JP2018037380A - Positive electrode and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode arranged by use of both of a lithium metal composite oxide high in Ni composition ratio, and a compound of an olivine structure, which enables the achievement of both of superior battery characteristics and excellent thermal stability.SOLUTION: A positive electrode comprises a positive electrode active material layer including a lithium nickel composite oxide of a lamellar rock-salt structure, which is represented by LiNiCoMnDO(0.5≤b) and a lithium metal phosphate compound in which LiMPOof an olivine structure is coated with carbon. The lithium nickel composite oxide is smaller than the lithium metal phosphate compound in average particle diameter. Further, the lithium nickel composite oxide is larger than the lithium metal phosphate compound in volume resistance.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、正極及び当該正極を備えるリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode and a lithium ion secondary battery including the positive electrode.

二次電池の正極活物質として種々の材料を用い得ることが知られており、正極活物質として複数の材料を採用したリチウムイオン二次電池もまた知られている。   It is known that various materials can be used as the positive electrode active material of the secondary battery, and lithium ion secondary batteries employing a plurality of materials as the positive electrode active material are also known.

例えば、LiCoO、LiNi0.5Mn0.5、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の層状岩塩構造のリチウム金属複合酸化物は、高容量な正極活物質であることが知られている。また、LiFePOに代表されるオリビン構造の化合物は熱安定性に優れた正極活物質であることが知られている。これらの正極活物質は、高容量と熱安定性との両立を図るために併用される場合がある。 For example, a lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure such as LiCoO 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is a high-capacity positive electrode active material. It is known that there is. The compounds of olivine structure represented by LiFePO 4 is known to be a positive electrode active material excellent in thermal stability. These positive electrode active materials may be used in combination in order to achieve both high capacity and thermal stability.

具体的には、特許文献1には、LiNi1/3Co1/3Mn1/3と、炭素被覆されたLiFePOと、を正極活物質として併用したリチウムイオン二次電池が開示されている。 Specifically, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery using LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 and carbon-coated LiFePO 4 as a positive electrode active material. ing.

特表2010−517238号公報Special table 2010-517238

リチウムイオン二次電池については、好適な電池特性及び熱安定性を両立したものが望まれている。リチウム金属複合酸化物とオリビン構造の化合物とを併用した正極を備えるリチウムイオン二次電池は、一定程度の電池特性及び一定程度の熱安定性を両立したものである。   As for the lithium ion secondary battery, a battery having both favorable battery characteristics and thermal stability is desired. A lithium ion secondary battery including a positive electrode in which a lithium metal composite oxide and a compound having an olivine structure are used has both a certain degree of battery characteristics and a certain degree of thermal stability.

ここで、本発明者は、高容量なリチウムイオン二次電池を提供することを志向した。層状岩塩構造のリチウム金属複合酸化物に含まれ得る遷移金属のうち、Niは充放電反応時の活性が高いことが知られている。そのため、Ni組成比が高いリチウム金属複合酸化物は、高容量の正極活物質であると認識されている。しかし、Ni組成比が高いリチウム金属複合酸化物とオリビン構造の化合物とを単に併用するのみでは、優れた電池特性及び優れた熱安定性を両立したリチウムイオン二次電池を提供できるとは限らないことを、本発明者は知見した。   Here, this inventor aimed at providing a high capacity | capacitance lithium ion secondary battery. Of the transition metals that can be included in the layered rock salt structure lithium metal composite oxide, it is known that Ni has a high activity during the charge / discharge reaction. Therefore, a lithium metal composite oxide having a high Ni composition ratio is recognized as a high capacity positive electrode active material. However, simply using a lithium metal composite oxide having a high Ni composition ratio and a compound having an olivine structure does not always provide a lithium ion secondary battery having both excellent battery characteristics and excellent thermal stability. The present inventor has found out.

本発明はかかる事情に鑑みて為されたものであり、Ni組成比が高いリチウム金属複合酸化物とオリビン構造の化合物とを併用した正極であって、優れた電池特性及び優れた熱安定性を両立するものを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a positive electrode using a combination of a lithium metal composite oxide having a high Ni composition ratio and a compound having an olivine structure, which has excellent battery characteristics and excellent thermal stability. It is an object to provide compatible items.

鋭意検討の結果、リチウム金属複合酸化物とオリビン構造の化合物における平均粒子径と体積抵抗との両者が、リチウム金属複合酸化物とオリビン構造の化合物を併用した正極を備えるリチウムイオン二次電池の電池特性及び熱安定性に影響を与えることを、本発明者は発見した。かかる発見に基づき、本発明者は本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, a lithium ion secondary battery having a positive electrode in which both the average particle size and the volume resistance of the lithium metal composite oxide and the olivine structure compound are combined with the lithium metal composite oxide and the olivine structure compound The inventor has discovered that it affects properties and thermal stability. Based on this discovery, the present inventor has completed the present invention.

本発明の正極は、層状岩塩構造のLiNiCoMn(0.2≦a≦2、0.5≦b、0≦c<0.5、0≦d<0.5、b+c+d+e=1、0≦e<0.5、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウムニッケル複合酸化物と、オリビン構造のLiMPO(MはMn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B、Te、Moから選ばれる少なくとも1の元素、0<h<2)を炭素で被覆したリチウム金属リン酸化合物とを含む正極活物質層を具備する正極であって、
前記リチウムニッケル複合酸化物の平均粒子径が、前記リチウム金属リン酸化合物の平均粒子径よりも小さく、
かつ、
前記リチウムニッケル複合酸化物の体積抵抗が、前記リチウム金属リン酸化合物の体積抵抗よりも大きいことを特徴とする。
The positive electrode of the present invention, Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2,0.5 ≦ b, 0 ≦ c <0.5,0 ≦ d <0 of layered rock-salt structure .5, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <0.5, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La At least one element selected from Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, V, 1.7 ≦ f ≦ 3) and LiM h PO 4 having an olivine structure (M is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba) Lithium coated with carbon at least one element selected from Ti, Al, Si, B, Te and Mo, 0 <h <2) A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a metal-free phosphate compound,
The average particle size of the lithium nickel composite oxide is smaller than the average particle size of the lithium metal phosphate compound,
And,
The volume resistance of the lithium nickel composite oxide is larger than the volume resistance of the lithium metal phosphate compound.

本発明の正極を備える本発明のリチウムイオン二次電池は、優れた電池特性及び優れた熱安定性を両立する。   The lithium ion secondary battery of the present invention provided with the positive electrode of the present invention achieves both excellent battery characteristics and excellent thermal stability.

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限x及び上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値及び下限値、並びに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで新たな数値範囲を構成し得る。更に、上記の何れかの数値範囲内から任意に選択した数値を新たな数値範囲の上限、下限の数値とすることができる。   Below, the form for implementing this invention is demonstrated. Unless otherwise specified, the numerical range “x to y” described in this specification includes the lower limit x and the upper limit y in the range. And a new numerical value range can be comprised by combining these arbitrarily including those upper limit values and lower limit values and numerical values listed in the embodiments. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from any one of the numerical ranges described above can be used as the upper and lower numerical values of the new numerical range.

本発明の正極は、層状岩塩構造のLiNiCoMn(0.2≦a≦2、0.5≦b、0≦c<0.5、0≦d<0.5、b+c+d+e=1、0≦e<0.5、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウムニッケル複合酸化物と、オリビン構造のLiMPO(MはMn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B、Te、Moから選ばれる少なくとも1の元素、0<h<2)を炭素で被覆したリチウム金属リン酸化合物とを含む正極活物質層を具備する正極であって、
前記リチウムニッケル複合酸化物の平均粒子径(以下、DNiと略す場合がある。)が、前記リチウム金属リン酸化合物の平均粒子径(以下、Dと略す場合がある。)よりも小さく、
かつ、
前記リチウムニッケル複合酸化物の体積抵抗(以下、RNiと略す場合がある。)が、前記リチウム金属リン酸化合物の体積抵抗(以下、Rと略す場合がある。)よりも大きいことを特徴とする。
The positive electrode of the present invention, Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2,0.5 ≦ b, 0 ≦ c <0.5,0 ≦ d <0 of layered rock-salt structure .5, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <0.5, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La At least one element selected from Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, V, 1.7 ≦ f ≦ 3) and LiM h PO 4 having an olivine structure (M is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba) Lithium coated with carbon at least one element selected from Ti, Al, Si, B, Te and Mo, 0 <h <2) A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a metal-free phosphate compound,
The lithium nickel composite oxide has an average particle size (hereinafter may be abbreviated as D Ni ) smaller than the average particle size of the lithium metal phosphate compound (hereinafter may be abbreviated as D P ).
And,
The volume resistivity of the lithium nickel composite oxide (hereinafter, may be abbreviated as R Ni.) Is the volume resistivity of the lithium metal phosphate compound (hereinafter sometimes referred to as R P.) Being greater than And

本発明の正極におけるリチウムニッケル複合酸化物は、ニッケル組成比bが0.5≦bであるため、高容量である。   The lithium nickel composite oxide in the positive electrode of the present invention has a high capacity because the nickel composition ratio b is 0.5 ≦ b.

