JP2018056025A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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真生 高橋
Masanari Takahashi
真生 高橋
和照 梅津
Kazuteru Umezu
和照 梅津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery which is superior in high output property and high-temperature resistance.SOLUTION: A lithium ion secondary battery (1) comprises: a positive electrode (5) including a positive electrode active material consisting of a transition metal oxide capable of occluding and releasing a lithium ion; a carbon material-containing negative electrode (6); a separator (7); and a nonaqueous electrolyte containing lithium ions. The carbon material-containing negative electrode (6) forms an interlayer compound with lithium and one or more kinds of alkali metal and/or alkali earth metal, which are larger than lithium in atomic radius.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池又はアルカリ金属イオン二次電池に関する   The present invention relates to a lithium ion secondary battery or an alkali metal ion secondary battery.

近年、地球環境の保全及び省資源を目指すエネルギーの有効利用の観点から、風力発電の電力平滑化システム又は深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
これらの蓄電システムに用いられる電池の第一の要求事項は、エネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン二次電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時には蓄電システムにおける高出力放電特性が要求されている。
第三の要求は、保存又は使用による劣化が小さいことである。例えばハイブリッド電気自動車においては、内燃機関の運転などにより、蓄電システムは高温の環境に置かれてしまう。リチウムイオン二次電池は、高温下では電極及び/又は電解液が劣化し、それにより特性劣化を起こしてしまう。それ故に、高温下でのリチウムイオン二次電池の劣化抑制は大きな課題といえる。
In recent years, from the viewpoint of the conservation of the global environment and the effective use of energy aimed at saving resources, wind power generation smoothing system or midnight power storage system, home-use distributed storage system based on solar power generation technology, storage for electric vehicles The system is drawing attention.
The first requirement for batteries used in these power storage systems is high energy density. As a promising candidate for a high energy density battery capable of meeting such demands, development of a lithium ion secondary battery has been vigorously advanced.
The second requirement is high output characteristics. For example, in a combination of a high-efficiency engine and a power storage system (for example, a hybrid electric vehicle) or a combination of a fuel cell and a power storage system (for example, a fuel cell electric vehicle), high output discharge characteristics in the power storage system are required during acceleration. Yes.
The third requirement is that deterioration due to storage or use is small. For example, in a hybrid electric vehicle, the power storage system is placed in a high temperature environment due to operation of the internal combustion engine or the like. In a lithium ion secondary battery, an electrode and / or an electrolytic solution deteriorate at a high temperature, thereby causing characteristic deterioration. Therefore, suppression of deterioration of the lithium ion secondary battery at a high temperature can be said to be a big problem.

リチウムイオン二次電池の劣化抑制については、古くから研究がなされており、一般的には、還元分解により負極上に良質な固体電解質を形成することができる添加剤を電解質に加える方法が採用されている。例えば、特許文献1及び2では、電解液にビニレンカーボネートに代表される添加剤を加えることで、高温環境下で生じる電解液の分解を防ぐ試みがなされている。また、特許文献3には、電解液に3−プロパンスルトンを添加し、負極表面で反応させることで良質な固体電解質を形成し、高温保存時のガス発生を抑制し、かつサイクル特性を向上させることが記載されている。
しかしながら、特許文献1〜3に記載の方法において、正極表面での電解液分解によるガス発生、及び電極上への固体電解質形成に伴う出力の低下について更なる改善の余地があった。
Research on the suppression of deterioration of lithium ion secondary batteries has been conducted for a long time, and generally a method of adding an additive to the electrolyte that can form a good solid electrolyte on the negative electrode by reductive decomposition is adopted. ing. For example, in Patent Documents 1 and 2, an attempt is made to prevent decomposition of the electrolytic solution that occurs in a high temperature environment by adding an additive typified by vinylene carbonate to the electrolytic solution. In Patent Document 3, 3-propane sultone is added to the electrolytic solution and reacted on the negative electrode surface to form a high-quality solid electrolyte, suppressing gas generation during high-temperature storage, and improving cycle characteristics. It is described.
However, in the methods described in Patent Documents 1 to 3, there is room for further improvement in terms of gas generation due to electrolytic solution decomposition on the surface of the positive electrode and a decrease in output due to formation of a solid electrolyte on the electrode.

特開平7−328278号公報JP 7-328278 A 特開2001−167767号公報JP 2001-167767 A 特開2012−174437号公報JP 2012-174437 A

以上の現状に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、高出力特性および高温耐久性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することである。   In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is to provide a lithium ion secondary battery excellent in high output characteristics and high temperature durability.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討し、実験を重ねた結果、炭素材料含有負極が、リチウムと、リチウムよりも原子半径が大きい、1種類以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属と層間化合物を形成することで、出力特性が向上し、かつ正極表面での電解液の分解を抑制して高温耐久性を確保できることを見出して、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下のとおりのものである:
[1]
リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な遷移金属酸化物から成る正極活物質を含む正極活物質層を有する正極;
炭素材料含有負極;
セパレータ;並びに
前記リチウムイオンを含む非水系電解液;
を含むリチウムイオン二次電池であって、
前記炭素材料含有負極が、リチウムと、リチウムよりも原子半径が大きい、1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と層間化合物を形成している、
前記リチウムイオン二次電池。
[2]
前記炭素材料含有負極を誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析によって測定したところ、前記1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が、合計で100ppm以上検出される、[1]に記載のリチウムイオン二次電池。
[3]
前記正極活物質層は、下記式(1)〜(3):
−ORO−X・・・・・・(1)
{式(1)中、M及びMはそれぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、又はBaから選ばれる元素であり、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−X・・・・・・(2)
{式(2)中、Mは、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、又はBaから選ばれる元素であり、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−X・・・・・・(3)
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
から成る群から選択される少なくとも1種の化合物を、前記正極活物質層の単位質量当たり3.8×10−9mol/g〜3.0×10−2mol/g含有する、[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池。
[4]
前記炭素材料含有負極のX線回折(XRD)測定(CuKα線)において、2θ≦23°に(004)のピークを有する、[1]〜[3]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
[5]
リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な遷移金属酸化物と、1種類以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物とを含む正極活物質層を有する正極;
炭素材料含有負極;
セパレータ;並びに
前記リチウムイオンを含む非水系電解液;
を含むアルカリ金属イオン二次電池であって、
前記炭素材料含有負極が、リチウムと、リチウムよりも原子半径が大きい、1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と層間化合物を形成している、
前記アルカリ金属イオン二次電池。
[6]
前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物は、炭酸塩、水酸化物及び酸化物から成る群から選ばれる1種類以上である、[5]に記載のアルカリ金属イオン二次電池。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems and repeated experiments, the present inventors have found that the carbon material-containing negative electrode is lithium and one or more alkali metals and alkaline earth metals having a larger atomic radius than lithium. And the formation of an intercalation compound found that the output characteristics were improved and that the decomposition of the electrolyte solution on the surface of the positive electrode could be suppressed to ensure high temperature durability, thereby completing the present invention.
That is, the present invention is as follows:
[1]
A positive electrode having a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of a transition metal oxide capable of occluding and releasing lithium ions;
Carbon material-containing negative electrode;
A separator; and a non-aqueous electrolyte containing the lithium ion;
A lithium ion secondary battery comprising
The carbon material-containing negative electrode forms an interlayer compound with lithium and one or more alkali metals and / or alkaline earth metals having a larger atomic radius than lithium,
The lithium ion secondary battery.
[2]
The carbon material-containing negative electrode is measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis, and the one or more types of alkali metals and / or alkaline earth metals are detected in total of 100 ppm or more, according to [1]. Lithium ion secondary battery.
[3]
The positive electrode active material layer has the following formulas (1) to (3):
M 1 X 1 -OR 1 O- X 2 M 2 ······ (1)
{In the formula (1), are each M 1 and M 2 independently is an element selected Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, or from Ba, R 1 is 1 to the number of carbon atoms 4 alkylene group or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
M 1 X 1 -OR 1 O- X 2 R 2 ······ (2)
{In Formula (2), M 1 is an element selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, or Ba, and R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, or A halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, A mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X 1 -OR 1 O- X 2 R 3 ······ (3)
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 to 10 carbon atoms. An alkyl group, a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or An aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
At least one compound selected from the group consisting of 3.8 × 10 −9 mol / g to 3.0 × 10 −2 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer [1] Or the lithium ion secondary battery as described in [2].
[4]
In the X-ray diffraction (XRD) measurement (CuKα ray) of the carbon material-containing negative electrode, the lithium ion ion according to any one of [1] to [3], which has a peak of (004) at 2θ ≦ 23 °. Next battery.
[5]
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a transition metal oxide capable of inserting and extracting lithium ions and one or more alkali metal compounds and / or alkaline earth metal compounds;
Carbon material-containing negative electrode;
A separator; and a non-aqueous electrolyte containing the lithium ion;
An alkali metal ion secondary battery containing
The carbon material-containing negative electrode forms an interlayer compound with lithium and one or more alkali metals and / or alkaline earth metals having a larger atomic radius than lithium,
The alkali metal ion secondary battery.
[6]
The alkali metal ion secondary battery according to [5], wherein the alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound is at least one selected from the group consisting of carbonates, hydroxides, and oxides.

本発明によれば、高出力特性および高温耐久性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium ion secondary battery excellent in the high output characteristic and high temperature durability can be provided.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly an example of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment. 図1に示されるリチウムイオン二次電池のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of the lithium ion secondary battery shown by FIG.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は、その実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
リチウムイオン二次電池は一般に、正極、負極、セパレータ、電解液、及び外装体を主な構成要素とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
In general, a lithium ion secondary battery mainly includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolytic solution, and an outer package.

<1.リチウムイオン二次電池の全体構成>
本実施形態のリチウムイオン二次電池としては、例えば、
正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含有する正極と、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料を含む負極と、を備えるリチウムイオン二次電池が挙げられる。
<1. Overall configuration of lithium ion secondary battery>
As a lithium ion secondary battery of this embodiment, for example,
A lithium ion comprising: a positive electrode containing a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material; and a negative electrode comprising a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material. A secondary battery is mentioned.

本実施形態のリチウムイオン二次電池としては、具体的には、図1及び図2に図示されるリチウムイオン二次電池であってもよい。ここで、図1はリチウムイオン二次電池を概略的に表す平面図であり、図2は図1のA−A線断面図である。
リチウムイオン二次電池1は、2枚のアルミニウムラミネートフィルム(8)で構成した電池外装2内に、正極5及び負極6をセパレータ7を介して積層して構成した積層電極体と、非水系電解液(図示せず)とを収容している。電池外装2は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルム(8)を熱融着することにより封止されている。正極5、セパレータ7、及び負極6を順に積層した積層体には、非水系電解液が含浸されている。ただし、この図2では、図面が煩雑になることを避けるために、電池外装2を構成している各層、並びに正極5及び負極6の各層を区別して示していない。
Specifically, the lithium ion secondary battery of the present embodiment may be the lithium ion secondary battery illustrated in FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a plan view schematically showing a lithium ion secondary battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
The lithium ion secondary battery 1 includes a laminated electrode body formed by laminating a positive electrode 5 and a negative electrode 6 with a separator 7 in a battery exterior 2 constituted by two aluminum laminate films (8), and non-aqueous electrolysis. Liquid (not shown). The battery exterior 2 is sealed by heat-sealing the upper and lower aluminum laminate films (8) at the outer periphery thereof. The laminate in which the positive electrode 5, the separator 7, and the negative electrode 6 are sequentially laminated is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution. However, in FIG. 2, each layer constituting the battery exterior 2 and each layer of the positive electrode 5 and the negative electrode 6 are not shown separately in order to prevent the drawing from becoming complicated.

電池外装2を構成しているアルミニウムラミネートフィルム(8)は、アルミニウム箔の両面をポリオレフィン系の樹脂でコートしたものであることが好ましい。   The aluminum laminate film (8) constituting the battery exterior 2 is preferably one in which both surfaces of an aluminum foil are coated with a polyolefin resin.

正極5は、電池1内でリード体を介して正極外部端子3と接続している。図示していないが、負極6も、電池1内でリード体を介して負極外部端子4と接続している。正極外部端子3及び負極外部端子4は、それぞれ、外部の機器等と接続可能なように、片端側が電池外装2の外側に引き出されており、それらに融着されている樹脂部分が、電池外装2の1辺と共に熱融着されている。   The positive electrode 5 is connected to the positive electrode external terminal 3 through the lead body in the battery 1. Although not shown, the negative electrode 6 is also connected to the negative electrode external terminal 4 through the lead body in the battery 1. Each of the positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 is drawn out to the outside of the battery exterior 2 so that it can be connected to an external device or the like, and the resin part fused to them is a battery exterior. It is heat-sealed together with one side of 2.

図1及び2に図示されるリチウムイオン二次電池1は、正極5及び正極6が、それぞれ1枚ずつの積層電極体を有しているが、容量設計により正極5及び負極6の積層枚数を適宜増やすことができる。正極5及び負極6をそれぞれ複数枚有する積層電極体の場合には、同一極のタブ同士を溶接等により接合したうえで1つのリード体に溶接等により接合して電池外部に取り出してよい。上記同一種のタブとしては、集電体の露出部から構成される態様、集電体の露出部に金属片を溶接して構成される態様等が可能である。   In the lithium ion secondary battery 1 shown in FIGS. 1 and 2, the positive electrode 5 and the positive electrode 6 each have one laminated electrode body, but the number of the positive electrodes 5 and the negative electrodes 6 can be increased depending on the capacity design. It can be increased as appropriate. In the case of a laminated electrode body having a plurality of positive electrodes 5 and negative electrodes 6, tabs having the same polarity may be joined by welding or the like, and then joined to one lead body by welding or the like and taken out of the battery. Examples of the same type of tab include an aspect constituted by an exposed portion of the current collector, an aspect constituted by welding a metal piece to the exposed portion of the current collector, and the like.

正極5は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。負極6は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。正極5及び負極6は、セパレータ7を介して正極活物質層と負極活物質層とが対向するように配置される。
以下、正極及び負極の総称として「電極」、正極活物質層及び負極活物質層の総称として「電極活物質層」、正極合剤及び負極合剤の総称として「電極合材」とも略記する。
これらの各部材としては、本実施形態における各要件を満たしていれば、従来のリチウムイオン二次電池に備えられる材料を用いることができ、後述の材料であってもよい。以下、リチウムイオン二次電池の各部材について詳細に説明する。
The positive electrode 5 includes a positive electrode active material layer made from a positive electrode mixture and a positive electrode current collector. The negative electrode 6 includes a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector. The positive electrode 5 and the negative electrode 6 are disposed so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the separator 7 interposed therebetween.
Hereinafter, the positive electrode and the negative electrode are also abbreviated as “electrode”, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are collectively referred to as “electrode active material layer”, and the positive electrode mixture and the negative electrode mixture are also abbreviated as “electrode mixture”.
As each of these members, a material provided in a conventional lithium ion secondary battery can be used as long as each requirement in the present embodiment is satisfied, and a material described later may be used. Hereinafter, each member of the lithium ion secondary battery will be described in detail.

