JP2018110065A - Active material particle, cathode with active material particle, power storage device with cathode and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent cobalt (Co) and oxygen (O) from being discharged from a surface of a cathode active material particle in order to prevent segregation generation of cobalt to an anode or a separator, and to reduce occurrence of cracking or defect of the cathode active material particle.SOLUTION: An active material particle contains lithium, a metal element M1, a metal element M1 of one of or both II valence and IV valence, and oxygen. The metal element M1 is one or more of cobalt, manganese and nickel. The active material particle contains one or more crystallites. The active material particle includes a first region that is positioned insides, and a second region that is positioned outside of the first region. The active material particle containing more metal elements M2 in the second region than in the first region is used for a secondary battery.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置または電子機器の製造方法に関する。特に、二次電池に用いることのできる正極活物質、二次電池、および二次電池を有する電子機器に関する。 One embodiment of the present invention relates to an object, a method, or a manufacturing method. Or this invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). One embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a lighting device, or an electronic device. In particular, the present invention relates to a positive electrode active material that can be used for a secondary battery, a secondary battery, and an electronic device having the secondary battery.

なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電池(二次電池ともいう)、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。 Note that in this specification, a power storage device refers to all elements and devices having a power storage function. For example, a storage battery (also referred to as a secondary battery) such as a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, and an electric double layer capacitor are included.

なお、本明細書中において電子機器とは、蓄電装置を有する装置全般を指し、蓄電装置を有する電気光学装置、蓄電装置を有する情報端末装置などは全て電子機器である。   Note that in this specification, an electronic device refers to all devices having a power storage device, and an electro-optical device having a power storage device, an information terminal device having a power storage device, and the like are all electronic devices.

使用者が携帯する電子機器や、使用者が装着する電子機器が盛んに開発されている。 Electronic devices carried by users and electronic devices worn by users have been actively developed.

使用者が携帯する電子機器や、使用者が装着する電子機器は、蓄電装置の一例である一次電池または二次電池を電源として動作する。使用者が携帯する電子機器は、長時間使用することが望まれ、そのために大容量の二次電池を用いればよい。電子機器に大容量の二次電池を内蔵させると大容量の二次電池は大きく、重量がかさむ問題がある。そこで携帯する電子機器に内蔵できる小型または薄型で大容量の二次電池の開発が進められている。 An electronic device carried by the user or an electronic device worn by the user operates using a primary battery or a secondary battery, which is an example of a power storage device, as a power source. An electronic device carried by a user is desired to be used for a long time. For this purpose, a large-capacity secondary battery may be used. When a large-capacity secondary battery is built in an electronic device, the large-capacity secondary battery is large and has a problem of increasing weight. Therefore, development of a small or thin secondary battery having a large capacity that can be built in a portable electronic device is underway.

特に、4V級の高い電圧が得られるため、二次電池の正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)が広く普及している。また、特許文献1には、正極活物質の板状粒子が開示されている。 In particular, since a high voltage of 4V class can be obtained, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) is widely used as a positive electrode active material for secondary batteries. Patent Document 1 discloses plate-like particles of a positive electrode active material.

高出力、高容量であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、もしくはプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。 High-power, high-capacity lithium-ion secondary batteries can be used for portable information terminals such as mobile phones, smartphones or notebook computers, portable music players, digital cameras, medical devices, hybrid vehicles (HEV), electric vehicles ( EV), or next-generation clean energy vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHEV), and the demand for them rapidly expands with the development of the semiconductor industry, and is essential for the modern information society as a source of rechargeable energy It has become a thing.

リチウムイオン二次電池においては、充放電サイクルを繰り返し行うことにより、劣化が生じ、初期の電池放電容量と比べ小さくなってしまう欠点を有している。また、リチウムイオン二次電池によっては、そのリチウムイオン二次電池を内蔵しているデバイスの使用中や、急速充電などにより発火にいたる恐れがあり、安全性も問題となっている。発火にいたる問題が多数発生する場合には、その二次電池だけでなく、二次電池を搭載しているデバイスを回収することに繋がり、膨大な回収費用や、ブランドの低下を招くなど、デバイス製造会社に与えるダメージは大きい。 Lithium ion secondary batteries have a drawback that they are deteriorated by repeated charge / discharge cycles, and become smaller than the initial battery discharge capacity. Further, depending on the lithium ion secondary battery, there is a risk of ignition during use of a device incorporating the lithium ion secondary battery or rapid charging, and safety is also a problem. If there are many problems that could lead to ignition, not only the secondary battery but also the device equipped with the secondary battery will be collected, leading to enormous collection costs and a decline in the brand. The damage to the manufacturing company is significant.

WO2010/074303号WO2010 / 074303

リチウムイオン二次電池およびそれに用いられる正極活物質には、サイクル特性、容量、さらには充放電特性、信頼性、安全性、又はコストといった様々な面でまだ改善の余地が残されている。 Lithium ion secondary batteries and positive electrode active materials used therefor still have room for improvement in various aspects such as cycle characteristics, capacity, charge / discharge characteristics, reliability, safety, or cost.

リチウムイオン二次電池の劣化原因を特定するため、正極活物質である粒子(リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO))を観察したところ、粒子に複数のクラック(ひび割れ、亀裂などを含む)が確認された。また、粒子内にはSEM写真で観測できるクラックの他にも欠陥が多数含まれていると考えられる。 Observation of particles (lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 )), which is a positive electrode active material, to identify the cause of deterioration of lithium ion secondary batteries, confirmed multiple cracks (including cracks and cracks) in the particles It was done. In addition to the cracks that can be observed with SEM photographs, it is considered that the particles contain many defects.

