5 mol / L to 1.5 mol / L, the charge / discharge characteristics can be further improved.

正極、負極、セパレータ及び電解液を有する本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を使用することができる。また、リチウムイオン二次電池の形状については特に限定されず、積層タイプ、捲回タイプ等が使用可能である。   The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention which has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and electrolyte solution is not specifically limited, A well-known method can be used. The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and a stacked type, a wound type, or the like can be used.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
正極活物質として、レーザー回折法により測定されたメジアン径が6.5μmの層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(Li(Co1/3Ni1/3Mn1/3)O、以下、NMCという)90質量%に、導電剤としてケッチェンブラック(登録商標)4.5質量%、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン5.5質量%を加えて混合して、正極合剤を調製した。正極合剤を分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散し、スラリー状としたものを厚さ20μmのアルミニウム箔上に、分散媒の乾燥後の塗布量が10mg/cmになるように塗布して120℃で1時間乾燥した。乾燥後、プレスすることにより、正極合剤の密度が2.4g/cc、正極合剤の塗工厚が41μm、正極合剤の体積空隙率が41体積%の正極を作製した。なお、正極合剤の密度は、式:正極合剤の密度=(正極の質量−集電体[アルミニウム箔]の質量)/(正極合剤の厚み×正極合剤の面積)、から算出した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist.
[Example 1]
As a positive electrode active material, a layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (Li (Co 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 ) O 2 having a median diameter of 6.5 μm measured by a laser diffraction method, (Hereinafter referred to as NMC) 90% by mass, 4.5% by mass of Ketjen Black (registered trademark) as a conductive agent, and 5.5% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and mixed. Prepared. The cathode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium, and the slurry is applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm so that the coating amount after drying of the dispersion medium is 10 mg / cm 2. And dried at 120 ° C. for 1 hour. After drying, pressing was performed to produce a positive electrode having a positive electrode mixture density of 2.4 g / cc, a positive electrode mixture coating thickness of 41 μm, and a positive electrode mixture volumetric porosity of 41 vol%. The density of the positive electrode mixture was calculated from the formula: density of positive electrode mixture = (mass of positive electrode−mass of current collector [aluminum foil]) / (thickness of positive electrode mixture × area of positive electrode mixture). .

正極は2.5cm×3.0cmの長方形に切り出し、2.0cm×2.0cmの正極合剤を残して、正極合剤をアルミ箔から削り取った。正極合剤を削り取った後のアルミニウム箔に、アルミニウムタブをスポット溶接で接続した。   The positive electrode was cut into a 2.5 cm × 3.0 cm rectangle, and the positive electrode mixture was scraped from the aluminum foil, leaving a 2.0 cm × 2.0 cm positive electrode mixture. The aluminum tab was connected to the aluminum foil after scraping off the positive electrode mixture by spot welding.

負極活物質として、レーザー回折法により測定されたメジアン径が13μmの天然黒鉛: 98質量%に、増粘材としてカルボキシメチルセルロース: 1質量%、及び結着剤としてスチレン−ブラジエンゴム: 1質量%を加えて混合して、負極合剤を調製した。負極合剤を分散媒としての水に分散し、スラリー状としたものを厚さ10μmの銅箔上に、分散媒の乾燥後の塗布量が4.0mg/cmになるように塗布し、80℃で1時間乾燥した。乾燥後、プレスすることにより、負極合剤の密度1.75g/ml、負極合剤の塗工厚23μm、負極合剤の体積空隙率が20体積%の負極を作製した。なお、負極合剤の密度は、式:負極合剤の密度=(負極の質量−集電体[銅箔]の質量)/(負極合剤の厚み/負極合剤の面積)、から算出した。 As a negative electrode active material, natural graphite having a median diameter of 13 μm measured by laser diffraction method: 98% by mass, carboxymethylcellulose: 1% by mass as a thickener, and styrene-bradiene rubber: 1% by mass as a binder And mixed to prepare a negative electrode mixture. The negative electrode mixture was dispersed in water as a dispersion medium, and a slurry was applied on a copper foil having a thickness of 10 μm so that the coating amount after drying of the dispersion medium was 4.0 mg / cm 2 . It dried at 80 degreeC for 1 hour. After drying, pressing was performed to produce a negative electrode having a negative electrode mixture density of 1.75 g / ml, a negative electrode mixture coating thickness of 23 μm, and a negative electrode mixture volume porosity of 20% by volume. The density of the negative electrode mixture was calculated from the formula: density of the negative electrode mixture = (mass of negative electrode−mass of current collector [copper foil]) / (thickness of negative electrode mixture / area of negative electrode mixture). .