<2.正極>
図2に示される正極5は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。正極5は、蓄電素子を組み立てる前の正極前駆体として、1種類以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を含むことが好ましい。後述のように、本実施形態では蓄電素子を組み立てる工程において、負極に1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属をプレドープすることが好ましい。本実施形態におけるプレドープ方法としては、1種類以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を含む正極前駆体と、負極と、セパレータと、非水系電解液とを用いて蓄電素子を組み立てた後に、正極前駆体と負極との間に電圧を印加することが好ましい。アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属化合物は、正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層内に含有されていることが好ましい。
<2. Positive electrode>
The positive electrode 5 shown in FIG. 2 includes a positive electrode active material layer made from a positive electrode mixture and a positive electrode current collector. It is preferable that the positive electrode 5 contains one or more types of alkali metal compounds and / or alkaline earth metal compounds as a positive electrode precursor before assembling the power storage element. As will be described later, in the present embodiment, in the step of assembling the electricity storage element, it is preferable to pre-dope the negative electrode with one or more kinds of alkali metal and / or alkaline earth metal. As a pre-doping method in the present embodiment, a storage element was assembled using a positive electrode precursor containing one or more alkali metal compounds and / or alkaline earth metal compounds, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution. Later, it is preferable to apply a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode. The alkali metal and / or alkaline earth metal compound is preferably contained in the positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector of the positive electrode precursor.

正極活物質層は、正極活物質を含有し、場合により導電助剤及びバインダーを更に含有する。
本願明細書では、リチウムドープ工程前における正極を「正極前駆体」、リチウムドープ工程後における正極を「正極」と定義する。
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and optionally further contains a conductive additive and a binder.
In the present specification, the positive electrode before the lithium doping step is defined as “positive electrode precursor”, and the positive electrode after the lithium doping step is defined as “positive electrode”.

正極活物質層は、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有することが好ましい。正極活物質層は、正極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。
また、正極前駆体の正極活物質層には、リチウムよりも原子半径の大きい1種類以上のアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物が含有されることが好ましい。本明細書では、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物とは、活物質と後述される正極前駆体の分解反応を利用して、正極活物質層内に堆積するアルカリ金属含有化合物及びアルカリ土類金属化合物以外のアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物をいう。
The positive electrode active material layer preferably contains a material capable of inserting and extracting lithium ions as the positive electrode active material. It is preferable that a positive electrode active material layer contains a conductive support agent and a binder as needed with a positive electrode active material.
The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor preferably contains one or more alkali metal compounds and alkaline earth metal compounds having an atomic radius larger than that of lithium. In the present specification, an alkali metal compound and an alkaline earth metal compound are an alkali metal-containing compound and an alkaline earth deposited in a positive electrode active material layer using a decomposition reaction of an active material and a positive electrode precursor described later. This refers to alkali metal compounds and alkaline earth metal compounds other than metal compounds.

正極活物質としては、例えば、以下の一般式(3a)及び(3b):
LiMO (3a)
Li (3b)
{式中、Mは、少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の金属元素を示し、xは0〜1.1の数を示し、かつyは0〜2の数を示す。}のそれぞれで表されるリチウム含有化合物、及びその他のリチウム含有化合物が挙げられる。
Examples of the positive electrode active material include the following general formulas (3a) and (3b):
Li x MO 2 (3a)
Li y M 2 O 4 (3b)
{In the formula, M represents one or more metal elements including at least one transition metal element, x represents a number from 0 to 1.1, and y represents a number from 0 to 2. }, A lithium-containing compound represented by each of the above and other lithium-containing compounds.

一般式(3a)及び(3b)のそれぞれで表されるリチウム含有化合物としては、例えば、LiCoOに代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMn、及びLiMnに代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiOに代表されるリチウムニッケル酸化物;LiMO(式中、Mは、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含み、且つ、Ni、Mn、Co、Al、及びMgから成る群より選ばれる2種以上の金属元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物等が挙げられる。 Examples of the lithium-containing compound represented by each of the general formulas (3a) and (3b) include lithium cobalt oxides typified by LiCoO 2 ; LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 . Lithium manganese oxide typified; Lithium nickel oxide typified by LiNiO 2 ; Li z MO 2 (wherein M contains at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co, and 2 or more metal elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg, and z represents a number greater than 0.9 and less than 1.2. Thing etc. are mentioned.

一般式(3a)及び(3b)のそれぞれで表されるリチウム含有化合物以外のリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであれば特に限定されない。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸金属化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物(例えば、LiSiO(式中、Mは一般式(3a)と同義であり、tは0〜1の数、かつuは0〜2の数を示す。))が挙げられる。
より高い電圧を得る観点から、リチウム含有化合物としては、特に、
リチウムと、
コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、及びチタン(Ti)から成る群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素と、
を含む複合酸化物、及びリン酸金属化合物が好ましい。
The lithium-containing compound other than the lithium-containing compound represented by each of the general formulas (3a) and (3b) is not particularly limited as long as it contains lithium. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a metal chalcogenide containing lithium, a metal phosphate compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element. Silicic acid metal compounds (for example, Li t M u SiO 4 , where M is as defined in the general formula (3a), t is a number from 0 to 1, and u is a number from 0 to 2. )).
From the viewpoint of obtaining a higher voltage, as the lithium-containing compound, in particular,
With lithium,
Selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium (V), and titanium (Ti) At least one transition metal element,
The composite oxide containing and a metal phosphate compound are preferable.

リチウム含有化合物としてより具体的には、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物又はリチウムと遷移金属元素とを有する金属カルコゲン化物、及びリチウムを含有するリン酸金属化合物がより好ましく、例えば、それぞれ以下の一般式(4a)及び(4b):
Li (4a)
LiIIPO (4b)
{式中、Dは酸素又はカルコゲン元素を示し、M及びMIIはそれぞれ1種以上の遷移金属元素を示し、v及びwの値は、電池の充放電状態によって異なり、vは0.05〜1.10の数を示し、かつwは0.05〜1.10の数を示す。}のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
More specifically, the lithium-containing compound is more preferably a composite oxide containing lithium and a transition metal element or a metal chalcogenide having lithium and a transition metal element, and a metal phosphate compound containing lithium, for example, The following general formulas (4a) and (4b):
Li v M I D 2 (4a )
Li w M II PO 4 (4b)
{Wherein D represents oxygen or a chalcogen element, M I and M II each represent one or more transition metal elements, and the values of v and w differ depending on the charge / discharge state of the battery, and v is 0.05 Represents a number of ˜1.10, and w represents a number of 0.05 to 1.10. }, Compounds represented by each of the above.

上述の一般式(4a)で表されるリチウム含有化合物は層状構造を有し、上述の一般式(4b)で表される化合物はオリビン構造を有する。これらのリチウム含有化合物は、構造を安定化させる等の目的から、Al、Mg、又はその他の遷移金属元素により遷移金属元素の一部を置換したもの、これらの金属元素を結晶粒界に含ませたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したもの、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したもの等であってもよい。   The lithium-containing compound represented by the above general formula (4a) has a layered structure, and the compound represented by the above general formula (4b) has an olivine structure. These lithium-containing compounds are obtained by substituting a part of the transition metal element with Al, Mg, or other transition metal elements for the purpose of stabilizing the structure, and include these metal elements in the grain boundaries. It is also possible that the oxygen atom is partially substituted with a fluorine atom or the like, or at least a part of the surface of the positive electrode active material is coated with another positive electrode active material.

本実施形態における正極活物質としては、上記のようなリチウム含有化合物のみを用いてもよいし、該リチウム含有化合物とともにその他の正極活物質を併用してもよい。
その他の正極活物質としては、例えば、トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物;イオウ(S);導電性高分子等が挙げられる。
トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物としては、例えば、MnO、FeO、FeS、V、V13、TiO、TiS、MoS、及びNbSeに代表される、リチウム以外の金属の酸化物、硫化物、セレン化物等が挙げられる。
導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、及びポリピロールに代表される導電性高分子を挙げられる。
上述のその他の正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられることができる。リチウムイオンを可逆安定的に吸蔵及び放出することが可能であり、且つ、高エネルギー密度を達成できることから、正極活物質層が、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有することが好ましい。
正極活物質として、リチウム含有化合物とその他の正極活物質とを併用する場合、両者の使用割合としては、正極活物質の全部に対するリチウム含有化合物の使用割合として、80質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。
As the positive electrode active material in the present embodiment, only the lithium-containing compound as described above may be used, or other positive electrode active material may be used in combination with the lithium-containing compound.
Examples of other positive electrode active materials include metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure; sulfur (S); a conductive polymer.
Examples of the metal oxide or metal chalcogenide having a tunnel structure and a layered structure include MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and NbSe 2. And oxides, sulfides, selenides, and the like of metals other than lithium.
Examples of the conductive polymer include conductive polymers represented by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.
The other positive electrode active materials described above can be used singly or in combination of two or more. Since lithium ions can be occluded and released reversibly and at a high energy density, the positive electrode active material layer contains at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co. It is preferable to contain.
When a lithium-containing compound and another positive electrode active material are used in combination as the positive electrode active material, the use ratio of both is preferably 80% by mass or more, and 85% by mass as the use ratio of the lithium-containing compound to the entire positive electrode active material. % Or more is more preferable.

導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、正極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは1〜5質量部である。   Examples of the conductive aid include carbon black typified by graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber. The content ratio of the conductive assistant is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

バインダーとしては、例えば、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)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、正極活物質100質量部に対して、6質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.5〜4質量部である。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber. It is preferable that the content rate of a binder is 6 mass parts or less with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials, More preferably, it is 0.5-4 mass parts.

正極活物質層は、正極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した正極合剤を溶剤に分散した正極合剤含有スラリーを、正極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。溶剤としては、例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。   The positive electrode active material layer is formed by applying a positive electrode mixture-containing slurry, in which a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder in a solvent, is applied to a positive electrode current collector and dried (solvent removal) And is formed by pressing as necessary. There is no restriction | limiting in particular as such a solvent, A conventionally well-known thing can be used. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like.

正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。正極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよく、メッシュ状に加工されていてもよい。正極集電体の厚みは、5〜40μmであることが好ましく、7〜35μmであることがより好ましく、9〜30μmであることが更に好ましい。   The positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode current collector may have a surface coated with a carbon coat or may be processed into a mesh shape. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 7 to 35 μm, and still more preferably 9 to 30 μm.

本実施形態におけるアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物としては、電解液中のフッ素イオンを吸着することが可能である、炭酸塩、酸化物、及び水酸化物から選択される1種以上が好適に用いられる。中でも、空気中での取り扱いが可能であり、かつ吸湿性が低いという観点から炭酸塩が好適に用いられる。
アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物は粒子状であることが好ましい。粒子状のアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の平均粒子径は0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の平均粒子径の上限としては50μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが更に好ましい。
アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の平均粒子径が0.1μm以上であれば、正極におけるアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の酸化反応後に残る空孔の容積が、電解液を保持するのに十分に大きくなるため、高負荷充放電特性が向上する。
アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の平均粒子径が100μm以下であれば、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の表面積が過度に小さくはならないから、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の酸化反応の速度を確保することができる。アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の平均粒子径が50μm以下又は10μm以下であれば、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の表面積が増え、酸化速度がより向上できるため、更に好ましい。
アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の微粒子化には、様々な方法を用いることができる。例えば、ボールミル、ビーズミル、リングミル、ジェットミル、ロッド見る等の粉砕機を使用することができる。
As the alkali metal compound and alkaline earth metal compound in the present embodiment, one or more selected from carbonates, oxides, and hydroxides capable of adsorbing fluorine ions in the electrolytic solution are preferable. Used for. Among these, carbonates are preferably used from the viewpoint that they can be handled in air and have low hygroscopicity.
The alkali metal compound and the alkaline earth metal compound are preferably in the form of particles. The average particle diameter of the particulate alkali metal compound and alkaline earth metal compound is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. The upper limit of the average particle diameter of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound is more preferably 50 μm or less, and still more preferably 10 μm or less.
If the average particle size of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound is 0.1 μm or more, the volume of pores remaining after the oxidation reaction of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound in the positive electrode holds the electrolytic solution. Therefore, the high load charge / discharge characteristics are improved.
If the average particle size of the alkali metal compound and alkaline earth metal compound is 100 μm or less, the surface area of the alkali metal compound and alkaline earth metal compound will not be excessively reduced. The rate of reaction can be ensured. If the average particle diameter of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound is 50 μm or less or 10 μm or less, the surface area of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound is increased, and the oxidation rate can be further improved.
Various methods can be used for forming fine particles of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound. For example, a pulverizer such as a ball mill, a bead mill, a ring mill, a jet mill, or a rod view can be used.

正極前駆体におけるアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上60質量%以下であることが好ましく、1質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。この範囲の含有割合とすることにより、負極へのドーパント源として好適な機能を発揮することができ、かつ充放電効率に優れたリチウムイオン二次電池を与えることができるため好ましい。また、正極前駆体に、リチウムよりも原子半径の大きい、1種以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を含有させることで、リチウムイオン二次電池を高出力化できるため、より好ましい。   The content ratio of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound in the positive electrode precursor is preferably 1% by mass or more and 60% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. More preferably, it is 50 mass% or less. By setting the content ratio in this range, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that can exhibit a suitable function as a dopant source for the negative electrode and is excellent in charge and discharge efficiency, and thus is preferable. Further, it is more preferable because the positive electrode precursor contains one or more alkali metal compounds and / or alkaline earth metal compounds having an atomic radius larger than that of lithium, so that the output of the lithium ion secondary battery can be increased. .