本発明者らは、粒子の表面、主に粒子の複数のクラックや欠陥からコバルト(Co)、酸素(O)、またはコバルト酸化物(Co+O)が電解液に放出される、または溶け出すことが、リチウムイオン二次電池の劣化原因の一つであると推測している。 The present inventors may release or dissolve cobalt (Co), oxygen (O), or cobalt oxide (Co + O) into the electrolyte from the surface of the particle, mainly from a plurality of cracks and defects in the particle. It is estimated that this is one of the causes of deterioration of lithium ion secondary batteries.

さらに、電解液に放出された、または溶け出したコバルトが負極上に偏析し、偏析物が成長していることも観察されている。また、セパレータ内部にもコバルトが偏析することも観察できている。 Furthermore, it has also been observed that cobalt released or dissolved into the electrolyte is segregated on the negative electrode and the segregated material is growing. It has also been observed that cobalt is segregated inside the separator.

これらの状況を踏まえ、負極やセパレータへのコバルトの偏析発生を防ぐためには、正極活物質粒子の表面からコバルト(Co)、酸素(O)が放出されることを防ぐこと、正極活物質粒子のクラックや欠陥の発生を低減することが肝要である。 Based on these circumstances, in order to prevent the occurrence of segregation of cobalt on the negative electrode and separator, it is necessary to prevent the release of cobalt (Co) and oxygen (O) from the surface of the positive electrode active material particles. It is important to reduce the occurrence of cracks and defects.

本発明の一態様は、リチウムイオン二次電池に用いることで、充放電サイクルにおいて劣化しない活物質を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、高容量の二次電池を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、充放電特性の優れた二次電池を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、安全性又は信頼性の高い二次電池を提供することを課題の一とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide an active material which is not deteriorated in a charge / discharge cycle by being used for a lithium ion secondary battery. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a high-capacity secondary battery. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a secondary battery with excellent charge and discharge characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a secondary battery with high safety or reliability.

または、本発明の一態様は、新規な物質、活物質、蓄電装置、又はそれらの作製方法を提供することを課題の一とする。 Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel material, an active material, a power storage device, or a manufacturing method thereof.

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not have to solve all of these problems. It should be noted that other issues can be extracted from the description, drawings, and claims.

上記課題を達成するために、本発明の一態様は、集電体と、集電体上の活物質層とを有し、活物質層は、集電体に接する活物質粒子を複数有し、活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、II価及びIV価の一方または両方の金属元素M2、並びに酸素を含み、金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上であり、活物質粒子は、一または複数の結晶子を有し、活物質粒子は、内部に位置する第1の領域と、第1の領域の外側に位置する第2の領域とを有し、第2の領域は、第1の領域より金属元素M2が多く含まれることを特徴とする正極である。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention includes a current collector and an active material layer over the current collector, and the active material layer includes a plurality of active material particles in contact with the current collector. The active material particles include lithium, metal element M1, one or both of metal elements M2 of II and IV, and oxygen, and metal atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel, The particles have one or more crystallites, and the active material particles have a first region located inside and a second region located outside the first region, and the second region Is a positive electrode characterized by containing more metal element M2 than in the first region.

上記構成において、金属元素M2は、マグネシウム、カルシウム、シリコン、及びチタンの一以上である。或いは、金属元素M2は、マグネシウム、カルシウム、及びチタンである。活物質粒子の表面近傍にII価及びIV価の金属酸化物、具体的には酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化シリコン(SiO)などが偏析して粒子表面からのコバルト、または酸素の放出を防いでいる。本明細書等において、偏析とは、複数の元素(たとえばA,B,C)からなる固体において、ある元素(たとえばB)が不均一に分布する現象をいう。電解液へのコバルト、または酸素の溶出を防ぐことで、充放電サイクルにおいて劣化しない活物質を提供することができる。 In the above structure, the metal element M2 is one or more of magnesium, calcium, silicon, and titanium. Alternatively, the metal element M2 is magnesium, calcium, and titanium. II-valent and IV-valent metal oxides, specifically magnesium oxide (MgO x ), calcium oxide (CaO x ), silicon oxide (SiO x ), etc. segregate in the vicinity of the surface of the active material particles. Prevents the release of cobalt or oxygen. In this specification and the like, segregation refers to a phenomenon in which a certain element (for example, B) is unevenly distributed in a solid composed of a plurality of elements (for example, A, B, and C). By preventing the elution of cobalt or oxygen into the electrolytic solution, an active material that does not deteriorate in the charge / discharge cycle can be provided.

上記構成において、さらに第2の領域はフッ素を含む構成としてもよい。また、正極活物質粒子にフッ素が存在することで、電解液が分解して生じたフッ酸に対する耐食性が向上する場合がある。 In the above structure, the second region may further include fluorine. In addition, the presence of fluorine in the positive electrode active material particles may improve the corrosion resistance against hydrofluoric acid generated by the decomposition of the electrolytic solution.

上記構成において、X線回折(XRD:X−ray diffraction)分析によって測定される結晶子の大きさは0.5μm以上、好ましくは1μm以上である。 In the above structure, the crystallite size measured by X-ray diffraction (XRD) analysis is 0.5 μm or more, preferably 1 μm or more.

上記構成において、測定される活物質粒子の大きさは1μm以上50μm以下である。なお、粒子の大きさはD50(メディアン径ともいう)を指す。 In the above configuration, the size of the active material particles to be measured is 1 μm or more and 50 μm or less. The particle size refers to D50 (also referred to as median diameter).

