JP2017010716A - Lithium ion battery and lithium ion battery system - Google Patents

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龍一郎 福田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion battery and a lithium ion battery system which have excellent cycle characteristic at high temperatures.SOLUTION: A lithium ion battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. The positive electrode has a collector and a positive electrode mixture applied to at least one surface of the collector. The positive electrode mixture contains a lithium-manganese-nickel composite oxide as a cathode active material, and contains acetylene black and graphene as a positive electrode conductive material. The negative electrode contains a lithium titanium composite oxide and a negative electrode conductive material as an anode active material.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池システムに関するものである。   The present invention relates to a lithium ion battery and a lithium ion battery system.

リチウムイオン電池は、高エネルギー密度の二次電池であり、その特性を活かして、ノートパソコンや携帯電話等のポータブル機器の電源に使用されている。
近年、高性能化、小型化が進む電子機器用電源、電力貯蔵用電源、電気自動車用電源として、入出力特性、エネルギー密度及び充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン電池が要求されている。
出力特性、充放電サイクル特性を向上させる手段として、下記特許文献1には、特定の比表面積を有するスピネル構造のリチウムチタン複合酸化物を負極活物質に用いたリチウムイオン電池に関する技術が開示されている。
Lithium ion batteries are secondary batteries with high energy density, and are used as power sources for portable devices such as notebook computers and mobile phones, taking advantage of their characteristics.
In recent years, lithium-ion batteries having excellent input / output characteristics, energy density, and charge / discharge cycle characteristics have been required as power supplies for electronic devices, power supplies for power storage, and power supplies for electric vehicles, which have been improved in performance and size.
As means for improving output characteristics and charge / discharge cycle characteristics, the following Patent Document 1 discloses a technique related to a lithium ion battery using a spinel-structure lithium titanium composite oxide having a specific surface area as a negative electrode active material. Yes.

特開2005−317512号公報JP 2005-317512 A

ところで、リチウムイオン電池は、高温でのサイクル特性を向上させることも求められている。
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、出力特性と高温でのサイクル特性に優れるリチウムイオン電池及びリチウムイオン電池システムを提供することを目的とする。
Incidentally, lithium ion batteries are also required to improve cycle characteristics at high temperatures.
This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the lithium ion battery and lithium ion battery system which are excellent in an output characteristic and the cycling characteristics in high temperature.

本発明者らは、正極と、負極と、電解液と、を備えるリチウムイオン電池であって、前記正極は、集電体と前記集電体の少なくとも片面に塗布された正極合剤とを有し、前記正極合剤は、リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物、アセチレンブラック、グラフェンを含み、前記負極は、負極活物質としてリチウムチタン複合酸化物及び負極導電材を含むリチウムイオン電池を用いることにより上記課題を解決し得ることを見出した。   The present inventors provide a lithium ion battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, the positive electrode having a current collector and a positive electrode mixture applied to at least one surface of the current collector. The positive electrode mixture includes lithium / manganese / nickel composite oxide, acetylene black and graphene, and the negative electrode uses a lithium ion battery including a lithium titanium composite oxide and a negative electrode conductive material as a negative electrode active material. It has been found that the above problems can be solved.

すなわち、本発明は、正極と、負極と、電解液と、を備えるリチウムイオン電池であって、前記正極は、集電体と前記集電体の少なくとも片面に塗布された正極合剤とを有し、前記正極合剤は、正極活物質としてリチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物、正極導電材としてアセチレンブラック及びグラフェンを含み、前記負極は、負極活物質としてリチウムチタン複合酸化物及び負極導電材を含むリチウムイオン電池に関する。   That is, the present invention is a lithium ion battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, wherein the positive electrode has a current collector and a positive electrode mixture applied to at least one surface of the current collector. The positive electrode mixture includes a lithium / manganese / nickel composite oxide as a positive electrode active material, acetylene black and graphene as a positive electrode conductive material, and the negative electrode includes a lithium titanium composite oxide and a negative electrode conductive material as a negative electrode active material. Including lithium ion batteries.

また、本発明は、前記正極と前記負極との容量比(負極容量/正極容量)が0.7以上1未満である、上記のリチウムイオン電池に関する。   The present invention also relates to the above lithium ion battery, wherein a capacity ratio (negative electrode capacity / positive electrode capacity) between the positive electrode and the negative electrode is 0.7 or more and less than 1.

更に、本発明は、上記のリチウムイオン電池と、充電終止電圧Vfが3.6V≦Vf≦4.0Vの範囲内に制御する充電制御手段と、を具備する、リチウムイオン電池システムに関する。   Furthermore, the present invention relates to a lithium ion battery system comprising the above lithium ion battery and charge control means for controlling the charge end voltage Vf within a range of 3.6V ≦ Vf ≦ 4.0V.

本発明に係るリチウムイオン電池は、上記構成により出力特性と高温でのサイクル特性に優れる。   The lithium ion battery according to the present invention is excellent in output characteristics and high temperature cycle characteristics due to the above configuration.

本発明によれば、高温でのサイクル特性に優れるリチウムイオン電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion battery excellent in the cycling characteristics at high temperature can be provided.

本発明のリチウムイオン電池の一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the lithium ion battery of this invention. 電極群を構成する正極板、負極板及びセパレータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the positive electrode plate, negative electrode plate, and separator which comprise an electrode group.

以下、本発明のリチウムイオン電池システムの実施形態について、正極活物質となるリチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物、負極活物質となるリチウムチタン複合酸化物、リチウムイオン電池の全体構成の順で説明する。   Hereinafter, an embodiment of a lithium ion battery system of the present invention will be described in the order of a lithium / manganese / nickel composite oxide serving as a positive electrode active material, a lithium titanium composite oxide serving as a negative electrode active material, and an overall configuration of the lithium ion battery. .

<リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物>
本実施形態のリチウムイオン電池の正極活物質となるリチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物は、スピネル構造のリチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物であることが好ましい。スピネル構造リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物はLiNiXMn2-X4(0.3<X<0.7)で表され、安定性の観点からはLiNi0.5Mn1.54が好ましい。前記スピネル構造LiNi0.5Mn1.54の結晶構造をより安定させるために、このスピネル構造リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物のMn/Niサイトの一部を他の金属で置換したものを、正極活物質として用いることもできる。
<Lithium / manganese / nickel composite oxide>
The lithium / manganese / nickel composite oxide serving as the positive electrode active material of the lithium ion battery according to the present embodiment is preferably a lithium / manganese / nickel composite oxide having a spinel structure. Spinel type lithium-manganese-nickel composite oxide represented by LiNi X Mn 2-X O 4 (0.3 <X <0.7), preferably LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 from the viewpoint of stability. In order to further stabilize the crystal structure of the spinel structure LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , a positive electrode active material obtained by substituting a part of the Mn / Ni site of the spinel structure lithium / manganese / nickel composite oxide with another metal is used. It can also be used as a substance.