リチウムニッケル複合酸化物の上記一般式において、上記b、c及びdの値は、上記条件を満足するものであれば特に制限はないが、bに関して0.5≦b≦0.8、0.5≦b≦0.7、0.5≦b≦0.6を、cに関して0.1≦c≦0.35、0.2≦c≦0.35、0.2≦c≦0.25、0.25≦c≦0.35を、dに関して0.1≦d≦0.35、0.2≦d≦0.35、0.2≦d≦0.25、0.25≦d≦0.35を、それぞれ好適な範囲として例示できる。   In the above general formula of the lithium nickel composite oxide, the values of b, c and d are not particularly limited as long as the above conditions are satisfied. 5 ≦ b ≦ 0.7, 0.5 ≦ b ≦ 0.6, 0.1 ≦ c ≦ 0.35, 0.2 ≦ c ≦ 0.35, 0.2 ≦ c ≦ 0.25 with respect to c 0.25 ≦ c ≦ 0.35, d ≦ 0.1 ≦ 0.35, 0.2 ≦ d ≦ 0.35, 0.2 ≦ d ≦ 0.25, 0.25 ≦ d ≦ Each of 0.35 can be exemplified as a suitable range.

a、e、fについては一般式で規定する範囲内の数値であればよく、aは、0.5≦a≦1.5の範囲内が好ましく、0.7≦a≦1.3の範囲内がより好ましく、0.9≦a≦1.2の範囲内がさらに好ましい。e、fについては、0≦e≦0.2、0≦e≦0.1、e=0、1.8≦f≦2.5、1.9≦f≦2.2、f=2を例示することができる。   a, e, f may be any numerical value within the range defined by the general formula, and a is preferably within a range of 0.5 ≦ a ≦ 1.5, and a range of 0.7 ≦ a ≦ 1.3. The inside is more preferable, and the range of 0.9 ≦ a ≦ 1.2 is more preferable. For e and f, 0 ≦ e ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.1, e = 0, 1.8 ≦ f ≦ 2.5, 1.9 ≦ f ≦ 2.2, and f = 2. It can be illustrated.

層状岩塩構造のリチウムニッケル複合酸化物の具体例としては、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi0.5Co0.3Mn0.2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.75Co0.1Mn0.15、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiNi0.82Co0.15Al0.03及びLiNiOが挙げられる。 Specific examples of the layered rock salt structure lithium nickel composite oxide include LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.75 Co 0.1 Mn 0.15 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 and LiNiO 2 .

リチウム金属リン酸化合物は、オリビン構造のLiMPO(MはMn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B、Te及びMoから選ばれる少なくとも1の元素、0<h<2)が炭素で被覆されたものである。リチウム金属リン酸化合物としては、LiMPOの一部が炭素で被覆されたものであってもよいし、LiMPOの表面全部が炭素で被覆されたものであってもよい。 Lithium metal phosphate compounds are olivine-structured LiM h PO 4 (M is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si, B, Te and Mo. At least one element selected from the group 0 <h <2) is coated with carbon. As the lithium metal phosphate compound, a part of LiM h PO 4 may be coated with carbon, or the whole surface of LiM h PO 4 may be coated with carbon.

上記LiMPOのMは、Mn、Fe、Co、Ni、Mg、V、Teから選ばれる少なくとも1の元素であるのが好ましく、また、hは0.6<h<1.1であるのが好ましい。当該Mは、Mn及び/又はFeであるのがより好ましく、また、h=1であるのがより好ましい。LiMPOとしては、MnとFeが共存するLiMnFePO(x+y=1、0<x<1、0<y<1)で表されるものが、さらに好ましい。xとyの範囲として、0.1≦x≦0.9、0.1≦y≦0.9、0.2≦x≦0.8、0.2≦y≦0.8も例示できる。 M in the LiM h PO 4 is preferably at least one element selected from Mn, Fe, Co, Ni, Mg, V, and Te, and h is 0.6 <h <1.1. Is preferred. The M is more preferably Mn and / or Fe, and more preferably h = 1. As LiM h PO 4 , those represented by LiMn x Fe y PO 4 (x + y = 1, 0 <x <1, 0 <y <1) in which Mn and Fe coexist are more preferable. Examples of the range of x and y include 0.1 ≦ x ≦ 0.9, 0.1 ≦ y ≦ 0.9, 0.2 ≦ x ≦ 0.8, and 0.2 ≦ y ≦ 0.8.

LiMPOの具体例としては、例えば、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO、LiVPO、LiTePO、LiV2/3PO、LiFe2/3PO、LiMn7/8Fe1/8PO、LiMn0.67Fe0.33POが挙げられる。 Examples of LiM h PO 4, for example, LiFePO 4, LiCoPO 4, LiNiPO 4, LiMnPO 4, LiVPO 4, LiTePO 4, LiV 2/3 PO 4, LiFe 2/3 PO 4, LiMn 7/8 Fe 1 / 8 PO 4 , LiMn 0.67 Fe 0.33 PO 4 .

本発明の正極においては、リチウムニッケル複合酸化物の平均粒子径がリチウム金属リン酸化合物の平均粒子径よりも小さく、かつ、リチウムニッケル複合酸化物の体積抵抗がリチウム金属リン酸化合物の体積抵抗よりも大きい。換言すると、本発明の正極はDNi<D及びRNi>Rを満足する。 In the positive electrode of the present invention, the average particle diameter of the lithium nickel composite oxide is smaller than the average particle diameter of the lithium metal phosphate compound, and the volume resistance of the lithium nickel composite oxide is greater than the volume resistance of the lithium metal phosphate compound. Is also big. In other words, the positive electrode of the present invention satisfies D Ni <D P and R Ni> R P.

リチウムニッケル複合酸化物の平均粒子径は、100μm以下が好ましく、0.1〜50μmの範囲内がより好ましく、1〜20μmの範囲内がさらに好ましく、3〜12μmの範囲内が特に好ましい。0.1μm未満では、電極を製造した際に集電体との密着性が損なわれやすいなどの不具合を生じることがある。100μmを超えると電極の大きさに影響を与えたり、二次電池を構成するセパレータを損傷したりするなどの不具合を生じることがある。なお、本明細書における平均粒子径とは、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で計測した場合のD50の値を意味する。   The average particle diameter of the lithium nickel composite oxide is preferably 100 μm or less, more preferably in the range of 0.1 to 50 μm, further preferably in the range of 1 to 20 μm, and particularly preferably in the range of 3 to 12 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, there may be a problem that, when the electrode is manufactured, the adhesion to the current collector is easily impaired. If it exceeds 100 μm, problems such as affecting the size of the electrode and damaging the separator constituting the secondary battery may occur. In addition, the average particle diameter in this specification means the value of D50 when measured with a general laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.

リチウム金属リン酸化合物の平均粒子径は、100μm以下が好ましく、1〜50μmの範囲内がより好ましく、5〜30μmの範囲内がさらに好ましく、12〜21μmの範囲内が特に好ましい。   The average particle size of the lithium metal phosphate compound is preferably 100 μm or less, more preferably in the range of 1 to 50 μm, still more preferably in the range of 5 to 30 μm, and particularly preferably in the range of 12 to 21 μm.

リチウムニッケル複合酸化物の体積抵抗は、1500Ω・cm以下が好ましく、10〜1000Ω・cmの範囲内がより好ましく、100〜500Ω・cmの範囲内がさらに好ましい。リチウム金属リン酸化合物の体積抵抗は、500Ω・cm以下が好ましく、1〜100Ω・cmの範囲内がより好ましく、5〜50Ω・cmの範囲内がさらに好ましい。なお、本発明における体積抵抗の値は、抵抗測定装置を用いて、試料2gを直径2cmの円筒管に入れて、荷重20kNで圧縮した際の測定値を意味する。   The volume resistance of the lithium nickel composite oxide is preferably 1500 Ω · cm or less, more preferably in the range of 10 to 1000 Ω · cm, and still more preferably in the range of 100 to 500 Ω · cm. The volume resistance of the lithium metal phosphate compound is preferably 500 Ω · cm or less, more preferably in the range of 1 to 100 Ω · cm, and still more preferably in the range of 5 to 50 Ω · cm. In addition, the value of the volume resistance in this invention means the measured value at the time of putting the sample 2g into the cylindrical tube of diameter 2cm and compressing with the load of 20 kN using the resistance measuring apparatus.

