JP2018041686A - Positive electrode for electric device and lithium ion battery using the same - Google Patents

Positive electrode for electric device and lithium ion battery using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode for electric device having high cycle characteristics and a small voltage drop, and to provide a lithium ion battery using the same.SOLUTION: A positive electrode (10) for electric device includes a positive electrode active material containing a solid-solution lithium-containing transition metal oxide represented by a formula: Li(NiCoMn(Li))O(in the formula, Li indicates lithium, Ni indicates nickel, Co indicates cobalt, Mn indicates manganese, O indicates oxygen, a, b, c and d satisfy following relations, 0<a<1.4, 0≤b<1.4, 0<c<1.4, 0.1<d≤0.4, a+b+c+d=1.5, 1.1≤a+b+c<1.4), a fibrous conductive aid, and a granular conductive aid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気デバイス用正極及びそれを用いたリチウムイオン電池に関する。詳細には、本発明は、電圧降下を抑制しつつ、サイクル特性を有する電気デバイス用正極及びそれを用いたリチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode for an electric device and a lithium ion battery using the same. Specifically, the present invention relates to a positive electrode for an electric device having cycle characteristics while suppressing a voltage drop, and a lithium ion battery using the same.

近年、電子機器や車両走行用などの駆動電源として、繰りかえし充放電しても性能が低下しないようなサイクル特性に優れた電池の開発が進められている。   2. Description of the Related Art In recent years, development of batteries having excellent cycle characteristics that do not deteriorate in performance even when repeatedly charged and discharged as drive power sources for electronic devices and vehicle running has been promoted.

例えば特許文献1では、高い放電容量及び容量維持率を実現するため、非水電解質二次電池用正極を開示している。具体的には、特許文献1では、正極活物質と、導電助剤とを含み、正極活物質は、化学式:Li1.5[NiCoMn[Li]]Oで表される固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を含有する非水電解質二次電池用正極を開示している。なお、式中、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示す。また、式中、a,b,c及びdは、0<a<1.4、0≦b<1.4、0<c<1.4、0.1<d≦0.4、a+b+c+d=1.5、1.1≦a+b+c<1.4の関係を満足する。そして、特許文献1の導電助剤は、炭素材料を含有し、炭素材料のBET比表面積は、30〜200m/gであることを開示している。 For example, Patent Document 1 discloses a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in order to realize a high discharge capacity and capacity retention rate. Specifically, Patent Document 1 includes a positive electrode active material and a conductive additive, and the positive electrode active material is represented by a chemical formula: Li 1.5 [Ni a Co b Mn c [Li] d ] O 3. A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a solid solution lithium-containing transition metal oxide is disclosed. In the formula, Li represents lithium, Ni represents nickel, Co represents cobalt, Mn represents manganese, and O represents oxygen. In the formula, a, b, c and d are 0 <a <1.4, 0 ≦ b <1.4, 0 <c <1.4, 0.1 <d ≦ 0.4, a + b + c + d = The relationship of 1.5, 1.1 ≦ a + b + c <1.4 is satisfied. And the conductive support agent of patent document 1 contains a carbon material, and it discloses that the BET specific surface area of a carbon material is 30-200 m < 2 > / g.

国際公開第2015/015894号International Publication No. 2015/015894

しかしながら、市場の要望により、さらに高いサイクル特性を有する電気デバイスが求められている。また、固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質を電気デバイスに用いて放電した場合、低電位において電圧が急に降下してしまう場合があるため、より安定的な電力供給ができるよう、電圧降下の小さい電気デバイスが望まれている。   However, due to market demand, an electric device having higher cycle characteristics is required. In addition, when a positive electrode active material containing a solid solution lithium-containing transition metal oxide is discharged in an electric device, the voltage may drop suddenly at a low potential, so that more stable power supply can be achieved. Therefore, an electric device having a small voltage drop is desired.

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、サイクル特性が高く、電圧降下が小さい電気デバイス用正極及びそれを用いたリチウムイオン電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems of such conventional techniques. An object of the present invention is to provide a positive electrode for an electric device having high cycle characteristics and a small voltage drop, and a lithium ion battery using the same.

本発明の態様に係る電気デバイス用正極は、化学式:Li1.5[NiCoMn[Li]]Oで表される固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質と、繊維状導電助剤と、粒状導電助剤と、を備える。 A positive electrode for an electric device according to an aspect of the present invention includes a positive electrode active material containing a solid solution lithium-containing transition metal oxide represented by the chemical formula: Li 1.5 [Ni a Co b Mn c [Li] d ] O 3 And a fibrous conductive aid and a granular conductive aid.

本発明によれば、サイクル特性が高く、電圧降下が小さい電気デバイス用正極及びそれを用いたリチウムイオン電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a positive electrode for an electric device having high cycle characteristics and a small voltage drop, and a lithium ion battery using the positive electrode.

図1は、本実施形態に係るリチウムイオン電池の一例を模式的に表す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a lithium ion battery according to the present embodiment. 図2は、実施例1及び比較例1におけるリチウムイオン電池の電圧降下の違いを示す充放電曲線である。FIG. 2 is a charge / discharge curve showing the difference in voltage drop of the lithium ion batteries in Example 1 and Comparative Example 1.

以下、図面を用いて本実施形態に係る電気デバイス用正極及びそれを用いたリチウムイオン電池について詳細に説明する。なお、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, the positive electrode for an electric device and a lithium ion battery using the same according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.

[電気デバイス用正極10]
本実施形態の電気デバイス用正極10は、正極活物質と、導電助剤と、を備える。正極活物質は、化学式:Li1.5[NiCoMn[Li]]Oで表される固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を含有する。なお、式中、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示す。また、式中、a,b,c及びdは、0<a<1.4、0≦b<1.4、0<c<1.4、0.1<d≦0.4、a+b+c+d=1.5、1.1≦a+b+c<1.4の関係を満足する。このような電気デバイス用正極10を用いることにより、電気デバイスの放電容量を高くすることができる。また、このような電気デバイス用正極10を用いることにより、電気デバイスの充放電電位を高くすることができる。
[Electric Device Positive Electrode 10]
The positive electrode 10 for electric devices of this embodiment is equipped with a positive electrode active material and a conductive support agent. The positive electrode active material contains a solid solution lithium-containing transition metal oxide represented by the chemical formula: Li 1.5 [Ni a Co b Mn c [Li] d ] O 3 . In the formula, Li represents lithium, Ni represents nickel, Co represents cobalt, Mn represents manganese, and O represents oxygen. In the formula, a, b, c and d are 0 <a <1.4, 0 ≦ b <1.4, 0 <c <1.4, 0.1 <d ≦ 0.4, a + b + c + d = The relationship of 1.5, 1.1 ≦ a + b + c <1.4 is satisfied. By using such a positive electrode 10 for an electric device, the discharge capacity of the electric device can be increased. Moreover, by using such a positive electrode 10 for an electric device, the charge / discharge potential of the electric device can be increased.

しかしながら、充放電電位が高い場合、導電助剤は酸化分解しやすい傾向にあり、サイクル特性を向上させるためには、導電助剤として、高電圧でも安定的な構造を有する繊維状導電助剤を用いることが考えられた。ところが、導電助剤として繊維状導電助剤を用いただけではサイクル特性を十分に向上させることができず、低電位における電圧降下の低減も十分とはいえなかった。   However, when the charge / discharge potential is high, the conductive auxiliary agent tends to be oxidatively decomposed. In order to improve cycle characteristics, a fibrous conductive auxiliary agent having a stable structure even at a high voltage is used as the conductive auxiliary agent. It was considered to be used. However, the cycle characteristics cannot be sufficiently improved only by using a fibrous conductive aid as the conductive aid, and the voltage drop at a low potential cannot be sufficiently reduced.

そのため、本実施形態の導電助剤は、繊維状導電助剤と粒状導電助剤とを含有する。このような複数の導電助剤を用いる相乗効果により、繊維状導電助剤又は粒状導電助剤を単独で用いた場合と比較して、サイクル特性を向上させることができる。また、このような導電助剤を用いることにより、低電位における電圧降下も低減することができる。以下において、これらの構成要素の説明を行う。   Therefore, the conductive support agent of this embodiment contains a fibrous conductive support agent and a granular conductive support agent. By such a synergistic effect using a plurality of conductive assistants, cycle characteristics can be improved as compared with the case where a fibrous conductive assistant or a granular conductive assistant is used alone. Further, by using such a conductive additive, a voltage drop at a low potential can be reduced. In the following, these components will be described.

(正極活物質)
本実施形態の電気デバイス用正極10は、正極活物質を備える。正極活物質は、化学式:Li1.5[NiCoMn[Li]]Oで表される固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を含有する。なお、式中、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示す。また、式中、a,b,c及びdは、0<a<1.4、0≦b<1.4、0<c<1.4、0.1<d≦0.4、a+b+c+d=1.5、1.1≦a+b+c<1.4の関係を満足する。このような電気デバイス用正極10を用いることにより、電気デバイスの放電容量を高くすることができる。また、このような電気デバイス用正極10を用いることにより、電気デバイスの充放電電位を高くすることができる。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。
(Positive electrode active material)
The positive electrode 10 for electric devices of this embodiment is equipped with a positive electrode active material. The positive electrode active material contains a solid solution lithium-containing transition metal oxide represented by the chemical formula: Li 1.5 [Ni a Co b Mn c [Li] d ] O 3 . In the formula, Li represents lithium, Ni represents nickel, Co represents cobalt, Mn represents manganese, and O represents oxygen. In the formula, a, b, c and d are 0 <a <1.4, 0 ≦ b <1.4, 0 <c <1.4, 0.1 <d ≦ 0.4, a + b + c + d = The relationship of 1.5, 1.1 ≦ a + b + c <1.4 is satisfied. By using such a positive electrode 10 for an electric device, the discharge capacity of the electric device can be increased. Moreover, by using such a positive electrode 10 for an electric device, the charge / discharge potential of the electric device can be increased. The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

上記化学式において、a、b、c及びdは、0<a<1.35、0≦b<1.35、0<c<1.35、0.15<d≦0.35、a+b+c+d=1.5、1.15≦a+b+c<1.35の関係を満足することが好ましい。また、上記化学式において、a、b、c及びdは、0<a<1.3、0≦b<1.3、0<c<1.3、0.15<d≦0.35、a+b+c+d=1.5、1.2≦a+b+c<1.3の関係を満足することがより好ましい。このような正極活物質を備えた電気デバイス用正極10を用いた場合、電気デバイスの放電容量を向上させることができる。   In the above chemical formula, a, b, c and d are 0 <a <1.35, 0 ≦ b <1.35, 0 <c <1.35, 0.15 <d ≦ 0.35, a + b + c + d = 1 .5, 1.15 ≦ a + b + c <1.35 is preferably satisfied. In the above chemical formula, a, b, c and d are 0 <a <1.3, 0 ≦ b <1.3, 0 <c <1.3, 0.15 <d ≦ 0.35, a + b + c + d = 1.5, 1.2 ≦ a + b + c <1.3 is more preferable. When the positive electrode 10 for electric devices provided with such a positive electrode active material is used, the discharge capacity of the electric device can be improved.