リチウムイオン二次電池の高温耐久性の観点から、正極活物質層は、上記で説明された正極活物質、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物とは別に、下記式(1)〜(3):
−ORO−X・・・・・・(1)
{式(1)中、M及びMはそれぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、又はBaから選ばれる元素であり、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−X・・・・・・(2)
{式(2)中、Mは、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、又はBaから選ばれる元素であり、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−X・・・・・・(3)
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
で表される少なくとも1種の化合物を含むことが好ましい。
正極活物質層中の式(1)〜(3)で表される化合物の含有量は、正極活物質層の単位質量当たり3.8×10−9mol/g〜3.0×10−2mol/gであることが好ましい。
式(1)〜(3)で表される化合物は、例えば、負極のプレドープ工程中又は電池の充放電時に、正極活物質層に堆積することによって、極活物質層に含まれる。
From the viewpoint of high temperature durability of the lithium ion secondary battery, the positive electrode active material layer has the following formulas (1) to (3) separately from the positive electrode active material, alkali metal compound, and alkaline earth metal compound described above. :
M 1 X 1 -OR 1 O- X 2 M 2 ······ (1)
{In the formula (1), are each M 1 and M 2 independently is an element selected Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, or from Ba, R 1 is 1 to the number of carbon atoms 4 alkylene group or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
M 1 X 1 -OR 1 O- X 2 R 2 ······ (2)
{In Formula (2), M 1 is an element selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, or Ba, and R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, or A halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, A mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X 1 -OR 1 O- X 2 R 3 ······ (3)
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 to 10 carbon atoms. An alkyl group, a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or An aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
It is preferable that at least 1 type of compound represented by these is included.
Content of the compound represented by Formula (1)-(3) in a positive electrode active material layer is 3.8 * 10 < -9 > mol / g-3.0 * 10 <-2 > per unit mass of a positive electrode active material layer. It is preferably mol / g.
The compounds represented by the formulas (1) to (3) are included in the active material layer, for example, by being deposited on the positive electrode active material layer during the pre-doping step of the negative electrode or during charge / discharge of the battery.

<3.負極>
図2に示される負極6は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。負極6は、リチウムイオン二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。一般に、負極は、後述される炭素材料などの負極活物質を含む。本明細書では、負極活物質として炭素材料を含む負極を炭素材料含有負極という。
<3. Negative electrode>
The negative electrode 6 shown in FIG. 2 includes a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector. The negative electrode 6 is not particularly limited as long as it functions as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, and may be a known one. Generally, a negative electrode contains negative electrode active materials, such as a carbon material mentioned later. In this specification, a negative electrode including a carbon material as a negative electrode active material is referred to as a carbon material-containing negative electrode.

負極活物質層は、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と層間化合物を形成することができる炭素材料を含むことが好ましい。本明細書では、層間化合物とは、炭素六角網面の層間にアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が挿入された化合物をいう。負極活物質層は、負極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。
本実施形態に係る負極活物質層には、炭素材料と、リチウムと、リチウムよりも原子半径が大きい1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属とに由来する層間化合物が存在する限り、層間化合物の確認方法は問わないものとする。例えば、CuKα線を用いる炭素材料含有負極のX線回折(XRD)測定において、2θ≦23°に(004)のピークがあることは、層間化合物を間接的に確認するものである。CuKα線を用いる炭素材料含有負極のXRD測定は、下記実施例で説明される方法により行なわれる。
The negative electrode active material layer preferably includes a carbon material that can form an interlayer compound with an alkali metal and / or an alkaline earth metal. In this specification, an intercalation compound refers to a compound in which an alkali metal and / or an alkaline earth metal is inserted between layers of a carbon hexagonal network. It is preferable that a negative electrode active material layer contains a conductive support agent and a binder as needed with a negative electrode active material.
In the negative electrode active material layer according to the present embodiment, as long as there is an intercalation compound derived from a carbon material, lithium, and one or more types of alkali metal and / or alkaline earth metal having an atomic radius larger than that of lithium, The confirmation method of an interlayer compound shall not be ask | required. For example, in the X-ray diffraction (XRD) measurement of the carbon material-containing negative electrode using CuKα rays, the fact that there is a (004) peak at 2θ ≦ 23 ° indirectly confirms the intercalation compound. XRD measurement of a carbon material-containing negative electrode using CuKα rays is performed by the method described in the following examples.

負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛又は天然黒鉛により代表される黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素材料が挙げられる。
負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Examples of the negative electrode active material include amorphous carbon (hard carbon), graphite represented by artificial graphite or natural graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, a fired body of an organic polymer compound, mesocarbon microbeads, carbon Examples thereof include carbon materials represented by fibers, activated carbon, carbon colloid, and carbon black.
A negative electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質には、リチウムイオンの他に、リチウムよりも原子半径の大きい、1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属をドープすることが好ましい。本明細書において、負極活物質にドープされた1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属としては、主に3つの形態が包含される。
第一の形態としては、リチウムイオン二次電池を作製する前に、負極活物質に設計値として予め吸蔵させる1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属である。
第二の形態としては、リチウムイオン二次電池を作製し、出荷する際の負極活物質に吸蔵されている1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属である。
第三の形態としては、リチウムイオン二次電池をデバイスとして使用した後の負極活物質に吸蔵されている1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属である。
負極活物質にリチウムよりも原子半径の大きい、1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属をドープしておくことにより、得られるリチウムイオン二次電池の作動電圧及び出力特性を良好にすることが可能となる。
In addition to lithium ions, the negative electrode active material is preferably doped with one or more alkali metals and / or alkaline earth metals having a larger atomic radius than lithium. In the present specification, the one or more alkali metals and alkaline earth metals doped in the negative electrode active material mainly include three forms.
The first form is one or more alkali metals and alkaline earth metals that are previously occluded in the negative electrode active material as a design value before producing a lithium ion secondary battery.
The second form is one or more alkali metals and alkaline earth metals occluded in the negative electrode active material when a lithium ion secondary battery is manufactured and shipped.
As 3rd form, it is 1 or more types of alkali metal and alkaline-earth metal occluded by the negative electrode active material after using a lithium ion secondary battery as a device.
By doping the negative electrode active material with one or more alkali metals and alkaline earth metals having an atomic radius larger than that of lithium, the operating voltage and output characteristics of the obtained lithium ion secondary battery can be improved. It becomes possible.

導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.1〜10質量部である。   Examples of the conductive aid include carbon black typified by graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber. The content ratio of the conductive assistant is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

バインダーとしては、例えば、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、負極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5〜6質量部である。   Examples of the binder include PVDF, PTFE, polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber. The content ratio of the binder is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 0.5 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

負極活物質層は、負極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した負極合剤を溶剤に分散した負極合剤含有スラリーを、負極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。溶剤としては、例えば、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、水等が挙げられる。   The negative electrode active material layer is prepared by applying a negative electrode mixture-containing slurry in which a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder in a solvent is applied to a negative electrode current collector and drying (solvent removal) And is formed by pressing as necessary. There is no restriction | limiting in particular as such a solvent, A conventionally well-known thing can be used. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like.

負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。また、負極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよいし、メッシュ状に加工されていてもよい。負極集電体の厚みは、5〜40μmであることが好ましく、6〜35μmであることがより好ましく、7〜30μmであることが更に好ましい。   The negative electrode current collector is made of a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The negative electrode current collector may have a carbon coating on the surface or may be processed into a mesh shape. The thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 40 μm, more preferably 6 to 35 μm, and still more preferably 7 to 30 μm.

炭素材料含有負極の単位質量当りのリチウム及びリチウムよりも原子半径が大きい、1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属のドープ量は、リチウムのドープ量を基準としたときに、200mAh/g以上2,000mAh/g以下であることが好ましく、より好ましくは250mAh/g以上1,800mAh/g以下、さらに好ましくは300mAh/g以上1,700mAh/g以下である。
リチウム及びリチウムよりも原子半径が大きい1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属のドープ量が200mAh/g以上であれば、炭素材料含有負極におけるリチウムと1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属を一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにも良好にドープされ、更に所望のリチウム及び1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属量に対する炭素材料含有負極を低減することができるため、負極膜厚を薄くすることが可能となり、高いエネルギー密度が得られる。リチウムと1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属のドープ量が多いほど負極の不可逆容量分が消費され、入出力特性、エネルギー密度及び高温耐久性は向上する。
一方で、リチウム及びリチウムよりも原子半径が大きい1種以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属のドープ量が2,000mAh/g以下であれば、アルカリ金属及びアルカリ金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
The doping amount of one or more alkali metals and / or alkaline earth metals having a larger atomic radius than lithium and lithium per unit mass of the carbon material-containing negative electrode is 200 mAh / g to 2,000 mAh / g, preferably 250 mAh / g to 1,800 mAh / g, more preferably 300 mAh / g to 1,700 mAh / g.
When the doping amount of lithium and one or more alkali metals and / or alkaline earth metals having an atomic radius larger than that of lithium is 200 mAh / g or more, lithium and one or more alkali metals and alkaline earth in the carbon material-containing negative electrode An irreversible site that cannot be desorbed once it is inserted is well doped, and the carbon material-containing negative electrode with respect to the amount of desired lithium and one or more alkali metals and / or alkaline earth metals can be reduced. Therefore, the negative electrode film thickness can be reduced, and a high energy density can be obtained. As the doping amount of lithium and one or more alkali metals and alkaline earth metals increases, the irreversible capacity of the negative electrode is consumed, and the input / output characteristics, energy density, and high temperature durability are improved.
On the other hand, when the doping amount of one or more alkali metals and alkaline earth metals having an atomic radius larger than that of lithium and lithium is 2,000 mAh / g or less, side effects such as precipitation of alkali metals and alkali metals occur. There is no fear.

リチウムイオン二次電池の高出力特性と高温耐久性を両立するという観点から、炭素材料含有負極を誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析によって測定したときに、1種類以上のアルカリ金属及び/又は1種類以上のアルカリ土類金属が、合計で100ppm以上検出されることが好ましい。ICP発光分光分析は、下記実施例で説明される方法により行なわれる。   From the viewpoint of achieving both high output characteristics and high temperature durability of a lithium ion secondary battery, when the carbon material-containing negative electrode is measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis, one or more alkali metals and / or 1 It is preferable that 100 or more ppm of alkaline earth metals are detected in total. ICP emission spectroscopic analysis is performed by the method described in the following examples.

<4.正極前駆体および負極の製造>
正極前駆体及び負極は、それぞれ、正極集電体の片面又は両面上に正極活物質層、負極集電体の片面又は両面上に負極活物質層を有する。典型的には、正極活物質層は正極集電体の片面又は両面上に、負極活物質層は負極集電体の片面又は両面上に固着している。
正極前駆体及び負極は、既知のリチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、正極活物質又は負極活物質を含む各種材料を、水又は有機溶剤中に分散又は溶解して、それぞれ、スラリー状の正極用塗工液及び負極用塗工液を調製する。これらの正極用塗工液及び負極用塗工液を、それぞれ、正極集電体及び負極集電体の片面又は両面上に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより、正極前駆体及び負極を得ることができる。得られた正極前駆体及び/又は負極にプレスを施して、正極活物質層及び/又は負極活物質層の膜厚、嵩密度等を調整してもよい。或いは、溶剤を使用せずに、正極活物質又は負極活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて正極集電体又は負極集電体に貼り付ける方法も可能である。
<4. Production of positive electrode precursor and negative electrode>
Each of the positive electrode precursor and the negative electrode has a positive electrode active material layer on one side or both sides of the positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer on one side or both sides of the negative electrode current collector. Typically, the positive electrode active material layer is fixed on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode active material layer is fixed on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector.
The positive electrode precursor and the negative electrode can be manufactured by an electrode manufacturing technique in a known lithium ion secondary battery, electric double layer capacitor, or the like. For example, various materials including a positive electrode active material or a negative electrode active material are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare slurry-like positive electrode coating solution and negative electrode coating solution, respectively. By coating these positive electrode coating liquid and negative electrode coating liquid on one side or both sides of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively, a coating film is formed, and this is dried, whereby the positive electrode A precursor and a negative electrode can be obtained. You may press the obtained positive electrode precursor and / or negative electrode, and may adjust the film thickness, bulk density, etc. of a positive electrode active material layer and / or a negative electrode active material layer. Alternatively, various materials including a positive electrode active material or a negative electrode active material are mixed by a dry method without using a solvent, and the resulting mixture is press-molded, and then a positive electrode current collector or a negative electrode current collector using a conductive adhesive. A method of attaching to an electric body is also possible.

正極用塗工液及び負極用塗工液は、正極活物質又は負極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水若しくは有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤若しくは分散安定剤が溶解若しくは分散した液状若しくはスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤又は分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、正極活物質又は負極活物質を含む各種材料粉末を追加して塗工液を調製してもよい。   The positive electrode coating liquid and the negative electrode coating liquid are prepared by dry blending a part or all of the positive electrode active material or various material powders containing the negative electrode active material, and then water or an organic solvent and / or a binder or A liquid or slurry substance in which a dispersion stabilizer is dissolved or dispersed may be additionally prepared. Also, a coating liquid is prepared by adding various material powders containing a positive electrode active material or a negative electrode active material to a liquid or slurry substance in which a binder or dispersion stabilizer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent. May be.

正極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドする方法として、例えばボールミル等を使用して、正極活物質とアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低いアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物に導電材をコーティングさせる予備混合をしてもよい。これにより、後述のドープ工程において正極前駆体でアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が分解し易くなる。正極用塗工液の溶媒に水を使用する場合には、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を加えることで塗工液がアルカリ性になることもあるため、必要に応じてpH調整剤を添加してもよい。   As a method of dry blending part or all of the various material powders including the positive electrode active material, for example, using a ball mill, the positive electrode active material and the alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound, and if necessary, conductive A conductive filler may be premixed and premixing may be performed in which a conductive material is coated on an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound having low conductivity. This makes it easier for the alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound to decompose in the positive electrode precursor in the doping step described later. When water is used as the solvent for the positive electrode coating solution, the coating solution may become alkaline by adding an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound. May be added.