なお、リチウムニッケル複合酸化物として、様々な体積抵抗のものがあることは公知であり、また、リチウムニッケル複合酸化物における遷移金属の組成比を変更することや製造時の焼結温度を変更することで体積抵抗が変化することも知られている。例えば、特開2013−157109号公報の表2、特開2013−025887号公報の表1には、多様な体積抵抗のリチウムニッケル複合酸化物が具体的に開示されている。   In addition, it is publicly known that there are various volume resistances as the lithium nickel composite oxide, and the composition ratio of the transition metal in the lithium nickel composite oxide is changed and the sintering temperature at the time of manufacture is changed. It is also known that the volume resistance changes. For example, Table 2 of JP 2013-157109 A and Table 1 of JP 2013-025887 A specifically disclose lithium nickel composite oxides having various volume resistances.

また、リチウム金属リン酸化合物として、様々な体積抵抗のものがあることも公知である。例えば、特開2014−179176号公報の段落0043及び段落0057(表1)、特開2014−029863号公報の段落0187、特開2012−204079号公報の段落0057等には、多様な体積抵抗のリチウム金属リン酸化合物が具体的に開示されている。   It is also known that lithium metal phosphate compounds have various volume resistances. For example, paragraphs 0043 and 0057 (Table 1) of JP 2014-179176 A, paragraph 0187 of JP 2014-029863 A, paragraph 0057 of JP 2012-204079 A, and the like have various volume resistances. Lithium metal phosphate compounds are specifically disclosed.

本発明の正極において、リチウムニッケル複合酸化物と前記リチウム金属リン酸化合物との質量比は、65:35〜85:15の範囲内が好ましく、65:35〜80:20の範囲内がより好ましく、67:33〜75:25の範囲内がさらに好ましい。   In the positive electrode of the present invention, the mass ratio of the lithium nickel composite oxide and the lithium metal phosphate compound is preferably in the range of 65:35 to 85:15, and more preferably in the range of 65:35 to 80:20. 67:33 to 75:25 is more preferable.

本発明の正極は、具体的には、集電体と、集電体の表面に形成されている正極活物質層とを具備する。   Specifically, the positive electrode of the present invention includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。   The current collector refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, magnesium, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel Examples of such a metal material can be given.

正極の電位をリチウム基準で4V以上とする場合には、正極用集電体としてアルミニウムを採用するのが好ましい。   When the potential of the positive electrode is 4 V or more on the basis of lithium, it is preferable to employ aluminum as the positive electrode current collector.

具体的には、正極用集電体として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いるのが好ましい。ここでアルミニウムは、純アルミニウムを指し、純度99.0%以上のアルミニウムを純アルミニウムと称する。純アルミニウムに種々の元素を添加して合金としたものをアルミニウム合金と称する。アルミニウム合金としては、Al−Cu系、Al−Mn系、Al−Fe系、Al−Si系、Al−Mg系、Al−Mg−Si系、Al−Zn−Mg系が挙げられる。   Specifically, it is preferable to use a positive electrode current collector made of aluminum or an aluminum alloy. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum having a purity of 99.0% or more is referred to as pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is referred to as an aluminum alloy. Examples of the aluminum alloy include Al—Cu, Al—Mn, Al—Fe, Al—Si, Al—Mg, Al—Mg—Si, and Al—Zn—Mg.

また、アルミニウム又はアルミニウム合金として、具体的には、例えばJIS A1085、A1N30等のA1000系合金(純アルミニウム系)、JIS A3003、A3004等のA3000系合金(Al−Mn系)、JIS A8079、A8021等のA8000系合金(Al−Fe系)が挙げられる。   Specific examples of aluminum or aluminum alloy include A1000 series alloys (pure aluminum series) such as JIS A1085 and A1N30, A3000 series alloys (Al-Mn series) such as JIS A3003 and A3004, JIS A8079, A8021, etc. A8000-based alloy (Al-Fe-based).

集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。   The current collector may be covered with a known protective layer. What collected the surface of the electrical power collector by the well-known method may be used as an electrical power collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

正極活物質層は、正極活物質としてリチウムニッケル複合酸化物及びリチウム金属リン酸化合物を含み、さらに、導電助剤、結着剤、分散剤などの添加剤を含むことがある。   The positive electrode active material layer includes a lithium nickel composite oxide and a lithium metal phosphate compound as a positive electrode active material, and may further include additives such as a conductive additive, a binder, and a dispersant.

正極活物質層全体を100質量%としたとき、上記のリチウムニッケル複合酸化物とリチウム金属リン酸化合物とからなる正極活物質の量は、百分率で、50〜99質量%の範囲内が好ましく、60〜98質量%の範囲内がより好ましく、70〜97質量%の範囲内が特に好ましい。   When the total amount of the positive electrode active material layer is 100% by mass, the amount of the positive electrode active material composed of the lithium nickel composite oxide and the lithium metal phosphate compound is preferably in a range of 50 to 99% by mass, The inside of the range of 60-98 mass% is more preferable, and the inside of the range of 70-97 mass% is especially preferable.

正極活物質層の空隙率は、20〜30%の範囲内が好ましく、25〜29%の範囲内がより好ましい。正極活物質層の空隙率が好ましい範囲内であると、本発明のリチウムイオン二次電池の熱安定性が更に向上する場合がある。   The porosity of the positive electrode active material layer is preferably within a range of 20 to 30%, and more preferably within a range of 25 to 29%. When the porosity of the positive electrode active material layer is within a preferable range, the thermal stability of the lithium ion secondary battery of the present invention may be further improved.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent may be added arbitrarily when the electrode conductivity is insufficient, and may not be added when the electrode conductivity is sufficiently excellent.

導電助剤は化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、及び各種金属粒子等が例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック等が例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて正極活物質層に添加することができる。   The conductive auxiliary agent may be any chemically inert electronic high conductor, such as carbon black, graphite, vapor grown carbon fiber (VGCF), and various metal particles, which are carbonaceous fine particles. Is done. Examples of the carbon black include acetylene black, ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive assistants can be added to the positive electrode active material layer alone or in combination of two or more.

導電助剤の形状は特に制限されないが、その役割からみて、導電助剤の平均粒子径は小さいほうが好ましい。導電助剤の好ましい平均粒子径として10μm以下が例示され、より好ましい平均粒子径として0.01〜1μmの範囲が例示される。   The shape of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but it is preferable that the average particle diameter of the conductive auxiliary agent is small in view of its role. A preferable average particle size of the conductive auxiliary is 10 μm or less, and a more preferable average particle size is in the range of 0.01 to 1 μm.

導電助剤の配合量は特に限定されないが、あえて正極活物質層における導電助剤の配合量を挙げると、0.5〜10質量%の範囲内がよく、1〜7質量%の範囲内が好ましく、2〜5質量%の範囲内が特に好ましい。   Although the compounding quantity of a conductive support agent is not specifically limited, If it dares to mention the compounding quantity of the conductive support agent in a positive electrode active material layer, the inside of the range of 0.5-10 mass% is good, and the inside of the range of 1-7 mass% is good. The range of 2 to 5% by mass is particularly preferable.

結着剤は、正極活物質や導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂を例示することができる。また、結着剤として、親水基を有するポリマーを採用してもよい。親水基を有するポリマーの親水基としては、カルボキシル基、スルホ基、シラノール基、アミノ基、水酸基、リン酸基が例示される。親水基を有するポリマーの具体例として、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリメタクリル酸、ポリ(p−スチレンスルホン酸)を挙げることができる。   The binder plays a role of connecting the positive electrode active material and the conductive additive to the surface of the current collector. Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, and alkoxysilyl group-containing resins. be able to. Moreover, you may employ | adopt the polymer which has a hydrophilic group as a binder. Examples of the hydrophilic group of the polymer having a hydrophilic group include a carboxyl group, a sulfo group, a silanol group, an amino group, a hydroxyl group, and a phosphate group. Specific examples of the polymer having a hydrophilic group include polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, polymethacrylic acid, and poly (p-styrenesulfonic acid).