正極活物質の平均一次粒子径は、50nm〜2000nmであることが好ましく、100〜1000nmであることがより好ましく、200nm〜400nmであることがさらに好ましい。正極活物質の平均一次粒子径をこのような範囲とすることにより、電気デバイスの放電容量を向上させることができる。なお、正極活物質の平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)又は走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて実測した数〜数十個の粒子の長径の平均値とすることができる。   The average primary particle size of the positive electrode active material is preferably 50 nm to 2000 nm, more preferably 100 to 1000 nm, and further preferably 200 nm to 400 nm. By setting the average primary particle diameter of the positive electrode active material in such a range, the discharge capacity of the electric device can be improved. In addition, the average primary particle diameter of the positive electrode active material can be an average value of the major axis of several to several tens of particles measured using a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). .

(導電助剤)
本実施形態の電気デバイス用正極10は、導電助剤を備える。導電助剤は、繊維状導電助剤と粒状導電助剤とを含有する。すなわち、本実施形態の電気デバイス用正極10は、繊維状導電助剤と、粒状導電助剤と、を備える。このような複数の導電助剤を用いる相乗効果により、繊維状導電助剤又は粒状導電助剤を単独で用いた場合と比較して、サイクル特性を向上させることができる。また、このような導電助剤を用いることにより、低電位における電気デバイスの電圧降下も低減することができる。
(Conductive aid)
The positive electrode 10 for an electric device according to this embodiment includes a conductive additive. A conductive support agent contains a fibrous conductive support agent and a granular conductive support agent. That is, the positive electrode 10 for an electrical device of the present embodiment includes a fibrous conductive additive and a granular conductive aid. By such a synergistic effect using a plurality of conductive assistants, cycle characteristics can be improved as compared with the case where a fibrous conductive assistant or a granular conductive assistant is used alone. Moreover, the voltage drop of the electrical device at a low potential can be reduced by using such a conductive additive.

繊維状導電助剤は、繊維のような形状を有する導電助剤を意味する。繊維状とは、例えば、柱状などの細長い形状を包含し、直線状や曲線状などの形状は特に限定されない。また、繊維状とは、繊維のような形状を有していれば、内部が中空なチューブ状であってもよい。本実施形態では、このような繊維状導電助剤を用いることにより、3次元の電子ネットワークが形成されるため、正極活物質間の導電性を向上させることができる。   The fibrous conductive auxiliary means a conductive auxiliary having a fiber-like shape. The fiber shape includes, for example, an elongated shape such as a column shape, and the shape such as a straight line shape or a curved shape is not particularly limited. Further, the fiber shape may be a tube shape having a hollow inside as long as it has a fiber-like shape. In the present embodiment, by using such a fibrous conductive additive, a three-dimensional electronic network is formed, so that the conductivity between the positive electrode active materials can be improved.

繊維状導電助剤としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノファイバー、カーボンナノフィラメント、カーボンフィブリル、気相成長炭素繊維などの炭素繊維を用いることができる。   As the fibrous conductive additive, for example, carbon fibers such as carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanofibers, carbon nanofilaments, carbon fibrils, and vapor grown carbon fibers can be used.

繊維状導電助剤の繊維径は5nm以上50nm以下であることが好ましい。なお、繊維状導電助剤の繊維径は7nm以上20nm以下であることがより好ましく、8nm以上15nm以下であることがさらに好ましい。繊維状導電助剤の繊維径をこのような範囲とすることにより、低電位における電気デバイスの電圧降下をより効果的に抑制することができる。なお、繊維状導電助剤の繊維径は、透過型電子顕微鏡(TEM)又は走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて実測した数〜数十個の繊維径の平均値とすることができる。   The fiber diameter of the fibrous conductive additive is preferably 5 nm or more and 50 nm or less. In addition, the fiber diameter of the fibrous conductive additive is more preferably 7 nm or more and 20 nm or less, and further preferably 8 nm or more and 15 nm or less. By setting the fiber diameter of the fibrous conductive additive in such a range, the voltage drop of the electric device at a low potential can be more effectively suppressed. In addition, the fiber diameter of a fibrous conductive support agent can be made into the average value of several to several dozen fiber diameters measured using a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM).

繊維状導電助剤の繊維長は50nm以上50μm以下が好ましく、500nm以上20μm以下がより好ましい。繊維状導電助剤の繊維長をこのような範囲とすることにより、正極活物質間の導電性を向上させ、サイクル特性を向上させることができる。なお、繊維状導電助剤の繊維長は、透過型電子顕微鏡(TEM)または走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて実測した数〜数十個の繊維長の平均値とすることができる。   The fiber length of the fibrous conductive additive is preferably 50 nm or more and 50 μm or less, and more preferably 500 nm or more and 20 μm or less. By setting the fiber length of the fibrous conductive additive in such a range, the conductivity between the positive electrode active materials can be improved and the cycle characteristics can be improved. In addition, the fiber length of a fibrous conductive support agent can be made into the average value of several to several dozen fiber length measured using the transmission electron microscope (TEM) or the scanning electron microscope (SEM).

繊維状導電助剤のアスペクト比は10以上であることが好ましい。繊維状導電助剤のアスペクト比をこのような範囲とすることにより、正極活物質間の導電性を向上させ、サイクル特性を向上させることができる。また、繊維状導電助剤のアスペクト比は10以上1000以下であることがより好ましく、20以上1000以下であることがさらに好ましい。   The aspect ratio of the fibrous conductive additive is preferably 10 or more. By setting the aspect ratio of the fibrous conductive additive in such a range, the conductivity between the positive electrode active materials can be improved, and the cycle characteristics can be improved. Further, the aspect ratio of the fibrous conductive additive is more preferably 10 or more and 1000 or less, and further preferably 20 or more and 1000 or less.

繊維状導電助剤の繊維径は5nm以上50nm以下であり、繊維状導電助剤のアスペクト比は10以上であることが好ましい。繊維状導電助剤の繊維径及びアスペクト比をこのような範囲とすることにより、正極活物質間の導電性を向上させ、サイクル特性を向上させることができる。   The fiber diameter of the fibrous conductive assistant is preferably 5 nm to 50 nm, and the aspect ratio of the fibrous conductive assistant is preferably 10 or more. By setting the fiber diameter and aspect ratio of the fibrous conductive additive in such a range, the conductivity between the positive electrode active materials can be improved, and the cycle characteristics can be improved.

繊維状導電助剤の比表面積は10m/g以上300m/g以下が好ましく、100m/g以上250m/g以下より好ましく、170m/g以上210m/g以下がさらに好ましい。繊維状導電助剤の比表面積をこのような範囲とすることにより、正極活物質間の導電性を向上させ、サイクル特性を向上させることができる。なお、繊維状導電助剤のBET比表面積は、窒素をガス吸着させて、BET法により測定することができる。 The specific surface area of the fibrous conductive additive is preferably 10 m 2 / g or more 300 meters 2 / g or less, more preferably less 100 m 2 / g or more 250 meters 2 / g, more preferably 170m 2 / g or more 210 m 2 / g or less. By setting the specific surface area of the fibrous conductive additive in such a range, the conductivity between the positive electrode active materials can be improved, and the cycle characteristics can be improved. In addition, the BET specific surface area of a fibrous conductive support agent can be measured by BET method by adsorbing nitrogen gas.

粒状導電助剤は、粒のような形状を有する導電助剤を意味し、粒状導電助剤の長径は、繊維状導電助剤の長径よりも小さい。粒状とは、例えば、球状、半球状、楕円体、短鎖状、鱗片状、円柱状、多角柱状などの形状を包含し、直線状であっても曲線状であってもよい。また、粒状とは、粒のような形状を有していれば、内部が中空であってもよい。このような粒状導電助剤を用いることにより、正極活物質の表面が粒状導電助剤により均一に覆われ、固溶体リチウム含有遷移金属酸化物特有な低電位における反応過電圧を低減することができると考えられる。したがって、低電位における電気デバイスの電圧降下を低減することができると考えられる。   The granular conductive auxiliary means a conductive auxiliary having a grain-like shape, and the long diameter of the granular conductive auxiliary is smaller than the long diameter of the fibrous conductive auxiliary. The granular form includes, for example, shapes such as a spherical shape, a hemispherical shape, an ellipsoid, a short chain shape, a scale shape, a cylindrical shape, and a polygonal column shape, and may be linear or curved. Moreover, the inside of a granular form may be hollow as long as it has a shape like a grain. By using such a granular conductive additive, the surface of the positive electrode active material is uniformly covered with the granular conductive additive, and the reaction overvoltage at low potential peculiar to the solid solution lithium-containing transition metal oxide can be reduced. It is done. Therefore, it is considered that the voltage drop of the electric device at a low potential can be reduced.

粒状導電助剤としては、例えば、カーボンブラックや黒鉛などのカーボン粉末を用いることができる。カーボンブラックとしては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラックなどが挙げられる。また、黒鉛としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。   As the particulate conductive additive, for example, carbon powder such as carbon black or graphite can be used. Examples of carbon black include acetylene black, furnace black, channel black, and thermal black. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite.

粒状導電助剤の平均一次粒子径は45nm以下であることが好ましい。粒状導電助剤の平均一次粒子径をこのような範囲とすることにより、正極活物質の表面が粒状導電助剤により均一に覆われるため、低電位における電圧降下を効果的に抑制することができる。なお、粒状導電助剤の平均一次粒子径は0.1nm以上35nm以下がより好ましく、1nm以上30nm以下がさらに好ましい。また、粒状導電助剤の平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)又は走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて実測した数〜数十個の粒子の長径の平均値とすることができる。   The average primary particle diameter of the granular conductive aid is preferably 45 nm or less. By setting the average primary particle diameter of the granular conductive auxiliary to such a range, the surface of the positive electrode active material is uniformly covered with the granular conductive auxiliary, and thus a voltage drop at a low potential can be effectively suppressed. . The average primary particle size of the granular conductive aid is more preferably from 0.1 nm to 35 nm, and further preferably from 1 nm to 30 nm. Moreover, the average primary particle diameter of the particulate conductive additive may be the average value of the major axis of several to several tens of particles actually measured using a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). it can.

