JP2017073281A - Positive electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery using the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means capable of sufficiently suppressing the oxidative decomposition of an electrolyte and the self discharge of batteries in nonaqueous electrolyte secondary batteries.SOLUTION: A core-shell type positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery is obtained by arranging, on a surface of a core part including a positive electrode active material particle, a shell part including a fluorinated compound in which 40-70% of hydrogen atoms at an R part in a compound that is represented by ROLi (where R represents a straight-chain alkyl group or a straight-chain acyl group) are substituted by a fluorine atom.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、非水電解質二次電池用正極材料、並びにこれを用いた非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, and a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the same.

現在、携帯電話などの携帯機器向けに利用される、リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池が商品化されている。非水電解質二次電池は、一般的に、正極活物質等を集電体に塗布した正極と、負極活物質等を集電体に塗布した負極とが、セパレータに非水電解液または非水電解質ゲルを保持した電解質層を介して接続された構成を有している。そして、リチウムイオン等のイオンが電極活物質中に吸蔵・放出されることにより、電池の充放電反応が起こる。   Currently, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries that are used for mobile devices such as mobile phones have been commercialized. A nonaqueous electrolyte secondary battery generally includes a positive electrode obtained by applying a positive electrode active material or the like to a current collector, and a negative electrode obtained by applying a negative electrode active material or the like to a current collector. It has the structure connected through the electrolyte layer holding electrolyte gel. Then, when ions such as lithium ions are occluded / released in the electrode active material, a charge / discharge reaction of the battery occurs.

ところで、近年、地球温暖化に対処するために二酸化炭素量を低減することが求められている。そこで、環境負荷の少ない非水電解質二次電池は、携帯機器等だけでなく、ハイブリッド自動車(HEV)、電気自動車(EV)、および燃料電池自動車等の電動車両の電源装置にも利用されつつある。   Incidentally, in recent years, it has been required to reduce the amount of carbon dioxide in order to cope with global warming. Thus, non-aqueous electrolyte secondary batteries with a low environmental load are being used not only for portable devices, but also for power supply devices for electric vehicles such as hybrid vehicles (HEV), electric vehicles (EV), and fuel cell vehicles. .

電動車両への適用を指向した非水電解質二次電池は、高出力および高容量であることが求められる。ここで、電池の容量を向上させる方法としては充電電圧を上げることが考えられる。しかしながら、非水電解質二次電池において充電電圧を上昇させると、電解液の酸化分解が生じる。そして、そのような高い充電電圧で充放電を繰り返し行うと、容量が徐々に減少するという問題がある。また、非水電解質二次電池には、高温保存下での自己放電を抑制することも求められている。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries intended for application to electric vehicles are required to have high output and high capacity. Here, as a method for improving the capacity of the battery, it is conceivable to increase the charging voltage. However, when the charging voltage is increased in the nonaqueous electrolyte secondary battery, oxidative decomposition of the electrolytic solution occurs. And when charging / discharging is repeated at such a high charging voltage, there is a problem that the capacity gradually decreases. In addition, nonaqueous electrolyte secondary batteries are also required to suppress self-discharge under high temperature storage.

これらの課題を解決するための技術として、例えば特許文献1には、フッ素化処理が施されたリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いる技術が開示されている。特許文献1において、より詳細には、RNF(R、R、R、RはHまたは炭素数が1〜4のアルキル基を表す)で示されるフッ素化合物の溶液に正極活物質粒子を浸漬させる方法が開示されている。また、Fガスと直接反応させる方法や、NFガスと接触させる方法、ペルフルオロ化合物による光化学フッ素化法なども開示されている。 As a technique for solving these problems, for example, Patent Document 1 discloses a technique using a fluorinated lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material. In Patent Document 1, more specifically, fluorine represented by R 1 R 2 R 3 R 4 NF (R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent H or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). A method of immersing positive electrode active material particles in a solution of a compound is disclosed. Further, a method of directly reacting with F 2 gas, a method of contacting with NF 3 gas, a photochemical fluorination method using a perfluoro compound, and the like are also disclosed.

特開平8−213014号公報JP-A-8-213014

本発明者の検討によれば、特許文献1に記載の技術によってもなお、電解液の酸化分解や電池の自己放電を十分に抑制することができない場合があることが判明した。   According to the study by the present inventor, it has been found that the technique described in Patent Document 1 may not sufficiently suppress the oxidative decomposition of the electrolytic solution and the self-discharge of the battery.

そこで、本発明は、非水電解質二次電池において、電解液の酸化分解や電池の自己放電を十分に抑制しうる手段を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide means capable of sufficiently suppressing oxidative decomposition of an electrolytic solution and self-discharge of a battery in a nonaqueous electrolyte secondary battery.

本発明者は、鋭意研究を積み重ねた。その結果、正極活物質粒子からなるコア部の表面に、リチウム原子を含有する特定のフッ素化化合物からなるシェル部が形成されてなるコア−シェル構造の正極材料を用いることで上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventor has accumulated extensive research. As a result, the above problem is solved by using a core-shell structure positive electrode material in which a shell portion made of a specific fluorinated compound containing lithium atoms is formed on the surface of the core portion made of positive electrode active material particles. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明の一形態によれば、正極活物質粒子を含むコア部と、前記コア部の表面に配置された、ROLi(Rは、直鎖アルキル基または直鎖アシル基である)で表される化合物におけるR部分の水素原子の40〜70%がフッ素原子で置換されたフッ素化化合物を含むシェル部とを有する、非水電解質二次電池用正極材料が提供される。   That is, according to one embodiment of the present invention, a core part including positive electrode active material particles and ROLi (R is a linear alkyl group or a linear acyl group) disposed on the surface of the core part are represented. And a shell part containing a fluorinated compound in which 40 to 70% of hydrogen atoms in the R portion in the compound are substituted with fluorine atoms.

本発明の非水電解質二次電池用正極材料によれば、所定のフッ素化化合物を含むシェル部がコア部の表面に配置されることで、正極活物質の表面が電解液に直接接触しにくくなって正極活物質の耐酸化性が向上し、また、正極活物質の表面におけるリチウムイオンの拡散抵抗がある程度上昇する。その結果、非水電解質二次電池における電解液の酸化分解や自己放電を十分に抑制することが可能となる。   According to the positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the surface of the positive electrode active material is less likely to be in direct contact with the electrolyte solution by disposing the shell portion containing the predetermined fluorinated compound on the surface of the core portion. Thus, the oxidation resistance of the positive electrode active material is improved, and the diffusion resistance of lithium ions on the surface of the positive electrode active material is increased to some extent. As a result, it is possible to sufficiently suppress the oxidative decomposition and self-discharge of the electrolytic solution in the nonaqueous electrolyte secondary battery.

非水電解質リチウムイオン二次電池の一実施形態である、扁平型(積層型)の双極型でない非水電解質リチウムイオン二次電池の基本構成を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery that is not a flat (stacked) bipolar type, which is an embodiment of a nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery. 二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a secondary battery. 実施例および比較例において作製した評価用コインセルについて、正極材料の表面におけるリチウムイオンの拡散抵抗を測定した結果を、シェル部の厚さに対してプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the result of having measured the diffusion resistance of the lithium ion in the surface of a positive electrode material with respect to the thickness of a shell part about the coin cell for evaluation produced in the Example and the comparative example.

本発明の一形態によれば、正極活物質粒子を含むコア部と、前記コア部の表面に配置された、ROLi(Rは、直鎖アルキル基または直鎖アシル基である)で表される化合物におけるR部分の水素原子の40〜70%がフッ素原子で置換されたフッ素化化合物を含むシェル部とを有する、非水電解質二次電池用正極材料が提供される。   According to one aspect of the present invention, a core part including positive electrode active material particles and ROLi (R is a linear alkyl group or a linear acyl group) disposed on the surface of the core part are represented. There is provided a positive electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a shell portion containing a fluorinated compound in which 40 to 70% of hydrogen atoms in the R portion of the compound are substituted with fluorine atoms.

以下、本形態に係る正極材料が適用される非水電解質二次電池の好ましい実施形態として、非水電解質リチウムイオン二次電池について説明するが、以下の実施形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, as a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery to which the positive electrode material according to the present embodiment is applied, a nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery will be described, but the present invention is not limited to the following embodiment. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

図1は、扁平型(積層型)の双極型ではない非水電解質リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の基本構成を模式的に表した断面概略図である。図1に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体である電池外装材29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極と、セパレータ17と、負極とを積層した構成を有している。なお、セパレータ17は、非水電解質(例えば、液体電解質)を内蔵している。正極は、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された構造を有する。負極は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、セパレータ17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a basic configuration of a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “stacked battery”) that is not a flat (stacked) bipolar type. As shown in FIG. 1, the stacked battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a battery exterior material 29 that is an exterior body. Have. Here, the power generation element 21 has a configuration in which a positive electrode, a separator 17, and a negative electrode are stacked. The separator 17 contains a nonaqueous electrolyte (for example, a liquid electrolyte). The positive electrode has a structure in which the positive electrode active material layers 15 are disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 12. The negative electrode has a structure in which the negative electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 11. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13 adjacent thereto face each other with a separator 17 therebetween. Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the stacked battery 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel.

なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面または両面に正極活物質層が配置されているようにしてもよい。   In addition, although the negative electrode active material layer 13 is arrange | positioned only in the single side | surface at all the outermost layer positive electrode collectors located in both outermost layers of the electric power generation element 21, an active material layer may be provided in both surfaces. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer provided with an active material layer only on one side, a current collector having an active material layer on both sides may be used as it is as an outermost current collector. Further, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode as compared with FIG. 1, the outermost positive electrode current collector is positioned on both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost positive electrode current collector is disposed on one or both surfaces of the outermost layer positive electrode current collector. A positive electrode active material layer may be disposed.

正極集電体12および負極集電体11は、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板(タブ)27および負極集電板(タブ)25がそれぞれ取り付けられ、電池外装材29の端部に挟まれるようにして電池外装材29の外部に導出される構造を有している。正極集電板27および負極集電板25はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。   The positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11 are each provided with a positive electrode current collector plate (tab) 27 and a negative electrode current collector plate (tab) 25 that are electrically connected to the respective electrodes (positive electrode and negative electrode). It has the structure led out of the battery exterior material 29 so that it may be pinched | interposed into the edge part. The positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 of each electrode via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown), respectively, as necessary. Or resistance welding or the like.

なお、図1では、扁平型(積層型)の双極型ではない積層型電池を示したが、集電体の一方の面に電気的に結合した正極活物質層と、集電体の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層と、を有する双極型電極を含む双極型電池であってもよい。この場合、一の集電体が正極集電体および負極集電体を兼ねることとなる。   Note that FIG. 1 shows a flat battery (stacked battery) that is not a bipolar battery, but a positive electrode active material layer that is electrically coupled to one surface of the current collector and the opposite side of the current collector. And a bipolar battery including a bipolar electrode having a negative electrode active material layer electrically coupled to the surface. In this case, one current collector also serves as a positive electrode current collector and a negative electrode current collector.

以下、各部材について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, each member will be described in more detail.

≪正極≫
正極は、正極集電体と、前記正極集電体の表面に形成された正極活物質層とを有するものである。
≪Positive electrode≫
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector.