結着剤の配合量は特に限定されないが、あえて正極活物質層における結着剤の配合量を挙げると、0.5〜10質量%の範囲内が好ましく、1〜7質量%の範囲内がより好ましく、2〜5質量%の範囲内が特に好ましい。結着剤の配合量が少なすぎると正極活物質層の成形性が低下するおそれがある。また、結着剤の配合量が多すぎると、正極活物質層における正極活物質の量が相対的に減少するため、好ましくない。   Although the compounding quantity of a binder is not specifically limited, If the compounding quantity of the binder in a positive electrode active material layer is dared, the inside of the range of 0.5-10 mass% is preferable, and the inside of the range of 1-7 mass% is preferable. More preferably, the range of 2 to 5% by mass is particularly preferable. If the blending amount of the binder is too small, the moldability of the positive electrode active material layer may be lowered. Moreover, when there are too many compounding quantities of a binder, since the quantity of the positive electrode active material in a positive electrode active material layer reduces relatively, it is unpreferable.

導電助剤及び結着剤以外の分散剤などの添加剤は、公知のものを採用することができる。   Known additives can be employed as additives such as a dispersing agent other than the conductive assistant and the binder.

集電体の表面に正極活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に正極活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、溶剤、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を混合してスラリーにしてから、当該スラリーを集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   In order to form the positive electrode active material layer on the surface of the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method is used. A positive electrode active material may be applied to the surface of the electric body. Specifically, an active material, a solvent, and if necessary, a binder and a conductive additive are mixed to form a slurry, and the slurry is applied to the surface of the current collector and then dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, the dried product may be compressed.

本発明の趣旨から、本発明の正極の製造方法の一工程として、リチウムニッケル複合酸化物の平均粒子径とリチウム金属リン酸化合物の平均粒子径を確認する工程、及び、リチウムニッケル複合酸化物の体積抵抗とリチウム金属リン酸化合物の体積抵抗を確認する工程、を含むことが好ましい。   From the gist of the present invention, as one step of the method for producing the positive electrode of the present invention, a step of confirming the average particle size of the lithium nickel composite oxide and the average particle size of the lithium metal phosphate compound, and the lithium nickel composite oxide It is preferable to include a step of confirming the volume resistance and the volume resistance of the lithium metal phosphate compound.

本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明の正極を備えたものである。本発明のリチウムイオン二次電池は、具体的な電池構成要素として、本発明の正極、負極、電解液、及び必要に応じてセパレータを含む。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes the positive electrode of the present invention. The lithium ion secondary battery of this invention contains the positive electrode of this invention, a negative electrode, electrolyte solution, and a separator as needed as a specific battery component.

負極は、集電体と、集電体の表面に形成された負極活物質層を有する。負極活物質層は負極活物質を含み、さらに、導電助剤、結着剤、分散剤などの添加剤を含むことがある。集電体及び導電助剤は、正極で説明したものを採用すればよい。分散剤は公知のものを採用することができる。   The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector. The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and may further contain additives such as a conductive additive, a binder, and a dispersant. What is necessary is just to employ | adopt what was demonstrated with the positive electrode as a collector and a conductive support agent. A well-known thing can be employ | adopted for a dispersing agent.

負極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する化合物、あるいは高分子材料などを例示することができる。   Examples of the negative electrode active material include a carbon-based material capable of inserting and extracting lithium, an element that can be alloyed with lithium, a compound having an element that can be alloyed with lithium, a polymer material, and the like.

炭素系材料としては、難黒鉛化性炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類が例示できる。ここで、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。高分子材料としては、具体的にポリアセチレン、ポリピロールを例示できる。   Examples of the carbon-based material include non-graphitizable carbon, natural graphite, artificial graphite, cokes, graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, activated carbon, and carbon blacks. Here, the organic polymer compound fired body refers to a material obtained by firing and carbonizing a polymer material such as phenols and furans at an appropriate temperature. Specific examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole.

リチウムと合金化可能な元素としては、具体的にNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Biが例示でき、特に、Si又はSnが好ましい。   Specifically, elements that can be alloyed with lithium include Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si. , Ge, Sn, Pb, Sb, Bi can be exemplified, and Si or Sn is particularly preferable.

リチウムと合金化可能な元素を有する化合物としては、具体的にZnLiAl、AlSb、SiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi、SiC、Si、SiO、SiO(0<v≦2)、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSiOあるいはLiSnOを例示できる。また、リチウムと合金化反応可能な元素を有する化合物として、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)などの錫化合物を例示できる。 Specific examples of the compound having an element that can be alloyed with lithium include ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO or LiSnO. Moreover, tin compounds, such as a tin alloy (Cu-Sn alloy, Co-Sn alloy, etc.), can be illustrated as a compound which has an element which can be alloyed with lithium.

上記のSiO(0<v≦2)からなる珪素酸化物は、二酸化珪素(SiO)と単体珪素(Si)とを原料として得られる非晶質の珪素酸化物であるSiOを、熱処理等により不均化することにより得られる。不均化反応は、SiOがSi相とSiO相とに分解する反応である。一般に、酸素を断った状態であれば800℃以上で、ほぼすべてのSiOが不均化して二相に分離すると言われている。具体的には、非結晶性のSiOに対して、真空中または不活性ガス中などの不活性雰囲気中で800〜1200℃で1〜5時間の熱処理をすることで、非結晶性のSiO相および結晶性のSi相の二相を含む珪素酸化物が得られる。 The above silicon oxide composed of SiO v (0 <v ≦ 2) is obtained by heat-treating SiO, which is an amorphous silicon oxide obtained using silicon dioxide (SiO 2 ) and simple silicon (Si) as raw materials. Can be obtained by disproportionation. The disproportionation reaction is a reaction in which SiO is decomposed into a Si phase and a SiO 2 phase. In general, when oxygen is turned off, it is said that almost all SiO is disproportionated and separated into two phases at 800 ° C. or higher. Specifically, amorphous SiO 2 is subjected to heat treatment at 800 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours in an inert atmosphere such as in a vacuum or an inert gas. A silicon oxide containing two phases of a phase and a crystalline Si phase is obtained.

この珪素酸化物の平均粒子径は、4μm以上であることが好ましい。平均粒子径とは、メジアン径であり、レーザー回析法による体積基準の粒度分布に基づいて得ることができる。珪素酸化物の平均粒子径は、20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることが好ましい。平均粒子径が小さすぎると、活性点が多いため、SEI(Solid Electrolyte Interphase)の生成が多くサイクル特性が低下する場合がある。一方、平均粒子径が大きすぎると、珪素酸化物は導電率が悪いため、電極全体の導電性が不均一になり、抵抗の上昇や、出力の低下が起こる場合がある。   The average particle diameter of the silicon oxide is preferably 4 μm or more. The average particle diameter is a median diameter and can be obtained based on a volume-based particle size distribution by a laser diffraction method. The average particle diameter of the silicon oxide is preferably 20 μm or less, and preferably 15 μm or less. If the average particle size is too small, there are many active points, so that generation of SEI (Solid Electrolyte Interphase) is large and cycle characteristics may be deteriorated. On the other hand, if the average particle diameter is too large, the conductivity of the silicon oxide is poor, so that the conductivity of the entire electrode becomes non-uniform, and the resistance may increase or the output may decrease.

また、負極活物質として、国際公開第2014/080608号に記載のシリコン材料を採用してもよい。当該シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するものである。シリコン材料は、例えば、CaSiと酸とを反応させてポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成する工程、さらに、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させる工程を経て製造されるものである。 Moreover, you may employ | adopt the silicon material as described in international publication 2014/080608 as a negative electrode active material. The silicon material has a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. For example, the silicon material is subjected to a process of synthesizing a layered silicon compound containing polysilane as a main component by reacting CaSi 2 with an acid, and further a process of heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher to desorb hydrogen. It is manufactured.