溶解又は分散方法は特に制限されるものではないが、好適にはホモディスパー又は多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることができる。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散することが好ましい。周速が1m/s以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。周速が50m/s以下であれば、分散による熱又はせん断力により各種材料が破壊され難く、再凝集が低減されるため好ましい。
塗工液の分散度は、粒ゲージで測定した粒度が0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。分散度の上限としては、より好ましくは粒度が80μm以下、さらに好ましくは粒度が50μm以下である。粒度が0.1μm以上であることは、正極活物質を含む各種材料粉末が塗工液作製時に過度に破砕されていないことを意味する。また、粒度が100μm以下であれば、塗工液吐出時の詰まり又は塗膜のスジを発生することが少なく安定に塗工ができる。
The dissolving or dispersing method is not particularly limited, and preferably a homodisper or a multiaxial dispersing machine, a planetary mixer, a thin film swirl type high speed mixer, or the like can be used. In order to obtain a coating liquid in a good dispersion state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m / s to 50 m / s. A peripheral speed of 1 m / s or more is preferable because various materials can be dissolved or dispersed satisfactorily. A peripheral speed of 50 m / s or less is preferable because various materials are not easily broken by heat or shear force due to dispersion, and reaggregation is reduced.
Regarding the degree of dispersion of the coating liquid, the particle size measured with a particle gauge is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. As the upper limit of the degree of dispersion, the particle size is more preferably 80 μm or less, and further preferably the particle size is 50 μm or less. A particle size of 0.1 μm or more means that various material powders including the positive electrode active material are not excessively crushed during the preparation of the coating liquid. In addition, when the particle size is 100 μm or less, the coating can be stably performed with less clogging or streaking of the coating film when the coating liquid is discharged.

塗工液の粘度(ηb)は、好ましくは1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。塗工液の粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。塗工液の粘度(ηb)が20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.5以上である。TI値が1.1以上であれば、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。
The viscosity (ηb) of the coating solution is preferably 1,000 mPa · s or more and 20,000 mPa · s or less, more preferably 1,500 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less, and further preferably 1,700 mPa · s or more. 5,000 mPa · s or less. When the viscosity (ηb) of the coating liquid is 1,000 mPa · s or more, dripping during coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be controlled well. If the viscosity (ηb) of the coating liquid is 20,000 mPa · s or less, the coating liquid can be stably applied with little pressure loss in the flow path of the coating liquid when a coating machine is used, and the desired coating thickness The following can be controlled.
The TI value (thixotropic index value) of the coating solution is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and still more preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and thickness can be favorably controlled.

塗膜の形成方法は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーター又はコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることができる。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。正極前駆体を多層塗工する場合には、塗膜各層内のリチウム化合物の含有量が異なるように塗工液組成を調整してもよい。塗工速度は、好ましくは0.1m/分以上100m/分以下、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工でき、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。   The method for forming the coating film is not particularly limited, but a coating machine such as a die coater or a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be preferably used. The coating film may be formed by single layer coating or may be formed by multilayer coating. In the case of multilayer coating of the positive electrode precursor, the coating solution composition may be adjusted so that the lithium compound content in each layer of the coating film is different. The coating speed is preferably 0.1 m / min to 100 m / min, more preferably 0.5 m / min to 70 m / min, and further preferably 1 m / min to 50 m / min. If the coating speed is 0.1 m / min or more, the coating can be performed stably, and if it is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be secured.

塗膜の乾燥方法は特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥又は赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることができる。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、好ましくは25℃以上200℃以下、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることができる。乾燥温度が200℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れ、マイグレーションによる結着剤の偏在、正極集電体若しくは負極集電体の酸化、又は正極活物質層若しくは負極活物質層の酸化を抑制できる。   The method for drying the coating film is not particularly limited, but a drying method such as hot air drying or infrared (IR) drying can be preferably used. The coating film may be dried at a single temperature or may be dried by changing the temperature in multiple stages. Moreover, you may dry combining several drying methods. The drying temperature is preferably 25 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. When the drying temperature is 25 ° C. or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. If the drying temperature is 200 ° C. or less, the coating film cracks due to rapid volatilization of the solvent, the binder is unevenly distributed due to migration, the positive electrode current collector or the negative electrode current collector is oxidized, or the positive electrode active material layer or the negative electrode active Oxidation of the material layer can be suppressed.

正極前駆体及び負極のプレス方法は特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることができる。正極活物質層および負極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は、後述するプレス圧力、隙間、プレス部の表面温度により調整できる。
プレス圧力は、好ましくは0.5kN/cm以上20kN/cm以下、より好ましくは1kN/cm以上10kN/cm以下、さらに好ましくは2kN/cm以上7kN/cm以下である。プレス圧力が0.5kN/cm以上であれば、電極強度を十分に高くできる。プレス圧力が20kN/cm以下であれば、正極前駆体および負極に撓み又はシワが生じ難く、所望の膜厚又は嵩密度に調整し易い。
プレスロール同士の隙間は、所望の膜厚や嵩密度となるように乾燥後の膜厚に応じて任意の値を設定できる。
プレス速度は、撓み又はシワが低減されるよう任意の速度に設定できる。
プレス部の表面温度は、室温でもよいし、必要によりプレス部の表面を加熱してもよい。加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、好ましくは使用する結着材の融点マイナス60℃以上、より好ましくは結着材の融点マイナス45℃以上、さらに好ましくは結着材の融点マイナス30℃以上である。加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、好ましくは使用する結着材の融点プラス50℃以下、より好ましくは結着材の融点プラス30℃以下、さらに好ましくは結着材の融点プラス20℃以下である。例えば、結着材にPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合、好ましくは90℃以上200℃以下、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下にプレス部の表面を加熱する。結着材にスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、好ましくは40℃以上150℃以下、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下にプレス部の表面を加温する。
結着剤の融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、示差走査熱量分析)の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「DSC7」を用いて、試料樹脂10mgを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度30℃から10℃/分の昇温速度で250℃まで昇温し、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
The method for pressing the positive electrode precursor and the negative electrode is not particularly limited, but a press such as a hydraulic press or a vacuum press can be preferably used. The film thickness, bulk density, and electrode strength of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer can be adjusted by the press pressure, the gap, and the surface temperature of the press part described later.
The pressing pressure is preferably 0.5 kN / cm or more and 20 kN / cm or less, more preferably 1 kN / cm or more and 10 kN / cm or less, and further preferably 2 kN / cm or more and 7 kN / cm or less. If the pressing pressure is 0.5 kN / cm or more, the electrode strength can be sufficiently increased. When the pressing pressure is 20 kN / cm or less, the positive electrode precursor and the negative electrode are unlikely to bend or wrinkle, and can be easily adjusted to a desired film thickness or bulk density.
The gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the film thickness after drying so as to have a desired film thickness and bulk density.
The press speed can be set to any speed so that deflection or wrinkles are reduced.
The surface temperature of the press part may be room temperature, or the surface of the press part may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the press part when heating is preferably the melting point of the binder used minus 60 ° C. or more, more preferably the melting point of the binder minus 45 ° C. or more, and more preferably the melting point of the binder minus 30. It is above ℃. The upper limit of the surface temperature of the press portion when heating is preferably the melting point of the binder used plus 50 ° C. or less, more preferably the melting point of the binder plus 30 ° C. or less, and more preferably the melting point of the binder plus 20 It is below ℃. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, it is preferably pressed at 90 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 105 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 120 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. Heat the surface of the part. When a styrene-butadiene copolymer (melting point 100 ° C.) is used as the binder, it is preferably pressed at 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, and further preferably 70 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. Warm the surface of the part.
The melting point of the binder can be determined at the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter “DSC7” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd., 10 mg of sample resin is set in a measurement cell, and the temperature is increased from 30 ° C. to 250 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature is raised, and the endothermic peak temperature in the temperature raising process becomes the melting point.
You may press several times, changing conditions of press pressure, a crevice, speed, and surface temperature of a press part.

正極活物質層の厚さは、正極集電体の片面当たり20μm以上200μm以下であることが好ましい。正極活物質層の厚さは、より好ましくは片面当たり25μm以上150μm以下であり、更に好ましくは30μm以上100μm以下である。正極活物質層の厚さが20μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。正極活物質層の厚さが200μm以下であれば、電極内のイオン拡散抵抗を低く維持することができる。そのため、正極集電体層の厚さが20μm以上200μm以下であれば、十分な出力特性が得られるとともに、セル体積を縮小することができ、従ってエネルギー密度を高めることができる。なお、正極集電体が貫通孔又は凹凸を有する場合における正極活物質層の厚さとは、正極集電体の貫通孔又は凹凸を有していない部分における片面当たりの正極活物質層の厚さの平均値をいう。   The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 200 μm or less per side of the positive electrode current collector. The thickness of the positive electrode active material layer is more preferably 25 μm or more and 150 μm or less, more preferably 30 μm or more and 100 μm or less per side. If the thickness of the positive electrode active material layer is 20 μm or more, sufficient charge / discharge capacity can be exhibited. If the thickness of the positive electrode active material layer is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. Therefore, if the thickness of the positive electrode current collector layer is 20 μm or more and 200 μm or less, sufficient output characteristics can be obtained, the cell volume can be reduced, and therefore the energy density can be increased. The thickness of the positive electrode active material layer in the case where the positive electrode current collector has through-holes or irregularities is the thickness of the positive electrode active material layer per side in the portion of the positive electrode current collector that does not have through-holes or irregularities. The average value of

負極活物質層の厚さは、負極集電体の片面当たり5μm以上150μm以下が好ましい。負極活物質層の厚みの下限は、より好ましくは7μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上である。負極活物質層の厚みの上限は、より好ましくは130μm以下であり、さらに好ましくは120μm以下である。負極活物質層の厚さが5μm以上であれば、負極活物質層を塗工した際にスジ等が発生し難く、塗工性に優れる。負極活物質層の厚さが150μm以下であれば、セル体積を縮小することによって高いエネルギー密度を発現できる。なお、負極集電体が凹凸を有する場合における負極活物質層の厚さとは、負極集電体の凹凸を有していない部分における片面当たりの負極活物質層の厚さの平均値をいう。   The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 150 μm or less per side of the negative electrode current collector. The lower limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 7 μm or more, and further preferably 10 μm or more. The upper limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 130 μm or less, and even more preferably 120 μm or less. When the thickness of the negative electrode active material layer is 5 μm or more, streaks or the like hardly occur when the negative electrode active material layer is applied, and the coating property is excellent. When the thickness of the negative electrode active material layer is 150 μm or less, a high energy density can be expressed by reducing the cell volume. Note that the thickness of the negative electrode active material layer in the case where the negative electrode current collector has unevenness means an average value of the thickness of the negative electrode active material layer per one surface in a portion where the negative electrode current collector does not have unevenness.

負極活物質層の嵩密度は、好ましくは0.30g/cm以上2.0g/cm以下、より好ましくは0.40g/cm以上1.8g/cm以下、さらに好ましくは0.5g/cm以上1.7g/cm以下である。負極活物質層の嵩密度が0.30g/cm以上であれば、十分な強度を保つことができるとともに、負極活物質間の十分な導電性を発現することができる。負極活物質層の嵩密度が1.8g/cm以下であれば、負極活物質層内でイオンが十分に拡散できる空孔が確保できる。 The bulk density of the negative electrode active material layer is preferably 0.30 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less, more preferably 0.40 g / cm 3 or more and 1.8 g / cm 3 or less, and further preferably 0.5 g. / Cm 3 or more and 1.7 g / cm 3 or less. When the bulk density of the negative electrode active material layer is 0.30 g / cm 3 or more, sufficient strength can be maintained and sufficient conductivity between the negative electrode active materials can be exhibited. If the bulk density of the negative electrode active material layer is 1.8 g / cm 3 or less, vacancies capable of sufficiently diffusing ions in the negative electrode active material layer can be secured.

<5.電解液>
本実施形態における電解液は非水系電解液である。すなわち、この電解液は、後述する非水溶媒を含む。非水系電解液は、非水系電解液の総量を基準として、0.5mol/L以上のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含有することが好ましい。すなわち、非水系電解液は、アルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを電解質として含む。
<5. Electrolyte>
The electrolytic solution in the present embodiment is a non-aqueous electrolytic solution. That is, the electrolytic solution contains a nonaqueous solvent described later. The non-aqueous electrolyte solution preferably contains 0.5 mol / L or more of alkali metal salt and / or alkaline earth metal salt based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. That is, the nonaqueous electrolytic solution contains alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions as an electrolyte.

非水系アルカリ金属型蓄電素子の電解液中に、リチウムイオンと、リチウムより原子半径の大きい、1種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンとが含まれていることが好ましい。リチウムイオン二次電池の充放電時には、炭素材料負極の層間でリチウムイオンの挿入脱離反応が進行する。この際、リチウムより原子半径の大きい1種以上のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンが電解液中に存在する場合、イオン半径の大きなアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンが、炭素材料含有負極の炭素六角網面の距離を拡張することで、イオン半径の小さなリチウムイオンが効率的に挿入脱離反応を行うことができ、高出力特性が向上する。
上記観点より、非水系電解液中のリチウムイオンの物質量比は1%以上99%以下であり、リチウムイオン以外の第2のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの物質量比は0.01%以上60%以下であり、かつリチウムイオン以外の第3及び第4のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの物質量比は0%以上50%以下であることが好ましい。より好ましくは、非水系電解液中のリチウムイオンの物質量比は10%以上99%以下であり、第2のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの物質量比は0.05%以上50%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの物質量比は0%以上40%以下である。更に好ましくは、非水系電解液中のリチウムイオンの物質量比は15%以上99%以下であり、第2のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの物質量比は0.1%以上40%以下であり、第3及び第4のアルカリ金属イオンの物質量比は0%以上30%以下である。
電解液中に存在するリチウムよりも原子半径の大きいアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンは1種以上であればよく、2種以上のアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを含んでいてもよい。
It is preferable that lithium ions and one or more alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions having an atomic radius larger than that of lithium are contained in the electrolyte solution of the non-aqueous alkali metal storage element. At the time of charge / discharge of the lithium ion secondary battery, an insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds between the layers of the carbon material negative electrode. At this time, when one or more kinds of alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions having an atomic radius larger than that of lithium are present in the electrolyte, the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions having a large ion radius are By extending the distance between the carbon hexagonal network surfaces of the carbon material-containing negative electrode, lithium ions having a small ion radius can efficiently perform insertion / desorption reaction, and high output characteristics are improved.
From the above viewpoint, the substance amount ratio of lithium ions in the non-aqueous electrolyte is 1% or more and 99% or less, and the substance amount ratio of the second alkali metal ion and alkaline earth metal ion other than lithium ions is 0.01. It is preferable that the material amount ratio of the third and fourth alkali metal ions and alkaline earth metal ions other than lithium ions is 0% or more and 50% or less. More preferably, the material amount ratio of lithium ions in the non-aqueous electrolyte is 10% or more and 99% or less, and the material amount ratio of the second alkali metal ions and alkaline earth metal ions is 0.05% or more and 50%. The substance amount ratio of the third and fourth alkali metal ions and alkaline earth metal ions is 0% or more and 40% or less. More preferably, the material amount ratio of lithium ions in the non-aqueous electrolyte is 15% or more and 99% or less, and the material amount ratio of the second alkali metal ions and alkaline earth metal ions is 0.1% or more and 40%. The ratio of the amount of the third and fourth alkali metal ions is 0% or more and 30% or less.
The alkali metal ions and alkaline earth metal ions having a larger atomic radius than lithium present in the electrolytic solution may be at least one kind, and may contain two or more kinds of alkali metal ions and alkaline earth metal ions. .