(正極集電体)
正極集電体を構成する材料に特に制限はないが、好適には金属が用いられる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅、その他合金等などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅が好ましい。
(Positive electrode current collector)
There is no particular limitation on the material constituting the positive electrode current collector, but a metal is preferably used. Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, and other alloys. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, and copper are preferable from the viewpoints of electronic conductivity and battery operating potential.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used. There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

(正極活物質層)
正極活物質層は、正極活物質を含む。本形態において、正極活物質は、所定のコア−シェル型正極材料を必須に含む。具体的に、本形態に係る正極材料は、正極活物質粒子を含むコア部と、前記コア部の表面に配置された、ROLi(Rは、直鎖アルキル基または直鎖アシル基である)で表される化合物におけるR部分の水素原子の40〜70%がフッ素原子で置換されたフッ素化化合物を含むシェル部とを有するものである。以下、当該コア−シェル型正極材料について、より詳細に説明する。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material. In this embodiment, the positive electrode active material essentially includes a predetermined core-shell type positive electrode material. Specifically, the positive electrode material according to the present embodiment is a core part including positive electrode active material particles and ROLi (R is a linear alkyl group or a linear acyl group) disposed on the surface of the core part. And a shell portion containing a fluorinated compound in which 40 to 70% of hydrogen atoms in the R portion in the compound represented are substituted with fluorine atoms. Hereinafter, the core-shell type positive electrode material will be described in more detail.

[コア部]
コア部は、正極活物質粒子を含む。コア部に含まれる正極活物質粒子を構成する正極活物質の具体的な形態について特に制限はなく、従来公知の正極活物質が用いられうる。かような正極活物質としては、例えば、リチウムニッケル系複合酸化物、スピネル系リチウムマンガン複合酸化物などが挙げられる。なかでも、電池の高容量化の観点から、コア部を構成する正極活物質粒子は、リチウムニッケル系複合酸化物を含むことが好ましく、
・リチウムニッケル系複合酸化物
リチウムニッケル系複合酸化物は、リチウムとニッケルとを含有する複合酸化物である限り、その組成は具体的に限定されない。リチウムとニッケルとを含有する複合酸化物の典型的な例としては、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)が挙げられる。ただし、リチウムニッケル複合酸化物のニッケル原子の一部が他の金属原子で置換された複合酸化物がより好ましく、好ましい例として、リチウム−ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン複合酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。加えて、LiNiOより高い熱安定性を有しているため、正極活物質として用いられるニッケル系複合酸化物の中でも特に有利である。
[Core]
The core portion includes positive electrode active material particles. There is no restriction | limiting in particular about the specific form of the positive electrode active material which comprises the positive electrode active material particle contained in a core part, A conventionally well-known positive electrode active material can be used. Examples of such a positive electrode active material include lithium nickel composite oxide and spinel lithium manganese composite oxide. Among these, from the viewpoint of increasing the capacity of the battery, the positive electrode active material particles constituting the core part preferably include a lithium nickel-based composite oxide,
-Lithium nickel complex oxide The composition of lithium nickel complex oxide is not specifically limited as long as it is a complex oxide containing lithium and nickel. A typical example of a composite oxide containing lithium and nickel is lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ). However, a composite oxide in which some of the nickel atoms of the lithium nickel composite oxide are substituted with other metal atoms is more preferable. As a preferable example, a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide (hereinafter simply referred to as “NMC composite”) is preferable. (Also referred to as “oxide”) has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni, and Co are arranged in order) are alternately stacked via an oxygen atomic layer. One Li atom is contained per atom, and the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel-based lithium-manganese composite oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained. In addition, since it has higher thermal stability than LiNiO 2 , it is particularly advantageous among the nickel-based composite oxides used as the positive electrode active material.

本明細書において、NMC複合酸化物は、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。   In the present specification, the NMC composite oxide includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is substituted with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu , Ag, Zn, etc., preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, From the viewpoint of improving cycle characteristics, Ti, Zr, Al, Mg, and Cr are more preferable.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable that the general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 (where a, b, c, d, x Satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, and b + c + d = 1. And at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr. Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the general formula (1). The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。   In general, nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of materials and improving electronic conductivity. Ti or the like partially replaces the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the general formula (1). Since at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr is dissolved, the crystal structure is stabilized. It is considered that the battery capacity can be prevented from decreasing even if the above is repeated, and that excellent cycle characteristics can be realized.

NMC複合酸化物において、例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2のように、ニッケル、マンガンおよびコバルトの金属組成が不均一であると、上記充放電時の複合酸化物のひずみ/割れの影響が大きくなる。これは、金属組成が不均一であるために、膨張収縮時に粒子内部にかかる応力にひずみが生じ、複合酸化物に割れがより生じやすくなるためであると考えられる。したがって、例えば、Niの存在比がリッチである複合酸化物(例えば、LiNi0.8Mn0.1Co0.1)や、Ni、MnおよびCoの存在比率が均一である複合酸化物(例えば、LiNi0.3Mn0.3Co0.3)と比較して、長期サイクル特性の低下(サイクル数の増加に伴う容量の低下)が顕著となる。一方、本形態に係る構成とすることにより、LiNi0.5Mn0.3Co0.2のように金属組成が不均一である複合酸化物においても、サイクル特性が改善されうる。 In the NMC composite oxide, for example, when the metal composition of nickel, manganese and cobalt is not uniform, such as LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , The effect of strain / cracking is increased. This is presumably because the stress applied to the inside of the particles during expansion and contraction is distorted and cracks are more likely to occur in the composite oxide due to the non-uniform metal composition. Therefore, for example, a complex oxide having a rich Ni abundance ratio (for example, LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 ) or a complex oxide having a uniform ratio of Ni, Mn, and Co. Compared with (for example, LiNi 0.3 Mn 0.3 Co 0.3 O 2 ), the deterioration of long-term cycle characteristics (decrease in capacity accompanying an increase in the number of cycles) becomes significant. On the other hand, with the configuration according to this embodiment, cycle characteristics can be improved even in a complex oxide having a non-uniform metal composition such as LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 .

したがって、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26である複合酸化物の正極活物質であると、長期サイクル特性に優れる電池が提供されうることから好ましい。   Therefore, in the general formula (1), composite oxides in which b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31, 0.19 ≦ d ≦ 0.26 The positive electrode active material is preferable because a battery having excellent long-term cycle characteristics can be provided.

NMC複合酸化物などのリチウムニッケル系複合酸化物は、共沈法、スプレードライ法など、種々公知の方法を選択して調製することができる。本形態に係る複合酸化物の調製が容易であることから、共沈法を用いることが好ましい。具体的に、NMC複合酸化物の合成方法としては、例えば、特開2011−105588号に記載の方法のように、共沈法によりニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物を製造した後、ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物と、リチウム化合物とを混合して焼成することにより得ることができる。以下、具体的に説明する。   Lithium nickel composite oxides such as NMC composite oxides can be prepared by selecting various known methods such as coprecipitation method and spray drying method. The coprecipitation method is preferably used because the complex oxide according to this embodiment is easy to prepare. Specifically, as a method for synthesizing the NMC composite oxide, for example, a nickel-cobalt-manganese composite oxide is produced by a coprecipitation method as in the method described in JP2011-105588A, and then nickel-cobalt. -It can be obtained by mixing and firing a manganese composite oxide and a lithium compound. This will be specifically described below.

複合酸化物の原料化合物、例えば、Ni化合物、Mn化合物およびCo化合物を、所望の活物質材料の組成となるように水などの適当な溶媒に溶解させる。Ni化合物、Mn化合物およびCo化合物としては、例えば、当該金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。Ni化合物、Mn化合物およびCo化合物として具体的には、例えば、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、酢酸ニッケル、酢酸コバルト、酢酸マンガンなどが挙げられるが、これらに制限されるものではない。この過程で、必要に応じて、さらに所望の活物質の組成になるように、活物質を構成する層状のリチウム金属複合酸化物の一部を置換する金属元素として、例えば、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCr等の少なくとも1種の金属元素を含む化合物をさらに混入させてもよい。   A raw material compound of the composite oxide, for example, a Ni compound, a Mn compound, and a Co compound is dissolved in an appropriate solvent such as water so as to have a desired composition of the active material. Examples of the Ni compound, Mn compound, and Co compound include sulfates, nitrates, carbonates, acetates, oxalates, oxides, hydroxides, and halides of the metal elements. Specific examples of the Ni compound, Mn compound, and Co compound include, but are not limited to, nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, nickel acetate, cobalt acetate, and manganese acetate. In this process, as necessary, for example, Ti, Zr, Nb as a metal element that substitutes a part of the layered lithium metal composite oxide constituting the active material so as to have a desired active material composition. , W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and a compound containing at least one metal element such as Cr may be further mixed.

上記原料化合物とアルカリ溶液とを用いた中和、沈殿反応により共沈反応を行うことができる。これにより、上記原料化合物に含まれる金属を含有する金属複合水酸化物、金属複合炭酸塩が得られる。アルカリ溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等の水溶液を用いることができるが、中和反応用に水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又はそれらの混合溶液を用いることが好ましい。加えて、錯体反応用にアンモニア水溶液やアンモニウム塩を用いることが好ましい。   A coprecipitation reaction can be performed by a neutralization and precipitation reaction using the raw material compound and an alkaline solution. Thereby, the metal composite hydroxide and metal composite carbonate containing the metal contained in the said raw material compound are obtained. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, ammonia or the like can be used, but sodium hydroxide, sodium carbonate or a mixed solution thereof is preferably used for the neutralization reaction. . In addition, an aqueous ammonia solution or an ammonium salt is preferably used for the complex reaction.

中和反応に用いるアルカリ溶液の添加量は、含有する全金属塩の中和分に対して当量比1.0でよいが、pH調整のためにアルカリ過剰分を合わせて添加することが好ましい。   The addition amount of the alkaline solution used for the neutralization reaction may be an equivalent ratio of 1.0 with respect to the neutralized amount of all the metal salts contained, but it is preferable to add the alkali excess together for pH adjustment.

錯体反応に用いるアンモニア水溶液やアンモニウム塩の添加量は、反応液中のアンモニア濃度が0.01〜2.00mol/Lの範囲で添加することが好ましい。反応溶液のpHは10.0〜13.0の範囲に制御することが好適である。また、反応温度は30℃以上が好ましく、より好ましくは30〜60℃である。   As for the addition amount of the aqueous ammonia solution or ammonium salt used for the complex reaction, the ammonia concentration in the reaction solution is preferably added in the range of 0.01 to 2.00 mol / L. The pH of the reaction solution is preferably controlled in the range of 10.0 to 13.0. The reaction temperature is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 30 to 60 ° C.

共沈反応で得られた複合水酸化物は、その後、吸引ろ過し、水洗して、乾燥することが好ましい。なお、共沈反応を行う際の条件(攪拌時間、アルカリ濃度など)を調節することで、複合水酸化物の粒子径を制御することができ、これが最終的に得られる正極活物質の二次粒子の平均粒子径に影響する。   The composite hydroxide obtained by the coprecipitation reaction is then preferably suction filtered, washed with water and dried. The particle size of the composite hydroxide can be controlled by adjusting the conditions (stirring time, alkali concentration, etc.) for carrying out the coprecipitation reaction, which is the secondary electrode of the positive electrode active material finally obtained. Affects the average particle size of the particles.

次いで、ニッケル−コバルト−マンガン複合水酸化物をリチウム化合物と混合して焼成することによりリチウム−ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物を得ることができる。Li化合物としては、例えば、水酸化リチウムまたはその水和物、過酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウム等がある。   Next, the nickel-cobalt-manganese composite hydroxide is mixed with a lithium compound and fired to obtain a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide. Examples of the Li compound include lithium hydroxide or a hydrate thereof, lithium peroxide, lithium nitrate, and lithium carbonate.