粒状導電助剤の比表面積は110m/g以上であることが好ましい。粒状導電助剤の比表面積をこのような範囲とすることにより、粒状導電助剤と正極活物質との接触面積を増やすことができるため、低電位における電圧降下を効果的に抑制することができる。なお、粒状導電助剤の比表面積は150m/g以上であることがより好ましく、170m/g以上であることがさらに好ましい。また、粒状導電助剤の比表面積は300m/g以下であることが好ましく、250m/g以下であることがより好ましく、210m/g以下であることがさらに好ましい。なお、粒状導電助剤のBET比表面積は、窒素をガス吸着させて、BET法により測定することができる。 The specific surface area of the granular conductive aid is preferably 110 m 2 / g or more. By setting the specific surface area of the granular conductive additive in such a range, the contact area between the granular conductive auxiliary and the positive electrode active material can be increased, so that a voltage drop at a low potential can be effectively suppressed. . Incidentally, more preferably the specific surface area of the particulate conductive additive is 150 meters 2 / g or more, and still more preferably 170m 2 / g or more. Further, it is preferred that the specific surface area of the particulate conductive additive is less than 300 meters 2 / g, more preferably at 250 meters 2 / g or less, still more preferably not more than 210 m 2 / g. In addition, the BET specific surface area of a granular conductive support agent can be measured by a BET method by adsorbing nitrogen gas.

粒状導電助剤の平均一次粒子径は45nm以下であり、粒状導電助剤の比表面積は110m/g以上であることが好ましい。粒状導電助剤の平均一次粒子径及び比表面積をこのような範囲とすることにより、正極活物質の表面が粒状導電助剤により均一に覆われ、粒状導電助剤と正極活物質との接触面積を増やすことができる。そのため、低電位における電圧降下をより効果的に抑制することができる。 The average primary particle diameter of the granular conductive additive is preferably 45 nm or less, and the specific surface area of the granular conductive auxiliary is preferably 110 m 2 / g or more. By setting the average primary particle diameter and specific surface area of the granular conductive aid in such a range, the surface of the positive electrode active material is uniformly covered with the granular conductive aid, and the contact area between the granular conductive aid and the positive electrode active material. Can be increased. Therefore, the voltage drop at a low potential can be more effectively suppressed.

粒状導電助剤の比表面積に対する繊維状導電助剤の比表面積の比は0.6以上1.3以下であることが好ましい。すなわち、繊維状導電助剤の比表面積を粒状導電助剤の比表面積で除した値は0.6以上1.3以下であることが好ましい。比表面積の比をこのような範囲とすることにより、サイクル特性が高く、低電位における電圧降下を低減することができる。なお、粒状導電助剤に対する繊維状導電助剤の比表面積の比は0.7以上1.3以下であることがより好ましく、0.8以上1.2以下であることがさらに好ましい。   The ratio of the specific surface area of the fibrous conductive additive to the specific surface area of the granular conductive aid is preferably 0.6 or more and 1.3 or less. That is, the value obtained by dividing the specific surface area of the fibrous conductive assistant by the specific surface area of the granular conductive assistant is preferably 0.6 or more and 1.3 or less. By setting the ratio of the specific surface area in such a range, the cycle characteristics are high, and the voltage drop at a low potential can be reduced. The ratio of the specific surface area of the fibrous conductive additive to the granular conductive aid is more preferably 0.7 or more and 1.3 or less, and further preferably 0.8 or more and 1.2 or less.

粒状導電助剤の質量に対する繊維状導電助剤の質量の比は0.8以上であることが好ましい。すなわち、繊維状導電助剤の質量を粒状導電助剤の質量で除した値は0.8以上であることが好ましい。導電助剤の質量比をこのような範囲とすることにより、サイクル特性が高く、低電位における電圧降下を低減することができる。なお、粒状導電助剤に対する繊維状導電助剤の質量の比は0.9以上であることがより好ましい。また、粒状導電助剤に対する繊維状導電助剤の質量の比は2.5以下が好ましく、2.2以下がより好ましく、2.1以下がさらに好ましい。なお、後述する負極活物質としてケイ素含有合金を用いたフルセルの場合においては、粒状導電助剤の質量に対する繊維状導電助剤の質量の比は1を超えることが好ましく、1.3を超えることがより好ましく、1.7を超えることがさらに好ましい。   The ratio of the mass of the fibrous conductive additive to the mass of the granular conductive aid is preferably 0.8 or more. That is, the value obtained by dividing the mass of the fibrous conductive assistant by the mass of the granular conductive assistant is preferably 0.8 or more. By setting the mass ratio of the conductive assistant in such a range, cycle characteristics are high, and a voltage drop at a low potential can be reduced. In addition, it is more preferable that ratio of the mass of the fibrous conductive support agent with respect to a granular conductive support agent is 0.9 or more. Moreover, the ratio of the mass of the fibrous conductive additive to the granular conductive aid is preferably 2.5 or less, more preferably 2.2 or less, and even more preferably 2.1 or less. In the case of a full cell using a silicon-containing alloy as a negative electrode active material to be described later, the ratio of the mass of the fibrous conductive auxiliary to the mass of the granular conductive auxiliary is preferably more than 1, more than 1.3. Is more preferable, and it is more preferable that it exceeds 1.7.

粒状導電助剤の平均一次粒子径に対する正極活物質の平均一次粒子径の比は、5〜100であることが好ましく、7〜90であることがより好ましく、9〜80であることがさらに好ましい。粒状導電助剤の平均一次粒子径に対する正極活物質の平均一次粒子径の比をこのような範囲とすることにより、正極活物質と粒状導電助剤との接触面積を増やすことができるため、低電位における電気デバイスの電圧降下を抑制することができる。   The ratio of the average primary particle size of the positive electrode active material to the average primary particle size of the particulate conductive additive is preferably 5 to 100, more preferably 7 to 90, and even more preferably 9 to 80. . By making the ratio of the average primary particle diameter of the positive electrode active material to the average primary particle diameter of the granular conductive auxiliary in such a range, the contact area between the positive electrode active material and the granular conductive auxiliary agent can be increased. The voltage drop of the electric device at the potential can be suppressed.

繊維状導電助剤及び粒状導電助剤に含まれる炭素材料の含有量は、80質量%以上であることが好ましく、90質量%であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましい。また、導電助剤に含まれる炭素材料の含有量は、98質量%以上であることが特に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。導電助剤に含まれる炭素材料の含有量をこのような範囲とすることにより、正極活物質間の導電性を向上させることができる。   The content of the carbon material contained in the fibrous conductive auxiliary and the granular conductive auxiliary is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass, and further preferably 95% by mass or more. . Further, the content of the carbon material contained in the conductive assistant is particularly preferably 98% by mass or more, and most preferably 100% by mass. By making content of the carbon material contained in a conductive support agent into such a range, the electroconductivity between positive electrode active materials can be improved.

(正極活物質層11)
本実施形態の電気デバイス用正極10は、正極活物質層11を備えることができる。正極活物質層11は、本実施形態の、正極活物質と、導電助剤と、を備えることができる。繊維状導電助剤及び粒状導電助剤の合計の導電助剤の含有量は、正極活物質層11全体に対して、1〜10質量%が好ましく、2〜6質量%がより好ましい。導電助剤の合計含有量をこのような範囲とすることにより、正極活物質層11の導電性を向上させることができる。
(Positive electrode active material layer 11)
The positive electrode 10 for an electric device of the present embodiment can include a positive electrode active material layer 11. The positive electrode active material layer 11 can include the positive electrode active material and the conductive additive of the present embodiment. 1-10 mass% is preferable with respect to the positive electrode active material layer 11 whole, and, as for content of the total conductive support of a fibrous conductive support agent and a granular conductive support agent, 2-6 mass% is more preferable. By setting the total content of the conductive assistant in such a range, the conductivity of the positive electrode active material layer 11 can be improved.

繊維状導電助剤の含有量は、正極活物質層11全体に対して、0.1質量%〜5質量%が好ましく、1質量%〜3質量%がより好ましい。また、粒状導電助剤の含有量は、正極活物質層11全体に対して、0.1質量%〜5質量%が好ましく、1質量%〜3質量%がより好ましい。繊維状導電助剤及び粒状導電助剤の含有量をこのような範囲とすることにより、電気デバイスのサイクル特性を高く、低電位における電圧降下を小さくすることができる。   0.1 mass%-5 mass% are preferable with respect to the positive electrode active material layer 11 whole, and, as for content of a fibrous conductive support agent, 1 mass%-3 mass% are more preferable. Moreover, 0.1 mass%-5 mass% are preferable with respect to the whole positive electrode active material layer 11, and, as for content of a granular conductive support agent, 1 mass%-3 mass% are more preferable. By making content of a fibrous conductive support agent and granular conductive support agent into such a range, the cycling characteristics of an electrical device can be made high and the voltage drop in low potential can be made small.

正極活物質層11は、正極活物質と導電助剤の他、必要に応じて、バインダなどを備えることもできる。正極活物質層11に用いられるバインダの材料としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、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)などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)などのエラストマーが挙げられる。これらのバインダは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、バインダとしての接着性や耐熱性が優れていることから、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)からなる群より選択される少なくとも1つが好ましい。正極活物質層11中に含まれるバインダの含有量は、特に限定されないが、100質量%の正極活物質層11に対して、0.5〜15質量%が好ましく、1〜10質量%がより好ましい。   The positive electrode active material layer 11 can also include a binder or the like, if necessary, in addition to the positive electrode active material and the conductive additive. Examples of the binder material used for the positive electrode active material layer 11 include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyether nitrile ( PEN), polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamideimide (PAI), carboxymethylcellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), polyvinyl chloride (PVC), polyfluoride Thermoplastic resins such as vinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinyl fluoride (PVF), thermosetting resins such as epoxy resins, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber (IR), Elastomers such as diene rubber (BR) and the like. These binders may be used independently and may use 2 or more types together. Among these, at least one selected from the group consisting of polyimide (PI), polyamide (PA), and polyamideimide (PAI) is preferable because of excellent adhesion and heat resistance as a binder. Although content of the binder contained in the positive electrode active material layer 11 is not specifically limited, 0.5-15 mass% is preferable with respect to 100 mass% positive electrode active material layer 11, and 1-10 mass% is more. preferable.

(正極集電体12)
本実施形態の電気デバイス用正極10は、正極集電体12と、正極集電体12の少なくとも一方の面に配置される正極活物質層11と、を備えることができる。正極集電体12は、正極活物質層11と後述する正極タブ31などの間で、電子の受け渡しが可能なように配置することができる。正極集電体12を形成する材料は、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼(SUS)などの金属が好ましい。これらの中でも、正極集電体12を形成する材料として、アルミニウム(Al)を用いることが好ましい。
(Positive electrode current collector 12)
The positive electrode 10 for an electric device of the present embodiment can include a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 11 disposed on at least one surface of the positive electrode current collector 12. The positive electrode current collector 12 can be arranged so that electrons can be transferred between the positive electrode active material layer 11 and a positive electrode tab 31 described later. The material forming the positive electrode current collector 12 is preferably a metal such as aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni), and stainless steel (SUS). Among these, it is preferable to use aluminum (Al) as a material for forming the positive electrode current collector 12.