シリコン材料の製造方法を、酸として塩化水素を用いた場合の理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
3CaSi+6HCl → Si+3CaCl
Si → 6Si+3H
The production method of the silicon material is represented by the following ideal reaction formula when hydrogen chloride is used as the acid.
3CaSi 2 + 6HCl → Si 6 H 6 + 3CaCl 2
Si 6 H 6 → 6Si + 3H 2

ただし、ポリシランであるSiを合成する上段の反応では、副生物や不純物除去の観点から、通常、反応溶媒として水が用いられる。そして、Siは水と反応し得るため、上段の反応を含む層状シリコン化合物を合成する工程において、層状シリコン化合物がSiのみを含むものとして製造されることはほとんどなく、層状シリコン化合物はSi(OH)(Xは酸のアニオン由来の元素若しくは基、s+t+u=6、0<s<6、0<t<6、0<u<6)で表されるものとして製造される。なお、上記の化学式においては、残存し得るCaなどの不可避不純物については、考慮していない。そして、当該層状シリコン化合物を加熱して得られるシリコン材料も、酸素や酸のアニオン由来の元素を含む。 However, in the upper reaction for synthesizing Si 6 H 6 which is polysilane, water is usually used as a reaction solvent from the viewpoint of removing by-products and impurities. Since Si 6 H 6 can react with water, in the step of synthesizing the layered silicon compound including the upper reaction, the layered silicon compound is hardly manufactured as containing only Si 6 H 6 , and the layered The silicon compound is represented by Si 6 H s (OH) t X u (X is an element or group derived from an acid anion, s + t + u = 6, 0 <s <6, 0 <t <6, 0 <u <6). Manufactured as a product. In the above chemical formula, inevitable impurities such as Ca that can remain are not taken into consideration. A silicon material obtained by heating the layered silicon compound also contains an element derived from an anion of oxygen or acid.

既述のとおり、シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有する。リチウムイオン等の電荷担体が効率的に吸蔵及び放出されるためには、板状シリコン体は厚さが10nm〜100nmの範囲内のものが好ましく、20nm〜50nmの範囲内のものがより好ましい。板状シリコン体の長手方向の長さは、0.1μm〜50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長手方向の長さ)/(厚さ)が2〜1000の範囲内であるのが好ましい。板状シリコン体の積層構造は走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。また、この積層構造は、原料のCaSiにおけるSi層の名残りであると考えられる。 As described above, the silicon material has a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. In order to efficiently store and release charge carriers such as lithium ions, the plate-like silicon body preferably has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm, more preferably in the range of 20 nm to 50 nm. The length in the longitudinal direction of the plate-like silicon body is preferably within a range of 0.1 μm to 50 μm. The plate-like silicon body preferably has (length in the longitudinal direction) / (thickness) in the range of 2 to 1000. The laminated structure of the plate-like silicon body can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. This laminated structure is considered to be a remnant of the Si layer in the raw material CaSi 2 .

シリコン材料には、アモルファスシリコン及び/又はシリコン結晶子が含まれるのが好ましい。特に、上記板状シリコン体において、アモルファスシリコンをマトリックスとし、シリコン結晶子が当該マトリックス中に点在している状態が好ましい。シリコン結晶子のサイズは、0.5nm〜300nmの範囲内が好ましく、1nm〜100nmの範囲内がより好ましく、1nm〜50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm〜10nmの範囲内が特に好ましい。なお、シリコン結晶子のサイズは、シリコン材料に対してX線回折測定を行い、得られたX線回折チャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。   The silicon material preferably includes amorphous silicon and / or silicon crystallites. In particular, the above plate-like silicon body is preferably in a state where amorphous silicon is used as a matrix and silicon crystallites are scattered in the matrix. The size of the silicon crystallite is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, still more preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 nm to 10 nm. The size of the silicon crystallite is calculated from the Scherrer equation using X-ray diffraction measurement on the silicon material and using the half-value width of the diffraction peak of the Si (111) plane of the obtained X-ray diffraction chart. .

シリコン材料に含まれる板状シリコン体、アモルファスシリコン及びシリコン結晶子の存在量や大きさは、主に加熱温度や加熱時間に左右される。加熱温度は、350℃〜950℃の範囲内が好ましく、400℃〜900℃の範囲内がより好ましい。   The abundance and size of the plate-like silicon body, amorphous silicon and silicon crystallite contained in the silicon material mainly depend on the heating temperature and the heating time. The heating temperature is preferably in the range of 350 ° C to 950 ° C, more preferably in the range of 400 ° C to 900 ° C.

負極活物質としては、理論上のエネルギー密度が高い点から、珪素酸化物やシリコン材料などの珪素を含有するSi含有負極活物質が特に好ましい。Si含有負極活物質は炭素で被覆されていてもよい。炭素で被覆されたSi含有負極活物質は導電性に優れる。   As the negative electrode active material, a Si-containing negative electrode active material containing silicon, such as silicon oxide or silicon material, is particularly preferable because of its high theoretical energy density. The Si-containing negative electrode active material may be coated with carbon. The Si-containing negative electrode active material coated with carbon is excellent in conductivity.

負極用の結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、スチレンブタジエンゴムなどの公知のものを採用すればよい。   The binder for the negative electrode includes polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorine-containing resins such as fluorine rubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, and alkoxysilyl group-containing resins. What is necessary is just to employ | adopt well-known things, such as a styrene butadiene rubber.

また、結着剤として、親水基を有するポリマーを採用してもよい。親水基を有するポリマーを結着剤として具備する本発明のリチウムイオン二次電池は、より好適に容量を維持できる。親水基を有するポリマーの親水基としては、カルボキシル基、スルホ基、シラノール基、アミノ基、水酸基、リン酸基などリン酸系の基などが例示される。中でも、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリメタクリル酸などの分子中にカルボキシル基を含むポリマー、又は、ポリ(p−スチレンスルホン酸)などのスルホ基を含むポリマーが好ましい。   Moreover, you may employ | adopt the polymer which has a hydrophilic group as a binder. The lithium ion secondary battery of the present invention comprising a polymer having a hydrophilic group as a binder can maintain the capacity more suitably. Examples of the hydrophilic group of the polymer having a hydrophilic group include a phosphate group such as a carboxyl group, a sulfo group, a silanol group, an amino group, a hydroxyl group, and a phosphate group. Among them, a polymer containing a carboxyl group in a molecule such as polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, or polymethacrylic acid, or a polymer containing a sulfo group such as poly (p-styrenesulfonic acid) is preferable.

ポリアクリル酸、あるいはアクリル酸とビニルスルホン酸との共重合体など、カルボキシル基及び/又はスルホ基を多く含むポリマーは水溶性となる。親水基を有するポリマーは、水溶性ポリマーであることが好ましく、化学構造でいうと、一分子中に複数のカルボキシル基及び/又はスルホ基を含むポリマーが好ましい。   A polymer containing many carboxyl groups and / or sulfo groups such as polyacrylic acid or a copolymer of acrylic acid and vinyl sulfonic acid becomes water-soluble. The polymer having a hydrophilic group is preferably a water-soluble polymer, and in terms of chemical structure, a polymer containing a plurality of carboxyl groups and / or sulfo groups in one molecule is preferable.

分子中にカルボキシル基を含むポリマーは、例えば、酸モノマーを重合する方法や、ポリマーにカルボキシル基を付与する方法などで製造することができる。酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸、クロトン酸、ペンテン酸、アンジェリカ酸、チグリン酸など分子中に一つのカルボキシル基をもつ酸モノマー、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、フマル酸、マレイン酸、2−ペンテン二酸、メチレンコハク酸、アリルマロン酸、イソプロピリデンコハク酸、2,4−ヘキサジエン二酸、アセチレンジカルボン酸など分子内に二つ以上のカルボキシル基をもつ酸モノマーなどが例示される。   The polymer containing a carboxyl group in the molecule can be produced by, for example, a method of polymerizing an acid monomer or a method of imparting a carboxyl group to the polymer. Acid monomers include acrylic acid, methacrylic acid, vinyl benzoic acid, crotonic acid, pentenoic acid, angelic acid, tiglic acid, etc., acid monomers having one carboxyl group in the molecule, itaconic acid, mesaconic acid, citraconic acid, fumaric acid , Maleic acid, 2-pentenedioic acid, methylene succinic acid, allyl malonic acid, isopropylidene succinic acid, 2,4-hexadiene diacid, acetylenedicarboxylic acid, etc., acid monomers having two or more carboxyl groups in the molecule Is done.

上記の酸モノマーから選ばれる二種以上の酸モノマーを重合してなる共重合ポリマーを結着剤として用いてもよい。   A copolymer obtained by polymerizing two or more acid monomers selected from the above acid monomers may be used as a binder.