焼成処理は、1段階であってもよいが、2段階(仮焼成および本焼成)で行うことが好ましい。2段階の焼成により、効率よく複合酸化物を得ることができる。仮焼成条件としては、特に限定されるものではなく、リチウム原料によっても異なるため一義的に規定することは困難である。ここで、特に平均一次粒子径および結晶子径を制御するための因子としては、焼成(2段階の場合には仮焼成および本焼成)時の焼成温度および焼成時間が特に重要であり、これらを以下のような傾向に基づき調節することで、平均一次粒子径および結晶子径を制御することが可能である。すなわち、焼成時間を長くすると、平均一次粒子径および結晶子径は大きくなる。また、焼成温度を高くすると、平均一次粒子径および結晶子径は大きくなる。なお、昇温速度は室温から1〜20℃/分であることが好ましい。また、雰囲気は、空気中ないし酸素雰囲気下であることが好ましい。ここで、Li原料に炭酸リチウムを用いて、NMC複合酸化物を合成する場合において、仮焼成温度は、好ましくは500〜900℃であり、より好ましくは600〜800℃であり、さらに好ましくは650〜750℃である。さらに、仮焼成時間は、好ましくは0.5〜10時間であり、より好ましくは4〜6時間である。一方、本焼成の条件についても特に限定されるものではないが、昇温速度は室温から1〜20℃/分であることが好ましい。また、雰囲気は、空気中ないし酸素雰囲気下であることが好ましい。また、Li原料に炭酸リチウムを用いて、NMC複合酸化物を合成する場合において、焼成温度は、好ましくは800〜1200℃であり、より好ましくは850〜1100℃であり、さらに好ましくは900〜1050℃である。さらに、焼成時間は、好ましくは1〜20時間であり、より好ましくは8〜12時間である。   The firing process may be performed in one stage, but is preferably performed in two stages (temporary firing and main firing). A composite oxide can be obtained efficiently by two-stage firing. The pre-baking conditions are not particularly limited, and differ depending on the lithium raw material, so that it is difficult to uniquely define them. Here, the factors for controlling the average primary particle size and crystallite size are particularly important as the firing temperature and firing time during firing (temporary firing and main firing in the case of two stages). By adjusting based on the following tendency, the average primary particle diameter and crystallite diameter can be controlled. That is, when the firing time is lengthened, the average primary particle diameter and crystallite diameter increase. Further, when the firing temperature is increased, the average primary particle size and crystallite size are increased. In addition, it is preferable that a temperature increase rate is 1-20 degrees C / min from room temperature. The atmosphere is preferably in air or in an oxygen atmosphere. Here, in the case of synthesizing the NMC composite oxide using lithium carbonate as the Li raw material, the pre-baking temperature is preferably 500 to 900 ° C, more preferably 600 to 800 ° C, and further preferably 650. ~ 750 ° C. Furthermore, the pre-baking time is preferably 0.5 to 10 hours, and more preferably 4 to 6 hours. On the other hand, the conditions for the main firing are not particularly limited, but the rate of temperature rise is preferably from room temperature to 1 to 20 ° C./min. The atmosphere is preferably in air or in an oxygen atmosphere. In the case of synthesizing an NMC composite oxide using lithium carbonate as a Li raw material, the firing temperature is preferably 800 to 1200 ° C, more preferably 850 to 1100 ° C, and still more preferably 900 to 1050. ° C. Furthermore, baking time becomes like this. Preferably it is 1 to 20 hours, More preferably, it is 8 to 12 hours.

必要に応じて、活物質材料を構成する層状のリチウム金属複合酸化物の一部を置換する金属元素を微量添加する場合、該方法としては、あらかじめニッケル、コバルト、マンガン酸塩と混合する方法、ニッケル、コバルト、マンガン酸塩と同時に添加する方法、反応途中で反応溶液に添加する方法、Li化合物とともにニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物に添加する方法などいずれの手段を用いても構わない。   If necessary, when adding a trace amount of a metal element that replaces a part of the layered lithium metal composite oxide constituting the active material, as the method, a method of previously mixing with nickel, cobalt, manganate, Any means such as a method of adding nickel, cobalt and manganate simultaneously, a method of adding to the reaction solution during the reaction, a method of adding to the nickel-cobalt-manganese composite oxide together with the Li compound may be used.

リチウムニッケル系複合酸化物は、反応溶液のpH、反応温度、反応濃度、添加速度、攪拌時間などの反応条件を適宜調整することにより製造することができる。   The lithium nickel composite oxide can be produced by appropriately adjusting reaction conditions such as pH of the reaction solution, reaction temperature, reaction concentration, addition rate, and stirring time.

・スピネル系リチウムマンガン複合酸化物
スピネル系リチウムマンガン複合酸化物は、典型的にはLiMnの組成を有し、スピネル構造を有する、リチウムおよびマンガンを必須に含有する複合酸化物であり、その具体的な構成や製造方法については、従来公知の知見が適宜参照されうる。
Spinel-based lithium manganese composite oxide Spinel-based lithium manganese composite oxide is a composite oxide that typically has a composition of LiMn 2 O 4 and has a spinel structure and essentially contains lithium and manganese. Conventionally known knowledge can be appropriately referred to for the specific configuration and manufacturing method.

コア部を構成する正極活物質粒子は、通常、一次粒子が凝集してなる二次粒子の構成を有している。そして、当該一次粒子の平均粒子径(平均一次粒子径)は、好ましくは0.9μm以下であり、より好ましくは0.20〜0.6μmであり、さらに好ましくは0.25〜0.5μmである。また、二次粒子の平均粒子径(平均二次粒子径(D50))は、好ましくは3〜20μmであり、より好ましくは5〜15μmである。さらに、これらの比の値(平均二次粒子径/平均一次粒子径)は、11より大きいことが好ましく、より好ましくは15〜50であり、さらに好ましくは25〜40である。ここで、本明細書において、コア部を構成する正極活物質粒子の平均一次粒子径および平均二次粒子径の値は、公知の手法により測定可能であるが、特に平均二次粒子径については、レーザー回折法により測定した値を採用するものとする。   The positive electrode active material particles constituting the core portion usually have a secondary particle configuration in which primary particles are aggregated. And the average particle diameter (average primary particle diameter) of the said primary particle becomes like this. Preferably it is 0.9 micrometer or less, More preferably, it is 0.20-0.6 micrometer, More preferably, it is 0.25-0.5 micrometer. is there. Moreover, the average particle diameter (average secondary particle diameter (D50)) of the secondary particles is preferably 3 to 20 μm, more preferably 5 to 15 μm. Furthermore, the value of these ratios (average secondary particle size / average primary particle size) is preferably greater than 11, more preferably 15 to 50, and even more preferably 25 to 40. Here, in this specification, the values of the average primary particle diameter and the average secondary particle diameter of the positive electrode active material particles constituting the core part can be measured by a known method, but particularly about the average secondary particle diameter. The value measured by the laser diffraction method shall be adopted.

[シェル部(フッ素化化合物)]
シェル部は、上述した正極活物質粒子を含むコア部の表面に配置され、所定のフッ素化化合物を含む点に特徴がある。具体的に、本形態に係る正極材料におけるシェル部は、ROLi(Rは、直鎖アルキル基または直鎖アシル基である)で表される化合物における水素原子の40〜70%がフッ素原子で置換されたフッ素化化合物を含む点に特徴がある。
[Shell part (fluorinated compound)]
The shell part is characterized in that it is disposed on the surface of the core part including the positive electrode active material particles described above and contains a predetermined fluorinated compound. Specifically, the shell portion in the positive electrode material according to the present embodiment is such that 40 to 70% of hydrogen atoms in the compound represented by ROLi (R is a linear alkyl group or a linear acyl group) are substituted with fluorine atoms. It is characterized in that it contains a modified fluorinated compound.

ここで、上記フッ素化化合物(ROLi)におけるRは、直鎖アルキル基または直鎖アシル基である。これらの基の炭素原子数は特に制限されないが、本発明の作用効果を十分に発揮させるという観点からは、直鎖アルキル基の炭素原子数は、好ましくは1〜7であり、より好ましくは1〜5である。また、直鎖アシル基の炭素原子数は、好ましくは2〜7であり、より好ましくは2〜5である。   Here, R in the fluorinated compound (ROLi) is a linear alkyl group or a linear acyl group. The number of carbon atoms of these groups is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently exerting the effects of the present invention, the number of carbon atoms of the linear alkyl group is preferably 1 to 7, more preferably 1 ~ 5. Moreover, the number of carbon atoms of the linear acyl group is preferably 2 to 7, and more preferably 2 to 5.

直鎖アルキル基の具体例としては、例えば、メチル基(CH−)、エチル基(C−)、n−プロピル基(C−)、n−ブチル基(C−)、n−ペンチル基(C11−)、n−ヘキシル基(C13−)、n−ヘプチル基(C15−)などが挙げられる。また、直鎖アシル基の具体例としては、例えば、アセチル基(CHCO−)、n−プロパノイル基(CCO−)、n−ブタノイル基(CCO−)、n−ペンタノイル基(CCO−)、n−ヘキサノイル基(C11CO−)、n−ヘプタノイル基(C13CO−)などが挙げられる。 Specific examples of the linear alkyl group include, for example, a methyl group (CH 3 —), an ethyl group (C 2 H 5 —), an n-propyl group (C 3 H 7 —), an n-butyl group (C 4 H). 9 -), n-pentyl group (C 5 H 11 -), n- hexyl group (C 6 H 13 -), n- heptyl (C 7 H 15 -), and the like. Specific examples of the linear acyl group include, for example, an acetyl group (CH 3 CO—), an n-propanoyl group (C 2 H 5 CO—), an n-butanoyl group (C 3 H 7 CO—), n - pentanoyl group (C 4 H 9 CO -) , n- hexanoyl group (C 5 H 11 CO -) , n- heptanoyl (C 6 H 13 CO-), and the like.