また、他の発明の構成は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを有する二次電池であって、正極は、集電体と、集電体上の活物質層とを有し、活物質層は、集電体に接する活物質粒子を複数有し、活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、II価及びIV価の一方または両方の金属元素M2、並びに酸素を含み、金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上であり、活物質粒子は、一または複数の結晶子を有し、活物質粒子は、内部に位置する第1の領域と、第1の領域の外側に位置する第2の領域とを有し、第2の領域は、第1の領域より金属元素M2が多く含まれ、二次電池は、100サイクル繰り返し充放電を行った後の容量が初期容量の78%以上である。 According to another aspect of the invention, there is provided a secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, the positive electrode having a current collector and an active material layer on the current collector. The active material layer has a plurality of active material particles in contact with the current collector, and the active material particles include lithium, one or both of the metal element M1, the metal element M2, the metal element M2, and the metal element M2, and oxygen. The atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel, the active material particles have one or more crystallites, and the active material particles include a first region and a first region located inside. And the second region contains more metal element M2 than the first region, and the secondary battery has a capacity after repeated charging and discharging for 100 cycles. 78% or more of the initial capacity.

また、他の発明の構成は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを有する二次電池であって、正極は、集電体と、集電体上の活物質層とを有し、活物質層は、集電体に接する活物質粒子を複数有し、活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、II価及びIV価の一方または両方の金属元素M2、並びに酸素を含み、金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上であり、活物質粒子は、一または複数の結晶子を有し、活物質粒子は、内部に位置する第1の領域と、第1の領域の外側に位置する第2の領域とを有し、第2の領域は、第1の領域より金属元素M2が多く含まれ、二次電池は、10サイクル以上30サイクル以下の範囲で繰り返し充放電を行った後の容量が初期容量の98%以上である。 According to another aspect of the invention, there is provided a secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, the positive electrode having a current collector and an active material layer on the current collector. The active material layer has a plurality of active material particles in contact with the current collector, and the active material particles include lithium, one or both of the metal element M1, the metal element M2, the metal element M2, and the metal element M2, and oxygen. The atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel, the active material particles have one or more crystallites, and the active material particles include a first region and a first region located inside. And the second region contains more metal element M2 than the first region, and the secondary battery is repeatedly charged and discharged in a range of 10 cycles or more and 30 cycles or less. The capacity after carrying out is 98% or more of the initial capacity.

また、作製方法に関する他の発明の構成は、ゾルゲル法を用いて、II価及びIV価のいずれか一方または両方の金属元素M2を、欠陥を有する第1の活物質粒子に被覆して、第2の活物質粒子を形成する第1の工程と、第2の活物質粒子を加熱処理して、第3の活物質粒子を得る第2の工程と、第3の活物質粒子を含むスラリーを集電体上に塗工する第3の工程と、を有し、第1の活物質粒子に含まれる欠陥は、第2の工程において修復されることを特徴とする正極の作製方法である。 Further, according to another aspect of the invention relating to the manufacturing method, a first active material particle having a defect is coated with one or both of the II-valent and IV-valent metal elements M2 using a sol-gel method. A first step of forming the second active material particles, a second step of heat-treating the second active material particles to obtain the third active material particles, and a slurry containing the third active material particles. And a third step of coating on the current collector, wherein a defect contained in the first active material particles is repaired in the second step.

上記作製方法において、第3の活物質粒子に含まれる結晶子の大きさは、第1の活物質粒子に含まれる結晶子より大きい。 In the above manufacturing method, the size of the crystallite included in the third active material particle is larger than the crystallite included in the first active material particle.

上記作製方法において、第3の活物質粒子に含まれる結晶子の大きさは、第1の活物質粒子に含まれる結晶子の2倍以上である。 In the above manufacturing method, the size of the crystallites included in the third active material particles is twice or more that of the crystallites included in the first active material particles.

上記作製方法において、結晶子の大きさは、XRD分析によって測定される。 In the above manufacturing method, the size of the crystallite is measured by XRD analysis.

上記作製方法において、第2の工程は、600℃以上1000℃以下で、酸素を含む雰囲気で行う。600℃以上1000℃以下で加熱を行うことで粒子のクラックや欠陥を低減し、粒子の表面をつやつやにし、表面積を減らすことができる。表面積を減らし、エネルギー的に安定な状態とすることで、安全性又は信頼性の高い二次電池を実現できる。 In the above manufacturing method, the second step is performed in an atmosphere containing oxygen at 600 ° C to 1000 ° C. By heating at 600 ° C. or more and 1000 ° C. or less, cracks and defects of the particles can be reduced, the surface of the particles can be made smooth, and the surface area can be reduced. By reducing the surface area and making it stable in terms of energy, a secondary battery with high safety or reliability can be realized.

上記作製方法において、第1の活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、及び酸素を含み、金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上である。 In the manufacturing method, the first active material particle contains lithium, the metal element M1, and oxygen, and the metal atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel.