リチウムよりも原子半径の大きいアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを電解液中に含有させる方法としては特に限定されず、1種以上のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を電解液に溶解させることもできるし、1種以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属塩を正極又は負極中に含有させて酸化還元分解させることもできるし、電解液に溶解させるアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩と正極又は負極中に含有させて酸化還元分解するアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物に異なる陽イオンから成る物質を用いることもできる。正極前駆体にリチウムよりも原子半径の大きい、1種以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を添加して酸化還元分解する方法は、正極上に良好な被膜を形成することができるため、特に好ましい。   The method for containing an alkali metal ion and / or alkaline earth metal ion having an atomic radius larger than that of lithium in the electrolytic solution is not particularly limited, and one or more alkali metal salts and / or alkaline earth metal salts are electrolyzed. An alkali metal salt that can be dissolved in a liquid, or can be redox-decomposed by containing one or more alkali metal compounds and / or alkaline earth metal salts in a positive electrode or a negative electrode, or dissolved in an electrolyte In addition, an alkaline earth metal salt and an alkali metal compound that is contained in the positive electrode or the negative electrode and undergoes oxidation-reduction decomposition and / or a substance composed of different cations can be used for the alkaline earth metal compound. The method of adding one or more alkali metal compounds and / or alkaline earth metal compounds having an atomic radius larger than that of lithium to the positive electrode precursor and performing oxidation-reduction decomposition can form a good film on the positive electrode. Therefore, it is particularly preferable.

本実施形態における非水系電解液は、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を含むことが好ましい。例えば、アルカリ金属塩としてはMN(SOF)、MN(SOCF、MN(SO、MN(SOCF)(SO)、MN(SOCF)(SOH)、MC(SOF)、MC(SOCF、MC(SO、MCFSO、MCSO、MPF、MBF等(式中、Mはそれぞれ独立にLi、Na、K、Rb、又はCsから選ばれるアルカリ金属である。)、アルカリ土類金属塩としてはM(N(SOF)、M(N(SOCF、M(N(SO、M(N(SOCF))(SO))、M(N(SOCF)(SOH))、M(C(SOF)、M(C(SOCF、M(C(SO、M(CFSO、M(CSO、M(PF、M(BF等(式中、Mはそれぞれ独立にMg、Ca、Sr、又はBaから選ばれるアルカリ土類金属である。)を単独で用いることができ、2種以上を混合して用いてもよい。高い伝導度を発現できることから、MPF6、M(PF及び/又はMN(SOF)、M(N(SOF)(式中、Mは、それぞれ上記で定義されたとおりである。)を含むことが好ましい。 The nonaqueous electrolytic solution in the present embodiment preferably contains an alkali metal salt and / or an alkaline earth metal salt. For example, as alkali metal salts, MN (SO 2 F) 2 , MN (SO 2 CF 3 ) 2 , MN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , MN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ) , MN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H), MC (SO 2 F) 3 , MC (SO 2 CF 3 ) 3 , MC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 , MCF 3 SO 3 MC 4 F 9 SO 3 , MPF 6 , MBF 4 and the like (wherein M is an alkali metal independently selected from Li, Na, K, Rb, or Cs), M (N (SO 2 F) 2 ) 2 , M (N (SO 2 CF 3 ) 2 ) 2 , M (N (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ) 2 , M (N (SO 2 CF 3 )) 2 (SO 2 C 2 F 5 )) 2 , M (N (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H)) 2 , M (C (SO 2 F) 3) 2, M (C (SO 2 CF 3) 3) 2, M (C (SO 2 C 2 F 5) 3) 2, M (CF 3 SO 3 ) 2 , M (C 4 F 9 SO 3 ) 2 , M (PF 6 ) 2 , M (BF 4 ) 2 and the like (wherein, M is independently Mg, Ca, Sr, or Ba) Can be used alone, or two or more of them may be used in combination. Since high conductivity can be expressed, MPF 6, M (PF 6 ) 2 and / or MN (SO 2 F) 2 , M (N (SO 2 F) 2 ) 2 (wherein M is defined above) It is preferred that the

非水系電解液中のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩濃度は、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5〜2.0mol/Lの範囲がより好ましい。アルカリ金属塩濃度が0.5mol/L以上であれば、陰イオンが十分に存在するので蓄電素子の容量を十分高くできる。また、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩濃度が2.0mol/L以下である場合、未溶解のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩が非水系電解液中に析出すること、及び電解液の粘度が高くなり過ぎることを防止でき、伝導度が低下せず、出力特性も低下しないため好ましい。   The alkali metal salt and alkaline earth metal salt concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more, and more preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / L. When the alkali metal salt concentration is 0.5 mol / L or more, anions are sufficiently present, so that the capacity of the energy storage device can be sufficiently increased. Further, when the alkali metal salt and alkaline earth metal salt concentration is 2.0 mol / L or less, undissolved alkali metal salt and alkaline earth metal salt are precipitated in the non-aqueous electrolyte solution, and the electrolyte solution It is preferable because the viscosity can be prevented from becoming too high, the conductivity is not lowered, and the output characteristics are not lowered.

本実施形態における非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有する。非水系電解液が環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有することは、所望の濃度のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を溶解させる点、及び高いアルカリ金属イオン伝導度を発現する点で有利である。環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等に代表されるアルキレンカーボネート化合物が挙げられる。アルキレンカーボネート化合物は、典型的には非置換である。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネート化合物が挙げられる。ジアルキルカーボネート化合物は典型的には非置換である。   The nonaqueous electrolytic solution in the present embodiment preferably contains a cyclic carbonate and a chain carbonate as a nonaqueous solvent. It is advantageous that the non-aqueous electrolytic solution contains a cyclic carbonate and a chain carbonate in terms of dissolving a desired concentration of alkali metal salt and alkaline earth metal salt and expressing high alkali metal ion conductivity. . Examples of the cyclic carbonate include alkylene carbonate compounds represented by ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. The alkylene carbonate compound is typically unsubstituted. Examples of the chain carbonate include dialkyl carbonate compounds represented by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. The dialkyl carbonate compound is typically unsubstituted.

環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65質量%以上であり、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下である。前記合計含有量が50質量%以上であれば、所望の濃度のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を溶解させることが可能であり、高いイオン伝導度を発現することができる。前記合計濃度が95質量%以下であれば、電解液が、後述する添加剤をさらに含有することができる。   The total content of the cyclic carbonate and the chain carbonate is preferably 50% by mass or more, more preferably 65% by mass or more, preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. % Or less. When the total content is 50% by mass or more, a desired concentration of alkali metal salt and alkaline earth metal salt can be dissolved, and high ionic conductivity can be expressed. If the said total concentration is 95 mass% or less, electrolyte solution can further contain the additive mentioned later.

本実施形態における非水系電解液は、更に添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、特に制限されないが、例えば、スルトン化合物、環状ホスファゼン、非環状含フッ素エーテル、リン酸化合物、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物等を単独で用いることができ、また2種以上を混合して用いてもよい。   The non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment may further contain an additive. Although it does not restrict | limit especially as an additive, For example, a sultone compound, cyclic phosphazene, acyclic fluorine-containing ether, a phosphoric acid compound, a fluorine-containing cyclic carbonate, cyclic carbonate, cyclic carboxylic acid ester, cyclic acid anhydride, etc. are individual. In addition, two or more kinds may be mixed and used.

本実施形態では、抵抗への悪影響の少なさの観点、及び非水系電解液の高温における分解を抑制してガス発生を抑えるという観点から、飽和環状スルトン化合物としては、1,3−プロパンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−ブタンスルトン又は2,4−ペンタンスルトンが好ましく、不飽和環状スルトン化合物としては、1,3−プロペンスルトン又は1,4−ブテンスルトンが好ましく、その他のスルトン化合物としては、メチレンビス(ベンゼンスルホン酸)、メチレンビス(フェニルメタンスルホン酸)、メチレンビス(エタンスルホン酸)、メチレンビス(2,4,6,トリメチルベンゼンスルホン酸)、及びメチレンビス(2−トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸)を挙げることができ、これらのうちから選択される少なくとも1種以上を選択することが好ましい。   In the present embodiment, as a saturated cyclic sultone compound, 1,3-propane sultone, from the viewpoint of less adverse effects on resistance and the suppression of gas generation by suppressing decomposition of the non-aqueous electrolyte at high temperature, 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-butane sultone or 2,4-pentane sultone is preferred, and the unsaturated cyclic sultone compound is preferably 1,3-propene sultone or 1,4-butene sultone, Other sultone compounds include methylene bis (benzene sulfonic acid), methylene bis (phenylmethane sulfonic acid), methylene bis (ethane sulfonic acid), methylene bis (2,4,6, trimethylbenzene sulfonic acid), and methylene bis (2-trifluoro). Methylbenzenesulfonic acid) It is preferable to select at least one or more selected from these.

本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の非水系電解液中のスルトン化合物の総含有量は、非水系電解液の総量を基準として、0.01質量%〜10質量%であることが好ましい。非水系電解液中のスルトン化合物の総含有量が0.01質量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。一方で、この総含有量が10質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。また、リチウムイオン二次電池の非水系電解液に存在するスルトン化合物の含有量は、高い入出力特性と耐久性を両立する観点から、より好ましくは0.1質量%以上10質量%以下であり、更に好ましくは0.1質量%以上5質量%以下である。   The total content of sultone compounds in the non-aqueous electrolyte solution of the lithium ion secondary battery in the present embodiment is preferably 0.01% by mass to 10% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. If the total content of sultone compounds in the non-aqueous electrolyte solution is 0.01% by mass or more, it is possible to suppress gas generation by suppressing decomposition of the electrolyte solution at a high temperature. On the other hand, if the total content is 10% by mass or less, a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. Further, the content of the sultone compound present in the non-aqueous electrolyte of the lithium ion secondary battery is more preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less from the viewpoint of achieving both high input / output characteristics and durability. More preferably, it is 0.1 mass% or more and 5 mass% or less.

前記環状ホスファゼンとしては、例えばエトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上が好ましい。
非水系電解液における環状ホスファゼンの含有率は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%〜20質量%であることが好ましい。この値が0.5重量%以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。一方でこの値が20質量%以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。以上の理由により、環状ホスファゼンの含有率は、より好ましくは2質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは4質量%以上12質量%以下である。
尚、これらの環状ホスファゼンは、単独で用いてもよく、又は2種以上を混合して用いてもよい。
Examples of the cyclic phosphazene include ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, phenoxypentafluorocyclotriphosphazene, and the like, and one or more selected from these are preferable.
The content of cyclic phosphazene in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5% by mass to 20% by mass based on the total amount of the non-aqueous electrolyte. When this value is 0.5% by weight or more, it is possible to suppress gas generation by suppressing decomposition of the electrolytic solution at a high temperature. On the other hand, if this value is 20% by mass or less, a decrease in the ionic conductivity of the electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained. For the above reasons, the content of cyclic phosphazene is more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, and further preferably 4% by mass or more and 12% by mass or less.
These cyclic phosphazenes may be used alone or in combination of two or more.

非環状含フッ素エーテルとしては、例えばHCF2CF2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2OCH2CF2CF2H、HCF2CF2CH2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2OCH2CF2CFHCF3等が挙げられ、中でも、電気化学的安定性の観点から、HCF2CF2OCH2CF2CF2Hが好ましい。
非環状含フッ素エーテルの含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。非環状含フッ素エーテルの含有量が0.5質量%以上であれば、非水系電解液の酸化分解に対する安定性が高まり、高温時耐久性が高いリチウムイオン二次電池が得られる。一方、非環状含フッ素エーテルの含有量が15質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、前記の非環状含フッ素エーテルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
Examples of the acyclic fluorine-containing ether include HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, HCF 2 CF 2 CH 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CFHCF 3 and the like are mentioned, and among them, HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H is preferable from the viewpoint of electrochemical stability.
The content of the non-cyclic fluorine-containing ether is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the non-cyclic fluorine-containing ether is 0.5% by mass or more, the stability of the non-aqueous electrolyte solution against oxidative decomposition is enhanced, and a lithium ion secondary battery having high durability at high temperatures can be obtained. On the other hand, if the content of the non-cyclic fluorine-containing ether is 15% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It is possible to develop input / output characteristics.
The acyclic fluorine-containing ether may be used alone or in combination of two or more.

リン酸化合物としては、例えば、リン酸トリアリル、リン酸トリブチル、リン酸トリメチル、リン酸トリメチルシリル等が挙げられ、中でも、正極及び負極において良好な被膜が形成できることから、リン酸トリアリルが好ましい。
リン酸化合物の含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.01質量%以上10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。リン酸化合物の含有量が0.05質量%以上であれば、非水系電解液の酸化分解に対する安定性が高まり、高温時耐久性が高いリチウムイオン二次電池が得られる。一方、リン酸化合物が10質量%以下であれば、非水系電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。
Examples of the phosphoric acid compound include triallyl phosphate, tributyl phosphate, trimethyl phosphate, trimethylsilyl phosphate, and the like. Among them, triallyl phosphate is preferable because a good film can be formed on the positive electrode and the negative electrode.
The content of the phosphoric acid compound is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte solution. When the content of the phosphoric acid compound is 0.05% by mass or more, the stability of the non-aqueous electrolyte solution against oxidative decomposition is increased, and a lithium ion secondary battery having high durability at high temperatures can be obtained. On the other hand, if the phosphoric acid compound is 10% by mass or less, a decrease in the ionic conductivity of the nonaqueous electrolytic solution can be suppressed, and high input / output characteristics can be maintained.

含フッ素環状カーボネートについては、他の非水溶媒との相溶性の観点から、フルオロエチレンカーボネート(FEC)及びジフルオロエチレンカーボネート(dFEC)から選択して使用されることが好ましい。
含フッ素環状カーボネートの含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。含フッ素環状カーボネートの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することによって、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、フッ素原子を含有する環状カーボネートの含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、前記のフッ素原子を含有する環状カーボネートは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The fluorine-containing cyclic carbonate is preferably selected from fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (dFEC) from the viewpoint of compatibility with other nonaqueous solvents.
The content of the fluorine-containing cyclic carbonate is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. If the content of the fluorine-containing cyclic carbonate is 0.5% by mass or more, a high-quality film can be formed on the negative electrode, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolyte solution on the negative electrode, durability at high temperatures can be achieved. A high power storage element can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic carbonate containing a fluorine atom is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It is possible to develop advanced input / output characteristics.
The cyclic carbonate containing a fluorine atom may be used alone or in combination of two or more.