また、過剰のリチウムを結晶内に存在させたもの、あるいは、Oサイトに欠損を生じさせたものを用いることもできる。Mn/Niサイトを置換させることのできる他の金属としては、例えば、Ti、V、Cr、Fe、Co、Zn、Cu、W、Mg、Al、Ruを挙げることができる。これらは、1種又は2種以上の金属元素で置換することができる。これらの置換可能な金属元素のうち、結晶構造の安定化の観点から、置換元素にTiを用いることが好ましい。   Moreover, what made excess lithium exist in a crystal | crystallization, or what produced the defect | deletion in O site can also be used. Examples of other metals that can substitute the Mn / Ni site include Ti, V, Cr, Fe, Co, Zn, Cu, W, Mg, Al, and Ru. These can be substituted with one or more metal elements. Of these substitutable metal elements, Ti is preferably used as the substitution element from the viewpoint of stabilizing the crystal structure.

上記のリチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物は、高エネルギー密度の観点から、充電状態における電位がLi/Li+に対して、4.5V以上5V以下であることが好ましく、4.6V以上4.9V以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of high energy density, the above lithium / manganese / nickel composite oxide preferably has a potential in a charged state of 4.5 V or more and 5 V or less with respect to Li / Li + . More preferably, it is 9 V or less.

本実施形態のリチウムイオン電池における正極活物質は、リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物以外の正極活物質を含んでいてもよい。
リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物以外の正極活物質としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-y2、LixCoy1-yz、LixNi1-yyz、LixMn24及びLixMn2-yy4(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBからなる群より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。
The positive electrode active material in the lithium ion battery of the present embodiment may include a positive electrode active material other than the lithium / manganese / nickel composite oxide.
Examples of positive electrode active materials other than lithium-manganese-nickel composite oxides include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1-y O 2 , and Li x Co y M 1. -y O z, Li x Ni 1 -y M y O z, Li x Mn 2 O 4 and Li x Mn 2-y M y O 4 ( in each of the formulas above, M is Na, Mg, Sc, Y, Mn And at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V and B. x = 0 to 1.2, y = 0 to 0.9, z = 2.0 to 2.3.). Here, x value which shows the molar ratio of lithium increases / decreases by charging / discharging.

上記リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物の含有量は、電池容量を向上できる観点から、正極活物質の総量中、60〜100質量%であることが好ましく、70〜100質量%であることがより好ましく、85〜100質量%であることが更に好ましい。   The content of the lithium / manganese / nickel composite oxide is preferably 60 to 100% by mass and more preferably 70 to 100% by mass in the total amount of the positive electrode active material from the viewpoint of improving battery capacity. Preferably, it is 85-100 mass%.

<リチウムチタン複合酸化物>
本実施形態のリチウムイオン電池の負極活物質となるリチウムチタン複合酸化物は、スピネル構造のリチウムチタン複合酸化物であることが好ましい。スピネル構造リチウムチタン複合酸化物の基本的な組成式は、Li[Li1/3Ti5/3]O4で表され、結晶構造をより安定させるために、スピネル構造リチウムチタン複合酸化物のLi又はTiサイトの一部を他の金属で置換したもの、過剰のリチウムを結晶内に存在させたもの、又はOサイトの一部を他の元素で置換したものを用いることもできる。置換させることのできる他の元素としては、例えば、F、B、Nb、V、Mn、Ni、Cu、Co、Zn、Sn、Pb、Al、Mo、Ba、Sr、Ta、Mg、Caを挙げることができる。これらは、1種又は2種以上の元素で置換することができる。
<Lithium titanium composite oxide>
The lithium titanium composite oxide serving as the negative electrode active material of the lithium ion battery of the present embodiment is preferably a lithium titanium composite oxide having a spinel structure. The basic composition formula of the spinel structure lithium titanium composite oxide is represented by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 , and in order to make the crystal structure more stable, the spinel structure lithium titanium composite oxide Li Alternatively, a material in which a part of the Ti site is substituted with another metal, a material in which excess lithium is present in the crystal, or a material in which a part of the O site is substituted with another element can be used. Examples of other elements that can be substituted include F, B, Nb, V, Mn, Ni, Cu, Co, Zn, Sn, Pb, Al, Mo, Ba, Sr, Ta, Mg, and Ca. be able to. These can be substituted with one or more elements.

上記のリチウムチタン複合酸化物の充電状態における電位は、Li/Li+に対して1V以上2V以下となることが好ましい。 The potential in the charged state of the lithium titanium composite oxide is preferably 1 V or more and 2 V or less with respect to Li / Li + .

本実施形態のリチウムイオン電池における負極活物質は、リチウムチタン複合酸化物以外の負極活物質を含んでいてもよい。
リチウムチタン複合酸化物以外の負極活物質としては、例えば、炭素材料が挙げられる。
The negative electrode active material in the lithium ion battery of the present embodiment may include a negative electrode active material other than the lithium titanium composite oxide.
Examples of the negative electrode active material other than the lithium titanium composite oxide include a carbon material.

リチウムチタン複合酸化物の含有量は、安全性とサイクル特性を向上できる観点から、負極活物質の総量中、70〜100質量%が好ましく、80〜100質量%がより好ましく、90〜100質量%であることが更に好ましい。   The content of the lithium titanium composite oxide is preferably 70 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass, and more preferably 90 to 100% by mass in the total amount of the negative electrode active material from the viewpoint of improving safety and cycle characteristics. More preferably.

<リチウムイオン電池の全体構成>
本実施形態のリチウムイオン電池の正極は、上記リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物を正極活物質とし、これに正極導電材及び結着材を混合し、必要に応じ適当な溶剤を加えて、ペースト状の正極合剤としたものを、アルミニウム箔等の金属箔製の集電体表面に塗布、乾燥し、その後、必要に応じてプレス等によって正極合剤の密度を高めることによって形成することができる。なお、上記リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物だけで正極活物質を構成することもできるが、リチウムイオン電池の特性改善等を目的にとして、リチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物にすでに公知のLiCoO2、LiNiO2、LiMn24、LiFePO4、Li(Co1/3Ni1/3Mn1/3)O2等のリチウム複合酸化物を混合して正極活物質とするものであってもよい。
<Overall configuration of lithium-ion battery>
The positive electrode of the lithium ion battery of the present embodiment uses the above lithium-manganese-nickel composite oxide as a positive electrode active material, mixes a positive electrode conductive material and a binder, and adds an appropriate solvent as necessary, and pastes It can be formed by applying to the surface of a current collector made of a metal foil such as an aluminum foil, drying, and then increasing the density of the positive electrode mixture by pressing or the like as necessary. it can. The positive electrode active material can be composed of only the above lithium / manganese / nickel composite oxide. However, for the purpose of improving the characteristics of the lithium ion battery, the well-known LiCoO 2 is already used for the lithium / manganese / nickel composite oxide. , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , Li (Co 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 ) O 2 or the like may be mixed to form a positive electrode active material. .