以上の通り、本実施形態の電気デバイス用正極10は、正極活物質と、導電助剤と、を備える。正極活物質は、化学式:Li1.5[NiCoMn[Li]]Oで表される固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を含有する。なお、式中、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示す。また、式中、a,b,c及びdは、0<a<1.4、0≦b<1.4、0<c<1.4、0.1<d≦0.4、a+b+c+d=1.5、1.1≦a+b+c<1.4の関係を満足する。そして、導電助剤は、繊維状導電助剤と粒状導電助剤とを含有する。そのため、本実施形態の電気デバイス用正極10は、電気デバイスのサイクル特性を高く、電圧降下を小さくすることができる。 As described above, the positive electrode 10 for an electric device according to this embodiment includes a positive electrode active material and a conductive additive. The positive electrode active material contains a solid solution lithium-containing transition metal oxide represented by the chemical formula: Li 1.5 [Ni a Co b Mn c [Li] d ] O 3 . In the formula, Li represents lithium, Ni represents nickel, Co represents cobalt, Mn represents manganese, and O represents oxygen. In the formula, a, b, c and d are 0 <a <1.4, 0 ≦ b <1.4, 0 <c <1.4, 0.1 <d ≦ 0.4, a + b + c + d = The relationship of 1.5, 1.1 ≦ a + b + c <1.4 is satisfied. And a conductive support agent contains a fibrous conductive support agent and a granular conductive support agent. Therefore, the positive electrode 10 for an electric device according to the present embodiment can improve the cycle characteristics of the electric device and reduce the voltage drop.

[電気デバイス]
本実施形態の電気デバイスは、上述したような電気デバイスを備えることができる。そのため、本実施形態の電気デバイスは、サイクル特性を高く、電圧降下を小さくすることができる。電気デバイスとしては、例えば、後述するリチウムイオン電池20や電気二重層キャパシタなどが挙げられる。
[Electrical devices]
The electrical device of the present embodiment can include the electrical device as described above. Therefore, the electrical device of this embodiment can have high cycle characteristics and a small voltage drop. As an electrical device, the lithium ion battery 20 mentioned later, an electric double layer capacitor, etc. are mentioned, for example.

[リチウムイオン電池20]
本実施形態の電気デバイスは、リチウムイオン電池20とすることができる。具体的には、本実施形態のリチウムイオン電池20は、電気デバイス用正極10を備えることができる。そのため、本実施形態のリチウムイオン電池20は、サイクル特性を高く、電圧降下を小さくすることができる。なお、リチウムイオン電池20は、電気デバイス用正極10の他、必要に応じて、図1に示すように、電気デバイス用負極23、電解質層27、正極タブ31、負極タブ33及び外装体35などをさらに備えることができる。すなわち、リチウムイオン電池20は、外装体35と、外装体35に収容される電池素子40と、を備えることができる。電池素子40は、複数の単電池層37を積層することにより形成することができる。単電池層37は、電気デバイス用正極10と、電気デバイス用負極23と、電気デバイス用正極10と電気デバイス用負極23との間に配置される電解質層27と、を備えることができる。また、単電池層37は、図1に示すように、複数積層して電気的に並列に配置することもできる。
[Lithium ion battery 20]
The electric device of this embodiment can be a lithium ion battery 20. Specifically, the lithium ion battery 20 of the present embodiment can include the positive electrode 10 for electric devices. Therefore, the lithium ion battery 20 of the present embodiment can have high cycle characteristics and a small voltage drop. In addition to the positive electrode 10 for an electric device, the lithium ion battery 20 includes a negative electrode 23 for an electric device, an electrolyte layer 27, a positive electrode tab 31, a negative electrode tab 33, an outer package 35, and the like as necessary, as shown in FIG. Can further be provided. That is, the lithium ion battery 20 can include the exterior body 35 and the battery element 40 accommodated in the exterior body 35. The battery element 40 can be formed by stacking a plurality of single battery layers 37. The unit cell layer 37 can include the positive electrode 10 for electric devices, the negative electrode 23 for electric devices, and the electrolyte layer 27 disposed between the positive electrode 10 for electric devices and the negative electrode 23 for electric devices. In addition, as shown in FIG. 1, a plurality of unit cell layers 37 can be stacked and electrically arranged in parallel.

本実施形態の電気デバイス用正極10は、図1に示すように、正極集電体12と、正極集電体12の少なくとも一方の面に配置される正極活物質層11と、を備えることができる。電気デバイス用負極23は、負極集電体24と、負極集電体24の少なくとも一方の面に配置される負極活物質層25と、を備えることができる。また、正極タブ31と負極タブ33は、単電池層37で生成した電流をリチウムイオン電池20の外部に取り出すことができる。   As shown in FIG. 1, the positive electrode 10 for an electrical device of the present embodiment includes a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 11 disposed on at least one surface of the positive electrode current collector 12. it can. The negative electrode 23 for an electric device can include a negative electrode current collector 24 and a negative electrode active material layer 25 disposed on at least one surface of the negative electrode current collector 24. Further, the positive electrode tab 31 and the negative electrode tab 33 can take out the current generated in the single battery layer 37 to the outside of the lithium ion battery 20.

なお、本実施形態のリチウムイオン電池20は、図1のような形態に限定されず、例えば、集電体の一方の面に負極活物質層25を配置し、集電体のもう一方の面に正極活物質層11を配置したような双極型電極を含む双極型電池としてもよい。また、リチウムイオン電池20の構造は、積層型に限定されず、巻回型リチウムイオン電池としてもよい。   Note that the lithium ion battery 20 of the present embodiment is not limited to the form as shown in FIG. 1. For example, the negative electrode active material layer 25 is disposed on one surface of the current collector, and the other surface of the current collector. Alternatively, a bipolar battery including a bipolar electrode in which the positive electrode active material layer 11 is disposed may be used. Further, the structure of the lithium ion battery 20 is not limited to the stacked type, and may be a wound type lithium ion battery.

(電気デバイス用負極23)
電気デバイス用負極23は、負極集電体24と、負極集電体24の少なくとも一方の面に配置される負極活物質層25と、を備えることができる。
(Negative electrode 23 for electrical devices)
The negative electrode 23 for an electric device can include a negative electrode current collector 24 and a negative electrode active material layer 25 disposed on at least one surface of the negative electrode current collector 24.

(負極集電体24)
本実施形態のリチウムイオン電池20は、負極集電体24の少なくとも一方の面に配置された負極活物質層25を備えることができる。負極集電体24は、負極活物質層25と後述する負極タブ33などの間で、電子が受け渡しできるように配置することができる。負極集電体24を形成する材料は、例えば、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼(SUS)などの金属が好ましい。これらの中でも、負極集電体24を形成する材料として、銅(Cu)を用いることが好ましい。
(Negative electrode current collector 24)
The lithium ion battery 20 of this embodiment can include a negative electrode active material layer 25 disposed on at least one surface of the negative electrode current collector 24. The negative electrode current collector 24 can be arranged so that electrons can be transferred between the negative electrode active material layer 25 and a negative electrode tab 33 described later. The material forming the negative electrode current collector 24 is preferably a metal such as copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), stainless steel (SUS). Among these, it is preferable to use copper (Cu) as a material for forming the negative electrode current collector 24.

(負極活物質層25)
負極活物質層25は、例えば、負極活物質、導電助剤及びバインダなどを含むことができる。
(Negative electrode active material layer 25)
The negative electrode active material layer 25 can include, for example, a negative electrode active material, a conductive additive, a binder, and the like.

負極活物質は、リチウムを吸蔵放出が可能な材料とすることができる。負極活物質としては、高結晶性カーボンであるグラファイト(天然グラファイト、人造グラファイト等)、低結晶性カーボン(ソフトカーボン、ハードカーボン)、カーボンブラック(ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック等)、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリルなどの炭素材料を挙げることができる。なお、当該炭素材料は、10質量%以下のケイ素ナノ粒子を含有するものを含む。また、負極活物質としては、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、水素(H)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、ガリウム(Ga)、タリウム(Tl)、炭素(C)、窒素(N)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、塩素(Cl)等のリチウムと合金化する元素の単体、及びこれらの元素を含む酸化物(一酸化ケイ素(SiO)、SiO(0<x<2)、二酸化スズ(SnO)、SnO(0<x<2)、SnSiOなど)及び炭化物(炭化ケイ素(SiC)など)等を挙げることができる。さらに、負極活物質としては、リチウム金属等の金属材料やリチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:LiTi12)等のリチウム−遷移金属複合酸化物を挙げることができる。これらの負極活物質は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。 The negative electrode active material can be a material capable of occluding and releasing lithium. As the negative electrode active material, graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.) that is highly crystalline carbon, low crystalline carbon (soft carbon, hard carbon), carbon black (Ketjen black, acetylene black, channel black, lamp black, Oil furnace black, thermal black, etc.), fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon fibrils and the like. In addition, the said carbon material contains what contains 10 mass% or less silicon nanoparticles. Further, as the negative electrode active material, silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), zinc (Zn), hydrogen (H), calcium ( Ca), strontium (Sr), barium (Ba), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium (Pd), platinum (Pt), silver (Ag), gold (Au), cadmium ( Cd), mercury (Hg), gallium (Ga), thallium (Tl), carbon (C), nitrogen (N), antimony (Sb), bismuth (Bi), oxygen (O), sulfur (S), selenium ( Se), tellurium (Te), elemental elements alloyed with lithium, such as chlorine (Cl), and oxides containing these elements (silicon monoxide (SiO), SiO x (0 <x <2), dioxide dioxide) Tin (S O 2), SnO x (0 <x <2), etc. SnSiO 3) and the like carbides (silicon carbide (SiC)), and the like. Further, examples of the negative electrode active material include metal materials such as lithium metal and lithium-transition metal composite oxides such as lithium-titanium composite oxide (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ). These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

負極活物質は、ケイ素含有量が20質量%以上のケイ素含有合金を含むことが好ましい。ケイ素含有合金は、充電の際にリチウムイオンと合金化するため、負極活物質の質量当たりの放電容量を大きくすることができる。また、ケイ素含有合金のケイ素含有量を20質量%以上とすることにより、アモルファス−結晶の相転移を抑えることができる。そのため、リチウムイオン電池20のサイクル特性を向上させることができる。   The negative electrode active material preferably contains a silicon-containing alloy having a silicon content of 20% by mass or more. Since the silicon-containing alloy is alloyed with lithium ions during charging, the discharge capacity per mass of the negative electrode active material can be increased. Further, when the silicon content of the silicon-containing alloy is 20% by mass or more, the amorphous-crystal phase transition can be suppressed. Therefore, the cycle characteristics of the lithium ion battery 20 can be improved.