また、例えば特開2013―065493号公報に記載されたような、アクリル酸とイタコン酸との共重合体のカルボキシル基どうしが縮合して形成された酸無水物基を分子中に含んでいるポリマーを結着剤として用いることも好ましい。一分子中にカルボキシル基を二つ以上有する酸性度の高いモノマー由来の構造が結着剤にあることにより、充電時に電解液分解反応が起こる前にリチウムイオンなどを結着剤がトラップし易くなると考えられている。さらに、当該ポリマーは、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸に比べてモノマーあたりのカルボキシル基が多いため、酸性度が高まるものの、所定量のカルボキシル基が酸無水物基に変化しているため、酸性度が高まりすぎることもない。そのため、当該ポリマーを結着剤として用いた負極を備える二次電池は、初期効率が向上し、入出力特性が向上する。   Further, for example, a polymer containing an acid anhydride group formed by condensation of carboxyl groups of a copolymer of acrylic acid and itaconic acid, as described in JP 2013-065493 A, in the molecule It is also preferable to use as a binder. When the binder has a structure derived from a highly acidic monomer having two or more carboxyl groups in one molecule, it becomes easier for the binder to trap lithium ions etc. before the electrolyte decomposition reaction occurs during charging. It is considered. Furthermore, since the polymer has more carboxyl groups per monomer than polyacrylic acid or polymethacrylic acid, the acidity is increased, but since the predetermined amount of carboxyl groups is changed to acid anhydride groups, the acidity is increased. Is not too high. Therefore, a secondary battery including a negative electrode using the polymer as a binder has improved initial efficiency and improved input / output characteristics.

また、国際公開第2016/063882号に開示される、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーをジアミンなどのポリアミンで架橋した架橋ポリマーを、結着剤として用いてもよい。   A cross-linked polymer obtained by cross-linking a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid with a polyamine such as diamine disclosed in International Publication No. 2016/063882 may be used as a binder.

架橋ポリマーに用いられるジアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン等の含飽和炭素環ジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、ベンジジン、o−トリジン、2,4−トリレンジアミン、2,6−トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ナフタレンジアミン等の芳香族ジアミンが挙げられる。   Examples of the diamine used in the crosslinked polymer include alkylene diamines such as ethylene diamine, propylene diamine, and hexamethylene diamine, 1,4-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, isophorone diamine, and bis (4-aminocyclohexyl) methane. Saturated carbocyclic diamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenyl ether, bis (4-aminophenyl) sulfone, benzidine, o-tolidine, 2,4- Aromatic diamines such as tolylenediamine, 2,6-tolylenediamine, xylylenediamine, and naphthalenediamine are exemplified.

また、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーと、ポリアミドイミドとの混合物又は反応物を結着剤として用いてもよい。   Further, a mixture or a reaction product of a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid and polyamideimide may be used as a binder.

ポリアミドイミドとは、分子内にアミド結合とイミド結合をそれぞれ2つ以上有する化合物を意味する。ポリアミドイミドは、アミド結合及びイミド結合におけるカルボニル部分となる酸成分と、アミド結合及びイミド結合における窒素部分となるジアミン成分又はジイソシアネート成分を反応させることで製造される。ポリアミドイミドを得るには、当該方法で製造しても良いし、また、市販のポリアミドイミドを購入しても良い。   Polyamideimide means a compound having two or more amide bonds and imide bonds in the molecule. Polyamideimide is produced by reacting an acid component that becomes a carbonyl moiety in an amide bond and an imide bond with a diamine component or diisocyanate component that becomes a nitrogen moiety in the amide bond and imide bond. In order to obtain a polyamideimide, it may be produced by the method, or a commercially available polyamideimide may be purchased.

ポリアミドイミドの製造に用いられる酸成分としては、トリメリット酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、シュウ酸、アジピン酸、マロン酸、セバチン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸、ジカルボキシポリブタジエン、ジカルボキシポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)、ジカルボキシポリ(スチレン−ブタジエン)、シクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸、シクロヘキサン−1,3−ジカルボン酸、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ビス(カルボキシフェニル)スルホン、ビス(カルボキシフェニル)エーテル、ナフタレンジカルボン酸、及び、これらの無水物、酸ハロゲン化物、誘導体を挙げることができる。酸成分としては、上記の化合物を単独で又は複数で採用すればよいが、ただし、イミド結合を形成させる点から、カルボキシル基が結合している炭素の隣接炭素にカルボキシル基が存在する酸成分又はその同等物が、必須となる。酸成分としては、反応性、耐熱性などの点から、トリメリット酸無水物が好ましい。また、ポリアミドイミドの引っ張り強度、引っ張り弾性率、電解液耐性の点から、トリメリット酸無水物に加えて、酸成分の一部として、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、ビフェニルテトラカルボン酸無水物を採用するのが好ましい。   Acid components used for the production of polyamideimide include trimellitic acid, pyromellitic acid, biphenyltetracarboxylic acid, diphenylsulfonetetracarboxylic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, diphenylethertetracarboxylic acid, oxalic acid, adipic acid, malonic acid, Sebacic acid, azelaic acid, dodecanedicarboxylic acid, dicarboxypolybutadiene, dicarboxypoly (acrylonitrile-butadiene), dicarboxypoly (styrene-butadiene), cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, Dicyclohexylmethane-4,4′-dicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, bis (carboxyphenyl) sulfone, bis (carboxyphenyl) ether, naphthalenedicarboxylic acid, and These anhydrides, acid halides, mention may be made of derivatives. As the acid component, the above compounds may be employed singly or in combination, but from the point of forming an imide bond, an acid component in which a carboxyl group is present on the carbon adjacent to the carbon to which the carboxyl group is bonded or Its equivalent is essential. As the acid component, trimellitic anhydride is preferable from the viewpoints of reactivity and heat resistance. In addition to trimellitic acid anhydride, pyromellitic acid anhydride, benzophenonetetracarboxylic acid anhydride, biphenyltetra, as part of the acid component in addition to trimellitic acid anhydride, from the viewpoint of tensile strength, tensile modulus, and electrolyte resistance of polyamideimide It is preferable to employ a carboxylic acid anhydride.

ポリアミドイミドの製造に用いられるジアミン成分としては、上述した架橋ポリマーに用いられるジアミンを採用すればよい。耐熱性、溶解性の観点から、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,4−トリレンジアミン、o−トリジン、ナフタレンジアミン、イソホロンジアミンが好ましい。ポリアミドイミドの引っ張り強度、引っ張り弾性率の点からはo−トリジン、ナフタレンジアミンが好ましい。   What is necessary is just to employ | adopt the diamine used for the crosslinked polymer mentioned above as a diamine component used for manufacture of a polyamideimide. From the viewpoint of heat resistance and solubility, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 2,4-tolylenediamine, o-tolidine, naphthalenediamine, and isophoronediamine are preferable. From the viewpoint of tensile strength and tensile modulus of polyamideimide, o-tolidine and naphthalenediamine are preferable.

ポリアミドイミドの製造に用いられるジイソシアネート成分としては、上記ジアミン成分のアミンをイソシアネートで置き換えたものを挙げることができる。   Examples of the diisocyanate component used for producing the polyamideimide include those obtained by replacing the amine of the diamine component with an isocyanate.

負極活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:結着剤=1:0.005〜1:0.3であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The blending ratio of the binder in the negative electrode active material layer is preferably a mass ratio of negative electrode active material: binder = 1: 0.005 to 1: 0.3. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、公知のものを採用すればよく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. A known separator may be employed, such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polyamide), polyester, polyacrylonitrile or other synthetic resin, cellulose, amylose or other polysaccharide, fibroin. And porous materials, nonwoven fabrics, woven fabrics, and the like using one or more electrical insulating materials such as natural polymers such as keratin, lignin, and suberin, and ceramics. The separator may have a multilayer structure.

電解液は、非水溶媒とこの非水溶媒に溶解された電解質とを含んでいる。   The electrolytic solution includes a non-aqueous solvent and an electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent.

非水溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等が使用できる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等を例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。電解液には、これらの非水溶媒を単独で用いてもよいし、又は、複数を併用してもよい。   As the non-aqueous solvent, cyclic esters, chain esters, ethers and the like can be used. Examples of the cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. These nonaqueous solvents may be used alone or in combination with the electrolyte.

電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を例示できる。 Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

電解液としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの非水溶媒に、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/lから1.7mol/l程度の濃度で溶解させた溶液を例示できる。 As the electrolytic solution, lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 and the like in a non-aqueous solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate and the like is from 0.5 mol / l to 1. A solution dissolved at a concentration of about 7 mol / l can be exemplified.