本実施形態のリチウムイオン電池の負極は、上記リチウムチタン複合酸化物を負極活物質とし、これに負極導電材及び結着材を混合し、必要に応じ適当な溶媒を加えて、ペースト状の負極合剤としたものを、銅等の金属箔製の集電体に塗布、乾燥し、その後必要に応じプレス等によって負極合剤の密度を高めることによって形成することができる。なお、上記リチウムチタン複合酸化物だけで負極活物質を構成することもできるが、リチウムイオン電池の特性改善等を目的にとして、リチウムチタン複合酸化物に、すでに公知の炭素材料等を混合して負極活物質とするものであってもよい。   The negative electrode of the lithium ion battery of this embodiment uses the above lithium-titanium composite oxide as a negative electrode active material, and a negative electrode conductive material and a binder are mixed with this, and an appropriate solvent is added as necessary, to form a paste-like negative electrode The mixture can be formed by applying and drying a current collector made of a metal foil such as copper and then increasing the density of the negative electrode mixture by pressing or the like as necessary. Although the negative electrode active material can be composed of only the above lithium titanium composite oxide, a known carbon material or the like is already mixed with the lithium titanium composite oxide for the purpose of improving the characteristics of the lithium ion battery. It may be a negative electrode active material.

前記正極導電材は、電気伝導性向上と高温でのサイクル特性向上の観点から、アセチレンブラックとグラフェンを混合して用いることを特徴とする。
アセチレンブラックとグラフェンの混合比は、前記正極導電材全体に対して、グラフェンが0.1質量%以上85質量%以下であることが好ましく、1質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。前記範囲内であると、出力特性及びサイクル特性をよりバランス良く向上することができる。
The positive electrode conductive material is characterized by using a mixture of acetylene black and graphene from the viewpoint of improving electrical conductivity and improving cycle characteristics at high temperatures.
The mixing ratio of acetylene black and graphene is preferably 0.1% by mass or more and 85% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the whole positive electrode conductive material. . Within the above range, the output characteristics and cycle characteristics can be improved in a balanced manner.

前記負極導電材は、電気伝導性を向上できる観点から、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体のうち1種又は2種以上を混合して用いることができる。また、導電材として、カーボンナノチューブ、グラフェン等を少量添加して、電気伝導性を高めることもできる。前記負極導電材としては、レート特性をより向上できる観点から、アセチレンブラックが好ましい。   From the viewpoint of improving electrical conductivity, the negative electrode conductive material can be used by mixing one or more of carbon blacks such as acetylene black and ketjen black and carbonaceous powders such as graphite. . Further, as a conductive material, a small amount of carbon nanotubes, graphene, or the like can be added to increase electrical conductivity. As said negative electrode electrically conductive material, acetylene black is preferable from a viewpoint which can improve a rate characteristic more.

正極合剤の質量に対する正極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、導電性に優れる観点で、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1質量%以上であり、上限は、電池容量を向上できる観点で、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である。
負極合剤の質量に対する負極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、導電性に優れる観点で、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1質量%以上であり、上限は、電池容量を向上できる観点で、好ましくは45質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である。
The range of the content of the positive electrode conductive material relative to the mass of the positive electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and still more preferably 1% by mass or more from the viewpoint of excellent conductivity, and the upper limit is a viewpoint that can improve the battery capacity. Preferably, it is 50 mass% or less, More preferably, it is 30 mass% or less, More preferably, it is 15 mass% or less.
The range of the content of the negative electrode conductive material with respect to the mass of the negative electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and still more preferably 1% by mass or more from the viewpoint of excellent conductivity, and the upper limit is a viewpoint that can improve the battery capacity. Preferably, it is 45 mass% or less, More preferably, it is 30 mass% or less, More preferably, it is 15 mass% or less.

結着材は、特に限定されず、分散溶媒に対する溶解性や分散性が良好な材料が選択される。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1、2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素系高分子、ニトリル基含有単量体由来の構造単位を有する樹脂、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、負極ともに、高密着性の観点から、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)又はニトリル基含有単量体由来の構造単位を有する樹脂を用いることが好ましい。   The binder is not particularly limited, and a material having good solubility and dispersibility in the dispersion solvent is selected. Specific examples include resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluorine Rubbery polymers such as rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / Thermoplastic elastomeric polymers such as ethylene / butadiene / ethylene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; syndiotactic-1, 2-polybutadiene, polyvinyl acetate , Ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer and other soft resinous polymers; polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer Polymers, fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene / vinylidene fluoride copolymers, resins having structural units derived from nitrile group-containing monomers, and high ion conductivity of alkali metal ions (especially lithium ions) A molecular composition is mentioned. Of these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. For both the positive electrode and the negative electrode, a resin having a structural unit derived from polyvinylidene fluoride (PVdF) or a nitrile group-containing monomer is preferably used from the viewpoint of high adhesion.

前記結着材の含有量について、正極合剤の質量に対する結着材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、正極活物質を充分に結着して充分な正極の機械的強度が得られ、サイクル特性等の電池性能が安定する観点で、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは2質量%以上であり、上限は、電池容量や導電性を向上できる観点で、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。負極合剤の質量に対する結着材の含有量の範囲は次のとおりである。範囲の下限は、負極活物質を充分に結着して充分な負極の機械的強度が得られ、サイクル特性等の電池性能が安定する観点で、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1質量%以上である。上限は、電池容量や導電性を向上できる観点で、好ましくは40質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である。
これら活物質、導電材、結着材を分散させる溶剤としては、N−メチル−2ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
Regarding the content of the binder, the range of the content of the binder with respect to the mass of the positive electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is preferably 0.1% by mass or more, more preferably from the viewpoint of sufficiently binding the positive electrode active material to obtain sufficient positive electrode mechanical strength and stabilizing battery performance such as cycle characteristics. 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and the upper limit is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and still more preferably 10% by mass from the viewpoint of improving battery capacity and conductivity. It is as follows. The range of the binder content with respect to the mass of the negative electrode mixture is as follows. The lower limit of the range is preferably 0.1% by mass or more, more preferably from the viewpoint of sufficiently binding the negative electrode active material to obtain sufficient mechanical strength of the negative electrode and stabilizing battery performance such as cycle characteristics. It is 0.5 mass% or more, More preferably, it is 1 mass% or more. The upper limit is preferably 40% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, and still more preferably 15% by mass or less from the viewpoint of improving battery capacity and conductivity.
An organic solvent such as N-methyl-2pyrrolidone can be used as a solvent for dispersing the active material, conductive material, and binder.