本明細書等において、リチウムと金属元素M1を含む複合酸化物が有する層状岩塩型の結晶構造とは、陽イオンと陰イオンが交互に配列する岩塩型のイオン配列を有し、金属元素M1とリチウムが規則配列して二次元平面を形成するため、リチウムの二次元的拡散が可能である結晶構造をいう。なお陽イオンまたは陰イオンの欠損等の欠陥があってもよい。また、層状岩塩型結晶構造は、厳密に言えば、岩塩型結晶の格子が歪んだ構造となっている場合がある。 In this specification and the like, the layered rock salt type crystal structure of the composite oxide containing lithium and the metal element M1 has a rock salt type ion arrangement in which cations and anions are arranged alternately, and the metal element M1 and This refers to a crystal structure in which lithium can be two-dimensionally diffused because lithium is regularly arranged to form a two-dimensional plane. There may be defects such as cation or anion defects. Strictly speaking, the layered rock salt crystal structure may be a structure in which the lattice of the rock salt crystal is distorted.

また本明細書等において、岩塩型の結晶構造とは、陽イオンと陰イオンが交互に配列している構造をいう。なお陽イオンまたは陰イオンの欠損があってもよい。 In this specification and the like, the rock salt type crystal structure refers to a structure in which cations and anions are alternately arranged. There may be a cation or anion deficiency.

活物質粒子のクラックの大きさを小さくし、クラックや欠陥の数を少なくしてコバルト及び酸素が電解液に溶出しない構造とすることで活物質粒子内の結晶構造の安定性をさらに高めることができ、充放電サイクル特性がより向上する。 By reducing the size of cracks in the active material particles and reducing the number of cracks and defects so that cobalt and oxygen do not elute into the electrolyte, the stability of the crystal structure in the active material particles can be further improved. And charge / discharge cycle characteristics are further improved.

また、安全性又は信頼性の高い二次電池を提供することができる。また、新規な物質、活物質、蓄電装置、又はそれらの作製方法を提供することができる。 Further, a secondary battery with high safety or reliability can be provided. In addition, a novel material, an active material, a power storage device, or a manufacturing method thereof can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。 Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様を示す粒子の斜視図及び断面図である。2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view of particles showing one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を示す処理前後の結晶子とクラックの変化を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the change of the crystallite before and behind the process which shows one aspect | mode of this invention, and a crack. 本発明の一態様を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows one aspect | mode of this invention. 本発明の一態様を示す材料を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a material which represents one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を示す工程を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a process illustrating one embodiment of the present invention. 本発明の一態様を示す工程フローを示す図である。It is a figure which shows the process flow which shows 1 aspect of this invention. コイン型二次電池を説明する図。The figure explaining a coin-type secondary battery. 二次電池の充電方法を説明する図。The figure explaining the charging method of a secondary battery. 二次電池の充電方法を説明する図。The figure explaining the charging method of a secondary battery. 二次電池の放電方法を説明する図。The figure explaining the discharge method of a secondary battery. 導電助剤としてグラフェン化合物を用いた場合の活物質層の断面図。Sectional drawing of an active material layer at the time of using a graphene compound as a conductive support agent. 円筒型二次電池を説明する図。The figure explaining a cylindrical secondary battery. 二次電池を説明する図。The figure explaining a secondary battery. 二次電池を説明する図。The figure explaining a secondary battery. 二次電池を説明する図。The figure explaining a secondary battery. 二次電池を説明する図。The figure explaining a secondary battery. 電子機器の例を説明する図。10A and 10B each illustrate an example of an electronic device. 電子機器の例を説明する図。10A and 10B each illustrate an example of an electronic device. 電子機器の例を説明する図。10A and 10B each illustrate an example of an electronic device. コバルト酸リチウムの結晶構造を説明する図。The figure explaining the crystal structure of lithium cobaltate. 実施例1の正極活物質を用いた二次電池のサイクル特性を示すグラフ。3 is a graph showing cycle characteristics of a secondary battery using the positive electrode active material of Example 1. 実施例1の正極活物質を用いた二次電池のレート特性を示すグラフ。3 is a graph showing rate characteristics of a secondary battery using the positive electrode active material of Example 1. 実施例1の正極活物質を用いた二次電池のサイクル特性を示すグラフ。3 is a graph showing cycle characteristics of a secondary battery using the positive electrode active material of Example 1.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed. In addition, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments below.

(実施の形態1)
図1(A1)に複数のクラック105を有する活物質粒子110の斜視図の一例を示す。なお、図1(A2)は、図1(A1)中の点線160で断面を切った場合の断面図を示している。活物質粒子110は、リチウム、金属元素M1および酸素を含む複合酸化物の粒子である。金属元素M1としては、コバルト、マンガン、およびニッケルの一以上を適用することができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1A1 illustrates an example of a perspective view of an active material particle 110 having a plurality of cracks 105. Note that FIG. 1A2 is a cross-sectional view in which the cross section is cut along a dotted line 160 in FIG. The active material particles 110 are composite oxide particles containing lithium, the metal element M1, and oxygen. As the metal element M1, one or more of cobalt, manganese, and nickel can be applied.

粒子110では1つの粒子に複数の結晶子が確認でき、図1(A2)に示すように断面においてもクラック105を有している。なお、図1(A1)に対応するSEM写真を図3(A)に示す。図1(A1)に示す活物質粒子110は未処理のものであり、そのまま正極活物質層に用いて二次電池を作製し、サイクル特性を測定すると、劣化が進み、金属元素M1、たとえばコバルトが負極やセパレータ内に析出する。 In the particle 110, a plurality of crystallites can be confirmed in one particle, and the cross section has a crack 105 as illustrated in FIG. Note that an SEM photograph corresponding to FIG. 1A1 is illustrated in FIG. The active material particles 110 shown in FIG. 1 (A1) are untreated, and when the secondary battery is produced as it is for the positive electrode active material layer and the cycle characteristics are measured, the deterioration proceeds and the metal element M1, for example, cobalt Precipitates in the negative electrode and separator.