本実施形態において、ケイ素含有合金は、Si、Sn及びMの元素を含み、Mは、遷移元素、B,C,Mg,Al及びZnからなる群より選択される少なくとも1つの元素であることが好ましい。なお、遷移元素は、第3族元素から第11族元素の間にある元素をいう。また、ケイ素含有合金は、非晶質又は低結晶性のケイ素を主成分とする母相と、ケイ素を主成分とする母相中に分散される遷移金属のケイ化物を含むシリサイド相と、を含むことが好ましい。ケイ素含有合金をこのようにすることで、サイクル特性に優れた放電容量の大きいリチウムイオン電池20を提供することができる。   In the present embodiment, the silicon-containing alloy includes Si, Sn, and M elements, and M is at least one element selected from the group consisting of transition elements, B, C, Mg, Al, and Zn. preferable. The transition element refers to an element between the Group 3 element and the Group 11 element. In addition, the silicon-containing alloy includes a parent phase mainly composed of amorphous or low crystalline silicon, and a silicide phase including a transition metal silicide dispersed in the parent phase mainly composed of silicon. It is preferable to include. By using the silicon-containing alloy in this way, it is possible to provide the lithium ion battery 20 having excellent cycle characteristics and a large discharge capacity.

なお、Mは、B,C,Mg,Al,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Zr,Nb,Mo及びTaからなる群より選択される少なくとも1つの元素であることがより好ましい。また、Mは、C,Al,Ti,V及びZnからなる群より選択される少なくとも1つの元素であることがさらに好ましい。さらに、Al又はTiの少なくともいずれか一方であることが最も好ましい。このような元素を含むケイ素含有合金をリチウムイオン電池20に用いた場合、放電容量を維持しつつ、よりサイクル特性を向上させることができる。   M is at least one element selected from the group consisting of B, C, Mg, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, and Ta. More preferably. M is more preferably at least one element selected from the group consisting of C, Al, Ti, V, and Zn. Furthermore, it is most preferable that it is at least any one of Al or Ti. When a silicon-containing alloy containing such an element is used for the lithium ion battery 20, the cycle characteristics can be further improved while maintaining the discharge capacity.

なお、Si、Sn及びMの元素を含むケイ素含有合金には、不可避不純物が含まれていてもよい。不可避不純物とは、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするものを意味する。不可避不純物は、本来は不要なものであるが、微量であり、ケイ素含有合金の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物である。不可避不純物の含有量は、ケイ素含有合金全体に対して0.5質量%未満であることが好ましく、0.1質量%未満であることがより好ましく、0.01質量%未満であることがさらに好ましい。   The silicon-containing alloy containing Si, Sn, and M elements may contain inevitable impurities. An inevitable impurity means what exists in a raw material or is inevitably mixed in a manufacturing process. Inevitable impurities are essentially unnecessary impurities, but they are a very small amount and do not affect the characteristics of the silicon-containing alloy, so that they are acceptable impurities. The content of inevitable impurities is preferably less than 0.5% by mass relative to the entire silicon-containing alloy, more preferably less than 0.1% by mass, and further preferably less than 0.01% by mass. preferable.

ケイ素含有合金の一般式は、Si−Sn−Mであることが好ましく、Si−Sn−Ti又はSi−Sn−Ti−Alであることがより好ましい。ここで、一般式Si−Sn−Tiにおいて、Snの含有量が7質量%以上30質量%以下、Tiの含有量が0質量%超え37質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることが好ましい。又は、一般式Si−Sn−Tiにおいて、Snの含有量が30質量%以上51質量%以下、Tiの含有量が0質量%超え35質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることが好ましい。また、一般式Si−Sn−Tiにおいて、Snの含有量が7質量%以上30質量%以下、Tiが7質量%超え37質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることがより好ましい。又は、Snの含有量が30質量%以上51質量%以下、Tiの含有量が7質量%超え35質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることがより好ましい。また、一般式Si−Sn−Tiにおいて、Snの含有量が7質量%以上30質量%以下、Tiの含有量が18質量%以上37質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることがさらに好ましい。又は、一般式Si−Sn−Tiにおいて、Snの含有量が30質量%以上51質量%以下、Tiの含有量が7質量%超え20質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることがさらに好ましい。さらに、一般式Si−Sn−Tiにおいて、Snの含有量が7質量%以上21質量%以下、Tiの含有量が24質量%以上37質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることが最も好ましい。各元素の含有量を上記範囲内とすることで、サイクル特性に優れたリチウムイオン電池20を提供することができる。   The general formula of the silicon-containing alloy is preferably Si—Sn—M, and more preferably Si—Sn—Ti or Si—Sn—Ti—Al. Here, in the general formula Si-Sn-Ti, the Sn content is 7% by mass or more and 30% by mass or less, the Ti content is more than 0% by mass and 37% by mass or less, and the balance is Si and inevitable impurities. preferable. Or in general formula Si-Sn-Ti, it is preferable that Sn content is 30 mass% or more and 51 mass% or less, Ti content exceeds 0 mass% and 35 mass% or less, and the remainder is Si and inevitable impurities. . In the general formula Si-Sn-Ti, it is more preferable that the Sn content is 7% by mass or more and 30% by mass or less, Ti is more than 7% by mass and 37% by mass or less, and the balance is Si and inevitable impurities. Alternatively, it is more preferable that the Sn content is 30% by mass or more and 51% by mass or less, the Ti content is more than 7% by mass and 35% by mass or less, and the balance is Si and inevitable impurities. Further, in the general formula Si—Sn—Ti, the Sn content is 7% by mass to 30% by mass, the Ti content is 18% by mass to 37% by mass, and the balance is Si and inevitable impurities. preferable. Or, in the general formula Si-Sn-Ti, the Sn content is 30% by mass or more and 51% by mass or less, the Ti content is more than 7% by mass and 20% by mass or less, and the balance is Si and inevitable impurities. preferable. Furthermore, in the general formula Si—Sn—Ti, the Sn content is 7% by mass or more and 21% by mass or less, the Ti content is 24% by mass or more and 37% by mass or less, and the remainder is Si and inevitable impurities. preferable. By setting the content of each element within the above range, the lithium ion battery 20 having excellent cycle characteristics can be provided.

一般式Si−Sn−Ti−Alにおいては、Snの含有量が2質量%以上10質量%以下、Tiの含有量が25質量%以上35質量%以下、Alの含有量が0.3質量%以上3質量%以下、残部がSi及び不可避不純物であることが好ましい。各元素の含有量を上記範囲内とすることで、サイクル特性に優れたリチウムイオン電池20を提供することができる。   In the general formula Si-Sn-Ti-Al, the Sn content is 2 mass% to 10 mass%, the Ti content is 25 mass% to 35 mass%, and the Al content is 0.3 mass%. It is preferable that the content is 3% by mass or less and the balance is Si and inevitable impurities. By setting the content of each element within the above range, the lithium ion battery 20 having excellent cycle characteristics can be provided.

負極活物質層25に用いられる導電助剤を形成する材料としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。これらの導電助剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。負極活物質層25に導電助剤が含まれることにより、負極活物質層25の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、リチウムイオン電池20の放電容量を向上させることができる。導電助剤の含有量は、負極活物質層25全体に対して、1〜10質量%が好ましく、2〜6質量%がより好ましい。導電助剤の含有量をこのような範囲とすることにより、負極活物質層25の導電性を向上させることができる。   Examples of the material for forming the conductive additive used for the negative electrode active material layer 25 include carbon black such as acetylene black, and carbon materials such as graphite and carbon fiber. These conductive assistants may be used alone or in combination of two or more. By including a conductive additive in the negative electrode active material layer 25, an electronic network inside the negative electrode active material layer 25 is effectively formed, and the discharge capacity of the lithium ion battery 20 can be improved. 1-10 mass% is preferable with respect to the whole negative electrode active material layer 25, and, as for content of a conductive support agent, 2-6 mass% is more preferable. By making content of a conductive support agent into such a range, the electroconductivity of the negative electrode active material layer 25 can be improved.

負極活物質層25は、ケイ素含有合金の他、用途に応じて、バインダをさらに含有することができる。負極活物質層25に用いられるバインダは、正極活物質層11で用いられるバインダと同様のものを用いることができる。また、負極活物質層25中に含まれるバインダの含有量は、正極活物質層11で用いられるバインダの含有量と同様とすることができる。   In addition to the silicon-containing alloy, the negative electrode active material layer 25 can further contain a binder depending on the application. As the binder used for the negative electrode active material layer 25, the same binder as that used for the positive electrode active material layer 11 can be used. Further, the content of the binder contained in the negative electrode active material layer 25 can be the same as the content of the binder used in the positive electrode active material layer 11.

(電解質層27)
本実施形態のリチウムイオン電池20は、電気デバイス用正極10と電気デバイス用負極23との間に配置される電解質層27をさらに備えることができる。電解質層27は、電気デバイス用負極23と電気デバイス用正極10とを隔離し、リチウムイオンの移動を仲介する。電解質層27の膜厚は、内部抵抗を低減させる観点から、1〜100μmが好ましく、5〜50μmであることがさらに好ましい。電解質層27は非水電解質を含む。非水電解質としては、イオン伝導性ポリマーにリチウム塩が溶解したゲル状又は固体状のポリマー電解質、並びに有機溶媒にリチウム塩が溶解した液体電解質を用いることができる。
(Electrolyte layer 27)
The lithium ion battery 20 of the present embodiment can further include an electrolyte layer 27 disposed between the positive electrode 10 for electric devices and the negative electrode 23 for electric devices. The electrolyte layer 27 isolates the electric device negative electrode 23 and the electric device positive electrode 10 and mediates the movement of lithium ions. The thickness of the electrolyte layer 27 is preferably 1 to 100 μm, and more preferably 5 to 50 μm, from the viewpoint of reducing internal resistance. The electrolyte layer 27 includes a nonaqueous electrolyte. As the non-aqueous electrolyte, a gel or solid polymer electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an ion conductive polymer, and a liquid electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent can be used.

ポリマー電解質に用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、へキサフルオロプロピレン、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)及びこれらの共重合体等が挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer used in the polymer electrolyte include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoropropylene, polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl. Examples include methacrylate (PMMA) and copolymers thereof.

液体電解質に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)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、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(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)等のカーボネート類が挙げられる。また、液体電解質に用いられるリチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiAsF、LiTaF、LiClO、LiCFSO等の化合物が挙げられる。 Examples of the organic solvent used in the liquid electrolyte include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl. And carbonates such as carbonate (EMC) and methylpropyl carbonate (MPC). As the lithium salt used in the liquid electrolyte, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3 etc. are mentioned.

(正極タブ31及び負極タブ33)
リチウムイオン電池20は、正極集電体12と、リチウムイオン電池20の外部の機器とを電気的に接続する正極タブ31をさらに備えることができる。また、リチウムイオン電池20は、負極集電体24と、リチウムイオン電池20の外部の機器とを電気的に接続する負極タブ33をさらに備えることができる。正極タブ31及び負極タブ33を形成する材料は、特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケルからなる群より選択される少なくとも1つを用いることができる。なお、正極タブ31及び負極タブ33を形成する材料は、同一でも異なっていてもよい。
(Positive electrode tab 31 and negative electrode tab 33)
The lithium ion battery 20 can further include a positive electrode tab 31 that electrically connects the positive electrode current collector 12 and a device outside the lithium ion battery 20. The lithium ion battery 20 can further include a negative electrode tab 33 that electrically connects the negative electrode current collector 24 and a device outside the lithium ion battery 20. The material which forms the positive electrode tab 31 and the negative electrode tab 33 is not specifically limited, For example, at least 1 selected from the group which consists of aluminum, copper, titanium, nickel can be used. In addition, the material which forms the positive electrode tab 31 and the negative electrode tab 33 may be the same, or may differ.