本実施形態のリチウムイオン電池は、一般のリチウムイオン電池と同様、正極及び負極の他に、正極と負極の間に狭装されるセパレータ、非水電解液等を構成要素とすることができる。   Like the general lithium ion battery, the lithium ion battery according to the present embodiment can include a separator, a non-aqueous electrolyte, and the like that are sandwiched between the positive electrode and the negative electrode in addition to the positive electrode and the negative electrode.

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

樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等を用いることができる。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ことが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布等を用いることが好ましい。また、正極の平均電位がLi/Li+に対して4.7〜4.8Vと高いことを考慮すると、ポリエチレンを耐高電位であるポリプロピレンで挟んだポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレンの三層構造をもつものも好ましい。 As the resin, olefin polymer, fluorine polymer, cellulose polymer, polyimide, nylon and the like can be used. Specifically, it is preferable to select from materials that are stable with respect to non-aqueous electrolytes and have excellent liquid retention properties. For example, a porous sheet or nonwoven fabric made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene may be used. preferable. Considering that the average potential of the positive electrode is as high as 4.7 to 4.8 V with respect to Li / Li + , it has a three-layer structure of polypropylene / polyethylene / polypropylene in which polyethylene is sandwiched between polypropylenes having a high potential resistance. Those are also preferred.

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

更に、前記正、負極活物質には正、負極集電体が用いられるが、その材質は、正極としては、アルミニウム、チタン、ステンレス、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等の他に、接着性、導電性、耐酸化性向上の目的でアルミニウムや銅等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等の処理を施したものが使用でき、負極としては、銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、アルミニウム−カドミウム合金等の他に、接着性、導電性、耐還元性向上の目的で銅やアルミニウム等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等の処理を施したものが使用できる。なお、正、負極集電体厚さは、電極強度とエネルギー密度の点から、1〜50μmとすることが好ましい。   Furthermore, positive and negative electrode current collectors are used for the positive and negative electrode active materials, and the material of the positive and negative electrode active materials is aluminum, titanium, stainless steel, nickel, baked carbon, conductive polymer, conductive glass, etc. In addition, the surface of aluminum, copper, etc. treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used for the purpose of improving adhesiveness, conductivity, oxidation resistance, and the negative electrode is copper, stainless steel, nickel In addition to aluminum, titanium, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, aluminum-cadmium alloy, etc., carbon, nickel, etc. on the surface of copper, aluminum, etc. for the purpose of improving adhesiveness, conductivity, reduction resistance Those treated with titanium, silver or the like can be used. The positive and negative electrode collector thicknesses are preferably 1 to 50 μm from the viewpoint of electrode strength and energy density.

本実施形態のリチウムイオン電池に用いる電解液は、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ものを用いることができる。必要に応じて、添加材を加えてもよい。   The electrolyte solution used for the lithium ion battery of this embodiment can use what is comprised from lithium salt (electrolyte) and the non-aqueous solvent which melt | dissolves this. You may add an additive as needed.

リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiFSI(リチウムビスフルオロスルホニルイミド)、LiTFSI(リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド)、LiClO4、LiB(C654、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF32、LiN(SO2CF2CF32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、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)が好ましい。 Lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSI (lithium bisfluorosulfonylimide), LiTFSI (lithium bistrifluoromethanesulfonylimide), 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 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 and the like. 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.

上記リチウム塩の濃度は、非水溶媒に対して0.5〜1.5mol/Lであることが好ましく、0.7〜1.3mol/Lであることがより好ましく、0.8〜1.2mol/Lであることが更に好ましい。リチウム塩の濃度を0.5〜1.5mol/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 to 1.5 mol / L, more preferably 0.7 to 1.3 mol / L with respect to the nonaqueous solvent, and 0.8 to 1. More preferably, it is 2 mol / L. Charge / discharge characteristics can be further improved by setting the concentration of the lithium salt to 0.5 to 1.5 mol / L.

非水系溶媒としては、リチウムイオン電池用の電解質の溶媒として使用可能な非水系溶媒であれば特に制限はないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチルラクトン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、酢酸メチルが挙げられる。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。   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 lithium ion batteries. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ- Examples include butyl lactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, dimethoxymethane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, and methyl acetate. 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.

添加材としては、リチウムイオン電池の非水系電解液用の添加材であれば特に制限はないが、例えば、窒素、硫黄又は窒素及び硫黄を含有する複素環化合物、環状カルボン酸エステル、フッ素含有環状カーボネート、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。また、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。   The additive is not particularly limited as long as it is an additive for a non-aqueous electrolyte solution of a lithium ion battery. For example, nitrogen, sulfur or a heterocyclic compound containing nitrogen and sulfur, a cyclic carboxylic acid ester, a fluorine-containing cyclic Examples thereof include carbonates and other compounds having an unsaturated bond in the molecule. In addition to the above additives, other additives such as an overcharge prevention 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.

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。   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%.

上記他の添加材により、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。   By using the other additives, it is possible to improve capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage, and to improve input / output characteristics.

以上のように構成させるリチウムイオン電池は、その形状は円筒型、積層型、コイン型等、種々のものとすることができる。いずれの形状をとる場合であっても、正極及び負極にセパレータを狭装させ電極体とし、正極集電体及び負極集電体から外部に通ずる正極端子及び負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続し、この電極体を非水電解液とともに電池ケースに密閉して電池が完成する。   The lithium ion battery configured as described above can have various shapes such as a cylindrical shape, a stacked shape, and a coin shape. Regardless of which shape is used, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and the space between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is used for current collection. A battery is completed by connecting with a lead or the like and sealing the electrode body together with a non-aqueous electrolyte in a battery case.

本発明の実施形態として、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した積層型リチウムイオン電池について説明するが、本発明の実施形態はこれに制限されない。他の実施形態としては、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介し積層してなる積層体を巻回した巻回形リチウムイオン電池等を挙げることができる。   As an embodiment of the present invention, a laminated lithium ion battery in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator will be described, but the embodiment of the present invention is not limited thereto. Other embodiments include, for example, a wound lithium ion battery in which a laminate formed by laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate via a separator is wound.