図1(A1)に示す活物質粒子110の表面、特にクラックからのコバルトまたは酸素の溶出を防ぐために、金属元素M2を有する材料で被覆し、酸素を含む雰囲気中で、高い温度(600℃以上1000℃以下)で加熱処理をする。加熱処理については、アニールといってもよい。金属元素M2としては、II価及びIV価の一方または両方の金属を適用する。具体的には、マグネシウム、カルシウム、シリコン、及びチタンの一以上を適用することができる。また被覆の方法としては、金属元素M2のアルコキシドを用いたゾルゲル法を適用することができる。 In order to prevent elution of cobalt or oxygen from the surfaces of active material particles 110 shown in FIG. 1A1, particularly from cracks, a high temperature (600 ° C. or higher) is applied in an oxygen-containing atmosphere. Heat treatment at 1000 ° C. or lower). The heat treatment may be referred to as annealing. As the metal element M2, one or both metals of II value and IV value are applied. Specifically, one or more of magnesium, calcium, silicon, and titanium can be applied. As a coating method, a sol-gel method using an alkoxide of the metal element M2 can be applied.

金属元素M2としてTiを適用する場合、Tiアルコキシドを用いたゾルゲル法を行った後、酸素を含む雰囲気中で高い温度(600℃以上1000℃以下)で加熱処理をする。Tiアルコキシドを用いたゾルゲル法とともに加熱処理を行うことで、II価及びIV価の一方または両方の金属元素M2を表面近傍に移動させ、コバルトまたは酸素の溶出を防ぐ構造とする。さらに、Tiを用いたゾルゲル法の後に加熱処理を行うことで、活物質粒子の表面を滑らかにさせ、表面積を減らし、安定な状態とすることができる。 In the case of applying Ti as the metal element M2, after performing a sol-gel method using a Ti alkoxide, heat treatment is performed at a high temperature (600 ° C. to 1000 ° C.) in an atmosphere containing oxygen. By performing heat treatment together with a sol-gel method using Ti alkoxide, one or both of the metal elements M2 having a valence of II and IV are moved to the vicinity of the surface to prevent elution of cobalt or oxygen. Furthermore, by performing heat treatment after the sol-gel method using Ti, the surface of the active material particles can be smoothed, the surface area can be reduced, and a stable state can be achieved.

ゾルゲル法において、活物質粒子110のクラックに金属元素M2のアルコキシドなどが侵入し、加熱処理により、クラックを修復する。加熱処理の温度が低いとクラックが修復されにくく、加熱温度が高すぎると酸素欠損が多く形成されて、正極活物質としての機能を損なう結果となる。また、加熱温度が高すぎるとリチウムの蒸発も懸念される。 In the sol-gel method, an alkoxide of the metal element M2 or the like enters a crack in the active material particle 110, and the crack is repaired by heat treatment. If the temperature of the heat treatment is low, cracks are difficult to repair, and if the temperature is too high, many oxygen vacancies are formed, resulting in a loss of function as the positive electrode active material. Further, if the heating temperature is too high, lithium may be evaporated.

リチウム、金属元素M1および酸素を含む複合酸化物の粒子、たとえばリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)は、粒子中に酸素欠損を有するために物質移動が特に促進されやすい。そのため、ゾルゲル法により被覆される酸化チタンがクラックを修復しやすい。酸化チタン及びLiCoOと反応して得られたチタン化合物は導電性があり、リチウムの拡散も妨げないため、好適である。同様に不定比酸化物となる金属のアルコキシドや、有機酸の金属塩水溶液を用いて被覆すると、電気伝導性とリチウムイオン伝導性があるので好ましい。 In the case of composite oxide particles containing lithium, the metal element M1, and oxygen, for example, lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), the mass transfer is particularly facilitated because the particles have oxygen vacancies. Therefore, titanium oxide coated by the sol-gel method is easy to repair cracks. A titanium compound obtained by reacting with titanium oxide and LiCoO 2 is preferable because it has conductivity and does not prevent lithium diffusion. Similarly, coating with a metal alkoxide that becomes a non-stoichiometric oxide or an aqueous metal salt solution of an organic acid is preferable because of electrical conductivity and lithium ion conductivity.

粒子端部の小さなクラックであっても、応力集中によって大きなクラックの原因になるため、小さなクラックの修復も行われるゾルゲル法及び加熱処理は重要である。 Even a small crack at the end of the particle causes a large crack due to stress concentration. Therefore, the sol-gel method and heat treatment in which the small crack is also repaired are important.

処理後の活物質粒子100の斜視図を図1(B1)に示す。また、処理後の活物質粒子を点線150で断面を切った場合の断面図を図1(B2)に示す。 A perspective view of the active material particles 100 after treatment is shown in FIG. Further, FIG. 1B2 shows a cross-sectional view of the processed active material particles when the cross-section is cut along a dotted line 150.

図1(B2)に示すように処理後はクラックが消失し、結晶子が部分的に成長して、活物質粒子内の結晶子の数が少なくなる。 As shown in FIG. 1 (B2), the cracks disappear after the treatment, the crystallites partially grow, and the number of crystallites in the active material particles decreases.

図2は、処理前後での活物質粒子内の結晶子の変化のモデル図の一例を示している。図2では4種類の例を示している。 FIG. 2 shows an example of a model diagram of changes in crystallites in the active material particles before and after the treatment. FIG. 2 shows four types of examples.