負極は3.0cm×3.5cmの長方形に切り出し、2.5cm×2.5cmの負極合剤を残して、負極合剤を銅箔から削り取った。負極合剤を削り取った後の銅箔に、ニッケルタブをスポット溶接で接続した。   The negative electrode was cut into a 3.0 cm × 3.5 cm rectangle, and the negative electrode mixture was scraped from the copper foil, leaving a 2.5 cm × 2.5 cm negative electrode mixture. A nickel tab was connected to the copper foil after scraping off the negative electrode mixture by spot welding.

電解液として、乾燥アルゴン雰囲気下で乾燥したリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(以下、LiFSI)を溶質(リチウム塩)として用い、イオン性液体としてのN−メチル−N−プロピルピロリジニウムビス(フルオロスルホニル)イミド(Py13FSI)に1mol/Lの割合で溶解したものを用いた。   As an electrolyte, lithium bis (fluorosulfonyl) imide (hereinafter referred to as LiFSI) dried under a dry argon atmosphere was used as a solute (lithium salt), and N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (fluoro) as an ionic liquid. What was melt | dissolved in the ratio of 1 mol / L in the sulfonyl) imide (Py13FSI) was used.

これらの正極と負極を、セパレータとして空隙率90%のガラス繊維不織布(日本板硝子社製)を介してアルミラミネート袋に挿入し、一部の開口部を残して熱溶着により封止した。残した開口部より電解液を注液し、アルミラミネート袋内を真空にした後、残した開口部を熱溶着により封止し、ラミネートセルとした。
[実施例2]
正極活物質として、レーザー回折法により測定されたメジアン径が6.5μmの層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)90質量%に、導電剤としてケッチェンブラック(登録商標)3.6質量%、及びアセチレンブラック(商品名:HS−100、電気化学工業社)0.9質量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン5.5質量%を加えて混合して、正極合剤を調製した。
These positive electrode and negative electrode were inserted into an aluminum laminated bag through a glass fiber nonwoven fabric (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) having a porosity of 90% as a separator, and sealed by thermal welding leaving a part of the opening. An electrolytic solution was poured from the remaining opening, and the inside of the aluminum laminate bag was evacuated, and then the remaining opening was sealed by heat welding to obtain a laminate cell.
[Example 2]
As a positive electrode active material, 90% by mass of layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) having a median diameter of 6.5 μm measured by a laser diffraction method and Ketjen Black (registered trademark) 3 as a conductive agent .6% by mass, acetylene black (trade name: HS-100, Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 0.9% by mass, and polyvinylidene fluoride 5.5% by mass as a binder were added and mixed to obtain a positive electrode mixture. Prepared.

正極合剤の配合比以外は、実施例1と同様にしてラミネートセルを作製した。
[実施例3]
正極活物質として、レーザー回折法により測定されたメジアン径が6.5μmの層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)90質量%に、導電剤としてケッチェンブラック(登録商標)2.25質量%、及びアセチレンブラック(商品名:HS−100、電気化学工業社)2.25質量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン5.5質量%を加えて混合して、正極合剤を調製した。
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except for the blending ratio of the positive electrode mixture.
[Example 3]
As a positive electrode active material, 90% by mass of layered lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) having a median diameter of 6.5 μm measured by a laser diffraction method, and Ketjen Black (registered trademark) 2 as a conductive agent. .25% by mass, acetylene black (trade name: HS-100, Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 2.25% by mass, and polyvinylidene fluoride 5.5% by mass as a binder were added and mixed to obtain a positive electrode mixture. Prepared.

正極合剤の配合比以外は、実施例1と同様にしてラミネートセルを作製した。
[比較例1]
セパレータとして、空隙率76%のセルロース繊維不織布を用いたこと以外は実施例3と同様にしてラミネートセルを作製した。
[比較例2]
正極活物質として、レーザー回折法により測定されたメジアン径が6.5μmの層状型リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)90質量%に、導電剤としてアセチレンブラック(商品名:HS−100、電気化学工業社)4.5質量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン5.5質量%を加えて混合して、正極合剤を調製した。
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except for the blending ratio of the positive electrode mixture.
[Comparative Example 1]
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 3 except that a cellulose fiber nonwoven fabric having a porosity of 76% was used as the separator.
[Comparative Example 2]
As a positive electrode active material, 90% by mass of layered type lithium / nickel / manganese / cobalt composite oxide (NMC) having a median diameter of 6.5 μm measured by a laser diffraction method and acetylene black (trade name: HS-) as a conductive agent 100, Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) 4.5% by mass and 5.5% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were added and mixed to prepare a positive electrode mixture.