そして、本形態に係る正極材料においてシェル部に含まれるフッ素化化合物は、上述したROLiにおけるR部分の水素原子の40〜70%がフッ素原子で置換された化合物である。当該割合(フッ素化率)は、好ましくは50〜70%であり、より好ましくは60〜70%である。ここで、Rが直鎖アルキル基の場合の当該フッ素化化合物の具体例としては、例えば、CHFOLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、COLi、C10OLiが挙げられる。同様に、Rが直鎖アシル基の場合の当該フッ素化化合物の具体例としては、例えば、CHFCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLi、CCOOLiが挙げられる。なかでも、電解液の酸化分解や電池の自己放電を抑制する効果に優れるという観点から、上記フッ素化化合物に対応するROLiにおけるRは直鎖アシル基であることが好ましく、炭素原子数2〜7の直鎖アシル基であることがより好ましく、炭素原子数2〜5の直鎖アシル基であることがさらに好ましく、炭素原子数2〜3の直鎖アシル基であることが特に好ましく、炭素原子数2の直鎖アシル基(アセチル基)であることが最も好ましい。言い換えれば、本発明に係るフッ素化化合物としては、ジフルオロ酢酸リチウム(CHFCOOLi)が最も好ましい。なお、上記フッ素化率の値の下限を40%以上としたのは、フッ素化率が小さすぎる化合物では高温時に熱分解してしまい、上述した効果を十分に発揮することができないためである。一方、上記フッ素化率の値の上限を70%以下としたのは、フッ素化率が大きすぎる化合物は電解液を構成する溶媒に溶解してしまい、やはり上述した効果を十分に発揮することができないためである。また、上述したROLiにおけるR部分の構造を直鎖構造のものに限ったのは、コア部の表面にシェル部を形成するための溶液中での分散性が劣り、均一なシェル部を作製することができないためである。 And the fluorinated compound contained in a shell part in the positive electrode material which concerns on this form is a compound by which 40 to 70% of the hydrogen atoms of R part in ROLi mentioned above were substituted by the fluorine atom. The said ratio (fluorination rate) becomes like this. Preferably it is 50 to 70%, More preferably, it is 60 to 70%. Here, specific examples of the fluorinated compound when R is a linear alkyl group include, for example, CHF 2 OLi, C 2 H 3 F 2 OLi, C 2 H 2 F 3 OLi, and C 3 H 4 F 3. OLi, C 3 H 3 F 4 OLi, C 4 H 5 F 4 OLi, C 4 H 4 F 5 OLi, C 4 H 3 F 6 OLi, C 5 H 6 F 5 OLi, C 5 H 5 F 6 OLi, C 5 H 4 F 7 OLi, C 6 H 7 F 6 OLi, C 6 H 6 F 7 OLi, C 6 H 5 F 8 OLi, C 6 H 4 F 9 OLi, C 7 H 9 F 6 OLi, C 7 H 8 F 7 OLi, C 7 H 7 F 8 OLi, C 7 H 6 F 9 OLi, include C 7 H 5 F 10 OLi. Similarly, specific examples of the fluorinated compound when R is a linear acyl group include, for example, CHF 2 COOLi, C 2 H 3 F 2 COOLi, C 2 H 2 F 3 COOLi, and C 3 H 4 F 3. COOLi, C 3 H 3 F 4 COOLi, C 4 H 5 F 4 COOLi, C 4 H 4 F 5 COOLi, C 4 H 3 F 6 COOLi, C 5 H 6 F 5 COOLi, C 5 H 5 F 6 COOLi, C 5 H 4 F 7 COOLi, C 6 H 7 F 6 COOLi, C 6 H 6 F 7 COOLi, C 6 H 5 F 8 COOLi, include C 6 H 4 F 9 COOLi. Among these, from the viewpoint of excellent effects of suppressing oxidative decomposition of the electrolyte and self-discharge of the battery, R in ROLi corresponding to the fluorinated compound is preferably a linear acyl group, and has 2 to 7 carbon atoms. Is more preferably a linear acyl group having 2 to 5 carbon atoms, particularly preferably a linear acyl group having 2 to 3 carbon atoms, Most preferably, it is a straight-chain acyl group (acetyl group) of formula 2. In other words, as the fluorinated compound according to the present invention, lithium difluoroacetate (CHF 2 COOLi) is most preferable. The reason why the lower limit of the value of the fluorination rate is set to 40% or more is that a compound having a too low fluorination rate is thermally decomposed at a high temperature and cannot sufficiently exhibit the above-described effects. On the other hand, the upper limit of the value of the fluorination rate is set to 70% or less because a compound having a too high fluorination rate is dissolved in the solvent constituting the electrolytic solution, and the above-described effects can be sufficiently exhibited. This is because it cannot be done. Moreover, the structure of the R portion in the above-mentioned ROLi is limited to a straight-chain structure because the dispersibility in the solution for forming the shell portion on the surface of the core portion is poor and a uniform shell portion is produced. It is because it cannot be done.

ここで、上述した所定のフッ素化化合物を含むシェル部を、正極活物質粒子を含むコア部の表面に形成することによって電解液の酸化分解や電池の自己放電を抑制する効果が発揮されるメカニズムは完全には明らかではないが、以下のメカニズムが推定されている。すなわち、上記所定のフッ素化化合物を含むシェル部がコア部の表面に配置されることで、正極活物質の表面が電解液に直接接触しにくくなって正極活物質の耐酸化性が向上する。すなわち、正極活物質の露出表面と電解液との接触確率が低下することによって、これらが接触することによる酸化分解反応の進行が十分に抑えられるものと考えられる。また、上記所定のフッ素化化合物を含むシェル部がコア部の表面に配置されることで、正極活物質の表面におけるリチウムイオンの拡散抵抗が上昇する。その結果、充電状態において負極に吸蔵されているリチウムイオンが外部負荷を通過せずに電池内部を通過して正極活物質中に戻る現象(これが自己放電の原因である)が発生しにくくなる。その結果、非水電解質二次電池における自己放電が十分に抑制されるものと考えられる。ここで、正極活物質粒子の表面においてリチウムイオンの拡散抵抗が上昇すると、電池の内部抵抗も上昇してしまうようにも思われるが、本発明者の検討によれば、上述した各種の効果を十分に発現できる程度に厚い(例えば、30nm程度の厚さの)シェル部を形成したとしても、リチウムイオンの拡散抵抗は20%程度しか上昇しないことが判明している。このことは、上述した各種の効果を十分に発揮しながらも、電池の内部抵抗を大幅には上昇させることはないことから、本発明は極めて優れた技術を提供するものであることを意味している。   Here, the mechanism that the effect of suppressing the oxidative decomposition of the electrolytic solution and the self-discharge of the battery is exhibited by forming the shell portion containing the above-mentioned predetermined fluorinated compound on the surface of the core portion containing the positive electrode active material particles. Although not completely clear, the following mechanism is presumed. That is, when the shell portion containing the predetermined fluorinated compound is disposed on the surface of the core portion, the surface of the positive electrode active material is less likely to be in direct contact with the electrolytic solution, and the oxidation resistance of the positive electrode active material is improved. That is, it is considered that the progress of the oxidative decomposition reaction due to the contact between the exposed surface of the positive electrode active material and the electrolytic solution is sufficiently suppressed by decreasing the contact probability. Moreover, the diffusion resistance of lithium ions on the surface of the positive electrode active material is increased by disposing the shell portion containing the predetermined fluorinated compound on the surface of the core portion. As a result, it is difficult for lithium ions occluded in the negative electrode to pass through the inside of the battery and return to the positive electrode active material in the charged state (this is a cause of self-discharge). As a result, it is considered that self-discharge in the nonaqueous electrolyte secondary battery is sufficiently suppressed. Here, when the diffusion resistance of lithium ions increases on the surface of the positive electrode active material particles, it seems that the internal resistance of the battery also increases. It has been found that the diffusion resistance of lithium ions increases only by about 20% even when a shell portion that is sufficiently thick (for example, a thickness of about 30 nm) is formed. This means that the present invention provides an extremely excellent technique because the internal resistance of the battery is not significantly increased while sufficiently exhibiting the various effects described above. ing.

コア部の表面に配置されたシェル部の厚さ(シェル部が形成されていない部位が存在する場合には、シェル部が形成された部位における平均厚さ)について特に制限はないが、電池の高出力化および安全性の向上の観点から、好ましくは5〜40nmであり、より好ましくは10〜35nmであり、さらに好ましくは15〜35nmであり、特に好ましくは15〜30nmである。なお、シェル部の厚さの値は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定された値を採用するものとする。   There is no particular limitation on the thickness of the shell portion disposed on the surface of the core portion (when there is a portion where the shell portion is not formed, the average thickness at the portion where the shell portion is formed), From the viewpoint of higher output and improved safety, the thickness is preferably 5 to 40 nm, more preferably 10 to 35 nm, still more preferably 15 to 35 nm, and particularly preferably 15 to 30 nm. In addition, the value measured by observation using a scanning electron microscope (SEM) shall be employ | adopted for the value of the thickness of a shell part.

また、コア部の表面においてシェル部が配置されている部位の面積比率(被覆率)についても特に制限はないが、本形態に係る正極材料においては、被覆率が大きいほど電解液の酸化分解や電池の自己放電の抑制効果は高いことが判明している。このため、シェル部によるコア部の被覆率は、好ましくは50%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、特に好ましくは95%以上である。なお、被覆率の上限値について特に制限はないが、理論上は100%である。ここで、特許文献1に記載されている手法では、活物質粒子の表面に存在するヒドロキシ基(−OH基)をフッ素化することで活物質粒子の表面の耐酸化性を向上させている。このような手法によるフッ素化では、ヒドロキシ基が存在する部位のみがフッ素化されることから、活物質粒子の表面の全体にわたってフッ素化を達成することはできない。   Further, the area ratio (coverage) of the portion where the shell portion is disposed on the surface of the core portion is not particularly limited, but in the positive electrode material according to the present embodiment, the larger the coverage, It has been found that the effect of suppressing the self-discharge of the battery is high. For this reason, the coverage of the core part by the shell part is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. The upper limit value of the coverage is not particularly limited, but is theoretically 100%. Here, in the method described in Patent Document 1, the oxidation resistance of the surface of the active material particles is improved by fluorinating the hydroxy group (—OH group) present on the surface of the active material particles. In the fluorination by such a technique, only the site where the hydroxy group exists is fluorinated, so that fluorination cannot be achieved over the entire surface of the active material particles.

コア部の表面にシェル部を形成する手法について特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。コア部の表面にシェル部を形成する手法の一例としては、例えば、物理的処理や電気化学的処理を用いてコア部の表面にシェル部を形成する方法が挙げられる。すなわち、本発明の他の形態によれば、上述した本発明の一形態に係る正極材料の製造方法であって、物理的処理または電気化学的処理を用いてコア部の表面にシェル部を形成することを含む、製造方法が提供される。これらの方法によれば、コア部の表面にシェル部を有する正極材料を簡便な手法により作製することが可能である。   There is no restriction | limiting in particular about the method of forming a shell part in the surface of a core part, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably. As an example of the method of forming the shell portion on the surface of the core portion, for example, a method of forming the shell portion on the surface of the core portion using physical treatment or electrochemical treatment can be given. That is, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a positive electrode material according to one aspect of the present invention described above, wherein a shell part is formed on a surface of a core part using physical treatment or electrochemical treatment. A manufacturing method is provided. According to these methods, it is possible to produce a positive electrode material having a shell portion on the surface of the core portion by a simple technique.

物理的処理によってシェル部を形成する方法として、例えば、フッ素化化合物を溶媒に溶解させた溶液に正極活物質粒子を接触させる方法が挙げられる。この場合、まず、適当な溶媒に上記フッ素化化合物を溶解させた溶液を調製する。次いで、コア部を構成する正極活物質粒子を当該溶液に接触させることによりコア部(正極活物質粒子)の表面にフッ素化化合物を付着させる。その後、表面にフッ素化化合物が付着したコア部(正極活物質粒子)を上記溶液から分離し、乾燥させて、本発明に係るコア−シェル型の正極材料を得ることができる。この際、コア部(正極活物質粒子)と接触させる溶液を構成する溶媒としては、ジフルオロ酢酸メチル(CHFCOOCH)やジフルオロ酢酸エチル(CHFCOOCHCH)などの他、ジフルオロ酢酸プロピル等が用いられうる。また、当該溶液中のフッ素化化合物の濃度について特に制限はないが、一例として、上記溶媒100質量%に対して、フッ素化化合物を5〜15質量%程度溶解させた溶液が用いられうる。また、当該溶液をコア部(正極活物質粒子)と接触させる際の温度や接触させる時間についても特に制限はなく、当業者であれば適宜選択することが可能である。なお、当該溶液中のフッ素化化合物の濃度が大きいほど、また、接触時間が長いほど、シェル部によるコア部の被覆率やシェル部の厚さを大きくすることができる。 As a method for forming the shell portion by physical treatment, for example, a method in which positive electrode active material particles are brought into contact with a solution in which a fluorinated compound is dissolved in a solvent can be mentioned. In this case, first, a solution in which the fluorinated compound is dissolved in an appropriate solvent is prepared. Next, the fluorinated compound is attached to the surface of the core part (positive electrode active material particles) by bringing the positive electrode active material particles constituting the core part into contact with the solution. Thereafter, the core part (positive electrode active material particles) having a fluorinated compound attached to the surface is separated from the solution and dried to obtain the core-shell type positive electrode material according to the present invention. At this time, as a solvent constituting the solution to be brought into contact with the core part (positive electrode active material particles), methyl difluoroacetate (CHF 2 COOCH 3 ), ethyl difluoroacetate (CHF 2 COOCH 2 CH 3 ), and the like, propyl difluoroacetate Etc. can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the density | concentration of the fluorinated compound in the said solution, As an example, the solution which dissolved about 5-15 mass% of fluorinated compounds with respect to 100 mass% of said solvents may be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the temperature at the time of making the said solution contact with a core part (positive electrode active material particle), and making it contact, If it is an expert, it can select suitably. In addition, the coverage of the core part by a shell part and the thickness of a shell part can be enlarged, so that the density | concentration of the fluorinated compound in the said solution is large and contact time is long.