リチウムイオン二次電池の具体的な製造方法について説明する。例えば、正極と負極とでセパレータを挟持して電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極の積層体を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までを、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。   A specific method for manufacturing the lithium ion secondary battery will be described. For example, a separator is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode to form an electrode body. The electrode body may be any of a stacked type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are stacked. After connecting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal connected to the outside using a current collecting lead or the like, an electrolyte is added to the electrode body to form a lithium ion secondary battery. Good.

リチウムイオン二次電池は車両に搭載することができる。リチウムイオン二次電池は、大きな充放電容量を維持し、かつ優れたサイクル性能を有するため、これを搭載した車両は、高性能の車両となる。   The lithium ion secondary battery can be mounted on a vehicle. Since a lithium ion secondary battery maintains a large charge / discharge capacity and has excellent cycle performance, a vehicle equipped with the lithium ion secondary battery is a high-performance vehicle.

車両としては、電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両であればよく、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電動フォークリフト、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車が挙げられる。   The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a battery as a whole or a part of a power source. For example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid railway vehicle, an electric forklift, an electric wheelchair, and an electric assist. Bicycles and electric motorcycles are examples.

以上、本発明の正極及びリチウムイオン二次電池を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   Although the positive electrode and the lithium ion secondary battery of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

以下に、実施例及び比較例などを示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited by these Examples.

以下の表1に示すリチウムニッケル複合酸化物及び表2に示す炭素で被覆されたリチウム金属リン酸化合物を準備した。なお、表1及び表2の体積抵抗の値は、三菱化学アナリテック製抵抗測定装置(商品名 MCP−PD51)を用いて、試料2gを直径2cmの円筒管に入れて、荷重20kNで圧縮した際の測定値である。

Figure 2018037380
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The lithium nickel composite oxide shown in Table 1 below and the lithium metal phosphate compound coated with carbon shown in Table 2 were prepared. In addition, the value of the volume resistance of Table 1 and Table 2 put the sample 2g in the cylindrical tube of diameter 2cm, and compressed it with the load of 20kN using the resistance measuring apparatus (brand name MCP-PD51) made from Mitsubishi Chemical Analytech. Measured value.
Figure 2018037380
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(実施例1)
正極活物質として表1のNo.1のリチウムニッケル複合酸化物を67質量部、正極活物質として表2のNo.1のリチウム金属リン酸化合物を27質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを3質量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを3質量部、及び、適量のN−メチル−2−ピロリドンを混合して、スラリーを製造した。正極用集電体としてアルミニウム箔を準備した。アルミニウム箔の表面に、ドクターブレードを用いて上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布されたアルミニウム箔を乾燥することで、N−メチル−2−ピロリドンを除去した。その後、当該アルミニウム箔をプレスし接合物を得た。得られた接合物を乾燥機で加熱乾燥して、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔からなる実施例1の正極を製造した。なお、正極活物質層の体積、各材料の真密度、及び各材料の配合比から算出した計算上の空隙率は27%であった。
Example 1
As the positive electrode active material, No. 1 in Table 1 was obtained. No. 1 in Table 2 as 67 parts by mass of the lithium nickel composite oxide of No. 1 and the positive electrode active material. 27 parts by mass of 1 lithium metal phosphate compound, 3 parts by mass of acetylene black as a conductive assistant, 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone were mixed. A slurry was produced. An aluminum foil was prepared as a positive electrode current collector. The slurry was applied in a film form on the surface of the aluminum foil using a doctor blade. The aluminum foil coated with the slurry was dried to remove N-methyl-2-pyrrolidone. Thereafter, the aluminum foil was pressed to obtain a bonded product. The obtained joined product was heated and dried with a drier to produce a positive electrode of Example 1 made of an aluminum foil on which a positive electrode active material layer was formed. The calculated porosity calculated from the volume of the positive electrode active material layer, the true density of each material, and the blending ratio of each material was 27%.

負極活物質としてSiOを32質量部、負極活物質として黒鉛を50質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを8質量部、結着剤としてポリアミドイミドを10質量部、及び、適量のN−メチル−2−ピロリドンを混合して、スラリーを製造した。負極用集電体として銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を乾燥することでN−メチル−2−ピロリドンを除去して、負極活物質層が形成された負極を製造した。   32 parts by mass of SiO as a negative electrode active material, 50 parts by mass of graphite as a negative electrode active material, 8 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, 10 parts by mass of polyamideimide as a binder, and an appropriate amount of N-methyl- 2-Pyrrolidone was mixed to produce a slurry. A copper foil was prepared as a negative electrode current collector. The slurry was applied in a film form on the surface of the copper foil using a doctor blade. The copper foil coated with the slurry was dried to remove N-methyl-2-pyrrolidone to produce a negative electrode on which a negative electrode active material layer was formed.

エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートを3:3:4の体積比で混合した有機溶媒に、LiPFを加えて溶解させて、LiPFを1mol/Lの濃度で含有する電解液を製造した。 LiPF 6 was added and dissolved in an organic solvent in which ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 3: 4 to produce an electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. .

セパレータとして、ポリオレフィン製の多孔質膜を準備した。実施例1の正極と負極とでセパレータを挟持し、極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに上記電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉された実施例1のリチウムイオン二次電池を製造した。   A polyolefin porous film was prepared as a separator. A separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode of Example 1 to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed, and then the electrolyte solution was poured into the bag-like laminated film. Thereafter, the remaining one side was sealed, whereby the four sides were hermetically sealed, and the lithium ion secondary battery of Example 1 in which the electrode plate group and the electrolyte solution were sealed was manufactured.

(実施例2)
正極活物質として表1のNo.2のリチウムニッケル複合酸化物を67質量部、正極活物質として表2のNo.1のリチウム金属リン酸化合物を27質量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2の正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 2)
As the positive electrode active material, No. 1 in Table 1 was obtained. No. 2 in Table 2 as 67 parts by mass of the lithium nickel composite oxide of No. 2 and the positive electrode active material. A positive electrode and a lithium ion secondary battery of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1, except that 27 parts by mass of 1 lithium metal phosphate compound was used.

(実施例3)
正極活物質として表1のNo.3のリチウムニッケル複合酸化物を67質量部、正極活物質として表2のNo.2のリチウム金属リン酸化合物を27質量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、実施例3の正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
(Example 3)
As the positive electrode active material, No. 1 in Table 1 was obtained. No. 3 in Table 2 as 67 parts by mass of a lithium nickel composite oxide of No. 3 as a positive electrode active material. A positive electrode and a lithium ion secondary battery of Example 3 were produced in the same manner as in Example 1, except that 27 parts by mass of lithium metal phosphate compound 2 was used.

(比較例1)
正極活物質として表1のNo.1のリチウムニッケル複合酸化物を67質量部、正極活物質として表2のNo.3のリチウム金属リン酸化合物を27質量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1の正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
As the positive electrode active material, No. 1 in Table 1 was obtained. No. 1 in Table 2 as 67 parts by mass of the lithium nickel composite oxide of No. 1 and the positive electrode active material. A positive electrode and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 were produced in the same manner as in Example 1 except that 27 parts by mass of 3 lithium metal phosphate compounds were used.

(比較例2)
正極活物質として表1のNo.3のリチウムニッケル複合酸化物を67質量部、正極活物質として表2のNo.4のリチウム金属リン酸化合物を27質量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、比較例2の正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 2)
As the positive electrode active material, No. 1 in Table 1 was obtained. No. 3 in Table 2 as 67 parts by mass of a lithium nickel composite oxide of No. 3 as a positive electrode active material. A positive electrode and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that 27 parts by mass of the lithium metal phosphate compound of No. 4 was used.

(比較例3)
正極活物質として表1のNo.3のリチウムニッケル複合酸化物を67質量部、正極活物質として表2のNo.5のリチウム金属リン酸化合物を27質量部を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、比較例3の正極及びリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 3)
As the positive electrode active material, No. 1 in Table 1 was obtained. No. 3 in Table 2 as 67 parts by mass of a lithium nickel composite oxide of No. 3 as a positive electrode active material. A positive electrode and a lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 were produced in the same manner as in Example 1, except that 27 parts by mass of lithium metal phosphate compound of 5 was used.

(評価例1)
実施例1〜実施例3、比較例1〜比較例3のリチウムイオン二次電池につき、以下の方法で強制短絡試験としての釘刺し試験を行った。
(Evaluation example 1)
For the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, a nail penetration test as a forced short circuit test was performed by the following method.