図1は本発明のリチウムイオン電池の一実施形態を示す斜視図である。リチウムイオン電池10は、ラミネートフィルム6の電池容器内に、電極群20と電解液を収容したものであり、正極集電タブ2と負極集電タブ4を電池容器外に取り出すようにしている。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a lithium ion battery of the present invention. The lithium ion battery 10 is one in which the electrode group 20 and an electrolytic solution are accommodated in a battery container of a laminate film 6, and the positive electrode current collecting tab 2 and the negative electrode current collecting tab 4 are taken out of the battery container.

そして、図2に示すように、電極群20は正極集電タブ2を取り付けた正極板1、セパレータ5、及び負極集電タブ4を取り付けた負極板3を積層したものである。   As shown in FIG. 2, the electrode group 20 is formed by laminating a positive electrode plate 1 to which a positive electrode current collecting tab 2 is attached, a separator 5, and a negative electrode plate 3 to which a negative electrode current collecting tab 4 is attached.

なお、正極板、負極板、セパレータ、電極群及び電池の大きさ、形状等は任意のものとすることができ、図1及び図2に示されるものに限定されるわけではない。   In addition, the magnitude | size, shape, etc. of a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator, an electrode group, and a battery can be made into arbitrary things, and are not necessarily limited to what is shown by FIG.1 and FIG.2.

本実施形態のリチウムイオン電池システムの充電終止電圧Vfは、3.6V≦Vf≦4.0Vであることが好ましい。Vfが3.6V以上では高い入力特性が得られ、また、Vfが4.0V以下であると正極が高電位になりすぎず、電解液との分解反応が抑制されることで、優れた寿命特性が得られる。より入力特性と寿命特性のバランスが良好なリチウムイオン電池とするためには、3.7V≦Vf≦3.9Vとすることがより好ましい。   The end-of-charge voltage Vf of the lithium ion battery system of the present embodiment is preferably 3.6V ≦ Vf ≦ 4.0V. When Vf is 3.6 V or higher, high input characteristics can be obtained. When Vf is 4.0 V or less, the positive electrode does not become too high, and the decomposition reaction with the electrolytic solution is suppressed. Characteristics are obtained. In order to obtain a lithium ion battery with a better balance between input characteristics and life characteristics, it is more preferable to set 3.7V ≦ Vf ≦ 3.9V.

本実施形態のリチウムイオン電池システムの充電制御手段は、充電終止電圧Vfを3.6V≦Vf≦4.0Vの範囲内に制御できるものであれば特に制限はないが、例えば、制御ICを用い、まず定電流によりあらかじめ設定された上限電圧まで充電し、その後その電圧に保持して充電する制御方式(定電流/定電圧方式)のものを用いることができる。   The charge control means of the lithium ion battery system according to the present embodiment is not particularly limited as long as the charge end voltage Vf can be controlled within the range of 3.6 V ≦ Vf ≦ 4.0 V. For example, a control IC is used. First, a control method (constant current / constant voltage method) in which charging is performed up to a preset upper limit voltage with a constant current and then charging is performed while maintaining the voltage can be used.

本実施形態に用いるリチウムイオン電池は、入力特性の観点から、正極と負極との容量比(負極容量/正極容量)が0.7以上1未満であることが好ましい。この容量比が0.7以上の場合は、電池容量が向上し、高エネルギー密度が得られる傾向となる。また、容量比が1未満の場合には、正極が高電位になることによる電解液の分解反応が生じにくく、リチウムイオン電池の寿命特性が良好となる傾向がある。エネルギー密度と入力特性の観点からは、容量比を0.8以上0.95以下とすることがより好ましい。   The lithium ion battery used in this embodiment preferably has a positive electrode / negative electrode capacity ratio (negative electrode capacity / positive electrode capacity) of 0.7 or more and less than 1 from the viewpoint of input characteristics. When the capacity ratio is 0.7 or more, the battery capacity is improved and a high energy density tends to be obtained. On the other hand, when the capacity ratio is less than 1, a decomposition reaction of the electrolytic solution due to the positive electrode being at a high potential hardly occurs, and the life characteristics of the lithium ion battery tend to be good. From the viewpoint of energy density and input characteristics, the capacity ratio is more preferably 0.8 or more and 0.95 or less.

なお、「正極容量」及び「負極容量」とは、それぞれ、対極を金属リチウムとする電気化学セルを構成して定電流定電圧充電−定電流放電を行った時に得られる可逆的に利用できる最大の容量を意味する。本明細書では、「正極容量」及び「負極容量」は、上記電気化学セルにおいて、電圧範囲をそれぞれ4.95V〜3.5V及び2V〜1Vとし、定電流充電及び定電流放電時の電流密度を0.1mA/cm2とする上記充放電を行って評価した場合に得られる容量とする。 The “positive electrode capacity” and “negative electrode capacity” are the maximum reversibly available when a constant current, constant voltage charge-constant current discharge is performed by forming an electrochemical cell having a counter electrode made of metallic lithium. Means capacity. In the present specification, the “positive electrode capacity” and the “negative electrode capacity” are the current densities during constant current charging and constant current discharging in the electrochemical cell, respectively, with voltage ranges of 4.95 V to 3.5 V and 2 V to 1 V, respectively. The capacity obtained when the above charging / discharging is carried out and evaluated at 0.1 mA / cm 2 .

以上、本発明のリチウムイオン電池の実施形態について説明したが、上記実施形態は一実施形態に過ぎず、本発明のリチウムイオン電池は、上記実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。   As mentioned above, although the embodiment of the lithium ion battery of the present invention has been described, the above embodiment is only one embodiment, and the lithium ion battery of the present invention includes various embodiments based on the knowledge of those skilled in the art including the above embodiment. The present invention can be implemented in various forms with modifications and improvements.