なお、物理的処理によってシェル部を形成する方法としては、上記の方法以外にも、例えば、ゾルゲル法、スパッタ法、スピンコート法、静電噴霧体積法、パルスレーザー法などが用いられうる。   In addition, as a method for forming the shell portion by physical treatment, for example, a sol-gel method, a sputtering method, a spin coating method, an electrostatic spray volume method, a pulse laser method, or the like can be used.

一方、電気化学的処理によってシェル部を形成する場合には、シェル部が形成されていないコア部(正極活物質粒子)を正極材料として正極活物質層に含ませておく。その一方で、ジフルオロ酢酸メチル(CHFCOOCH)やジフルオロ酢酸エチル(CHFCOOCH)などの溶媒をフッ素化化合物の前駆体として電解液に含ませておく。この際、電解液に含ませておく上記前駆体の量について特に制限はないが、通常は、電解液(溶媒+リチウム塩)100体積%に対して、10〜35体積%程度の上記前駆体を含ませておけばよい。これにより、電池の充放電(主として、初回放電)の際に、対応するフッ素化化合物(上記前駆体を用いた場合には、ジフルオロ酢酸リチウム(CHFCOOLi))からなるシェル部をコア部の表面に形成することができるのである。ここで、シェル部を形成するための充放電の条件について特に制限はなく、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池の充放電に従来用いられている充放電条件(例えば、4.2〜3.0Vの電圧範囲で、0.2Cの充電電流値)がそのまま適用可能である。一例として、本発明者の検討によれば、電解液100体積%(溶媒+リチウム塩)に対して20体積%のジフルオロ酢酸メチル(CHFCOOCH)を添加しておき、上記で例示した充放電条件で初回充放電を行ったところ、約20nmの厚さのジフルオロ酢酸リチウム(CHFCOOLi)からなるシェル部が形成されることが確認されている。 On the other hand, when the shell part is formed by electrochemical treatment, the core part (positive electrode active material particles) in which the shell part is not formed is included in the positive electrode active material layer as a positive electrode material. On the other hand, a solvent such as methyl difluoroacetate (CHF 2 COOCH 3 ) or ethyl difluoroacetate (CHF 2 COOCH 3 ) is included in the electrolytic solution as a precursor of the fluorinated compound. At this time, the amount of the precursor to be contained in the electrolytic solution is not particularly limited. Usually, the precursor is about 10 to 35% by volume with respect to 100% by volume of the electrolytic solution (solvent + lithium salt). Should be included. Thus, during charging / discharging (mainly initial discharge) of the battery, the shell portion made of the corresponding fluorinated compound (in the case of using the above precursor, lithium difluoroacetate (CHF 2 COOLi)) is changed to the core portion. It can be formed on the surface. Here, there is no restriction | limiting in particular about the conditions of charging / discharging for forming a shell part, The charging / discharging conditions conventionally used for charging / discharging of nonaqueous electrolyte secondary batteries, such as a lithium ion secondary battery (for example, 4. In the voltage range of 2 to 3.0 V, a charging current value of 0.2 C is applicable as it is. As an example, according to the study of the present inventors, 20% by volume of methyl difluoroacetate (CHF 2 COOCH 3 ) is added to 100% by volume (solvent + lithium salt) of the electrolytic solution, and the charge exemplified above is used. When first charge / discharge was performed under the discharge conditions, it was confirmed that a shell portion made of lithium difluoroacetate (CHF 2 COOLi) having a thickness of about 20 nm was formed.

・その他の成分
正極活物質層は上述した正極材料の他、必要に応じて、導電助剤、バインダー、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩(ただし、上記フッ素化化合物を除く)などのその他の添加剤をさらに含む。ただし、正極活物質層および後述の負極活物質層中、活物質として機能しうる材料の含有量は、85〜99.5質量%であることが好ましい。
-Other components In addition to the positive electrode material described above, the positive electrode active material layer includes a conductive additive, a binder, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolyte, etc.), and lithium for enhancing ion conductivity as necessary. It further contains other additives such as salts (excluding the above fluorinated compounds). However, the content of a material that can function as an active material in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer described later is preferably 85 to 99.5% by mass.

(バインダー)
正極活物質層に用いられるバインダーとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。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(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその塩、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン―ブタジエンゴム(SBR)、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、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのバインダーは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(binder)
Although it does not specifically limit as a binder used for a positive electrode active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC) and its salts, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Thermoplastic polymers such as products, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (F P), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) ), Fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP) -TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene Fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFMVE-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluorine Examples thereof include vinylidene fluoride fluorine rubber such as rubber (VDF-CTFE fluorine rubber), epoxy resin, and the like. These binders may be used independently and may use 2 or more types together.

正極活物質層中に含まれるバインダー量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the binder contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the active material layer. More preferably, it is 1-10 mass%.

正極活物質層は、必要に応じて、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。   The positive electrode active material layer further includes other additives such as a conductive additive, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and a lithium salt for enhancing ion conductivity, as necessary.

導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。   The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Examples of the conductive aid include carbon materials such as carbon black such as ketjen black and acetylene black, and carbon fibers. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層および後述の負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。各活物質層の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。   The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the later-described negative electrode active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries. The thickness of each active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. For example, the thickness of each active material layer is about 2 to 100 μm.

≪負極≫
負極は、正極と同様、負極集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる構成を有する。ここで、負極集電体は正極集電体と同様の構成を有しうる。
≪Negative electrode≫
Similar to the positive electrode, the negative electrode has a structure in which a negative electrode active material layer is formed on the surface of the negative electrode current collector. Here, the negative electrode current collector can have the same configuration as the positive electrode current collector.

[負極活物質層]
負極活物質層は負極活物質を含み、必要に応じて、導電助剤、バインダー、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤をさらに含む。導電助剤、バインダー、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などのその他の添加剤については、上記正極活物質層の欄で述べたものと同様である。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and, if necessary, other materials such as a conductive aid, a binder, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolyte, etc.), and a lithium salt for increasing ion conductivity. Further includes an additive. Other additives such as conductive assistants, binders, electrolytes (polymer matrix, ion conductive polymers, electrolytes, etc.) and lithium salts for improving ion conductivity are those described in the above positive electrode active material layer column. It is the same.

負極活物質としては、例えば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite (graphite), soft carbon, and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials, lithium alloy negative electrode materials, and the like. Is mentioned. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a carbon material or a lithium-transition metal composite oxide is used as the negative electrode active material. Of course, negative electrode active materials other than those described above may be used.

負極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。   The average particle diameter of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

負極活物質層においては、少なくとも水系バインダーを含むことが好ましい。水系バインダーは、結着力が高い。また、原料としての水の調達が容易であることに加え、乾燥時に発生するのは水蒸気であるため、製造ラインへの設備投資が大幅に抑制でき、環境負荷の低減を図ることができるという利点がある。   The negative electrode active material layer preferably contains at least an aqueous binder. A water-based binder has a high binding power. In addition, it is easy to procure water as a raw material, and since steam is generated at the time of drying, the capital investment in the production line can be greatly suppressed, and the environmental load can be reduced. There is.

水系バインダーとは水を溶媒もしくは分散媒体とするバインダーをいい、具体的には熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、水溶性高分子など、またはこれらの混合物が該当する。ここで、水を分散媒体とするバインダーとは、ラテックスまたはエマルジョンと表現される全てを含み、水と乳化または水に懸濁したポリマーを指し、例えば自己乳化するような系で乳化重合したポリマーラテックス類が挙げられる。   The water-based binder refers to a binder using water as a solvent or a dispersion medium, and specifically includes a thermoplastic resin, a polymer having rubber elasticity, a water-soluble polymer, or a mixture thereof. Here, the binder using water as a dispersion medium refers to a polymer that includes all expressed as latex or emulsion and is emulsified or suspended in water. For example, a polymer latex that is emulsion-polymerized in a system that self-emulsifies. Kind.

水系バインダーとしては、具体的にはスチレン系高分子(スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル共重合体等)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエンゴム、(メタ)アクリル系高分子(ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリメチルメタクリレート(メタクリル酸メチルゴム)、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヘキシルアクリレート、ポリヘキシルメタクリレート、ポリエチルヘキシルアクリレート、ポリエチルヘキシルメタクリレート、ポリラウリルアクリレート、ポリラウリルメタクリレート等)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂;ポリビニルアルコール(平均重合度は、好適には200〜4000、より好適には、1000〜3000、ケン化度は好適には80モル%以上、より好適には90モル%以上)およびその変性体(エチレン/酢酸ビニル=2/98〜30/70モル比の共重合体の酢酸ビニル単位のうちの1〜80モル%ケン化物、ポリビニルアルコールの1〜50モル%部分アセタール化物等)、デンプンおよびその変性体(酸化デンプン、リン酸エステル化デンプン、カチオン化デンプン等)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレングリコール、(メタ)アクリルアミドおよび/または(メタ)アクリル酸塩の共重合体[(メタ)アクリルアミド重合体、(メタ)アクリルアミド−(メタ)アクリル酸塩共重合体、(メタ)アクリル酸アルキル(炭素数1〜4)エステル−(メタ)アクリル酸塩共重合体など]、スチレン−マレイン酸塩共重合体、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性体、ホルマリン縮合型樹脂(尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂等)、ポリアミドポリアミンもしくはジアルキルアミン−エピクロルヒドリン共重合体、ポリエチレンイミン、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白、並びにガラクトマンナン誘導体等の水溶性高分子などが挙げられる。これらの水系バインダーは1種単独で用いてもよいし、2種以上併用して用いてもよい。   Specific examples of water-based binders include styrene polymers (styrene-butadiene rubber, styrene-vinyl acetate copolymer, styrene-acrylic copolymer, etc.), acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, (meta ) Acrylic polymers (polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl acrylate, polymethyl methacrylate (methyl methacrylate rubber), polypropyl methacrylate, polyisopropyl acrylate, polyisopropyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl acrylate , Polyhexyl methacrylate, polyethylhexyl acrylate, polyethylhexyl methacrylate, polylauryl acrylate, polylauryl methacrylate Relate, etc.), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polybutadiene, butyl rubber, fluororubber, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene-propylene-diene copolymer , Polyvinyl pyridine, chlorosulfonated polyethylene, polyester resin, phenol resin, epoxy resin; polyvinyl alcohol (average polymerization degree is preferably 200 to 4000, more preferably 1000 to 3000, and saponification degree is preferably 80. Mol% or more, more preferably 90 mol% or more) and a modified product thereof (saponified product of 1 to 80 mol% of vinyl acetate units of a copolymer of ethylene / vinyl acetate = 2/98 to 30/70 mol ratio) , Poly Nyl alcohol 1-50 mol% partially acetalized product), starch and modified products thereof (oxidized starch, phosphate esterified starch, cationized starch, etc.), cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, And their salts), polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid (salt), polyethylene glycol, (meth) acrylamide and / or (meth) acrylate copolymer [(meth) acrylamide polymer, (meth) acrylamide- (Meth) acrylate copolymer, alkyl (meth) acrylate (1 to 4 carbon atoms) ester- (meth) acrylate copolymer, etc.], styrene-maleate copolymer, polyacrylamide Mannich Denatured body Formalin condensation type resin (urea-formalin resin, melamine-formalin resin, etc.), polyamide polyamine or dialkylamine-epichlorohydrin copolymer, polyethyleneimine, casein, soybean protein, synthetic protein, and water-soluble polymers such as galactomannan derivatives, etc. Is mentioned. These aqueous binders may be used alone or in combination of two or more.