(外装体35)
本実施形態のリチウムイオン電池20は、電池素子40を収容する外装体35をさらに備えることができる。外装体35は、例えば、缶や、フィルムにより形成されたものが挙げられる。また、外装体35の形状は、特に限定されず、円筒型、角型、シート型とすることができる。特に限定されないが、小型化及び軽量化などの観点より、外装体35はフィルムにより形成されていることが好ましい。なかでも、高出力化や冷却性能の観点からは、フィルムはラミネートフィルムであることが好ましく、ラミネートフィルムはアルミニウムを含むことが好ましい。また、リチウムイオン電池20は扁平積層型リチウムイオン電池であることが好ましい。このようなリチウムイオン電池20は、放電容量及び放熱性能を高くすることができるため、車両に搭載する場合に最適である。アルミニウムを含むラミネートフィルムの一例としては、PP/アルミニウム/ナイロンの3層ラミネートフィルムが挙げられる。
(Exterior body 35)
The lithium ion battery 20 of the present embodiment can further include an exterior body 35 that houses the battery element 40. As the exterior body 35, for example, a can or one formed of a film can be used. The shape of the exterior body 35 is not particularly limited, and can be a cylindrical shape, a square shape, or a sheet shape. Although not particularly limited, it is preferable that the exterior body 35 is formed of a film from the viewpoint of reduction in size and weight. Among these, from the viewpoint of high output and cooling performance, the film is preferably a laminate film, and the laminate film preferably contains aluminum. The lithium ion battery 20 is preferably a flat stacked lithium ion battery. Since such a lithium ion battery 20 can increase the discharge capacity and the heat dissipation performance, it is optimal for mounting in a vehicle. As an example of the laminate film containing aluminum, there is a three-layer laminate film of PP / aluminum / nylon.

本実施形態のリチウムイオン電池20の用途は特に限定されないが、上述のように、高い放電容量を維持しつつ電圧降下が改善されている。そのため、車両用として好適に用いることができる。具体的には、本実施形態のリチウムイオン電池20は、車両用の駆動電源などに好適に用いることができる。   Although the use of the lithium ion battery 20 of the present embodiment is not particularly limited, as described above, the voltage drop is improved while maintaining a high discharge capacity. Therefore, it can be suitably used for vehicles. Specifically, the lithium ion battery 20 of the present embodiment can be suitably used for a drive power source for vehicles.

以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present embodiment is not limited to these.

[実施例1]
(正極の作製)
酢酸ニッケル、酢酸コバルト及び酢酸マンガンの2mol/Lの水溶液を調製した。次いで、組成がLi1.5[Ni0.281Co0.281Mn0.688[Li0.25]]Oとなるように、これらを所定量秤量して、混合溶液を調製した。そして、マグネティックスターラーで混合溶液を攪拌しながら、混合溶液にアンモニア水をpH7になるまで滴下した。さらに、この混合溶液に、2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液を滴下し、ニッケル−コバルト−マンガンの複合炭酸塩を沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過した後、水洗して、120℃程度、5時間ほどの条件で乾燥を行った。そして、得られた乾燥物を500℃程度、5時間ほどの条件で仮焼成を行った。これに水酸化リチウムを、組成がLi1.5[Ni0.281Co0.281Mn0.688[Li0.25]]Oとなるように加え、自動乳鉢で30分間程度混練した。さらに、大気中、昇温速度50℃/時間で加熱し、その後750℃で12時間ほど本焼成を行い、正極活物質を得た。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode)
A 2 mol / L aqueous solution of nickel acetate, cobalt acetate and manganese acetate was prepared. Next, a predetermined amount was weighed so that the composition would be Li 1.5 [Ni 0.281 Co 0.281 Mn 0.688 [Li 0.25 ]] O 3 to prepare a mixed solution. Then, while stirring the mixed solution with a magnetic stirrer, ammonia water was added dropwise to the mixed solution until the pH reached 7. Further, a 2 mol / L aqueous sodium carbonate solution was dropped into the mixed solution to precipitate a nickel-cobalt-manganese composite carbonate. The obtained precipitate was subjected to suction filtration, washed with water, and dried under conditions of about 120 ° C. and about 5 hours. And the obtained dried material was calcined under conditions of about 500 ° C. and about 5 hours. Lithium hydroxide was added to this so that the composition would be Li 1.5 [Ni 0.281 Co 0.281 Mn 0.688 [Li 0.25 ]] O 3, and kneaded for about 30 minutes in an automatic mortar. Furthermore, it heated at the temperature increase rate of 50 degreeC / hour in air | atmosphere, and after that, this baking was performed for about 12 hours at 750 degreeC, and the positive electrode active material was obtained.

このようにして得られた正極活物質94.5質量部に、導電助剤3.0質量部と、溶剤30質量部を加え、プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、ハイビスミックス2P−03型)にて混練して導電助剤溶液を作製した。なお、導電助剤は、繊維状導電助剤Aを1.5質量部と、粒状導電助剤Aを1.5質量部用いた。また、溶剤はN−メチルピロリドン(NMP)を用いた。また、繊維状導電助剤Aの繊維径は11nm、比表面積は200m/gであった。また、粒状導電助剤Aの平均一次粒子径は25nm、比表面積は206m/gであった。 To 94.5 parts by mass of the positive electrode active material thus obtained, 3.0 parts by mass of a conductive additive and 30 parts by mass of a solvent are added, and a planetary mixer (Primics Co., Ltd., Hibismix 2P-03 type) is added. Kneaded to prepare a conductive auxiliary agent solution. In addition, the conductive auxiliary agent used 1.5 mass parts of fibrous conductive auxiliary agents A, and 1.5 mass parts of granular conductive auxiliary agents A. The solvent used was N-methylpyrrolidone (NMP). Moreover, the fiber diameter of the fibrous conductive support agent A was 11 nm, and the specific surface area was 200 m < 2 > / g. The average primary particle diameter of the granular conductive additive A was 25 nm, and the specific surface area was 206 m 2 / g.

このようにして得られた導電助剤溶液に、バインダ2.5質量部を溶剤45.0質量部で溶解したバインダ溶液を加え、再度プラネタリーミキサーにて混練し、正極用スラリーを作製した。なお、溶剤はN−メチルピロリドン(NMP)を用いた。また、作製した正極用スラリーの固形分濃度は57.1質量%であった。   A binder solution prepared by dissolving 2.5 parts by mass of a binder with 45.0 parts by mass of a solvent was added to the conductive auxiliary agent solution thus obtained, and the mixture was kneaded again with a planetary mixer to prepare a positive electrode slurry. Note that N-methylpyrrolidone (NMP) was used as the solvent. Moreover, the solid content concentration of the produced positive electrode slurry was 57.1% by mass.

このようにして得られた正極用スラリーを、正極集電体の一方の面に、乾燥後の正極活物質層の膜厚が50μmとなるようにバーコーターで塗布した。次に、正極用スラリーを塗布した正極集電体を、ホットプレート上に置き、溶剤の残留量が0.02質量%以下となるように120℃〜130℃で10分間乾燥させた。このように乾燥して得られたものを、ローラープレスで圧縮成形し、正極活物質層の質量が約3.5mg/cm、膜厚が約50μm及び密度が2.70g/cmとなるように切断した。なお、正極集電体は、20μm厚のアルミニウム箔を用いた。 The positive electrode slurry thus obtained was applied to one surface of the positive electrode current collector with a bar coater so that the thickness of the positive electrode active material layer after drying was 50 μm. Next, the positive electrode current collector coated with the positive electrode slurry was placed on a hot plate and dried at 120 ° C. to 130 ° C. for 10 minutes so that the residual amount of the solvent was 0.02% by mass or less. The product obtained by drying in this way is compression-molded with a roller press, and the mass of the positive electrode active material layer is about 3.5 mg / cm 2 , the film thickness is about 50 μm, and the density is 2.70 g / cm 3. Was cut as follows. As the positive electrode current collector, an aluminum foil having a thickness of 20 μm was used.

次に、得られた切断物を、真空乾燥機内に設置して、室温(25℃)にて減圧(100mmHg(1.33×10Pa))した。続いて、窒素ガスを100cm/分で流通させながら、昇温速度10℃/分で120℃まで昇温させた。その後、120℃で100mmHg(1.33×10Pa)まで減圧させた状態で12時間保持した後、室温(25℃)まで降温させた。このようにして得られた乾燥物を正極とした。 Next, the obtained cut product was placed in a vacuum dryer and decompressed (100 mmHg (1.33 × 10 4 Pa)) at room temperature (25 ° C.). Subsequently, the temperature was increased to 120 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min while flowing nitrogen gas at 100 cm 3 / min. Then, after hold | maintaining for 12 hours in the state pressure-reduced to 100 mmHg (1.33 * 10 < 4 > Pa) at 120 degreeC, it was made to cool to room temperature (25 degreeC). The dried product thus obtained was used as the positive electrode.

(リチウムイオン電池の作製)
アルゴンガス雰囲気のグローブボックス内にて、上述のようにして得られた正極と、金属リチウムの負極とを直径15mmの円形に打ち抜いた後それぞれ対向させ、この間に電解質層を配置した。電解質層は、ポリプロピレンを材料とする厚み20μmのものを2枚用いた。なお、正極と負極は、リチウムイオン電池作製前に、真空乾燥機にて100℃で2時間乾燥したものを用いた。
(Production of lithium ion battery)
In a glove box in an argon gas atmosphere, the positive electrode obtained as described above and the negative electrode of metallic lithium were punched into a circle having a diameter of 15 mm and faced each other, and an electrolyte layer was disposed therebetween. Two electrolyte layers having a thickness of 20 μm made of polypropylene were used. In addition, the positive electrode and the negative electrode used what was dried at 100 degreeC with the vacuum dryer for 2 hours before lithium ion battery preparation.

次に、この負極、電解質層、正極の積層体を、ステンレス鋼(SUS316)を材料とするコインセル(CR2032)の底部側に配置した。さらに、正極と負極の間の絶縁性を保つためのガスケットを装着し、電解液150μlをシリンジにより注入した。そして、スプリング及びスペーサーを積層し、コインセルの上部側を重ね合わせ、かしめることにより密閉して、リチウムイオン電池を作製した。なお、電解質層やコインセルに用いられる部材は、あらかじめアルゴンガス雰囲気のグローブボックス内にて、室温で24時間以上乾燥してある。   Next, the laminate of the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode was disposed on the bottom side of a coin cell (CR2032) made of stainless steel (SUS316). Further, a gasket for maintaining insulation between the positive electrode and the negative electrode was attached, and 150 μl of the electrolyte solution was injected with a syringe. And a spring and a spacer were laminated | stacked, the upper part side of the coin cell was piled up, and it sealed by crimping, and produced the lithium ion battery. In addition, the member used for an electrolyte layer or a coin cell is previously dried at room temperature for 24 hours or more in a glove box in an argon gas atmosphere.