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

[実施例1]
正極は、正極活物質としてBET比表面積が0.1m2/g、平均粒径(D50)が28.8μmであるリチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物(LiNi0.5Mn1.54)を93.0質量部、正極導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)を4.0質量部及びBET比表面積が750m2/gのグラフェンを1.0質量部、結着材としてニトリル基含有単量体由来の構造単位を有する樹脂(日立化成株式会社製、商品名:LSR7)を2.0質量部混合し、適量のN−メチル−2−ピロリドンを添加して混練することでペースト状の正極合剤スラリーを得た。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140g/m2になるように塗布した。その後、乾燥処理を施し、密度2.4g/cm3までプレスにより圧密化し、シート状の正極を作製した。これを幅30mm、長さ45mmに切断して正極板とし、図2に示すようにこの正極板に正極集電タブを取り付けた。
なお、BET比表面積は、例えば、JIS Z 8830に準じて窒素吸着能から測定することができる。評価装置としては、例えば、QUANTACHROME社製、商品名:AUTOSORB−1を用いることができる。BET比表面積の測定を行う際には、試料表面及び構造中に吸着している水分がガス吸着能に影響を及ぼすと考えられることから、まず、加熱による水分除去の前処理を行うことが好ましい。前記前処理では、0.05gの測定試料を投入した測定用セルを、真空ポンプで10Pa以下に減圧した後、110℃で加熱し、3時間以上保持した後、減圧した状態を保ったまま常温(25℃)まで自然冷却する。この前処理を行った後、評価温度を77K(−196℃)とし、評価圧力範囲を相対圧(飽和蒸気圧に対する平衡圧力)にて1未満として測定する。
また、平均粒径(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。
[Example 1]
In the positive electrode, a lithium-manganese-nickel composite oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) having a BET specific surface area of 0.1 m 2 / g and an average particle diameter (D50) of 28.8 μm as a positive electrode active material is 93.0. 4.0 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and 1.0 part by mass of graphene having a BET specific surface area of 750 m 2 / g as a positive electrode conductive material, and a nitrile group-containing single amount as a binder 2.0 parts by mass of a resin having a structural unit derived from the body (trade name: LSR7, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone is added and kneaded to form a paste-like positive electrode A mixture slurry was obtained. This slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, which is a current collector for the positive electrode, so as to be substantially uniformly and uniformly 140 g / m 2 . Thereafter, drying treatment was performed, and consolidation was performed by pressing to a density of 2.4 g / cm 3 to produce a sheet-like positive electrode. This was cut into a width of 30 mm and a length of 45 mm to form a positive electrode plate, and a positive electrode current collecting tab was attached to the positive electrode plate as shown in FIG.
In addition, a BET specific surface area can be measured from nitrogen adsorption capacity according to JISZ8830, for example. As an evaluation apparatus, the product name: AUTOSORB-1 by the QUANTACHROME company can be used, for example. When measuring the BET specific surface area, it is considered that the moisture adsorbed on the sample surface and structure affects the gas adsorption capacity. Therefore, it is preferable to first perform pretreatment for moisture removal by heating. . In the pretreatment, the measurement cell charged with 0.05 g of the measurement sample is depressurized to 10 Pa or less with a vacuum pump, heated at 110 ° C., held for 3 hours or more, and kept at a normal temperature while maintaining the depressurized state. Cool naturally to (25 ° C). After this pretreatment, the evaluation temperature is 77K (−196 ° C.), and the evaluation pressure range is measured as a relative pressure (equilibrium pressure relative to the saturated vapor pressure) of less than 1.
The average particle diameter (D50) can be determined from the particle size distribution determined by the laser diffraction / scattering method.

負極は、負極活物質としてリチウムチタン複合酸化物を91.0質量部、負極導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)を4.0質量部、結着材としてポリフッ化ビニリデンを5.0質量部混合し、適量のN−メチル−2−ピロリドンを添加して混練することでペースト状の負極合剤スラリーを得た。このスラリーを負極用の集電体である厚さ10μmの銅箔の両面に、実質的に均等かつ均質に85g/m2になるように塗布した。その後、乾燥処理を施し、密度1.9g/cm3までプレスにより圧密化し、シート状の負極を作製した。これを幅31mm、長さ46mmに切断して負極板とし、図2に示すようにこの負極板に負極集電タブを取り付けた。 The negative electrode is 91.0 parts by mass of lithium titanium composite oxide as the negative electrode active material, 4.0 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as the negative electrode conductive material, and 5. polyvinylidene fluoride as the binder. A paste-like negative electrode mixture slurry was obtained by mixing 0 part by mass, adding an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone and kneading. This slurry was applied to both surfaces of a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector so as to be substantially uniformly and uniformly 85 g / m 2 . Thereafter, a drying process was performed, and the sheet was consolidated by pressing to a density of 1.9 g / cm 3 to produce a sheet-like negative electrode. This was cut into a width of 31 mm and a length of 46 mm to form a negative electrode plate, and a negative electrode current collecting tab was attached to the negative electrode plate as shown in FIG.

(電極群の作製)
作製した正極板と負極板とを、厚さ20μm、幅35mm、長さ50mmのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを介して対向させ、積層状の電極群を作製した。
(Production of electrode group)
The produced positive electrode plate and the negative electrode plate were opposed to each other through a separator made of a polyethylene microporous film having a thickness of 20 μm, a width of 35 mm, and a length of 50 mm to produce a laminated electrode group.

(リチウムイオン電池の作製)
この電極群を、図1に示すように、アルミニウム製のラミネートフィルムで構成された電池容器内に収容させると共に、この電池容器内に、非水電解液を1ml注入後、上記の正極集電タブと負極集電タブとを外部に取り出すようにして電池容器の開口部を封口させて、実施例1〜5及び比較例1〜3のリチウムイオン電池を作製した。非水電解液にはエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で1:3に混合した混合溶媒に、LiPF6を1.2Mの濃度で溶解させたものを用いた。なお、アルミニウム製のラミネートフィルムは、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム/アルミニウム箔/シーラント層(ポリプロピレン等)の積層体である。
(Production of lithium ion battery)
As shown in FIG. 1, the electrode group is housed in a battery container made of an aluminum laminate film, and 1 ml of a nonaqueous electrolyte is injected into the battery container, and then the positive electrode current collecting tab is used. The lithium ion batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were fabricated by sealing the opening of the battery container so that the negative electrode current collecting tab and the negative electrode current collecting tab were taken out. As the nonaqueous electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1.2 M in a mixed solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 3 was used. The aluminum laminate film is a laminate of polyethylene terephthalate (PET) film / aluminum foil / sealant layer (polypropylene, etc.).

(初回充放電)
上記のリチウムイオン電池を、充放電装置(商品名:BATTERY TEST UNIT、株式会社IEM製)を用いて、25℃において電流値0.2C、充電終止電圧3.8Vで定電流充電し、次いで充電電圧3.8Vで電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行った。なお、電流値の単位として用いたCとは、“電流値(A)/電池容量(Ah)”を意味する。15分間休止後、電流値0.2C、放電終止電圧2.0Vで定電流放電を行った。前記の充放電条件で充放電を3回繰り返した。
(First charge / discharge)
The above lithium-ion battery was charged at a constant current of 25 C at a current value of 0.2 C and a charge end voltage of 3.8 V using a charge / discharge device (trade name: BATTERY TEST UNIT, manufactured by IEM Co., Ltd.), and then charged. Constant voltage charging was performed until the current value reached 0.01 C at a voltage of 3.8 V. C used as a unit of current value means “current value (A) / battery capacity (Ah)”. After resting for 15 minutes, constant current discharge was performed at a current value of 0.2 C and a discharge end voltage of 2.0 V. Charging / discharging was repeated 3 times under the above charging / discharging conditions.