上記水系バインダーは、結着性の観点から、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、およびメタクリル酸メチルゴムからなる群から選択される少なくとも1つのゴム系バインダーを含むことが好ましい。さらに、結着性が良好であることから、水系バインダーはスチレン−ブタジエンゴムを含むことが好ましい。   The aqueous binder may contain at least one rubber binder selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, and methyl methacrylate rubber from the viewpoint of binding properties. preferable. Furthermore, it is preferable that the water-based binder contains a styrene-butadiene rubber because the binding property is good.

水系バインダーとしてスチレン−ブタジエンゴムを用いる場合、塗工性向上の観点から、上記水溶性高分子を併用することが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと併用することが好適な水溶性高分子としては、ポリビニルアルコールおよびその変性体、デンプンおよびその変性体、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、またはポリエチレングリコールが挙げられる。中でも、バインダーとして、スチレン−ブタジエンゴムと、カルボキシメチルセルロース(塩)とを組み合わせることが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと、水溶性高分子との含有質量比は、特に制限されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム:水溶性高分子=1:0.1〜10であることが好ましく、0.5〜2であることがより好ましい。   When styrene-butadiene rubber is used as the water-based binder, it is preferable to use the water-soluble polymer in combination from the viewpoint of improving coatability. Water-soluble polymers suitable for use in combination with styrene-butadiene rubber include polyvinyl alcohol and modified products thereof, starch and modified products thereof, cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and salts thereof), polyvinyl Examples include pyrrolidone, polyacrylic acid (salt), or polyethylene glycol. Among them, it is preferable to combine styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose (salt) as a binder. The content mass ratio of the styrene-butadiene rubber and the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably styrene-butadiene rubber: water-soluble polymer = 1: 0.1-10, 0 More preferably, it is 5-2.

負極活物質層に用いられるバインダーのうち、水系バインダーの含有量は80〜100質量%であることが好ましく、90〜100質量%であることが好ましく、100質量%であることが好ましい。   Among the binders used in the negative electrode active material layer, the content of the aqueous binder is preferably 80 to 100% by mass, preferably 90 to 100% by mass, and preferably 100% by mass.

≪セパレータ(電解質層)≫
セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
≪Separator (electrolyte layer) ≫
The separator has a function of holding an electrolyte and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet separator or a nonwoven fabric separator made of a polymer or fiber that absorbs and holds the electrolyte.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   As a separator for a porous sheet made of a polymer or fiber, for example, a microporous (microporous film) can be used. Specific examples of the porous sheet made of the polymer or fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, three layers of PP / PE / PP) And a microporous (microporous membrane) separator made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, and the like.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。   The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be uniquely defined because it varies depending on the intended use. For example, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV), it is 4 to 60 μm in a single layer or multiple layers. Is desirable. The fine pore diameter of the microporous (microporous membrane) separator is desirably 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により
十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。
As the nonwoven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; conventionally known ones such as polyimide and aramid are used alone or in combination. The bulk density of the nonwoven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. Furthermore, the thickness of the nonwoven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm.

また、上述したように、セパレータは、電解質を含む。電解質としては、かような機能を発揮できるものであれば特に制限されないが、液体電解質またはゲルポリマー電解質が用いられる。ゲルポリマー電解質を用いることにより、電極間距離の安定化が図られ、分極の発生が抑制され、耐久性(サイクル特性)が向上する。   In addition, as described above, the separator includes an electrolyte. The electrolyte is not particularly limited as long as it can exhibit such a function, but a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte is used. By using the gel polymer electrolyte, the distance between the electrodes is stabilized, the occurrence of polarization is suppressed, and the durability (cycle characteristics) is improved.

液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示される。また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。液体電解質は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The liquid electrolyte functions as a lithium ion carrier. The liquid electrolyte constituting the electrolytic solution layer has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent used include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF such 6, LiCF 3 SO 3 A compound that can be added to the active material layer of the electrode can be similarly employed. The liquid electrolyte may further contain additives other than the components described above. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, diphenyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 1,2-divinyl ethylene carbonate. 1-methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylene carbonate, vinyl Oxymethyl ethylene carbonate, allyloxymethyl ethylene carbonate, acryloxymethyl ethylene carbonate, methacrylate Oxy methylethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, propargyl carbonate, ethynyloxy methylethylene carbonate, propargyloxy ethylene carbonate, methylene carbonate, etc. 1,1-dimethyl-2-methylene-ethylene carbonate. Among these, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, and vinyl ethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are more preferable. These cyclic carbonates may be used alone or in combination of two or more.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することで容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリ(メチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。   The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. The use of a gel polymer electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost and the ion conductivity between the layers is easily cut off. Examples of the ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene ( PVdF-HEP), poly (methyl methacrylate (PMMA), and copolymers thereof.

ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of gel electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダーを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。   The separator is preferably a separator (heat-resistant insulating layer-attached separator) in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate. The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, a highly heat-resistant separator having a melting point or a heat softening point of 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator that increases when the temperature rises is relieved, so that the effect of suppressing thermal shrinkage can be obtained. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is unlikely to deteriorate in performance due to a temperature rise. Moreover, by having a heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with a heat-resistant insulating layer is improved, and it is difficult for the separator to break. Furthermore, the separator is less likely to curl in the battery manufacturing process due to the effect of suppressing thermal shrinkage and high mechanical strength.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 The inorganic particles in the heat resistant insulating layer contribute to the mechanical strength and heat shrinkage suppressing effect of the heat resistant insulating layer. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. Examples thereof include silicon, aluminum, zirconium, titanium oxides (SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 ), hydroxides and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine and mica, or may be artificially produced. Moreover, only 1 type may be used individually for these inorganic particles, and 2 or more types may be used together. Of these, silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ) is preferably used, and alumina (Al 2 O 3 ) is more preferably used from the viewpoint of cost.

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5〜15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2 . If it is this range, sufficient ion conductivity will be acquired and it is preferable at the point which maintains heat resistant strength.

耐熱絶縁層におけるバインダーは、無機粒子どうしや、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダーによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。   The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of bonding the inorganic particles or the inorganic particles and the resin porous substrate layer. With the binder, the heat-resistant insulating layer is stably formed, and peeling between the porous substrate layer and the heat-resistant insulating layer is prevented.

耐熱絶縁層に使用されるバインダーは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダーとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited. For example, carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber A compound such as butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), or methyl acrylate can be used as a binder. Of these, carboxymethylcellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVdF) is preferably used. As for these compounds, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

耐熱絶縁層におけるバインダーの含有量は、耐熱絶縁層100質量%に対して、2〜20質量%であることが好ましい。バインダーの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダーの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。   It is preferable that content of the binder in a heat resistant insulating layer is 2-20 mass% with respect to 100 mass% of heat resistant insulating layers. When the binder content is 2% by mass or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous substrate layer can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the binder content is 20% by mass or less, the gaps between the inorganic particles are appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be ensured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、正極発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The thermal contraction rate of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less for both MD and TD after holding for 1 hour at 150 ° C. and 2 gf / cm 2 . By using such a material having high heat resistance, it is possible to effectively prevent the separator from contracting even if the positive electrode heat generation amount increases and the battery internal temperature reaches 150 ° C. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is unlikely to deteriorate in performance due to a temperature rise.

≪正極集電板および負極集電板≫
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
≪Positive electrode collector plate and negative electrode collector plate≫
The material which comprises a current collector plate (25, 27) is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. In addition, the same material may be used for the positive electrode current collecting plate 27 and the negative electrode current collecting plate 25, and different materials may be used.

≪正極リードおよび負極リード≫
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
≪Positive lead and negative lead≫
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may electrically connect between the collector 11 and the current collector plates (25, 27) via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As a constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly employed. In addition, heat-shrinkable heat-shrinkable parts are removed from the exterior so that they do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by touching peripheral devices or wiring and causing leakage. It is preferable to coat with a tube or the like.

≪電池外装体≫
電池外装体29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
≪Battery exterior body≫
As the battery outer case 29, a known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover the power generation element can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for a battery for large equipment for EV and HEV. Moreover, since the group pressure to the electric power generation element applied from the outside can be adjusted easily and it is easy to adjust to the desired electrolyte layer thickness, the exterior body is more preferably an aluminate laminate.

≪セルサイズ≫
図2は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。このリチウムイオン二次電池のように、本発明における好ましい実施形態によれば、アルミニウムを含むラミネートフィルムからなる電池外装体に前記発電要素が封入されてなる構成を有する扁平積層型ラミネート電池が提供される。
≪Cell size≫
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the secondary battery. Like this lithium ion secondary battery, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a flat laminated battery having a structure in which the power generation element is enclosed in a battery outer package made of a laminate film containing aluminum. The

図2に示すように、扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図1に示すリチウムイオン二次電池10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、正極(正極活物質層)15、電解質層17および負極(負極活物質層)13で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 2, the flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for taking out electric power are drawn out from both sides thereof. Yes. The power generation element 57 is encased by the battery outer packaging material 52 of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 57 is sealed with the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 pulled out to the outside. Has been. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 1 described above. The power generation element 57 is formed by laminating a plurality of single battery layers (single cells) 19 composed of a positive electrode (positive electrode active material layer) 15, an electrolyte layer 17, and a negative electrode (negative electrode active material layer) 13.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   The lithium ion secondary battery is not limited to a stacked flat shape. The wound lithium ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may have a shape that is a flattened rectangular shape by deforming such a cylindrical shape. There is no particular limitation. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit. Preferably, the power generation element is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.

また、図2に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Further, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 2 is not particularly limited. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be drawn out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side, as shown in FIG. It is not limited to. Further, in a wound type lithium ion battery, instead of a tab, for example, a terminal may be formed using a cylindrical can (metal can).

一般的な電気自動車では、電池格納スペースが170L程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機を格納するため、通常セルの格納スペース効率は50%程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。   In a general electric vehicle, the battery storage space is about 170L. Since auxiliary devices such as cells and charge / discharge control devices are stored in this space, the storage efficiency of a normal cell is about 50%. The efficiency of loading cells into this space is a factor that governs the cruising range of electric vehicles. If the size of the single cell is reduced, the loading efficiency is impaired, so that the cruising distance cannot be secured.

したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、ラミネートセル電池の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、ラミネートセル電池の短辺の長さとは、最も長さが短い辺を指す。短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常400mm以下である。   Therefore, in the present invention, the battery structure in which the power generation element is covered with the exterior body is preferably large. Specifically, the length of the short side of the laminated cell battery is preferably 100 mm or more. Such a large battery can be used for vehicle applications. Here, the length of the short side of the laminated cell battery refers to the side having the shortest length. The upper limit of the short side length is not particularly limited, but is usually 400 mm or less.

≪体積エネルギー密度および定格容量(定格放電容量)≫
一般的な電気自動車では、一回の充電による走行距離(航続距離)は100kmが市場要求である。かような航続距離を考慮すると、電池の体積エネルギー密度は157Wh/L以上であることが好ましく、かつ定格容量は20Wh以上であることが好ましい。
≪Volume energy density and rated capacity (rated discharge capacity) ≫
In a general electric vehicle, a travel distance (cruising range) by a single charge is 100 km. Considering such a cruising distance, the volume energy density of the battery is preferably 157 Wh / L or more, and the rated capacity is preferably 20 Wh or more.