環状炭酸エステルについては、ビニレンカーボネートが好ましい。
環状炭酸エステルの含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。環状炭酸エステルの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状炭酸エステルの含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
For the cyclic carbonate, vinylene carbonate is preferred.
The content of the cyclic carbonate is preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. If the content of the cyclic carbonate is 0.5% by mass or more, a good-quality film on the negative electrode can be formed, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolyte solution on the negative electrode, durability at high temperatures can be achieved. A high power storage element can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic carbonate is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high, so that high input / output characteristics can be obtained. Can be expressed.

環状カルボン酸エステルとしては、例えばガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することが好ましい。中でも、ガンマブチロラクトンが、アルカリ金属イオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から、特に好ましい。
環状カルボン酸エステルの含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。環状カルボン酸エステルの含有量が0.5質量%以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状カルボン酸エステルの含有量が15質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、前記の環状カルボン酸エステルは、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, epsilon caprolactone, and the like, and it is preferable to use one or more selected from these. Of these, gamma-butyrolactone is particularly preferable from the viewpoint of improving battery characteristics resulting from an improvement in the degree of dissociation of alkali metal ions.
The content of the cyclic carboxylic acid ester is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. If the content of the cyclic carboxylic acid ester is 0.5% by mass or more, a high-quality film on the negative electrode can be formed, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolyte solution on the negative electrode, durability at high temperatures is achieved. Can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic carboxylic acid ester is 15% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high, so that a high degree of input / output can be achieved. It becomes possible to express characteristics.
In addition, the said cyclic carboxylic acid ester may be used individually, or 2 or more types may be mixed and used for it.

環状酸無水物については、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、及び無水イタコン酸から選択される1種以上が好ましい。中でも工業的な入手のし易さによって電解液の製造コストが抑えられる点、非水系電解液中に溶解し易い点等から、無水コハク酸及び無水マレイン酸から選択することが好ましい。
環状酸無水物の含有量は、前記非水系電解液の総量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。一方、環状酸無水物の含有量が15質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
尚、前記の環状酸無水物は、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
The cyclic acid anhydride is preferably at least one selected from succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, and itaconic anhydride. Among them, it is preferable to select from succinic anhydride and maleic anhydride from the viewpoint that the production cost of the electrolytic solution can be suppressed due to industrial availability and that the electrolytic solution can be easily dissolved in the non-aqueous electrolytic solution.
The content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.5% by mass or more and 15% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the nonaqueous electrolytic solution. If the content of the cyclic acid anhydride is 0.5% by mass or more, a high-quality film can be formed on the negative electrode, and by suppressing the reductive decomposition of the electrolyte solution on the negative electrode, durability at high temperatures can be achieved. A high power storage element can be obtained. On the other hand, if the content of the cyclic acid anhydride is 15% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be kept high. It becomes possible to express characteristics.
In addition, the said cyclic acid anhydride may be used individually, or 2 or more types may be mixed and used for it.

<6.セパレータ>
図1及び2で示されるリチウムイオン二次電池1は、正極5及び負極6の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極5と負極6との間にセパレータ7を備える。セパレータ7としては、公知のリチウムイオン二次電池に備えられるものと同様のものを用いてもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータ7としては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。
<6. Separator>
The lithium ion secondary battery 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a separator 7 between the positive electrode 5 and the negative electrode 6 from the viewpoint of providing safety such as prevention of short circuit between the positive electrode 5 and the negative electrode 6 and shutdown. The separator 7 may be the same as that provided in a known lithium ion secondary battery, and is preferably an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength. Examples of the separator 7 include a woven fabric, a nonwoven fabric, and a synthetic resin microporous membrane. Among these, a synthetic resin microporous membrane is preferable.

合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、或いは、これらのポリオレフィンの双方を含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、例えば、ガラス製、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製等の耐熱樹脂製の多孔膜が挙げられる。   As the synthetic resin microporous membrane, for example, a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane containing both of these polyolefins is suitably used. Examples of the nonwoven fabric include a porous film made of a heat resistant resin such as glass, ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid.

セパレータ7は、1種の微多孔膜を単層又は複数積層した構成であってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。セパレータ7は、2種以上の樹脂材料を溶融混錬した混合樹脂材料を用いて単層又は複数層に積層した構成であってもよい。   The separator 7 may have a configuration in which one type of microporous membrane is laminated or a plurality of microporous membranes may be laminated, or two or more types of microporous membranes may be laminated. The separator 7 may be configured to be laminated in a single layer or a plurality of layers using a mixed resin material obtained by melting and kneading two or more kinds of resin materials.

<7.電池外装>
図1及び2では電池外装2が2枚のラミネートフィルム8で構成されているが、本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の電池外装の構成は特に限定されず、例えば、電池缶及びラミネートフィルム外装体のいずれかの電池外装を用いることができる。電池缶としては、例えば、スチール又はアルミニウムから成る金属缶を用いることができる。ラミネートフィルム外装体としては、例えば、熱溶融樹脂/金属フィルム/樹脂の3層構成から成るラミネートフィルムを用いることができる。
<7. Battery exterior>
1 and 2, the battery exterior 2 is composed of two laminate films 8. However, the configuration of the battery exterior of the lithium ion secondary battery in the present embodiment is not particularly limited. For example, the battery can and the laminate film exterior Any battery sheath of the body can be used. As the battery can, for example, a metal can made of steel or aluminum can be used. As the laminate film outer package, for example, a laminate film having a three-layer structure of hot melt resin / metal film / resin can be used.

ラミネートフィルム外装体は、熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で2枚重ねて、又は熱溶融樹脂側を内側に向けた状態となるように折り曲げて、端部をヒートシールにより封止した状態で外装体として用いることができる。ラミネートフィルム外装体を用いる場合、図1及び2に示されるように、正極集電体に正極外部端子3(又は正極端子及び正極端子と接続するリードタブ)を接続し、負極集電体に負極外部端子4(又は負極端子及び負極端子と接続するリードタブ)を接続してもよい。この場合、正極外部端子3及び負極外部端子4(又は正極端子及び負極端子のそれぞれに接続されたリードタブ)の端部が外装体の外部に引き出された状態でラミネートフィルム外装体を封止してもよい。   Laminate film exterior is in a state where two sheets are stacked with the hot-melt resin side facing inward, or folded so that the hot-melt resin side faces inward, and the end is sealed by heat sealing It can be used as an exterior body. When using the laminate film outer package, as shown in FIGS. 1 and 2, the positive electrode external terminal 3 (or the lead tab connected to the positive electrode terminal and the positive electrode terminal) is connected to the positive electrode current collector, and the negative electrode external is connected to the negative electrode current collector. You may connect the terminal 4 (or the lead tab connected with a negative electrode terminal and a negative electrode terminal). In this case, the laminate film exterior body is sealed with the end portions of the positive external terminal 3 and the negative external terminal 4 (or lead tabs connected to the positive terminal and the negative terminal) pulled out to the exterior body. Also good.

<8.電池の作製方法>
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池1は、図2に示されるように、上述の非水系電解液、集電体の片面又は両面に正極活物質層を有する正極5、集電体の片面又は両面に負極活物質層を有する負極6、及び電池外装2、並びに必要に応じてセパレータ7を用いて、公知の方法により作製される。
先ず、正極5及び正極6、並びに必要に応じてセパレータ7から成る積層体を形成する。
例えば:
長尺の正極5と負極6とを、正極5と負極6との間に長尺のセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体を形成する態様;
正極5及び負極6を一定の面積と形状とを有する複数枚のシートに切断して得た正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して交互に積層した積層構造の積層体を形成する態様;
長尺のセパレータをつづら折りにして、つづら折りになったセパレータ同士の間に交互に正極体シートと負極体シートとを挿入した積層構造の積層体を形成する態様;
等が可能である。
<8. Manufacturing method of battery>
As shown in FIG. 2, the lithium ion secondary battery 1 in the present embodiment includes the above-described non-aqueous electrolyte, the positive electrode 5 having a positive electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, one side of the current collector, or A negative electrode 6 having a negative electrode active material layer on both sides, a battery casing 2 and, if necessary, a separator 7 are used to produce the negative electrode active material layer by a known method.
First, the laminated body which consists of the positive electrode 5 and the positive electrode 6, and the separator 7 as needed is formed.
For example:
A mode in which the long positive electrode 5 and the negative electrode 6 are wound in a laminated state in which a long separator is interposed between the positive electrode 5 and the negative electrode 6 to form a laminate having a wound structure;
A mode of forming a laminate having a laminated structure in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet obtained by cutting the positive electrode 5 and the negative electrode 6 into a plurality of sheets having a certain area and shape are alternately laminated via a separator sheet. ;
A mode of forming a laminated body having a laminated structure in which a long separator is folded in a zigzag manner, and a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are alternately inserted between the zipped separators;
Etc. are possible.

次いで、電池外装2(電池ケース)内に上述の積層体を収容して、本実施形態に係る電解液を電池ケース内部に注液し、注液工程の終了後に、更に、含浸を行い、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に電解液が浸っていない状態では、後述するアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属ドープ工程において、ドープが不均一に進むため、得られるリチウムイオン二次電池の抵抗が上昇したり、高負荷サイクル耐久性が低下したりする。前記含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、注液後のリチウムイオン二次電池を、外装材が開口した状態で、減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にし、再度大気圧に戻す方法等を用いることができる。含浸工程終了後には、外装材が開口した状態のリチウムイオン二次電池を減圧しながら封止することで密閉する。   Next, the above-described laminate is accommodated in the battery casing 2 (battery case), the electrolytic solution according to the present embodiment is injected into the battery case, and after the injection step is further impregnated, the positive electrode It is desirable to sufficiently immerse the negative electrode and the separator with a non-aqueous electrolyte. In the state in which the electrolyte solution is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the doping proceeds in a non-uniform manner in an alkali metal and / or alkaline earth metal doping step, which will be described later. The resistance of the secondary battery increases or the high duty cycle durability decreases. The impregnation method is not particularly limited. For example, a lithium ion secondary battery after injection is placed in a decompression chamber with the exterior material opened, and the interior of the chamber is decompressed using a vacuum pump. A method of returning the pressure to atmospheric pressure again can be used. After completion of the impregnation step, the lithium ion secondary battery with the exterior material opened is sealed while being decompressed.

アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属ドープ工程において、前記正極前駆体と負極との間に電圧を印加して前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を分解することにより、正極前駆体中のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を分解してアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを放出し、負極でアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを還元することにより炭素材料含有負極にアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属がプレドープされることが好ましい。この方法であれば、例えば空気中で発火する金属ナトリウム又は金属カリウムを使用せずとも、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を負極にプレドープでき、更に、正極に良好な被膜を形成することができるため好ましい。   In the alkali metal and / or alkaline earth metal doping step, by applying a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode to decompose the alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound, The alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound is decomposed to release alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions, and carbon is obtained by reducing the alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions at the negative electrode. The material-containing negative electrode is preferably pre-doped with alkali metal and / or alkaline earth metal. With this method, for example, alkali metal and / or alkaline earth metal can be pre-doped on the negative electrode without using metallic sodium or metallic potassium that ignites in air, and a good film can be formed on the positive electrode. This is preferable because it is possible.

上記アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属ドープ工程において、正極前駆体中のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の酸化分解に伴い、CO等のガスが発生する。そのため、電圧を印加するには、発生したガスを外装体の外部に放出する手段を講ずることが好ましい。この手段としては、例えば、外装体の一部を開口させた状態で電圧を印加する方法;前記外装体の一部に予めガス抜き弁、ガス透過フィルム等の適宜のガス放出手段を設置した状態で電圧を印加する方法;等を挙げることができる。
代替的には、電解液を高分子材料から成る基材に含浸させることによって、ゲル状態の電解質膜を予め作製しておき、シート状の正極、負極、及び電解質膜、並びに必要に応じてセパレータを用いて積層構造の積層体を形成した後、電池外装内に収容してリチウムイオン二次電池を作製することができる。
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形等が好適に採用される。
In the alkali metal and / or alkaline earth metal doping step, a gas such as CO 2 is generated with the oxidative decomposition of the alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound in the positive electrode precursor. Therefore, in order to apply a voltage, it is preferable to take a means for releasing the generated gas to the outside of the exterior body. As this means, for example, a method of applying a voltage in a state in which a part of the exterior body is opened; a state in which an appropriate gas releasing means such as a gas vent valve or a gas permeable film is previously installed in a part of the exterior body And a method of applying a voltage;
Alternatively, an electrolyte membrane in a gel state is prepared in advance by impregnating a base material made of a polymer material with an electrolytic solution, and a sheet-like positive electrode, a negative electrode, an electrolyte membrane, and, if necessary, a separator After forming the laminated body of a laminated structure using, it can accommodate in a battery exterior and a lithium ion secondary battery can be produced.
The shape of the lithium ion secondary battery in the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, a laminated shape, and the like are suitably employed.

本実施形態におけるリチウムイオン二次電池が初回充電により電池として機能し得るのであれば、初回充電の方法について特に制限はない。リチウムイオン二次電池は、初回充電の際に電解液の一部が分解することにより安定化することを考慮し、この安定化効果を有効に発現させるために、初回充電は0.001〜1/3Cで行われることが好ましく、0.002〜0.25Cで行われることがより好ましく、0.003〜0.2Cで行われることが更に好ましい。初回充電が、途中に定電圧充電を経由して行われることも好ましい。定格容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、SEI(Solid Electrolyte Interface:固体電解質界面)が電極表面に形成され、正極を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果に加えて、反応生成物が負極のみに強固に固定化されることなく、任意の態様で負極以外の部材(例えば、正極5、セパレータ7等)にも良好な効果を与える。したがって、非水系電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは、非常に有効である。   If the lithium ion secondary battery in this embodiment can function as a battery by the first charge, there is no particular limitation on the method of the first charge. Considering that the lithium ion secondary battery is stabilized by decomposition of a part of the electrolytic solution at the time of the first charge, in order to effectively express this stabilization effect, the first charge is 0.001-1. / 3C is preferable, 0.002 to 0.25C is more preferable, and 0.003 to 0.2C is more preferable. It is also preferable that the initial charging is performed via constant voltage charging in the middle. The constant current for discharging the rated capacity in 1 hour is 1C. SEI (Solid Electrolyte Interface) is formed on the electrode surface by setting the voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction, thereby suppressing the increase in internal resistance including the positive electrode. In addition, the reaction product is not firmly fixed only to the negative electrode, and a favorable effect is given to members other than the negative electrode (for example, the positive electrode 5, the separator 7, etc.) in an arbitrary manner. Therefore, it is very effective to perform the initial charge in consideration of the electrochemical reaction of the lithium salt dissolved in the non-aqueous electrolyte.