(出力特性)
上記の充放電を行ったリチウムイオン電池を用いて、前記充電の15分間休止後、25℃において電流値0.5C、終止電圧2Vの定電流放電を行った。15分間休止を行った後に、25℃において電流値0.5C、充電終止電圧3.4Vで定電流充電し、次いで、充電終止電圧3.4Vで電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行った。15分間休止後、25℃で電流値0.5C、終止電圧2Vの定電流放電を行い、放電容量を測定した(0.5Cでの放電容量)。次いで、15分間後、25℃において電流値0.5C、充電終止電圧3.4Vで定電流充電し、次いで、充電終止電圧3.4Vで電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行った。15分間休止後、25℃で電流値5C、終止電圧2Vの定電流放電を行い、放電容量を測定した(5Cでの放電容量)。そして、以下の式から出力特性を算出した。算出した出力特性を表1に示す。
出力特性(%)=(5Cでの放電容量/0.5Cでの放電容量)×100
(Output characteristics)
Using the lithium ion battery that was charged and discharged as described above, after charging for 15 minutes, a constant current discharge with a current value of 0.5 C and a final voltage of 2 V was performed at 25 ° C. After a 15-minute pause, charge at a constant current of 0.5 C and a charge end voltage of 3.4 V at 25 ° C., and then charge at a constant voltage until the current value reaches 0.01 C at a charge end voltage of 3.4 V. Went. After resting for 15 minutes, a constant current discharge was performed at 25 ° C. with a current value of 0.5 C and a final voltage of 2 V, and the discharge capacity was measured (discharge capacity at 0.5 C). Next, 15 minutes later, constant current charging was performed at 25 ° C. with a current value of 0.5 C and a charge end voltage of 3.4 V, and then with a charge end voltage of 3.4 V, constant voltage charge was performed until the current value reached 0.01 C. It was. After resting for 15 minutes, a constant current discharge was performed at 25 ° C. with a current value of 5 C and a final voltage of 2 V, and the discharge capacity was measured (discharge capacity at 5 C). And the output characteristic was computed from the following formula | equation. Table 1 shows the calculated output characteristics.
Output characteristics (%) = (discharge capacity at 5C / discharge capacity at 0.5C) x 100

(サイクル特性)
上記の出力特性を測定したリチウムイオン電池を用いて、50℃において電流値1C、充電終止電圧3.8Vで定電流充電し、次いで、充電終止電圧3.8Vで電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行った。15分間休止後、25℃で電流値1C、終止電圧2Vの定電流放電を行い、放電容量を測定した(1サイクル目の放電容量)。上記充放電を200サイクル行い、200サイクル後の放電容量(200サイクル後の放電容量)を測定した。そして、以下の式からサイクル特性を算出した。算出したサイクル特性を表1に示す。
サイクル特性(%)=(200サイクル後の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
(Cycle characteristics)
Using the lithium ion battery having the above output characteristics measured, a constant current charge is performed at a current value of 1 C and a charge end voltage of 3.8 V at 50 ° C., and then the current value becomes 0.01 C at a charge end voltage of 3.8 V. Until constant voltage charging. After resting for 15 minutes, a constant current discharge with a current value of 1 C and a final voltage of 2 V was performed at 25 ° C., and the discharge capacity was measured (discharge capacity at the first cycle). The above charging / discharging was performed 200 cycles, and the discharge capacity after 200 cycles (discharge capacity after 200 cycles) was measured. And the cycle characteristic was computed from the following formula | equation. Table 1 shows the calculated cycle characteristics.
Cycle characteristics (%) = (discharge capacity after 200 cycles / discharge capacity at the first cycle) × 100

[実施例2、3]
表1の実施例2、3に示すとおりの割合で、正極導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)及び比表面積が750m2/gのグラフェンを混合したこと以外は、実施例1と同様の手法でリチウムイオン電池を作製し、出力特性及びサイクル特性を測定した。出力特性及びサイクル特性の測定結果を表1に示す。
[Examples 2 and 3]
Example 1 and Example 1 except that acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and graphene having a specific surface area of 750 m 2 / g were mixed as a positive electrode conductive material in the proportions shown in Examples 2 and 3 of Table 1. A lithium ion battery was prepared by the same method, and the output characteristics and cycle characteristics were measured. Table 1 shows the measurement results of output characteristics and cycle characteristics.

[比較例1〜3]
表1の比較例1〜3に示すとおりの割合で、正極導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)及び黒鉛(日本黒鉛工業株式会社製)を混合したこと以外は、実施例1と同様の手法でリチウムイオン電池を作製し、出力特性及びサイクル特性を測定した。出力特性及びサイクル特性の測定結果を表1に示す。
[Comparative Examples 1-3]
Example 1 except that acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and graphite (manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) were mixed as the positive electrode conductive material in the proportions shown in Comparative Examples 1 to 3 in Table 1. A lithium ion battery was prepared by the same method, and the output characteristics and cycle characteristics were measured. Table 1 shows the measurement results of output characteristics and cycle characteristics.

[比較例4〜6]
表1の比較例4〜6に示すとおりの割合で、正極導電材として黒鉛(日本黒鉛工業株式会社製)及び比表面積が750m2/gのグラフェンを混合したこと以外は、実施例1と同様の手法でリチウムイオン電池を作製し、出力特性及びサイクル特性を測定した。出力特性及びサイクル特性の測定結果を表1に示す。
[Comparative Examples 4 to 6]
Similar to Example 1 except that graphite (manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) and graphene with a specific surface area of 750 m 2 / g were mixed as a positive electrode conductive material in the proportions shown in Comparative Examples 4 to 6 in Table 1. A lithium ion battery was prepared by the method described above, and the output characteristics and cycle characteristics were measured. Table 1 shows the measurement results of output characteristics and cycle characteristics.

[比較例7]
表1の比較例7に示すとおり、正極導電材としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)のみを5質量部混合したこと以外は、実施例1と同様の手法でリチウムイオン電池を作製し、出力特性及びサイクル特性を測定した。出力特性及びサイクル特性の測定結果を表1に示す。
[Comparative Example 7]
As shown in Comparative Example 7 in Table 1, a lithium ion battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that only 5 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was mixed as the positive electrode conductive material. Output characteristics and cycle characteristics were measured. Table 1 shows the measurement results of output characteristics and cycle characteristics.