ここで、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、本形態に係る正極が用いられる非水電解質二次電池では、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化が規定される。具体的には、本形態に係る非水電解質二次電池は扁平積層型ラミネート電池であって、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上であることが好ましい。このように大面積かつ大容量の電池においては、上述したような正極活物質層における発熱量の増加による電極の劣化の問題はより顕著に発現しうることから、本発明に係る構成とすることによる効果がよりいっそう有意に得られるのである。 Here, the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the positive electrode according to this embodiment is used as a viewpoint of a large-sized battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode, is large in size due to the battery area and battery capacity. Is defined. Specifically, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment is a flat laminated battery, and the ratio of the battery area to the rated capacity (projected area of the battery including the battery outer package) is 5 cm 2 / It is preferably Ah or more and the rated capacity is 3 Ah or more. In such a large-area and large-capacity battery, since the problem of electrode deterioration due to an increase in the amount of heat generated in the positive electrode active material layer as described above can be manifested more significantly, the configuration according to the present invention is adopted. The effect by is obtained more significantly.

さらに、矩形状の電極のアスペクト比は1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。   Furthermore, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2. The electrode aspect ratio is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio in such a range, there is an advantage that both required vehicle performance and mounting space can be achieved.

≪組電池≫
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
≪Battery battery≫
The assembled battery is configured by connecting a plurality of batteries. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高い体積エネルギー密度、高い体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   A plurality of batteries can be connected in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached and detached. Then, a plurality of small assembled batteries that can be attached and detached are connected in series or in parallel to provide a large capacity and large capacity suitable for vehicle drive power supplies and auxiliary power supplies that require high volume energy density and high volume output density. An assembled battery having an output can also be formed. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery depends on the battery capacity of the mounted vehicle (electric vehicle) It may be determined according to the output.

≪車両≫
本発明の非水電解質二次電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記非水電解質二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
≪Vehicle≫
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention maintains a discharge capacity even when used for a long period of time, and has good cycle characteristics. Furthermore, the volume energy density is high. Vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles require higher capacity, larger size, and longer life than electric and portable electronic devices. . Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery can be suitably used as a vehicle power source, for example, a vehicle driving power source or an auxiliary power source.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   Specifically, a battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries can be mounted on a vehicle. In the present invention, since a battery having a long life with excellent long-term reliability and output characteristics can be configured, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or an electric vehicle having a long charge mileage can be formed by mounting such a battery. . For example, in the case of a car, a hybrid car, a fuel cell car, an electric car (four-wheeled vehicles (passenger cars, trucks, buses, commercial vehicles, light cars, etc.) This is because it can be used for motorcycles (including motorcycles) and tricycles) to provide a long-life and highly reliable automobile. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.

以下、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。   Hereinafter, although it demonstrates still in detail using an Example and a comparative example, this invention is not necessarily limited to the following Examples at all.

≪正極の作製≫
[比較例1]
正極活物質として、シェル部の形成を行っていないLiNi0.5Mn0.3Co0.2(平均二次粒子径(D50)=7μm) 92質量%、導電助剤としてケッチェンブラック3質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%、およびスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)適量を混合して、正極活物質スラリーを調製した。得られた正極活物質スラリーを、集電体であるアルミニウム箔(厚さ:10μm)の一方の面側に塗布し乾燥させた。その後、プレス処理を行い、正極活物質層を片面に有する正極を作製した。
≪Preparation of positive electrode≫
[Comparative Example 1]
LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 (average secondary particle diameter (D50) = 7 μm) 92% by mass as a positive electrode active material without forming a shell part, Ketjen Black as a conductive auxiliary 3% by mass, 5% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a slurry viscosity adjusting solvent were mixed to prepare a positive electrode active material slurry. The obtained positive electrode active material slurry was applied to one side of an aluminum foil (thickness: 10 μm) as a current collector and dried. Then, the press process was performed and the positive electrode which has a positive electrode active material layer on one side was produced.

[実施例1]
(正極活物質表面へのシェル部の形成)
比較例1で用いた正極活物質(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)をコア部として、当該コア部の表面に、本発明に係るフッ素化化合物であるジフルオロリン酸リチウム(CHFCOOLi)からなるシェル部を物理的処理によって形成した。具体的には、コア部の正極活物質(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)粒子の体積の30倍の体積のジフルオロ酢酸メチル(CHFCOOCH)を溶媒として準備し、当該溶媒100質量%に対して5質量%のジフルオロリン酸リチウム(CHFCOOLi)を溶解させてコーティング溶液を調製した。次いで、得られたコーティング溶液中に正極活物質(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)粒子を入れ、40℃の恒温槽中で12時間撹拌した。その後、固形分を取り出し、100℃にて8時間真空乾燥させて、コア−シェル構造を有する正極材料を得た。なお、コア部の表面にシェル部が形成された部位におけるシェル部の厚さを走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、20nmであった。また、コア部の表面にシェル部が形成された部位の面積比率(被覆率)をSEM−EDX法により目視で観察したところ、95%であった。
[Example 1]
(Formation of shell on the surface of positive electrode active material)
The positive electrode active material (LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 ) used in Comparative Example 1 is used as a core portion, and lithium difluorophosphate which is a fluorinated compound according to the present invention is formed on the surface of the core portion. A shell portion made of (CHF 2 COOLi) was formed by physical treatment. Specifically, methyl difluoroacetate (CHF 2 COOCH 3 ) having a volume 30 times the volume of the positive electrode active material (LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 ) particles in the core is prepared as a solvent. Then, 5% by mass of lithium difluorophosphate (CHF 2 COOLi) was dissolved in 100% by mass of the solvent to prepare a coating solution. Next, positive electrode active material (LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 ) particles were put into the obtained coating solution, and stirred in a constant temperature bath at 40 ° C. for 12 hours. Then, solid content was taken out and vacuum-dried at 100 degreeC for 8 hours, and the positive electrode material which has a core-shell structure was obtained. In addition, when the thickness of the shell part in the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed using the scanning electron microscope (SEM), it was 20 nm. Moreover, when the area ratio (coverage) of the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed visually by the SEM-EDX method, it was 95%.

シェル部の形成を行っていないLiNi0.5Mn0.3Co0.2に代えて、このようにして得られた正極材料を用いたこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、正極を作製した。 The same as in Comparative Example 1 described above except that the positive electrode material obtained in this way was used instead of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 in which the shell part was not formed. A positive electrode was produced by the method.

[実施例2]
コーティング溶液を調製する際に溶媒に溶解させるジフルオロリン酸リチウム(CHFCOOLi)の量を、5質量%から3質量%に減らしたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、コア−シェル構造を有する正極材料を得た。なお、コア部の表面にシェル部が形成された部位におけるシェル部の厚さを走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、15nmであった。また、コア部の表面にシェル部が形成された部位の面積比率(被覆率)をSEM−EDX法により目視で観察したところ、50%であった。
[Example 2]
The core is prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of lithium difluorophosphate (CHF 2 COOLi) dissolved in the solvent when preparing the coating solution is reduced from 5% by mass to 3% by mass. -A positive electrode material having a shell structure was obtained. In addition, when the thickness of the shell part in the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed using the scanning electron microscope (SEM), it was 15 nm. Moreover, it was 50% when the area ratio (coverage) of the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed visually by the SEM-EDX method.

シェル部の形成を行っていないLiNi0.5Mn0.3Co0.2に代えて、このようにして得られた正極材料を用いたこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、正極を作製した。 The same as in Comparative Example 1 described above except that the positive electrode material obtained in this way was used instead of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 in which the shell part was not formed. A positive electrode was produced by the method.

≪正極の評価(耐電圧確認試験および自己放電率の測定)≫
[評価用コインセルの作製]
アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、上記比較例1および実施例1〜2で作製した正極を直径14mmの円盤形状に打ち抜き、コインセル用の正極とした。一方、負極として、金属リチウムを直径15mmの円盤形状に打ち抜いたものを用いた。また、電解液として、1.0M LiPFをエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒(体積比1:1)に溶解した溶液を準備した。正極と負極とを、セパレータ(材質:ポリプロピレン、厚さ:25μm)を介して積層し、コインセル容器内に入れ、電解液を注入し、上蓋をすることにより評価用コインセルを作製した。
≪Positive electrode evaluation (withstand voltage confirmation test and self-discharge rate measurement) ≫
[Production of coin cell for evaluation]
In a glove box under an argon atmosphere, the positive electrode produced in Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 was punched into a disk shape having a diameter of 14 mm to obtain a positive electrode for a coin cell. On the other hand, a negative electrode in which metallic lithium was punched into a disk shape having a diameter of 15 mm was used. Further, as an electrolyte, a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of a 1.0 M LiPF 6 ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) dissolved solution was prepared in the. A positive electrode and a negative electrode were laminated via a separator (material: polypropylene, thickness: 25 μm), placed in a coin cell container, injected with an electrolytic solution, and covered with an upper lid to produce an evaluation coin cell.

[耐電圧確認試験]
上記で作製した各評価用コインセルについて、25℃の温度条件下で6.0V vs. Li/Liまで電圧を上げ、電流値の確認を行った。6.0V vs. Li/Liでの保持を開始してから0.5時間後、1時間後および2時間後に電流値を測定した。結果を下記の表1に示す。
[Withstand voltage test]
About each evaluation coin cell produced above, it is 6.0V vs. 25 degreeC temperature conditions. The voltage was raised to Li / Li + and the current value was confirmed. 6.0V vs. The current value was measured 0.5 hours, 1 hour and 2 hours after the start of holding at Li / Li + . The results are shown in Table 1 below.

表1に示す結果からわかるように、実施例1のコインセル(被覆率95%)では、6.0V vs. Li/Liまで電圧を上げてから2時間後に0.01C以下(正極活物質LiNi0.5Mn0.3Co0.2の4.2V充電容量(mAh)を1Cとする)まで電流値が収束した。また、実施例2のコインセル(被覆率50%)では、2時間後の電流値は0.03Cであった。これに対し、比較例1のコインセルでは0.05Cの電流値が確認された。このことから、6.0V vs. Li/Liの高電圧環境下において、比較例の正極を用いたコインセルでは電解液の酸化分解が起こっているのに対し、本発明に係るコア−シェル型の正極材料を用いたコインセルでは電解液の酸化分解が抑制されていることが示唆された。また、このような電解液の酸化分解の抑制効果は、被覆率が大きくなるほど高くなることも確認された。 As can be seen from the results shown in Table 1, in the coin cell of Example 1 (coverage 95%), 6.0 V vs. Up to 0.01 C or less after 2 hours after increasing the voltage to Li / Li + (the positive electrode active material LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has a 4.2 V charge capacity (mAh) of 1 C) The current value has converged. In the coin cell of Example 2 (coverage 50%), the current value after 2 hours was 0.03C. In contrast, a current value of 0.05 C was confirmed in the coin cell of Comparative Example 1. From this, in the high voltage environment of 6.0 V vs. Li / Li + , in the coin cell using the positive electrode of the comparative example, the oxidative decomposition of the electrolyte occurs, whereas the core-shell type according to the present invention It was suggested that the oxidative decomposition of the electrolyte was suppressed in the coin cell using the positive electrode material. It was also confirmed that the effect of suppressing the oxidative decomposition of the electrolytic solution increases as the coverage increases.

[自己放電率の測定]
上記で作製した実施例1および比較例1の各評価用コインセルについて、以下の手法により、セル電圧4.2Vで24時間静置した際の自己放電率を測定した。結果を下記の表2に示す。
[Measurement of self-discharge rate]
About each coin cell for evaluation of Example 1 and Comparative Example 1 produced above, the self-discharge rate when left at a cell voltage of 4.2 V for 24 hours was measured by the following method. The results are shown in Table 2 below.