リチウムイオン二次電池に対し、4.5Vの電位で安定するまで定電圧充電を行った。充電後のリチウムイオン二次電池を、径20mmの孔を有する拘束板上に配置した。上部に釘が取り付けられたプレス機に拘束板を配置した。釘が拘束板上の電池を貫通して、釘の先端部が拘束板の孔内部に位置するまで、釘を上部から下部に20mm/sec.の速度で移動させた。釘貫通後の電池の表面温度を経時的に測定した。なお、使用した釘の形状は径8mm、先端角度60°であり、釘の材質はJIS G 4051で規定するS45Cであった。   The lithium ion secondary battery was charged at a constant voltage until stabilized at a potential of 4.5V. The lithium ion secondary battery after charging was placed on a restraint plate having a hole with a diameter of 20 mm. A restraint plate was placed on a press machine with a nail attached to the top. Until the nail penetrates the battery on the restraining plate and the tip of the nail is located inside the hole of the restraining plate, the nail is moved from the upper part to the lower part at 20 mm / sec. Moved at a speed of. The surface temperature of the battery after penetrating the nail was measured over time. The nail used had a diameter of 8 mm and a tip angle of 60 °, and the nail material was S45C defined by JIS G 4051.

測定された表面温度のうち、最高温度を表3に示す。表3において、リチウムニッケル複合酸化物の欄の第1行には、リチウムニッケル複合酸化物における遷移金属の組成式を記載し、そして、リチウム金属リン酸化合物の欄の第1行には、リチウム金属リン酸化合物における遷移金属の組成式を記載した。   Table 3 shows the maximum temperature among the measured surface temperatures. In Table 3, the first row in the column of lithium nickel composite oxide describes the composition formula of the transition metal in the lithium nickel composite oxide, and the first row in the column of lithium metal phosphate compound contains lithium. The composition formula of the transition metal in the metal phosphate compound is described.

Figure 2018037380
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表3から、DNi<D及びRNi>Rを満足する実施例1〜実施例3のリチウムイオン二次電池が、DNi>D及びRNi>Rを満足する比較例1のリチウムイオン二次電池並びにDNi<D及びRNi<Rを満足する比較例2のリチウムイオン二次電池と比較して、熱安定性に著しく優れていることがわかる。また、実施例1〜実施例3の比較から、遷移金属としてMnとFeが共存するリチウム金属リン酸化合物を用いた正極が、遷移金属としてFeのみが存在するリチウム金属リン酸化合物を用いた正極よりも、熱安定性に優れるといえる。 From Table 3, Comparative Example D Ni <D P and R Ni> The lithium ion secondary battery of Examples 1 to 3 satisfying the R P is, satisfies D Ni> D P and R Ni> R P 1 compared with the lithium ion secondary battery and D Ni <D P and R Ni <lithium ion secondary battery of Comparative example 2 which satisfies the R P, it can be seen that markedly superior thermal stability. Moreover, from the comparison of Example 1 to Example 3, the positive electrode using the lithium metal phosphate compound in which Mn and Fe coexist as the transition metal is the positive electrode using the lithium metal phosphate compound in which only Fe is present as the transition metal. It can be said that it is excellent in thermal stability.

(評価例2)
電圧3.6Vに調整した実施例1〜実施例3、比較例1〜比較例3の各リチウムイオン二次電池につき、25℃、1Cレートの定電流にて、10秒間放電させた。放電前後の電圧変化量及び電流値から、オームの法則により、放電時の直流抵抗を算出した。結果を表4に示す。
(Evaluation example 2)
The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 adjusted to a voltage of 3.6 V were discharged at a constant current of 25 ° C. and 1 C rate for 10 seconds. From the voltage change amount and current value before and after the discharge, the direct current resistance at the time of discharge was calculated according to Ohm's law. The results are shown in Table 4.

Figure 2018037380
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表4から、DNi<D及びRNi>Rを満足する実施例1〜実施例3のリチウムイオン二次電池は、DNi>D及びRNi>Rを満足する比較例1のリチウムイオン二次電池並びにDNi>D及びRNi>Rを満足する比較例3のリチウムイオン二次電池と比較して、放電時の抵抗が低いことがわかる。 From Table 4, D Ni <D P and R Ni> The lithium ion secondary battery of Examples 1 to 3 satisfying the R P is a comparative example 1 which satisfies D Ni> D P and R Ni> R P compared with the lithium ion secondary battery and D Ni> D P and R Ni> lithium ion secondary battery of Comparative example 3 which satisfies R P, the resistance is seen to be lower at the time of discharge.

表3及び表4の結果から、DNi<D及びRNi>Rを満足する本発明の正極及びリチウムイオン二次電池は、好適な電池特性及び熱安定性を両立するといえる。他方、DNi>D及びRNi>R、又は、DNi<D及びRNi<Rのいずれかの条件を満足する正極及びリチウムイオン二次電池は、電池特性若しくは熱安定性のいずれか、又は、電池特性及び熱安定性の両方に難があるといえる。 From the results of Table 3 and Table 4, the positive electrode and a lithium ion secondary battery of the present invention which satisfies the D Ni <D P and R Ni> R P can be said to achieve both suitable cell characteristics and thermal stability. On the other hand, D Ni> D P and R Ni> R P, or, D Ni <D P and R Ni <positive electrode and a lithium ion secondary battery satisfies any of the conditions of R P, the battery characteristics or thermal stability It can be said that either of the battery characteristics and the thermal stability are difficult.

Claims (6)

層状岩塩構造のLiNiCoMn(0.2≦a≦2、0.5≦b、0≦c<0.5、0≦d<0.5、b+c+d+e=1、0≦e<0.5、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3)で表されるリチウムニッケル複合酸化物と、オリビン構造のLiMPO(MはMn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B、Te、Moから選ばれる少なくとも1の元素、0<h<2)を炭素で被覆したリチウム金属リン酸化合物とを含む正極活物質層を具備する正極であって、
前記リチウムニッケル複合酸化物の平均粒子径が、前記リチウム金属リン酸化合物の平均粒子径よりも小さく、
かつ、
前記リチウムニッケル複合酸化物の体積抵抗が、前記リチウム金属リン酸化合物の体積抵抗よりも大きいことを特徴とする正極。
Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2,0.5 ≦ b, 0 ≦ c <0.5,0 ≦ d <0.5 a layered rock salt structure, b + c + d + e = 1 , 0 ≦ e <0.5, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca At least one element selected from Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, V, 1.7 ≦ f ≦ 3) and LiM h PO 4 having an olivine structure (M is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si) Lithium metal phosphorylation in which at least one element selected from B, Te, Mo, 0 <h <2) is coated with carbon A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a thing,
The average particle size of the lithium nickel composite oxide is smaller than the average particle size of the lithium metal phosphate compound,
And,
The positive electrode characterized in that the volume resistance of the lithium nickel composite oxide is larger than the volume resistance of the lithium metal phosphate compound.
前記LiMPOが、LiMnFePO(x+y=1、0<x<1、0<y<1)で表される請求項1に記載の正極。 The positive electrode according to claim 1, wherein the LiM h PO 4 is represented by LiMn x Fe y PO 4 (x + y = 1, 0 <x <1, 0 <y <1). 前記リチウムニッケル複合酸化物の平均粒子径が3〜12μmの範囲内であり、前記リチウム金属リン酸化合物の平均粒子径が12〜21μmの範囲内である請求項1又は2に記載の正極。   3. The positive electrode according to claim 1, wherein an average particle diameter of the lithium nickel composite oxide is in a range of 3 to 12 μm, and an average particle diameter of the lithium metal phosphate compound is in a range of 12 to 21 μm. 前記リチウムニッケル複合酸化物の体積抵抗が100〜500Ω・cmの範囲内であり、前記リチウム金属リン酸化合物の体積抵抗が5〜50Ω・cmの範囲内である請求項1〜3のいずれか1項に記載の正極。   The volume resistance of the lithium nickel composite oxide is in the range of 100 to 500 Ω · cm, and the volume resistance of the lithium metal phosphate compound is in the range of 5 to 50 Ω · cm. The positive electrode according to item. 前記リチウムニッケル複合酸化物と前記リチウム金属リン酸化合物との質量比が、65:35〜85:15の範囲内である請求項1〜4のいずれか1項に記載の正極。   5. The positive electrode according to claim 1, wherein a mass ratio between the lithium nickel composite oxide and the lithium metal phosphate compound is in a range of 65:35 to 85:15. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の正極と、Si含有負極活物質を具備する負極とを備えるリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode according to any one of claims 1 to 5 and a negative electrode comprising a Si-containing negative electrode active material.
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