処理による結晶子の変化にはいくつかのパターンが考えられる。図2を用いて、結晶子の変化の例を説明する。 There are several possible patterns of crystallite changes due to treatment. An example of the change of the crystallite will be described with reference to FIG.

まず図2(A1)は、粒子110において、異なる結晶子の間にクラック105が生じている例である。図2(A2)は、図2(A1)の粒子110に上述の処理を行った後の粒子100である。処理を行うことで、クラック105が修復され、異なる結晶子が1つの結晶子になる場合が考えられる。 First, FIG. 2A1 illustrates an example in which cracks 105 are generated between different crystallites in the particle 110. FIG. 2A2 illustrates the particle 100 after the above-described treatment is performed on the particle 110 illustrated in FIG. By performing the treatment, the crack 105 is repaired, and different crystallites may become one crystallite.

次に図2(B1)は、粒子110において、1つの結晶子に多数の小さなクラック105が生じている例である。図2(B2)は、図2(B1)の粒子110に上述の処理を行った後の粒子100である。処理を行うことで、多数のクラック105が修復され、欠陥のない結晶子になる場合が考えられる。 Next, FIG. 2B1 is an example in which a large number of small cracks 105 are generated in one crystallite in the particle 110. FIG. 2B2 shows the particle 100 after the above-described treatment is performed on the particle 110 in FIG. By performing the treatment, it is conceivable that a large number of cracks 105 are repaired and crystallites without defects are formed.

次に図2(C1)は、粒子110において、1つの結晶子にクラック105が生じている例である。図2(C2)は、図2(C1)の粒子110に上述の処理を行った後の粒子100である。処理を行うことで、クラック105が修復され、欠陥のない結晶子になる場合が考えられる。 Next, FIG. 2C1 illustrates an example in which a crack 105 is generated in one crystallite in the particle 110. FIG. 2C2 illustrates the particle 100 after the above-described treatment is performed on the particle 110 illustrated in FIG. By performing the treatment, the crack 105 may be repaired and become a crystallite having no defect.

次に図2(D1)は、粒子110において、隣り合う結晶子の結晶軸が異なっている例である。図2(D2)は、図2(D1)の粒子110に上述の処理を行った後の粒子100である。処理を行うことで、隣り合う結晶子が一つの結晶子になる場合が考えられる。ただし、隣り合う結晶子について、酸素の立方最密充填構造は一致していることが好ましい。 Next, FIG. 2D1 illustrates an example in which the crystal axes of adjacent crystallites in the particle 110 are different. FIG. 2D2 illustrates the particle 100 after the above-described treatment is performed on the particle 110 illustrated in FIG. It can be considered that adjacent crystallites become one crystallite by performing the treatment. However, it is preferable that adjacent crystallites have the same cubic close-packed structure of oxygen.

また、加熱処理により、外側の第2の領域に酸化マグネシウム(MgO(0<X))、酸化カルシウム(CaO(0<X))、酸化シリコン(SiO(0<X))などが偏析する。このような構成となることで、クラックが生じにくく、活物質粒子内のコバルトまたは酸素が電解液に流出しない。 In addition, magnesium oxide (MgO X (0 <X)), calcium oxide (CaO X (0 <X)), silicon oxide (SiO X (0 <X)), or the like is formed in the second region outside by heat treatment. Segregate. With such a configuration, cracks are unlikely to occur, and cobalt or oxygen in the active material particles does not flow into the electrolyte.

なお、処理後の複数の活物質粒子のSEM写真を図3(B)に示す。 In addition, the SEM photograph of the several active material particle after a process is shown in FIG.3 (B).

処理後の活物質粒子100はクラックや欠陥の数を少なくしてコバルト及び酸素が電解液に溶出しない構造となっており、活物質粒子内の結晶構造の安定性が向上するため、充放電サイクル特性がより向上する。また、処理後の活物質粒子100は新規な物質であり、新規な正極活物質とも呼べる。 The treated active material particle 100 has a structure in which the number of cracks and defects is reduced so that cobalt and oxygen do not elute into the electrolyte, and the stability of the crystal structure in the active material particle is improved. The characteristics are further improved. Further, the treated active material particles 100 are a new material and can be called a new positive electrode active material.

処理後の活物質粒子100を正極活物質層に用いることで、安全性又は信頼性の高い二次電池を提供することができる。 By using the treated active material particles 100 for the positive electrode active material layer, a secondary battery with high safety or reliability can be provided.

(実施の形態2)
実施の形態1に示したクラックを有する活物質粒子110を被覆する方法としては、ゾルゲル法をはじめとする液相法、固相法、スパッタリング法、蒸着法、CVD(化学気相成長)法、PLD(パルスレーザデポジション)法等の方法を適用することができる。
(Embodiment 2)
As a method for coating the active material particles 110 having cracks described in Embodiment 1, a liquid phase method including a sol-gel method, a solid phase method, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD (chemical vapor deposition) method, A method such as a PLD (pulse laser deposition) method can be applied.

本実施の形態では、均一な被覆が期待でき、大気圧で処理が可能なゾルゲル法を適用することとする。その作製方法を図4、図5、及び図6を用いて説明する。 In this embodiment mode, a sol-gel method that can be expected to be uniformly coated and can be processed at atmospheric pressure is applied. A manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6.