なお、電解液としては、次のものを用いた。まず、エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を、体積比でEC:DEC=1:2の割合で混合した有機溶媒を準備した。これに、支持塩としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度が1mol/Lとなるように溶解させ、電解液とした。 In addition, the following was used as electrolyte solution. First, an organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of EC: DEC = 1: 2 was prepared. To this, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt was dissolved so as to have a concentration of 1 mol / L to obtain an electrolytic solution.

(活性化処理)
上述のようにして得られたコインセルを、室温下(25℃)で、最高電圧が4.8Vとなるまで0.1Cで定電流充電した後、電池の最低電圧が2.0Vとなるまで0.1Cで定電流放電する充放電サイクルを1サイクルだけ行い、リチウムイオン電池を得た。
(Activation process)
The coin cell obtained as described above was charged at a constant current of 0.1 C at room temperature (25 ° C.) until the maximum voltage reached 4.8 V, and then 0 until the minimum battery voltage reached 2.0 V. A charge / discharge cycle for constant current discharge at 1 C was performed for only one cycle to obtain a lithium ion battery.

[実施例2]
繊維状導電助剤Aの添加量を2.0質量部、粒状導電助剤Aの添加量を1.0質量部とした以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 2]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of the fibrous conductive additive A was 2.0 parts by mass and the addition amount of the granular conductive additive A was 1.0 parts by mass.

[実施例3]
正極の導電助剤に1.5質量部の繊維状導電助剤Bと1.5質量部の粒状導電助剤Bを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。なお、繊維状導電助剤Bの繊維径は10nm、比表面積は180m/gであった。また、粒状導電助剤Bの平均一次粒子径は26nm、比表面積は150m/gであった。
[Example 3]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1, except that 1.5 parts by mass of the fibrous conductive additive B and 1.5 parts by mass of the granular conductive additive B were used as the positive electrode conductive additive. The fibrous conductive additive B had a fiber diameter of 10 nm and a specific surface area of 180 m 2 / g. The average primary particle diameter of the granular conductive additive B was 26 nm, and the specific surface area was 150 m 2 / g.

[実施例4]
正極の導電助剤に1.5質量部の繊維状導電助剤Bと1.5質量部の粒状導電助剤Aを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 4]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 1.5 parts by mass of the fibrous conductive additive B and 1.5 parts by mass of the granular conductive additive A were used as the positive electrode conductive additive.

[比較例1]
正極の導電助剤に1.5質量部の繊維状導電助剤Aと1.5質量部の繊維状導電助剤Bを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 1.5 parts by mass of the fibrous conductive additive A and 1.5 parts by mass of the fibrous conductive additive B were used as the positive electrode conductive additive. .

[比較例2]
正極の導電助剤に3.0質量部の繊維状導電助剤Aのみを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 2]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only 3.0 parts by mass of the fibrous conductive additive A was used as the positive electrode conductive additive.

[比較例3]
正極の導電助剤に3.0質量部の繊維状導電助剤Bのみを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 3]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only 3.0 parts by mass of the fibrous conductive additive B was used as the positive electrode conductive additive.

[比較例4]
正極の導電助剤に3.0質量部の繊維状導電助剤Cのみを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。なお、繊維状導電助剤Cの繊維径は150nmであり、比表面積は7.7m/gであった。
[Comparative Example 4]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only 3.0 parts by mass of the fibrous conductive additive C was used as the positive electrode conductive additive. The fibrous conductive additive C had a fiber diameter of 150 nm and a specific surface area of 7.7 m 2 / g.

[比較例5]
正極の導電助剤に3.0質量部の粒状導電助剤Aのみを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 5]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only 3.0 parts by mass of the particulate conductive additive A was used as the positive electrode conductive additive.

[比較例6]
正極の導電助剤に3.0質量部の粒状導電助剤Bのみを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 6]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only 3.0 parts by mass of the particulate conductive additive B was used as the positive electrode conductive additive.

[比較例7]
正極の導電助剤に3.0質量部の粒状導電助剤Cのみを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。なお、粒状導電助剤Cの平均一次粒子径は47nm、比表面積は108m/gであった。
[Comparative Example 7]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that only 3.0 parts by mass of the particulate conductive additive C was used as the positive electrode conductive additive. In addition, the average primary particle diameter of the granular conductive additive C was 47 nm, and the specific surface area was 108 m 2 / g.

[評価]
実施例及び比較例のハーフセルのリチウムイオン電池について、放電容量、電圧降下及び100サイクル目の放電容量維持率の評価を実施した。結果を表1に合わせて示す。
[Evaluation]
About the half cell lithium ion battery of an Example and a comparative example, discharge capacity, a voltage drop, and the discharge capacity maintenance factor of the 100th cycle were evaluated. The results are shown in Table 1.

(放電容量)
室温下(25℃)で、最高電圧が4.6Vとなるまで0.1Cで定電流充電した後、最低電圧が2.0Vとなるまで0.1Cで定電流放電する充放電サイクルを、5サイクル行った。そして、5サイクル目において、4.6Vから2.0Vまで放電した時の電気容量を放電容量とした。
(Discharge capacity)
At room temperature (25 ° C.), after charging at a constant current of 0.1 C until the maximum voltage becomes 4.6 V, a charge / discharge cycle in which the constant current is discharged at 0.1 C until the minimum voltage becomes 2.0 V is 5 Cycled. In the fifth cycle, the electric capacity when discharging from 4.6 V to 2.0 V was defined as the discharge capacity.

(電圧降下)
最高電圧が4.6Vとなるまで0.2Cで定電流充電した後、最低電圧が2.0Vとなるまで0.1Cで定電流放電する充放電サイクルを、1サイクル行った。そして、1サイクル目において、リチウムイオン電池の放電容量が200mAh/gになった時の電圧と、3.20Vとの差を算出し、電圧降下の値とした。なお、上記3.20Vの値は、1サイクル目において、放電容量が80mAh/gになった時の放電曲線の傾きから、電圧降下が生じずに放電容量が200mAh/gになった時の電圧を推測したものである。なお、参考のため、実施例1と比較例1の充放電曲線を図2に示す。
(Voltage drop)
After charging at a constant current of 0.2 C until the maximum voltage reached 4.6 V, one charge / discharge cycle was performed at a constant current discharge at 0.1 C until the minimum voltage reached 2.0 V. Then, in the first cycle, the difference between the voltage when the discharge capacity of the lithium ion battery reached 200 mAh / g and 3.20 V was calculated and used as the voltage drop value. The value of 3.20 V is the voltage when the discharge capacity becomes 200 mAh / g without any voltage drop from the slope of the discharge curve when the discharge capacity becomes 80 mAh / g in the first cycle. It is what guessed. For reference, the charge / discharge curves of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG.

(100サイクル目の放電容量維持率)
室温下(25℃)で、最高電圧が4.6Vとなるまで0.1Cで定電流充電した後、最低電圧が2.0Vとなるまで1.0Cで定電流放電する充放電サイクルを、100サイクル行った。そして、1サイクル目と100サイクル目において、4.6Vから2.0Vまで放電した時の放電容量を測定し、100サイクル目の放電容量に対する1サイクル目の放電容量の割合を100サイクル目の放電容量維持率とした。
(Discharge capacity maintenance rate at 100th cycle)
At room temperature (25 ° C.), after charging at a constant current of 0.1 C until the maximum voltage is 4.6 V, a charge / discharge cycle is performed at a constant current of 1.0 C until the minimum voltage is 2.0 V. Cycled. Then, in the first cycle and the 100th cycle, the discharge capacity when discharging from 4.6 V to 2.0 V was measured, and the ratio of the discharge capacity of the first cycle to the discharge capacity of the 100th cycle was determined as the discharge of the 100th cycle. The capacity maintenance rate was used.

Figure 2018041686
Figure 2018041686

比較例1〜7の正極は繊維状導電助剤又は粒状導電助剤のいずれか一方が含まれていないのに対し、実施例1〜4の正極は繊維状導電助剤と粒状導電助剤とを含む。そのため、実施例1〜4の電気デバイス用正極を用いたリチウムイオン電池は、比較例1〜7の電気デバイス用正極を用いたリチウムイオン電池に対し、電圧降下が小さく、かつ、放電容量維持率が大きくなることが分かった。   While the positive electrodes of Comparative Examples 1 to 7 do not contain either a fibrous conductive additive or a granular conductive aid, the positive electrodes of Examples 1 to 4 have a fibrous conductive aid and a granular conductive aid. including. Therefore, the lithium ion battery using the positive electrode for electric devices of Examples 1 to 4 has a smaller voltage drop and a discharge capacity maintenance rate than the lithium ion battery using the positive electrode for electric devices of Comparative Examples 1 to 7. It turns out that becomes large.

次に、リチウム金属を負極に用いたハーフセルに代えて、ケイ素含有合金を負極に用いたフルセルにおいても、サイクル特性が低下しないか確認を行った。フルセルでの評価を実施したのは、ケイ素含有合金は黒鉛などと比較して、電解液の分解能が高く、電解液中の可動リチウムイオンが低下する可能性が考えられたためである。また、ケイ素含有合金が原因で生成されたアルキルカーボネート等の副反応物が、正極側に移動し、正極での反応を阻害する可能性が考えられたためである。   Next, in place of the half cell using lithium metal as the negative electrode, it was confirmed whether the cycle characteristics were deteriorated even in a full cell using a silicon-containing alloy as the negative electrode. The full-cell evaluation was performed because the silicon-containing alloy has a higher resolution of the electrolytic solution than graphite and the like, and there is a possibility that the movable lithium ions in the electrolytic solution are reduced. In addition, it is considered that a side reaction product such as an alkyl carbonate produced due to the silicon-containing alloy may move to the positive electrode side and inhibit the reaction at the positive electrode.

[実施例5]
負極活物質として、金属リチウムに代えて、以下のようにして作製したケイ素含有合金を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 5]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that instead of metallic lithium, a silicon-containing alloy produced as follows was used as the negative electrode active material.

(負極の作製)
まず、遊星型ボールミル(ドイツ フリッチュ社製P−6)を用いて、メカニカルアロイ法により金属粉末を合金化させた。具体的には、質量比で、Si:Sn:Ti=60:10:30となるように調製した金属粉末と、ジルコニア製粉砕ボールとを、ジルコニア製容器に投入した。その後、ジルコニア製容器を固定する台座を、600rpmで12.5時間回転させて、金属粉末を合金化した。
(Preparation of negative electrode)
First, metal powders were alloyed by a mechanical alloy method using a planetary ball mill (P-6, manufactured by Friitch Germany). Specifically, a metal powder prepared so as to have a mass ratio of Si: Sn: Ti = 60: 10: 30 and pulverized balls made of zirconia were put into a container made of zirconia. Then, the base which fixes the container made from zirconia was rotated at 600 rpm for 12.5 hours, and metal powder was alloyed.