正極合剤の配合比以外は、実施例1と同様にしてラミネートセルを作製した。
(特性評価)−実施例1〜3及び比較例1〜2の特性評価−
実施例1〜3及び比較例1で作製した電池(ラミネートセル)を25℃において1.0mAの定電流で充電終止電圧4.2V、放電終止電圧3.0Vで3サイクル充放電試験を行った。
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except for the blending ratio of the positive electrode mixture.
(Characteristic Evaluation) -Characteristic Evaluation of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2-
The batteries (laminate cells) produced in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were subjected to a 3-cycle charge / discharge test at a constant current of 1.0 mA at 25 ° C. with a charge end voltage of 4.2 V and a discharge end voltage of 3.0 V. .

その後、1.0mAの定電流で充電終止電圧4.2Vまで充電した後、0.5mAの定電流で放電終止電圧3.0Vまで放電し、放電容量を測定した。   Then, after charging to a final charge voltage of 4.2 V with a constant current of 1.0 mA, the battery was discharged to a final discharge voltage of 3.0 V with a constant current of 0.5 mA, and the discharge capacity was measured.

さらに、1.0mAの定電流で充電終止電圧4.2Vまで充電した後、10.0mAの定電流で放電終止電圧3.0Vまで放電し、放電容量を測定した。   Furthermore, after charging to a final charge voltage of 4.2 V with a constant current of 1.0 mA, the battery was discharged to a final discharge voltage of 3.0 V with a constant current of 10.0 mA, and the discharge capacity was measured.

実施例1〜3及び比較例1〜2で作製した電池の初回放電容量(初回容量)、初回クーロン効率(クーロン効率)、及び10.0mA/0.5mA定電流放電容量比(レート特性)を表1に示す。   The initial discharge capacity (initial capacity), initial Coulomb efficiency (Coulomb efficiency), and 10.0 mA / 0.5 mA constant current discharge capacity ratio (rate characteristics) of the batteries prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 Table 1 shows.

Figure 2016189239
Figure 2016189239

表1に示すように、実施例1〜3の電池はレート特性が80%以上と、比較例2の電池に比べて優れている。また、実施例1〜3の電池は、比較例1の電池に比べて、空孔率80%以上であるセパレータを備えることにより、レート特性に優れる。   As shown in Table 1, the batteries of Examples 1 to 3 have an excellent rate characteristic of 80% or more compared to the battery of Comparative Example 2. In addition, the batteries of Examples 1 to 3 are excellent in rate characteristics by including a separator having a porosity of 80% or more as compared with the battery of Comparative Example 1.

Claims (6)

正極と、負極と、セパレータと、イオン性液体及びリチウム塩を含む電解液とを有し、前記セパレータの空孔率が80%〜98%であり、
前記正極は、第1集電体と前記第1集電体の少なくとも一方の面に付与された正極活物質、導電剤、結着材からなる正極合剤を有し、前記第1集電体の一方の面への前記正極合剤の塗工量が1mg/cm〜20mg/cmであり、かつ前記導電剤にファーネスブラックを含むリチウムイオン二次電池。
A positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte containing an ionic liquid and a lithium salt, and the porosity of the separator is 80% to 98%;
The positive electrode has a positive electrode mixture composed of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder applied to at least one surface of the first current collector and the first current collector, and the first current collector while the coating amount of the positive electrode mixture to the surface is 1mg / cm 2 ~20mg / cm 2 , and a lithium ion secondary battery including a furnace black to said conductive agent.
前記導電剤が、さらにアセチレンブラックを含む請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the conductive agent further contains acetylene black. 前記セパレータが、ポリオレフィン繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、及びポリイミド繊維からなる群より選択される少なくとも一種を含む不織布である請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the separator is a nonwoven fabric containing at least one selected from the group consisting of polyolefin fibers, glass fibers, cellulose fibers, and polyimide fibers. 前記イオン性液体のアニオン成分が、N(CSO 、CFSO 、N(SOF) 、N(SOCF 、及びN(SOCFCF からなる群より選択される少なくとも一種を含む請求項1〜請求項3に記載のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。 Anion component of the ionic liquid, N (C 4 F 9 SO 2) 2 -, CF 3 SO 3 -, N (SO 2 F) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, and N (SO 2 CF 2 CF 3) 2 - lithium ion secondary battery according to any one of claim 1 to claim 3 comprising at least one selected from the group consisting of. 前記イオン性液体のカチオン成分が、鎖状四級アンモニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、及びイミダゾリウムカチオンからなる群より選択される少なくとも一種を含む請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The cation component of the ionic liquid includes at least one selected from the group consisting of a chain quaternary ammonium cation, a piperidinium cation, a pyrrolidinium cation, and an imidazolium cation. 2. The lithium ion secondary battery according to item 1. 前記正極合剤又は前記負極合剤は、レーザー回折法によって求められるメジアン径が0.3μm〜30μmの活物質を含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode mixture or the negative electrode mixture includes an active material having a median diameter of 0.3 μm to 30 μm determined by a laser diffraction method. .
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