本実施形態におけるリチウムイオン二次電池は、複数個のリチウムイオン二次電池を直列又は並列に接続した電池パックとして使用することもできる。電池パックの充放電状態を管理する観点から、1個あたりの使用電圧範囲は2〜5Vであることが好ましく、2.5〜5Vであることがより好ましく、2.75V〜5Vであることが特に好ましい。   The lithium ion secondary battery in this embodiment can also be used as a battery pack in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series or in parallel. From the viewpoint of managing the charge / discharge state of the battery pack, the operating voltage range per unit is preferably 2 to 5 V, more preferably 2.5 to 5 V, and 2.75 V to 5 V. Particularly preferred.

<9.アルカリ金属イオン二次電池>
リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な遷移金属酸化物と、1種類以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物とを含む正極活物質層を有する正極;
炭素材料含有負極;
セパレータ;並びに
リチウムイオンを含む非水系電解液;
を含むアルカリ金属イオン二次電池(図示せず)も本発明の一態様である。
上記で既に説明された電池の構成要素及び製造方法を用いて、本発明の一態様であるアルカリ金属イオン二次電池を形成することができる。
本発明の一態様であるアルカリ金属イオン二次電池において、負極に含まれる炭素材料が、リチウムと、リチウムよりも原子半径が大きい1種類以上のアルカリ金属及びアルカリ土類金属と上記で説明された層間化合物を形成している。
本発明の一態様では、正極前駆体又は正極からリチウムイオン以外のアルカリ金属イオンが電解液中へ移動することができるので、非水系蓄電素子は、リチウムイオン型というよりもむしろアルカリ金属イオン型として駆動する。
<9. Alkali metal ion secondary battery>
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a transition metal oxide capable of inserting and extracting lithium ions and one or more alkali metal compounds and / or alkaline earth metal compounds;
Carbon material-containing negative electrode;
A separator; and a non-aqueous electrolyte containing lithium ions;
An alkali metal ion secondary battery (not shown) including is also an embodiment of the present invention.
An alkali metal ion secondary battery which is one embodiment of the present invention can be formed using the battery components and manufacturing methods already described above.
In the alkali metal ion secondary battery which is one embodiment of the present invention, the carbon material included in the negative electrode is described above as lithium and one or more kinds of alkali metal and alkaline earth metal having an atomic radius larger than that of lithium. An intercalation compound is formed.
In one embodiment of the present invention, alkali metal ions other than lithium ions can move from the positive electrode precursor or the positive electrode into the electrolytic solution. Therefore, the non-aqueous energy storage element is formed as an alkali metal ion type rather than a lithium ion type. To drive.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
各種の構成部材及び蓄電素子の作製並びに各種評価は以下のようにして実施した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
Production of various constituent members and power storage elements and various evaluations were performed as follows.

(1)正極の作製
正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.2Co0.3)を86.5重量部と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末を5.0重量、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を5.0重量部、対応するアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物3.5重量部の割合で混合し、正極合剤を得た。対応するアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の組成は表1に示す。得られた正極合剤に溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながらアルミニウム箔の片面に塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が1.90g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とから成る正極を得た。
次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断し、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12h真空乾燥を行うことによりリード付き正極を得た。
(1) Production of positive electrode 86.5 parts by weight of a composite oxide (LiNi 0.5 Mn 0.2 Co 0.3 O 2 ) of lithium, nickel, manganese and cobalt as a positive electrode active material, and acetylene as a conductive additive Black powder is mixed with 5.0 parts by weight, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder is mixed with 5.0 parts by weight, and the corresponding alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound is mixed with 3.5 parts by weight. Got. Table 1 shows the composition of the corresponding alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound. N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry. The positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of an aluminum foil while adjusting the basis weight to about 95.0 g / m 2 on an aluminum foil having a thickness of 15 μm serving as a positive electrode current collector. When applying the positive electrode mixture-containing slurry to the aluminum foil, an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed. Then, the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode collector was obtained by rolling so that the density of a positive electrode active material layer might be 1.90 g / cm < 3 > with a roll press.
Next, this positive electrode is cut so that the positive electrode mixture layer has an area of 30 mm × 50 mm and includes an exposed portion of the aluminum foil, and an aluminum lead piece for taking out an electric current is welded to the exposed portion of the aluminum foil. And the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.

(2)負極の作製
負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースとスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、更に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に一定厚みで銅箔の片面に塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.20g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とから成る負極を得た。
次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断し、更に、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12h真空乾燥を行うことによりリード付き負極を得た。
(2) Preparation of negative electrode After mixing graphite as negative electrode active material, carboxymethyl cellulose as binder and styrene butadiene latex at a mass ratio of 100: 1.1: 1.5, and further adding an appropriate amount of water. The mixture was thoroughly mixed to prepare a negative electrode mixture-containing slurry. This slurry was applied to one side of the copper foil with a constant thickness on one side of the copper foil having a thickness of 10 μm. When applying the negative electrode mixture-containing slurry to the copper foil, an uncoated region was formed so that a part of the copper foil was exposed. Then, the negative electrode which consists of a negative electrode active material layer and a negative electrode collector was obtained by rolling so that the density of a negative electrode active material layer might be 1.20 g / cm < 3 > with a roll press.
Next, the negative electrode is cut so that the negative electrode mixture layer has an area of 32 mm × 52 mm and includes an exposed portion of the copper foil, and further, a nickel lead piece for taking out an electric current from the exposed portion of the copper foil Were welded and vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours to obtain a negative electrode with leads.

(3)電解液の調製
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒を用い、全電解液に対してLiN(SOF)及びLiPFの濃度比が75:25(モル比)であり、かつLiN(SOF)及びLiPFの濃度の和が1.2mol/Lとなるようにそれぞれの電解質塩を溶解して得た溶液を非水系電解液として使用した。
(3) Preparation of electrolyte solution As an organic solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethyl methyl carbonate (EMC) = 33: 67 (volume ratio) was used, and LiN (SO 2 F) 2 with respect to the total electrolyte solution. Each electrolyte salt is dissolved so that the concentration ratio of LiPF 6 is 75:25 (molar ratio) and the sum of the concentrations of LiN (SO 2 F) 2 and LiPF 6 is 1.2 mol / L. The obtained solution was used as a non-aqueous electrolyte solution.

(4)単層ラミネート電池の組み立て
裁断後の前記リード付き正極と前記リード付き負極とを、ポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とし、この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5h真空乾燥を行った。続いて、上述の非水系電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止して、図1に示す外観で、図2に示す断面構造の単層ラミネート型リチウムイオン二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう)を作製した。この単層ラミネート電池は、定格電流値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
(4) Assembly of single layer laminated battery The positive electrode with lead and the negative electrode with lead after cutting are superposed via a polyethylene microporous membrane separator (thickness 21 μm) to form a laminated electrode body. The aluminum laminate sheet of 90 mm × 80 mm was housed in a package and vacuum dried at 80 ° C. for 5 hours in order to remove moisture. Subsequently, after injecting the above-described non-aqueous electrolyte into the exterior body, the exterior body is sealed, and the single-layer laminated lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as the cross-sectional structure shown in FIG. Simply referred to as “single-layer laminate battery”). This single-layer laminated battery has a rated current value of 23 mAh and a rated voltage value of 4.2V.

(5)単層ラミネート電池の評価
上述のようにして得られた単層ラミネート電池について、先ず、以下の(5−1)の手順に従って初回充放電処理を行った。次に、以下の(5−2)の手順に従ってガス抜きを行い、さらに以下の(5−3)の手順に従って出力特性を測定し、以下の(5−4)の手順に従って60℃4.2V保存時の発生ガス量を評価した。充放電は、アスカ電子(株)製の充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM−73S(商品名)を用いて行った。
ここで、1Cとは満充電状態の電池を、定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(5) Evaluation of single-layer laminated battery For the single-layer laminated battery obtained as described above, first, a first charge / discharge treatment was performed according to the following procedure (5-1). Next, degassing is performed according to the following procedure (5-2), and the output characteristics are measured according to the following procedure (5-3). The amount of gas generated during storage was evaluated. Charging / discharging was performed using charging / discharging apparatus ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-73S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.
Here, 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. In the following, it means a current value that is expected to discharge from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finish discharging in 1 hour.

(5−1)ラミネート電池の初回充放電処理
ラミネート電池の周囲温度を45℃に設定し、0.05Cに相当する1.125mAの定電流で充電して電池電圧が4.5Vに到達するまで充電を行った後、4.5Vの定電流で合計72時間充電を行った。その後、25℃環境下で0.3Cに相当する7.5mAの定電流で3.0Vまで放電した。
(5-1) First charge / discharge treatment of laminated battery Until the ambient temperature of the laminated battery is set to 45 ° C. and charged at a constant current of 1.125 mA corresponding to 0.05 C, the battery voltage reaches 4.5V. After charging, the battery was charged with a constant current of 4.5 V for a total of 72 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V at a constant current of 7.5 mA corresponding to 0.3 C in a 25 ° C. environment.

(5−2)ガス抜き工程
初回充放電処理後のリチウムイオン二次電池について、温度25℃、露点−60℃のAr環境下でアルミニウムラミネート包材の一部を開封した。続いて、減圧チャンバーの中にリチウムイオン二次電池を入れ、ダイヤフラムポンプ(KNF社製、N816.3KT.45.18)を用いて大気圧から−80kPaまで3分間かけて減圧した後、3分間かけて大気圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機に非水系リチウム型蓄電素子を入れ、−85kPaに減圧した後、200℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。
(5-2) Degassing step For the lithium ion secondary battery after the initial charge / discharge treatment, a part of the aluminum laminate packaging material was opened in an Ar environment at a temperature of 25 ° C and a dew point of -60 ° C. Subsequently, a lithium ion secondary battery is placed in the decompression chamber, and the pressure is reduced from atmospheric pressure to −80 kPa over 3 minutes using a diaphragm pump (manufactured by KNF, N816.3KT.45.18). The process of returning to atmospheric pressure over 3 times was repeated a total of 3 times. Then, after putting a non-aqueous lithium-type electrical storage element in a pressure reduction sealing machine and reducing the pressure to −85 kPa, the aluminum laminate packaging material was sealed by sealing at 200 ° C. for 10 seconds with a pressure of 0.1 MPa.

(5−3)出力特性(放電容量維持率)
実施例及び比較例で得られた各ラミネート電池について、25℃において、1/3Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、1時間4.2Vで定電圧充電を行った。充電後の各ラミネート電池について、1/3C、10Cのそれぞれの電流値で3.0Vになるまで定電流で放電して、それぞれの電流値での放電容量を測定した。
そして、1/3C放電容量を10C放電容量で除した値を放電容量維持率とし、百分率で表し、表1にまとめた。
(5-3) Output characteristics (discharge capacity maintenance rate)
About each laminated battery obtained by the Example and the comparative example, at 25 degreeC, after performing the constant current charge to 4.2V with the electric current value of 1 / 3C, the constant voltage charge was performed at 4.2V for 1 hour. About each laminated battery after charge, it discharged by the constant current until it became 3.0V with each current value of 1 / 3C, 10C, and the discharge capacity in each current value was measured.
The value obtained by dividing the 1 / 3C discharge capacity by the 10C discharge capacity was defined as the discharge capacity maintenance rate, expressed as a percentage, and summarized in Table 1.

(5−4)60℃4.2V保存試験
前記工程で得られたリチウムイオン二次電池について、25℃に設定した恒温槽内で、1/3Cの電流値で4.2Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.2Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で2時間行った。その後、セルを60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出し、同様の充電工程にてセル電圧を4.2Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存した。この工程を2か月間繰り返し実施し、保存試験開始前のセル体積Va、保存試験2か月後のセルの体積Vbをアルキメデス法によって測定した。(Vb−Va)を、上記(5−3)の手順で測定した1/3C容量で割って求めたガス発生量を、表1にまとめた。
(5-4) Storage test at 4.2 ° C. at 60 ° C. The lithium ion secondary battery obtained in the above step is constant until it reaches 4.2 V at a current value of 1/3 C in a thermostat set at 25 ° C. Current charging was performed, followed by constant voltage charging in which a constant voltage of 4.2 V was applied for a total of 2 hours. Thereafter, the cell was stored in a 60 ° C. environment, taken out from the 60 ° C. environment every two weeks, charged with a cell voltage of 4.2 V in the same charging step, and then stored again in the 60 ° C. environment. . This process was repeated for 2 months, and the cell volume Va before the start of the storage test and the cell volume Vb after 2 months of the storage test were measured by Archimedes method. Table 1 summarizes the gas generation amounts obtained by dividing (Vb-Va) by the 1 / 3C capacity measured in the procedure of (5-3) above.

(5−5)X線回折(XRD)解析
上記(5−3)の工程を実施したリチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽内で、1/3Cの電流値で4.2Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.2Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で2時間行った。その後、23℃の部屋に設置された露点−60℃以下、酸素濃度1ppm以下で管理されているアルゴン(Ar)ボックス内で解体して負極を取り出し、取り出した負極をジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態で、サイドボックス中で真空乾燥させ、XRD(CuKα線)を測定した。実施例では、この測定で得られた(004)のピーク位置(2θとする)の解析結果を、比較例1及び比較例2では、(001)のピーク位置(2θとする)の解析結果を表1にまとめた。
(5-5) X-ray diffraction (XRD) analysis The lithium ion secondary battery in which the step (5-3) is performed is 4.2 V at a current value of 1/3 C in a thermostat set at 25 ° C. The battery was charged with a constant current until it reached the value, followed by a constant voltage charge of applying a constant voltage of 4.2 V for a total of 2 hours. After that, it was disassembled in an argon (Ar) box controlled at a dew point of −60 ° C. or less and an oxygen concentration of 1 ppm or less installed in a room at 23 ° C., and the negative electrode was taken out. The taken out negative electrode was immersed in dimethyl carbonate (DMC) After cleaning, in an air non-exposed state, vacuum drying was performed in a side box, and XRD (CuKα ray) was measured. In the example, the analysis result of the (004) peak position (assuming 2θ) obtained by this measurement is used, and in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the analysis result of the (001) peak position (assuming 2θ) is used. The results are summarized in Table 1.