このようにして得られた負極活物質80質量部と、導電助剤5質量部と、バインダ15質量部とをN−メチルピロリドン100質量部に分散させ、脱泡混練機(株式会社Thinky製 AR−100)内で混合し、負極用スラリーを得た。なお、導電助剤はアセチレンブラック、バインダはポリイミドを用いた。   80 parts by mass of the negative electrode active material thus obtained, 5 parts by mass of a conductive additive, and 15 parts by mass of a binder are dispersed in 100 parts by mass of N-methylpyrrolidone, and a defoaming kneader (AR manufactured by Thinky Co., Ltd.). -100) to obtain a negative electrode slurry. In addition, acetylene black was used for the conductive assistant, and polyimide was used for the binder.

次に、負極集電体の一方の面に、乾燥後の負極活物質層の厚さが30μmとなるように、負極用スラリーを均一に塗布し、真空中で24時間乾燥させて、負極を得た。なお、負極集電体は、10μm厚の銅箔を用いた。   Next, a negative electrode slurry is uniformly applied on one surface of the negative electrode current collector so that the thickness of the negative electrode active material layer after drying is 30 μm, and dried in a vacuum for 24 hours. Obtained. The negative electrode current collector was a 10 μm thick copper foil.

[実施例6]
金属リチウムに代えて、実施例5で用いたケイ素含有合金を用いた以外は、実施例2と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 6]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the silicon-containing alloy used in Example 5 was used instead of metallic lithium.

[実施例7]
金属リチウムに代えて、実施例5で用いたケイ素含有合金を用いた以外は、実施例4と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Example 7]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 4 except that the silicon-containing alloy used in Example 5 was used instead of metallic lithium.

[比較例8]
金属リチウムに代えて、実施例5で用いたケイ素含有合金を用いた以外は、比較例2と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 8]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that the silicon-containing alloy used in Example 5 was used instead of metallic lithium.

[比較例9]
金属リチウムに代えて、実施例5で用いたケイ素含有合金を用いた以外は、比較例3と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 9]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Comparative Example 3, except that the silicon-containing alloy used in Example 5 was used instead of metallic lithium.

[比較例10]
金属リチウムに代えて、実施例5で用いたケイ素含有合金を用いた以外は、比較例5と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 10]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Comparative Example 5 except that the silicon-containing alloy used in Example 5 was used instead of metallic lithium.

[比較例11]
金属リチウムに代えて、実施例5で用いたケイ素含有合金を用いた以外は、比較例6と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 11]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Comparative Example 6, except that the silicon-containing alloy used in Example 5 was used instead of metallic lithium.

[比較例12]
金属リチウムに代えて、実施例5で用いたケイ素含有合金を用いた以外は、比較例7と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
[Comparative Example 12]
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Comparative Example 7, except that the silicon-containing alloy used in Example 5 was used instead of metallic lithium.

[評価]
実施例及び比較例のケイ素含有合金を用いたフルセルのリチウムイオン電池について、50サイクル目の放電容量維持率及びクーロン効率の評価を実施した。結果を表2に合わせて示す。
[Evaluation]
With respect to the full-cell lithium ion batteries using the silicon-containing alloys of Examples and Comparative Examples, the discharge capacity maintenance rate and the Coulomb efficiency at the 50th cycle were evaluated. The results are shown in Table 2.

(50サイクル目の放電容量維持率)
50サイクル目の放電容量維持率は、以下のようにして測定した。室温下(25℃)で、最高電圧が4.6Vとなるまで0.1Cで定電流充電した後、最低電圧が2.0Vとなるまで1.0Cで定電流放電する充放電サイクルを、50サイクル行った。そして、1サイクル目と50サイクル目において、4.6Vから2.0Vまで放電した時の放電容量を測定し、50サイクル目の放電容量に対する1サイクル目の放電容量の割合を50サイクル目の放電容量維持率とした。
(Discharge capacity maintenance rate at 50th cycle)
The discharge capacity retention rate at the 50th cycle was measured as follows. A charge / discharge cycle in which constant current charging is performed at 0.1 C until the maximum voltage becomes 4.6 V at room temperature (25 ° C.), and then constant current discharge is performed at 1.0 C until the minimum voltage becomes 2.0 V. Cycled. Then, in the first cycle and the 50th cycle, the discharge capacity when discharging from 4.6 V to 2.0 V was measured, and the ratio of the first cycle discharge capacity to the 50th cycle discharge capacity was determined as the 50th cycle discharge. The capacity maintenance rate was used.

(クーロン効率)
クーロン効率は以下のようにして測定した。室温下(25℃)で、最高電圧が4.6Vとなるまで0.1Cで定電流充電した後、最低電圧が2.0Vとなるまで1.0Cで定電流放電する充放電サイクルを、50サイクル行った。そして、各サイクルにおける充電容量に対する放電容量の割合の平均値をクーロン効率とした。なお、充電容量は2.0Vから4.6Vまで充電した時の電気容量、放電容量は4.6Vから2.0Vまで放電した時の電気容量とした。
(Coulomb efficiency)
Coulomb efficiency was measured as follows. A charge / discharge cycle in which constant current charging is performed at 0.1 C until the maximum voltage becomes 4.6 V at room temperature (25 ° C.), and then constant current discharge is performed at 1.0 C until the minimum voltage becomes 2.0 V. Cycled. And the average value of the ratio of the discharge capacity with respect to the charge capacity in each cycle was made into coulomb efficiency. The charge capacity was the electric capacity when charging from 2.0 V to 4.6 V, and the discharge capacity was the electric capacity when discharging from 4.6 V to 2.0 V.

Figure 2018041686
Figure 2018041686

表2の結果より、負極にケイ素含有合金を用いた場合でも、繊維状導電助剤と粒状導電助剤とを正極に含む実施例5〜7は、繊維状導電助剤又は粒状導電助剤のいずれか一方が含まれていない比較例8〜12に対して、放電容量維持率及びクーロン効率が優れていた。具体的には、実施例5〜7のリチウムイオン電池は、50サイクル目の放電容量維持率が80%以上となり、クーロン効率も99.36%以上であった。一方、比較例8〜12のリチウムイオン電池は、50サイクル目の放電容量維持率が75%以下となり、クーロン効率も99.34%以下であった。そのため、負極にケイ素含有合金を用いた場合であっても、繊維状導電助剤と粒状導電助剤とを含有する正極は、サイクル特性が低下しないことが分かった。   From the results of Table 2, even when a silicon-containing alloy was used for the negative electrode, Examples 5 to 7 containing the fibrous conductive additive and the granular conductive additive in the positive electrode were The discharge capacity maintenance rate and the Coulomb efficiency were superior to Comparative Examples 8 to 12 in which either one was not included. Specifically, in the lithium ion batteries of Examples 5 to 7, the discharge capacity maintenance rate at the 50th cycle was 80% or more, and the coulomb efficiency was 99.36% or more. On the other hand, in the lithium ion batteries of Comparative Examples 8 to 12, the discharge capacity maintenance rate at the 50th cycle was 75% or less, and the Coulomb efficiency was 99.34% or less. Therefore, it was found that even when a silicon-containing alloy was used for the negative electrode, the cycle characteristics of the positive electrode containing the fibrous conductive auxiliary and the granular conductive auxiliary did not deteriorate.

また、実施例5と実施例6との比較により、フルセルにおいては、繊維状導電助剤の含有量が粒状導電助剤の含有量より多い場合、50サイクル目の放電容量維持率及びクーロン効率が向上することが分かった。   Further, according to comparison between Example 5 and Example 6, in the full cell, when the content of the fibrous conductive additive is larger than the content of the granular conductive additive, the discharge capacity maintenance ratio and the Coulomb efficiency at the 50th cycle are It turns out that it improves.

以上、本発明を実施例及び比較例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   Although the present invention has been described with reference to the examples and comparative examples, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

10 電気デバイス用正極
20 リチウムイオン電池
10 Positive electrode for electric device 20 Lithium ion battery

Claims (6)

化学式:
Li1.5[NiCoMn[Li]]O
(式中、Liはリチウム、Niはニッケル、Coはコバルト、Mnはマンガン、Oは酸素を示し、a,b,c及びdは、0<a<1.4、0≦b<1.4、0<c<1.4、0.1<d≦0.4、a+b+c+d=1.5、1.1≦a+b+c<1.4の関係を満足する)で表される固溶体リチウム含有遷移金属酸化物を含有する正極活物質と、
繊維状導電助剤と、
粒状導電助剤と、
を備える電気デバイス用正極。
Chemical formula:
Li 1.5 [Ni a Co b Mn c [Li] d] O 3
(In the formula, Li represents lithium, Ni represents nickel, Co represents cobalt, Mn represents manganese, O represents oxygen, and a, b, c and d are 0 <a <1.4 and 0 ≦ b <1.4. , 0 <c <1.4, 0.1 <d ≦ 0.4, a + b + c + d = 1.5, 1.1 ≦ a + b + c <1.4) A positive electrode active material containing the product,
A fibrous conductive aid;
A granular conductive aid;
A positive electrode for an electric device.
前記繊維状導電助剤の繊維径は5nm以上50nm以下であり、前記繊維状導電助剤のアスペクト比は10以上である請求項1に記載の電気デバイス用正極。   2. The positive electrode for an electrical device according to claim 1, wherein the fibrous conductive additive has a fiber diameter of 5 nm to 50 nm, and the fibrous conductive additive has an aspect ratio of 10 or more. 前記粒状導電助剤の平均一次粒子径は45nm以下であり、前記粒状導電助剤の比表面積は110m/g以上である請求項1又は2に記載の電気デバイス用正極。 3. The positive electrode for an electric device according to claim 1, wherein an average primary particle diameter of the granular conductive additive is 45 nm or less, and a specific surface area of the granular conductive auxiliary is 110 m 2 / g or more. 前記粒状導電助剤の質量に対する前記繊維状導電助剤の質量の比は0.8以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気デバイス用正極。   The ratio of the mass of the said fibrous conductive support agent with respect to the mass of the said granular conductive support agent is 0.8 or more, The positive electrode for electrical devices of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記粒状導電助剤の比表面積に対する前記繊維状導電助剤の比表面積の比は0.6以上1.3以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気デバイス用正極。   The ratio of the specific surface area of the said fibrous conductive support agent with respect to the specific surface area of the said granular conductive support agent is 0.6 or more and 1.3 or less, The electricity of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Positive electrode for devices. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気デバイス用正極を備えたリチウムイオン電池。   The lithium ion battery provided with the positive electrode for electrical devices of any one of Claims 1-5.
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