表2に示す結果からわかるように、実施例1のコインセルでは、自己放電率が4%に抑えられていた。これに対し、比較例1のコインセルでは、自己放電率が16%にまで上昇していた。このことから、本発明に係る正極材料を用いて非水電解質二次電池を構成することで、上述した電解液の酸化分解を抑制するとともに、電池の自己放電をも抑制することが可能となることが確認された。   As can be seen from the results shown in Table 2, in the coin cell of Example 1, the self-discharge rate was suppressed to 4%. On the other hand, in the coin cell of Comparative Example 1, the self-discharge rate was increased to 16%. From this, by constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode material according to the present invention, it is possible to suppress the above-described oxidative decomposition of the electrolytic solution and to suppress the self-discharge of the battery. It was confirmed.

[実施例3]
コーティング溶液を調製する際に、溶媒に溶解させるジフルオロリン酸リチウム(CHFCOOLi)の量を1.5質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、コア−シェル構造を有する正極材料を得た。なお、コア部の表面にシェル部が形成された部位におけるシェル部の厚さを走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、10nmであった。また、コア部の表面にシェル部が形成された部位の面積比率(被覆率)をSEM−EDX法により目視で観察したところ、35%であった。
[Example 3]
When the coating solution was prepared, the core-shell was formed in the same manner as in Example 1 except that the amount of lithium difluorophosphate (CHF 2 COOLi) dissolved in the solvent was changed to 1.5% by mass. A positive electrode material having a structure was obtained. In addition, it was 10 nm when the thickness of the shell part in the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed using the scanning electron microscope (SEM). Moreover, it was 35% when the area ratio (coverage) of the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed visually by the SEM-EDX method.

シェル部の形成を行っていないLiNi0.5Mn0.3Co0.2に代えて、このようにして得られた正極材料を用いたこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、正極を作製した。 The same as in Comparative Example 1 described above except that the positive electrode material obtained in this way was used instead of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 in which the shell part was not formed. A positive electrode was produced by the method.

[実施例4]
コーティング溶液を調製する際に、溶媒に溶解させるジフルオロリン酸リチウム(CHFCOOLi)の量を9質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、コア−シェル構造を有する正極材料を得た。なお、コア部の表面にシェル部が形成された部位におけるシェル部の厚さを走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、30nmであった。また、コア部の表面にシェル部が形成された部位の面積比率(被覆率)をSEM−EDX法により目視で観察したところ、95%であった。
[Example 4]
A core-shell structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of lithium difluorophosphate (CHF 2 COOLi) dissolved in the solvent was changed to 9% by mass when preparing the coating solution. A positive electrode material was obtained. In addition, when the thickness of the shell part in the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed using the scanning electron microscope (SEM), it was 30 nm. Moreover, when the area ratio (coverage) of the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed visually by the SEM-EDX method, it was 95%.

シェル部の形成を行っていないLiNi0.5Mn0.3Co0.2に代えて、このようにして得られた正極材料を用いたこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、正極を作製した。 The same as in Comparative Example 1 described above except that the positive electrode material obtained in this way was used instead of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 in which the shell part was not formed. A positive electrode was produced by the method.

[実施例5]
コーティング溶液を調製する際に、溶媒に溶解させるジフルオロリン酸リチウム(CHFCOOLi)の量を12質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、コア−シェル構造を有する正極材料を得た。なお、コア部の表面にシェル部が形成された部位におけるシェル部の厚さを走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、40nmであった。また、コア部の表面にシェル部が形成された部位の面積比率(被覆率)をSEM−EDX法により目視で観察したところ、95%であった。
[Example 5]
A core-shell structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of lithium difluorophosphate (CHF 2 COOLi) dissolved in the solvent was changed to 12% by mass when preparing the coating solution. A positive electrode material was obtained. In addition, when the thickness of the shell part in the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed using the scanning electron microscope (SEM), it was 40 nm. Moreover, when the area ratio (coverage) of the site | part in which the shell part was formed on the surface of the core part was observed visually by the SEM-EDX method, it was 95%.

シェル部の形成を行っていないLiNi0.5Mn0.3Co0.2に代えて、このようにして得られた正極材料を用いたこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、正極を作製した。 The same as in Comparative Example 1 described above except that the positive electrode material obtained in this way was used instead of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 in which the shell part was not formed. A positive electrode was produced by the method.

≪正極の評価(正極材料表面のリチウムイオン拡散係数の測定)≫
[評価用コインセルの作製]
アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、上記比較例1および実施例1〜2で作製した正極を直径14mmの円盤形状に打ち抜き、コインセル用の正極とした。一方、負極として、金属リチウムを直径15mmの円盤形状に打ち抜いたものを用いた。また、電解液として、1.0M LiPFをエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒(体積比1:1)に溶解した溶液を準備した。正極と負極とを、セパレータ(材質:ポリプロピレン、厚さ:25μm)を介して積層し、コインセル容器内に入れ、電解液を注入し、上蓋をすることにより評価用コインセルを作製した。
≪Evaluation of positive electrode (measurement of lithium ion diffusion coefficient on the surface of positive electrode material) ≫
[Production of coin cell for evaluation]
In a glove box under an argon atmosphere, the positive electrode produced in Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 was punched into a disk shape having a diameter of 14 mm to obtain a positive electrode for a coin cell. On the other hand, a negative electrode in which metallic lithium was punched into a disk shape having a diameter of 15 mm was used. Further, as an electrolyte, a mixed solvent (volume ratio 1: 1) of a 1.0 M LiPF 6 ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) dissolved solution was prepared in the. A positive electrode and a negative electrode were laminated via a separator (material: polypropylene, thickness: 25 μm), placed in a coin cell container, injected with an electrolytic solution, and covered with an upper lid to produce an evaluation coin cell.

[正極材料表面のリチウムイオン拡散係数の測定]
上記で作製した各評価用コインセルについて、25℃の温度条件下、定電流定電圧方式(CCCV、電流:1C)で4.2Vまで充電し、コットレルの式(電圧変位は4.2V→4.19V)を用いて正極材料表面のリチウムイオン拡散係数を測定した。結果を図3に示す。
[Measurement of lithium ion diffusion coefficient on the surface of positive electrode material]
About each coin cell for evaluation produced above, it is charged to 4.2V by a constant current constant voltage method (CCCV, current: 1C) under a temperature condition of 25 ° C., and Cottrell's formula (voltage displacement is 4.2V → 4.4). 19V) was used to measure the lithium ion diffusion coefficient on the surface of the positive electrode material. The results are shown in FIG.

図3に示す結果からわかるように、正極材料の表面におけるリチウムイオン拡散係数は、シェル部の厚さが大きくなるにつれて小さくなることが確認された。とは言え、シェル部の厚さが30nm程度と比較的大きい場合(実施例4)であっても、シェル部が形成されていない正極活物質を用いた場合(比較例1)と比較して、リチウムイオン拡散係数の低下は20%程度に抑えられていることも判明した。   As can be seen from the results shown in FIG. 3, it was confirmed that the lithium ion diffusion coefficient on the surface of the positive electrode material decreases as the thickness of the shell portion increases. However, even when the thickness of the shell portion is as comparatively large as about 30 nm (Example 4), as compared with the case of using the positive electrode active material in which the shell portion is not formed (Comparative Example 1). It was also found that the decrease in the lithium ion diffusion coefficient was suppressed to about 20%.

10、50 リチウムイオン二次電池、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 セパレータ、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29、52 電池外装材、
58 正極タブ、
59 負極タブ。
10, 50 lithium ion secondary battery,
11 negative electrode current collector,
12 positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer,
15 positive electrode active material layer,
17 separator,
19 cell layer,
21, 57 power generation element,
25 negative current collector,
27 positive current collector,
29, 52 Battery exterior material,
58 positive electrode tab,
59 Negative electrode tab.

Claims (14)

正極活物質粒子を含むコア部と、
前記コア部の表面に配置された、ROLi(Rは、直鎖アルキル基または直鎖アシル基である)で表される化合物におけるR部分の水素原子の40〜70%がフッ素原子で置換されたフッ素化化合物を含むシェル部と、
を有する、非水電解質二次電池用正極材料。
A core containing positive electrode active material particles;
In the compound represented by ROLi (R is a linear alkyl group or a linear acyl group) arranged on the surface of the core portion, 40 to 70% of hydrogen atoms in the R portion are substituted with fluorine atoms. A shell portion containing a fluorinated compound;
A positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
前記Rが、炭素原子数1〜7の直鎖アルキル基または炭素原子数2〜7の直鎖アシル基である、請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極材料。   2. The positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein R is a linear alkyl group having 1 to 7 carbon atoms or a linear acyl group having 2 to 7 carbon atoms. 前記Rが、直鎖アシル基である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用正極材料。   The positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein R is a linear acyl group. 前記フッ素化化合物がジフルオロ酢酸リチウムである、請求項3に記載の非水電解質二次電池用正極材料。   The positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the fluorinated compound is lithium difluoroacetate. 前記シェル部の厚みが、15〜35nmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極材料。   The positive electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the shell portion has a thickness of 15 to 35 nm. 前記シェル部による前記コア部の被覆率が95%以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極材料。   The positive electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a coverage of the core portion by the shell portion is 95% or more. 正極集電体と、
前記正極集電体の表面に形成され、正極活物質を含む正極活物質層と、
を有し、
前記正極活物質層が、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極材料を含む、非水電解質二次電池用正極。
A positive electrode current collector;
A positive electrode active material layer formed on a surface of the positive electrode current collector and including a positive electrode active material;
Have
The positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries in which the said positive electrode active material layer contains the positive electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of any one of Claims 1-6.
前記正極活物質層が矩形状であり、矩形状の前記正極活物質層の縦横比として定義される電極のアスペクト比が1〜3である、請求項7に記載の非水電解質二次電池用正極。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, wherein the positive electrode active material layer is rectangular, and an aspect ratio of the electrode defined as an aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer is 1 to 3. Positive electrode. 請求項7または8に記載の非水電解質二次電池用正極と、
負極集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる負極と、
セパレータと、
を含む発電要素を有する非水電解質二次電池。
The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7 or 8,
A negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed on the surface of the negative electrode current collector;
A separator;
A non-aqueous electrolyte secondary battery having a power generation element comprising:
定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、定格容量が3Ah以上である、請求項9に記載の非水電解質二次電池。 The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 9, wherein a value of a ratio of a battery area to a rated capacity (projected area of a battery including a battery outer casing) is 5 cm 2 / Ah or more, and a rated capacity is 3 Ah or more. . 前記セパレータが耐熱絶縁層付セパレータである、請求項9または10に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 9 or 10, wherein the separator is a separator with a heat-resistant insulating layer. アルミニウムを含むラミネートフィルムからなる電池外装体に前記発電要素が封入されてなる構成を有する扁平積層型ラミネート電池である、請求項9〜11のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 9 to 11, which is a flat laminated laminate battery having a configuration in which the power generation element is enclosed in a battery outer package made of a laminate film containing aluminum. リチウムイオン二次電池である、請求項9〜12のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 9 to 12, which is a lithium ion secondary battery. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の正極材料の製造方法であって、
物理的処理または電気化学的処理を用いて前記コア部の表面に前記シェル部を形成することを含む、製造方法。
It is a manufacturing method of the positive electrode material of any one of Claims 1-6,
The manufacturing method including forming the shell portion on the surface of the core portion using a physical treatment or an electrochemical treatment.
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