(5−6)誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析
上記(5−3)の工程を実施したリチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽内で、1/3Cの電流値で4.2Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.2Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で2時間行った。その後、Ar雰囲気下で解体して負極を取り出し、取り出した正極をジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態で、サイドボックス中で真空乾燥させ、該負極をマイクロウェーブ(アナリティクイエナ社製、TOPwave(商品名))により酸分解し、ICP発光分光分析(Perkin Elmer社製、Optima8300)によってアルカリ金属及びアルカリ土類金属の検出を行った。リチウムを除いたアルカリ金属及びアルカリ土類金属の総量が100ppm以上であれば「○(良好)」、100ppm未満であれば「×(不良)」とし、分析結果を表1にまとめた。
(5-6) Inductively Coupled Plasma (ICP) Emission Spectroscopic Analysis The lithium ion secondary battery in which the above step (5-3) was performed was 4 at a current value of 1/3 C in a thermostat set at 25 ° C. The battery was charged with a constant current until it reached 2 V, and then a constant voltage charge was applied for 2 hours in total by applying a constant voltage of 4.2 V. After that, the negative electrode was taken out by disassembling under an Ar atmosphere, and the taken-out positive electrode was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum-dried in a side box in a state of being not exposed to the atmosphere. (Analyte Jena, TOPwave (trade name)) was subjected to acid decomposition, and alkali metal and alkaline earth metal were detected by ICP emission spectroscopic analysis (Perkin Elmer, Optima 8300). Table 1 summarizes the analysis results, assuming that the total amount of alkali metal and alkaline earth metal excluding lithium is 100 ppm or more, “good (good)”, and less than 100 ppm, “x (bad)”.

(5−7)正極活物質層に含まれる式(1)〜(3)の化合物の定量
上記(5−3)の工程を実施したリチウムイオン二次電池を、2.9Vに調整した後、23℃の部屋に設置された露点−60℃以下、酸素濃度1ppm以下で管理されているアルゴン(Ar)ボックス内で解体して正極を取り出した。取り出した正極をジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態で、サイドボックス中で真空乾燥させた。
乾燥後の正極を、大気非暴露を維持した状態でサイドボックスからArボックスに移し、重水で浸漬抽出して、正極抽出液を得た。抽出液の解析は、(i)IC及び(ii)H−NMRにて行い、求めた正極抽出液中の各化合物の濃度A(mol/ml)、抽出に用いた重水の体積B(ml)、及び抽出に用いた正極活物質層の質量C(g)から、下記数式2:
単位質量当たりの存在量(mol/g)=A×B÷C ・・・(数式2)
により、正極に堆積する各化合物の、正極活物質層単位質量当たりの存在量(mol/g)を求めた。
(5-7) Quantification of compounds of formulas (1) to (3) contained in the positive electrode active material layer After adjusting the lithium ion secondary battery in which the step (5-3) was performed to 2.9 V, The positive electrode was taken out by disassembling in an argon (Ar) box controlled at a dew point of −60 ° C. or lower and an oxygen concentration of 1 ppm or lower installed in a 23 ° C. room. The positive electrode taken out was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum-dried in a side box in a state in which exposure to the atmosphere was not maintained.
The positive electrode after drying was transferred from the side box to the Ar box in a state where exposure to air was not performed, and immersion extraction was performed with heavy water to obtain a positive electrode extract. The analysis of the extract was performed by (i) IC and (ii) 1 H-NMR. The concentration A (mol / ml) of each compound in the obtained positive electrode extract and the volume B (ml of heavy water used for extraction). ) And the mass C (g) of the positive electrode active material layer used for extraction, the following formula 2:
Abundance per unit mass (mol / g) = A × B ÷ C (Formula 2)
Thus, the abundance (mol / g) of each compound deposited on the positive electrode per unit mass of the positive electrode active material layer was determined.

抽出に用いた正極活物質層の質量は、以下の方法によって求めた。重水抽出後に残った正極電極体の集電体から合剤(正極活物質層)を剥がし取り、剥がし取った合剤を、水洗した後、真空乾燥した。真空乾燥して得た合剤を、NMP又はDMFにより洗浄した。続いて、得られた正極活物質層を再度真空乾燥した後、秤量することにより、抽出に用いた正極活物質層の質量を調べた。   The mass of the positive electrode active material layer used for extraction was determined by the following method. The mixture (positive electrode active material layer) was peeled off from the current collector of the positive electrode remaining after the heavy water extraction, and the peeled mixture was washed with water and then vacuum dried. The mixture obtained by vacuum drying was washed with NMP or DMF. Subsequently, the obtained positive electrode active material layer was vacuum-dried again and weighed to examine the mass of the positive electrode active material layer used for extraction.

正極抽出液を3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、H NMR測定を行った。1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、観測された各化合物の積分値を求めた。 The positive electrode extract was put in a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and a 5 mmφ NMR tube containing deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene (N-5 manufactured by Japan Precision Science Co., Ltd.). ) And 1 H NMR measurement was performed by a double tube method. Normalization was performed with a signal of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene of 7.1 ppm (m, 2H), and an integral value of each observed compound was determined.

また、濃度既知のジメチルスルホキシドの入った重水素化クロロホルムを3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、上記と同一の1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、H NMR測定を行った。上記と同様に、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、ジメチルスルホキシドのシグナル2.6ppm(s,6H)の積分値を求めた。用いたジメチルスルホキシドの濃度と積分値の関係から、正極抽出液中の各化合物の濃度Aを求めた。 In addition, deuterated chloroform containing dimethyl sulfoxide of known concentration is put into a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and the same deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene as above. Was inserted into a 5 mmφ NMR tube (N-5 manufactured by Japan Precision Science Co., Ltd.), and 1 H NMR measurement was performed by a double tube method. In the same manner as described above, the signal was normalized with 7.1 ppm (m, 2H) of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene, and the integral value of 2.6 ppm (s, 6H) of dimethyl sulfoxide was obtained. From the relationship between the concentration of dimethyl sulfoxide used and the integral value, the concentration A of each compound in the positive electrode extract was determined.

H NMRスペクトルの帰属は、以下のとおりである。
[XOCHCHOXについて]
XOCHCHOXのCH:3.7ppm(s,4H)
CHOX:3.3ppm(s,3H)
CHCHOXのCH:1.2ppm(t,3H)
CHCHOXのCHO:3.7ppm(q,2H)
上記のように、XOCHCHOXのCHのシグナル(3.7ppm)は、CHCHOXのCHOのシグナル(3.7ppm)と重なってしまうため、CHCHOXのCHのシグナル(1.2ppm)から算出されるCHCHOXのCHO相当分を除いて、式(1)〜(3)の化合物量を算出した。
上記において、Xは、それぞれ、−(COO)M又は−(COO)(ここで、nは0又は1の数であり、Rは、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基であり、かつMは、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、又はBaから選ばれる元素である)である。
Assignment of 1 H NMR spectrum is as follows.
[About XOCH 2 CH 2 OX]
XOCH 2 CH 2 OX CH 2 : 3.7 ppm (s, 4H)
CH 3 OX: 3.3 ppm (s, 3H)
CH 3 CH 2 OX CH 3 : 1.2 ppm (t, 3H)
CH 3 CH 2 OX of CH 2 O: 3.7ppm (q, 2H)
As described above, the signal (3.7 ppm) is XOCH 2 CH 2 OX of CH 2, since the overlaps with CH 3 CH 2 OX of CH 2 O signals (3.7 ppm), the CH 3 CH 2 OX except for the CH 2 O equivalent of CH 3 CH 2 OX calculated from CH 3 signal (1.2 ppm), was calculated an amount of a compound of formula (1) to (3).
In the above, each X is — (COO) n M or — (COO) n R 1 (where n is 0 or 1 and R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or A halogenated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and M is an element selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, or Ba).

上記(i)及び(ii)の解析により求めた各化合物の抽出液中の濃度、及び抽出に用いた重水の体積、抽出に用いた正極の活物質質量から、正極活物質層に含まれる式(1)〜(3)の化合物の存在量を測定し、表1にまとめた。   The formula contained in the positive electrode active material layer from the concentration of each compound obtained by the analysis of (i) and (ii) above, the volume of heavy water used for extraction, and the active material mass of the positive electrode used for extraction The amounts of the compounds (1) to (3) were measured and summarized in Table 1.

<実施例1〜9並びに比較例1及び2>
下記表1に示される配合比で化合物1及び/又は化合物2を使用して、上記で説明された方法によって電池を作製し、評価した。なお、比較例1及び2では、リチウムよりも原子半径が大きいアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む化合物を正極前駆体中に組み込んでいない。
<Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2>
Batteries were prepared and evaluated by the method described above using Compound 1 and / or Compound 2 at the compounding ratio shown in Table 1 below. In Comparative Examples 1 and 2, a compound containing an alkali metal or alkaline earth metal having an atomic radius larger than that of lithium is not incorporated in the positive electrode precursor.

Figure 2018056025
Figure 2018056025

以上の結果から、本実施形態の電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、リチウムよりも原子半径の大きい、1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と炭素材料含有負極が層間化合物を形成することで、高い出力特性を実現し、かつ、正極活物質層に上記式(1)〜(3)から選択される1種以上の化合物を含有することで、優れた高温耐久性を実現することが検証された。   From the above results, in the lithium ion secondary battery using the electrolytic solution of the present embodiment, one or more alkali metal and / or alkaline earth metal having a larger atomic radius than lithium and the carbon material-containing negative electrode are intercalation compounds. In order to achieve high output characteristics and to contain one or more compounds selected from the above formulas (1) to (3) in the positive electrode active material layer, excellent high temperature durability can be obtained. Realized to be realized.

本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、携帯電話機、携帯オーディオ機器、パーソナルコンピュータ、IC(Integrated Circuit)タグ等の携帯機器;ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用充電池;住宅用蓄電システム等への適用が可能である。   The lithium ion secondary battery of the present invention is, for example, a portable device such as a mobile phone, a portable audio device, a personal computer, an IC (Integrated Circuit) tag; a rechargeable battery for a vehicle such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and an electric vehicle; It can be applied to a residential power storage system.

1 リチウムイオン二次電池
2 電池外装
3 正極外部端子
4 負極外部端子
5 正極
6 負極
7 セパレータ
8 ラミネートフィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Battery exterior 3 Positive electrode external terminal 4 Negative electrode external terminal 5 Positive electrode 6 Negative electrode 7 Separator 8 Laminate film

Claims (6)

リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な遷移金属酸化物から成る正極活物質を含む正極活物質層を有する正極;
炭素材料含有負極;
セパレータ;並びに
前記リチウムイオンを含む非水系電解液;
を含むリチウムイオン二次電池であって、
前記炭素材料含有負極が、リチウムと、リチウムよりも原子半径が大きい、1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と層間化合物を形成している、
前記リチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material layer including a positive electrode active material made of a transition metal oxide capable of occluding and releasing lithium ions;
Carbon material-containing negative electrode;
A separator; and a non-aqueous electrolyte containing the lithium ion;
A lithium ion secondary battery comprising
The carbon material-containing negative electrode forms an interlayer compound with lithium and one or more alkali metals and / or alkaline earth metals having a larger atomic radius than lithium,
The lithium ion secondary battery.
前記炭素材料含有負極を誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析によって測定したところ、前記1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が、合計で100ppm以上検出される、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The carbon material-containing negative electrode is measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry, and the one or more types of alkali metal and / or alkaline earth metal are detected in a total of 100 ppm or more. Lithium ion secondary battery. 前記正極活物質層は、下記式(1)〜(3):
−ORO−X・・・・・・(1)
{式(1)中、M及びMはそれぞれ独立に、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、又はBaから選ばれる元素であり、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−X・・・・・・(2)
{式(2)中、Mは、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、又はBaから選ばれる元素であり、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、Rは、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
−ORO−X・・・・・・(3)
{式(3)中、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R及びRはそれぞれ独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX及びXはそれぞれ独立に−(COO)(ここで、nは0又は1である。)である。}
から成る群から選択される少なくとも1種の化合物を、前記正極活物質層の単位質量当たり3.8×10−9mol/g〜3.0×10−2mol/g含有する、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。
The positive electrode active material layer has the following formulas (1) to (3):
M 1 X 1 -OR 1 O- X 2 M 2 ······ (1)
{In the formula (1), are each M 1 and M 2 independently is an element selected Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, or from Ba, R 1 is 1 to the number of carbon atoms 4 alkylene group or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
M 1 X 1 -OR 1 O- X 2 R 2 ······ (2)
{In Formula (2), M 1 is an element selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, or Ba, and R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, or A halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, A mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X 1 -OR 1 O- X 2 R 3 ······ (3)
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are independently hydrogen and 1 to 10 carbon atoms. An alkyl group, a mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or An aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
The compound of 3.8 × 10 −9 mol / g to 3.0 × 10 −2 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer is contained at least one compound selected from the group consisting of Or the lithium ion secondary battery of 2.
前記炭素材料含有負極のX線回折(XRD)測定(CuKα線)において、2θ≦23°に(004)のピークを有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。   4. The lithium ion secondary battery according to claim 1, which has a (004) peak at 2θ ≦ 23 ° in X-ray diffraction (XRD) measurement (CuKα ray) of the carbon material-containing negative electrode. 5. . リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な遷移金属酸化物と、1種類以上のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物とを含む正極活物質層を有する正極;
炭素材料含有負極;
セパレータ;並びに
前記リチウムイオンを含む非水系電解液;
を含むアルカリ金属イオン二次電池であって、
前記炭素材料含有負極が、リチウムと、リチウムよりも原子半径が大きい、1種類以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属と層間化合物を形成している、
前記アルカリ金属イオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a transition metal oxide capable of inserting and extracting lithium ions and one or more alkali metal compounds and / or alkaline earth metal compounds;
Carbon material-containing negative electrode;
A separator; and a non-aqueous electrolyte containing the lithium ion;
An alkali metal ion secondary battery containing
The carbon material-containing negative electrode forms an interlayer compound with lithium and one or more alkali metals and / or alkaline earth metals having a larger atomic radius than lithium,
The alkali metal ion secondary battery.
前記アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物は、炭酸塩、水酸化物及び酸化物から成る群から選ばれる1種類以上である、請求項5に記載のアルカリ金属イオン二次電池。   The alkali metal ion secondary battery according to claim 5, wherein the alkali metal compound and / or alkaline earth metal compound is at least one selected from the group consisting of carbonates, hydroxides and oxides.
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