<ゾルゲル法>
まず、金属元素M2のアルコキシドをアルコールに溶解する。金属元素M2のアルコキシドの金属としては、上述のII価及びIV価の一方または両方の金属、具体的には、マグネシウム、カルシウム、シリコン、及びチタンを用いることができる。さらに、M2としてアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素伊以外の典型金属元素、遷移金属元素等、様々な元素を用いてもよい。
<Sol-gel method>
First, the alkoxide of the metal element M2 is dissolved in alcohol. As the metal of the alkoxide of the metal element M2, one or both of the above-described II-valent and IV-valent metals, specifically, magnesium, calcium, silicon, and titanium can be used. Furthermore, as M2, various elements such as an alkali metal element, an alkaline earth metal element, an alkali metal element and a typical metal element other than the alkaline earth metal element Italy, and a transition metal element may be used.

アルカリ金属元素としては、Li、Na、K、Rb、Cs、Frが挙げられ、アルカリ土類金属元素としては、Be、Mg、Ca、Sr,Ba、Raが挙げられ、アルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素伊以外の典型金属元素としては、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co,Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta,W,Re、Os、Ir、Pt,Auが挙げられ、遷移金属元素としては、Al、Zn、Ga、Ge,Cd,In、Sn,Sb,Hg,TI、Pb,Bi、Poが挙げられる。 Examples of the alkali metal element include Li, Na, K, Rb, Cs, and Fr. Examples of the alkaline earth metal element include Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra. The alkali metal element and the alkaline earth element. Typical metal elements other than the similar metal element Italy include Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, and Au are listed, and transition metal elements include Al, Zn, Ga, Ge, Cd, In, Sn, Sb, Hg, TI, Pb, Bi, and Po. It is done.

図4(A−1)に、金属元素M2のアルコキシドの一般式を示す。図4(A−1)の式中、M2はIV価の金属元素を表し、Rは同じでもよく、異なっていてもよい。Rはそれぞれ独立に、炭素数が1乃至18のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数が6乃至13のアリール基を示す。該炭素数が1乃至18のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基等の直鎖アルキル基やイソプロピル基、イソブチル基、t−ブチル基等の分岐鎖アルキル基が挙げられ、該炭素数が6乃至13のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例として挙げることができる。なお、Rは上記に限定されない。 FIG. 4A-1 illustrates a general formula of the alkoxide of the metal element M2. In the formula of FIG. 4A-1, M2 represents an IV valent metal element, and R may be the same or different. Each R independently represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 13 carbon atoms. Examples of the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms include a straight chain alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a dodecyl group, an octadecyl group, an isopropyl group, an isobutyl group, t Specific examples of the aryl group having 6 to 13 carbon atoms include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, and a fluorenyl group. Note that R is not limited to the above.

図4(A−2)に、図4(A−1)中、M2にチタンを用いた、チタンアルコキシドの一般式を示す。チタンアルコキシド具体例として、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラ−n−プロポキシチタン、テトラ−i−プロポキシチタン(図4中(A−3))(オルトチタン酸テトライソプロピル、チタンイソプロポキシド、Titanium tetraisopropoxide、TTIP等と表記することもある)、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラ−i−ブトキシチタン、テトラ−sec−ブトキシチタン、テトラ−t−ブトキシチタン等を挙げることができる。 FIG. 4A-2 shows a general formula of titanium alkoxide using titanium as M2 in FIG. 4A-1. Specific examples of titanium alkoxide include tetramethoxy titanium, tetraethoxy titanium, tetra-n-propoxy titanium, tetra-i-propoxy titanium ((A-3) in FIG. 4) (tetraisopropyl orthotitanate, titanium isopropoxide, Titanium). and tetra-n-butoxy titanium, tetra-i-butoxy titanium, tetra-sec-butoxy titanium, tetra-t-butoxy titanium, and the like.

金属元素M2のアルコキシドを溶解させる溶媒としてはアルコール類が好ましく、1級アルコールまたは2級アルコール類は上記金属アルコキシドの溶解性が高く特に好ましい。例えばメタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、ブタノール、2−ブタノール等を用いることができる。 As the solvent for dissolving the alkoxide of the metal element M2, alcohols are preferable, and primary alcohols or secondary alcohols are particularly preferable because of high solubility of the metal alkoxide. For example, methanol, ethanol, propanol, 2-propanol, butanol, 2-butanol and the like can be used.

次に金属元素M2のアルコキシドのアルコール溶液に、リチウムと金属元素M1を含む複合酸化物の粒子(実施の形態1に示した活物質粒子110)を加え、攪拌する。ここに水(HO)を加えることで、図4(B)のように水とチタンアルコキシドの加水分解反応が生じる。同時に触媒として、酸または塩基を加えても良い。また、金属元素M2のアルコキシドのアルコール溶液を、水を含む雰囲気中に置き、攪拌することでも同様の加水分解反応が生じる。 Next, composite oxide particles (active material particles 110 shown in Embodiment Mode 1) containing lithium and the metal element M1 are added to an alcohol solution of the alkoxide of the metal element M2, and stirred. By adding water (H 2 O) here, hydrolysis reaction of water and titanium alkoxide occurs as shown in FIG. At the same time, an acid or a base may be added as a catalyst. Further, a similar hydrolysis reaction occurs when an alcohol solution of the alkoxide of the metal element M2 is placed in an atmosphere containing water and stirred.

また、図4(B)の加水分解反応に続いて、図4(C)の脱水縮合反応が生じる。図4(B)に示す加水分解と図4(C)に示す縮合反応が繰り返し生じることで、金属元素M2の酸化物のゾルが生じ、さらに反応を進行させることによって、金属元素M2の酸化物のゲルを生じる。 Further, following the hydrolysis reaction of FIG. 4B, a dehydration condensation reaction of FIG. 4C occurs. By repeating the hydrolysis shown in FIG. 4B and the condensation reaction shown in FIG. 4C, a sol of the oxide of the metal element M2 is generated, and further the reaction proceeds, whereby the oxide of the metal element M2 is produced. Yields a gel.