[比較例8]
表1の比較例8に示すとおり、正極導電材として比表面積が750m2/gのグラフェンのみを5質量部混合したこと以外は、実施例1と同様の手法でリチウムイオン電池を作製し、出力特性及びサイクル特性を測定した。出力特性及びサイクル特性の測定結果を表1に示す。
[Comparative Example 8]
As shown in Comparative Example 8 in Table 1, a lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only 5 parts by mass of graphene having a specific surface area of 750 m 2 / g was mixed as the positive electrode conductive material. Characteristics and cycle characteristics were measured. Table 1 shows the measurement results of output characteristics and cycle characteristics.

Figure 2017010716
Figure 2017010716

表1の実施例1〜3と比較例1〜3を比較すると、正極導電材としてアセチレンブラック及びグラフェンを用いると、サイクル特性が65%以上と高い値を示しているのに対し、正極導電材としてアセチレンブラック及び黒鉛を用いると、サイクル特性が55%以下と低下することが分かる。   Comparing Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 in Table 1, when acetylene black and graphene are used as the positive electrode conductive material, the cycle characteristic shows a high value of 65% or more, whereas the positive electrode conductive material It can be seen that when acetylene black and graphite are used, the cycle characteristics are reduced to 55% or less.

表1の実施例1〜3と比較例4〜6を比較すると、正極導電材としてアセチレンブラック及びグラフェンを用いると、出力特性は80%以上、サイクル特性は65%以上と高い値を示しているのに対し、正極導電材として黒鉛及びグラフェンを用いると、出力特性が75%以下、サイクル特性が50%以下と低下することが分かる。   Comparing Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 to 6 in Table 1, when acetylene black and graphene are used as the positive electrode conductive material, the output characteristics are as high as 80% or more, and the cycle characteristics are as high as 65% or more. On the other hand, when graphite and graphene are used as the positive electrode conductive material, it can be seen that the output characteristics are reduced to 75% or less and the cycle characteristics to 50% or less.

表1の実施例1〜3と比較例7を比較すると、正極導電材としてアセチレンブラック及びグラフェンを用いると、サイクル特性が65%以上と高い値を示しているのに対し、正極導電材としてアセチレンブラックのみを用いると、サイクル特性が55%と低下することが分かる。   When Examples 1 to 3 and Comparative Example 7 in Table 1 are compared, when acetylene black and graphene are used as the positive electrode conductive material, the cycle characteristics show a high value of 65% or more, whereas acetylene as the positive electrode conductive material. It can be seen that when only black is used, the cycle characteristics are reduced to 55%.

表1の実施例1〜3と比較例8を比較すると、正極導電材としてアセチレンブラック及びグラフェンを用いると、出力特性は80%以上、サイクル特性は65%以上と高い値を示しているのに対し、正極導電材としてグラフェンのみを用いると、出力特性が75%、サイクル特性が30%と低下することが分かる。   When Examples 1 to 3 in Table 1 are compared with Comparative Example 8, when acetylene black and graphene are used as the positive electrode conductive material, the output characteristics are as high as 80% or more and the cycle characteristics are as high as 65% or more. On the other hand, when only graphene is used as the positive electrode conductive material, it can be seen that the output characteristics are reduced to 75% and the cycle characteristics to 30%.

以上の結果から、リチウムイオン電池における正極導電材としてアセチレンブラック及びグラフェンを含むことで、出力特性とサイクル特性に優れた電池を得られることが判明した。   From the above results, it was found that a battery having excellent output characteristics and cycle characteristics can be obtained by including acetylene black and graphene as the positive electrode conductive material in the lithium ion battery.

1…正極板、2…正極集電タブ、3…負極板、4…負極集電タブ、5…セパレータ、6…ラミネートフィルム、10…リチウムイオン電池、20…電極群。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode plate, 2 ... Positive electrode current collection tab, 3 ... Negative electrode plate, 4 ... Negative electrode current collection tab, 5 ... Separator, 6 ... Laminate film, 10 ... Lithium ion battery, 20 ... Electrode group.

Claims (3)

正極と、負極と、電解液と、を備えるリチウムイオン電池であって、
前記正極は、集電体と前記集電体の少なくとも片面に塗布された正極合剤とを有し、前記正極合剤は、正極活物質としてリチウム・マンガン・ニッケル複合酸化物、正極導電材としてアセチレンブラック及びグラフェンを含み、
前記負極は、負極活物質としてリチウムチタン複合酸化物及び負極導電材を含む、
リチウムイオン電池。
A lithium ion battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution,
The positive electrode has a current collector and a positive electrode mixture applied to at least one surface of the current collector, and the positive electrode mixture includes a lithium / manganese / nickel composite oxide as a positive electrode active material and a positive electrode conductive material. Including acetylene black and graphene,
The negative electrode includes a lithium titanium composite oxide and a negative electrode conductive material as a negative electrode active material,
Lithium ion battery.
前記正極と前記負極との容量比(負極容量/正極容量)が0.7以上1未満である、請求項1記載のリチウムイオン電池。   The lithium ion battery according to claim 1, wherein a capacity ratio (negative electrode capacity / positive electrode capacity) between the positive electrode and the negative electrode is 0.7 or more and less than 1. 請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池と、
充電終止電圧Vfが3.6V≦Vf≦4.0Vの範囲内に制御する充電制御手段と、を具備する、
リチウムイオン電池システム。
The lithium ion battery according to claim 1 or 2,
Charge control means for controlling the end-of-charge voltage Vf within a range of 3.6 V ≦ Vf ≦ 4.0 V,
Lithium ion battery system.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021034328A (en) * 2019-08-29 2021-03-01 マクセルホールディングス株式会社 All-solid battery and system of all-solid battery
JP2021051873A (en) * 2019-09-24 2021-04-01 株式会社Soken Recovery method of battery capacity
CN113422104A (en) * 2021-06-22 2021-09-21 天目湖先进储能技术研究院有限公司 Implantable lithium ion battery capable of discharging to zero volt
WO2024040755A1 (en) * 2022-08-24 2024-02-29 上海兰钧新能源科技有限公司 Active substance, positive electrode material, positive electrode, battery, battery apparatus and method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021034328A (en) * 2019-08-29 2021-03-01 マクセルホールディングス株式会社 All-solid battery and system of all-solid battery
JP2021051873A (en) * 2019-09-24 2021-04-01 株式会社Soken Recovery method of battery capacity
CN113422104A (en) * 2021-06-22 2021-09-21 天目湖先进储能技术研究院有限公司 Implantable lithium ion battery capable of discharging to zero volt
CN113422104B (en) * 2021-06-22 2022-06-17 天目湖先进储能技术研究院有限公司 Implantable lithium ion battery capable of discharging to zero volt
WO2024040755A1 (en) * 2022-08-24 2024-02-29 上海兰钧新能源科技有限公司 Active substance, positive electrode material, positive electrode, battery, battery apparatus and method

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