ここで、リチウムと金属元素M1を含む複合酸化物の粒子表面には、水酸基(OH基)が存在することが知られている。図4(D−1)及び図4(D−2)に示すようにリチウムと金属元素M1を含む複合酸化物の粒子表面の水酸基が、図4(B)で示した金属元素M2のアルコキシドから加水分解により生じた金属(M2)が有する水酸基と、図4(C)に示す脱水縮合反応を起こすことで、金属(M1)酸化物を含む粒子上にM1と異なる金属(M2)の酸化物を含むゾルまたはゲルを形成される。 Here, it is known that a hydroxyl group (OH group) exists on the particle surface of the composite oxide containing lithium and the metal element M1. As shown in FIGS. 4D-1 and 4D-2, the hydroxyl group on the particle surface of the composite oxide containing lithium and the metal element M1 is changed from the alkoxide of the metal element M2 shown in FIG. An oxide of a metal (M2) different from M1 on particles containing the metal (M1) oxide by causing a dehydration condensation reaction shown in FIG. 4C with the hydroxyl group of the metal (M2) generated by hydrolysis. A sol or gel containing is formed.

その後、ろ過により粒子111を回収し、溶媒を除去することで、金属元素M2を有する材料を、リチウムおよび金属元素M1を有する複合酸化物の粒子上に被覆することができる。 Thereafter, the particles 111 are collected by filtration and the solvent is removed, whereby the material having the metal element M2 can be coated on the composite oxide particles having the lithium and the metal element M1.

次により具体的に、粒子111にゾルゲル法を用いてチタン酸化物を被覆し、その後に活物質粒子100を得る方法を図5及び図6を用いて説明する。 More specifically, a method of coating the particles 111 with titanium oxide using a sol-gel method and then obtaining the active material particles 100 will be described with reference to FIGS.

<金属アルコキシド溶液と粒子111の混合(図6中、S14)>
まず、イソプロパノール170にTTIP171を溶解させ、そこに粒子111を混合する(図5(A)参照)。
<Mixing of Metal Alkoxide Solution and Particle 111 (S14 in FIG. 6)>
First, TTIP171 is dissolved in isopropanol 170, and the particles 111 are mixed therein (see FIG. 5A).

<ゾルゲル法による粒子111へのチタン酸化物の被覆(図6中、S15)>
図5(A)で示した溶液を25℃、湿度90%RHの条件下で4時間攪拌する。この処理により、雰囲気中の水とTTIP、及び粒子111表面上で生じる、加水分解および脱水重縮合反応を利用し、TiOゾル172で粒子111を被覆する(図5(B)参照)。さらに反応を進行させ、粒子表面にTiOゲルを生成させる。
<Coating of Particle 111 with Titanium Oxide by Sol-Gel Method (S15 in FIG. 6)>
The solution shown in FIG. 5 (A) is stirred for 4 hours under conditions of 25 ° C. and humidity 90% RH. By this treatment, the particles 111 are coated with the TiO x sol 172 by utilizing hydrolysis and dehydration polycondensation reactions that occur on the surface of the particles 111 with water and TTIP in the atmosphere (see FIG. 5B). The reaction further proceeds to generate a TiO x gel on the particle surface.

<TiOゲル被覆された粒子111の回収(図6中、S16)>
図6中、S15の処理を終えた混合液をろ過し、残渣を回収する。
<Recovery of Particle 111 Covered with TiO x Gel (S16 in FIG. 6)>
In FIG. 6, the mixed solution after the processing of S <b> 15 is filtered to collect the residue.

<TiOxゲルの乾燥(図6中、S17)>
図6中、S16の処理で回収した残渣を70℃で1時間、真空乾燥し、粉末を得る。ここで、粒子111上はTi酸化物を含む乾燥ゲル173で被覆されている(図5(C)参照)。
<Drying of TiOx gel (S17 in FIG. 6)>
In FIG. 6, the residue collected by the process of S16 is vacuum-dried at 70 ° C. for 1 hour to obtain a powder. Here, the particles 111 are covered with a dry gel 173 containing a Ti oxide (see FIG. 5C).

<TiOxゲルの乾燥(図6中、S18)>
図6中、S17の処理で得た粉末を、800℃(昇温200℃/時間)、保持時間2時間、酸素を含む雰囲気の流量を10L/minの条件で加熱し、活物質粒子100を得る(図5(D)参照)。
<Drying of TiOx gel (S18 in FIG. 6)>
In FIG. 6, the powder obtained by the process of S17 is heated at 800 ° C. (temperature increase 200 ° C./hour), holding time 2 hours, and the flow rate of the atmosphere containing oxygen is 10 L / min. Obtained (see FIG. 5D).

本実施の形態では、金属元素M2のアルコキシドとしてチタンアルコキシドを用いる例を示したが特に限定されず、他の金属アルコキシドを用いてもよい。また、加熱条件も特に限定されず、昇温条件や加熱処理の回数も複数行ってもよい。また、加熱後の徐冷条件も特に限定されず、降温条件も適宜調節すればよい。 In this embodiment, an example in which a titanium alkoxide is used as the alkoxide of the metal element M2 has been described, but the present invention is not particularly limited, and another metal alkoxide may be used. Further, the heating conditions are not particularly limited, and a plurality of temperature raising conditions and heat treatment times may be performed. Moreover, the slow cooling conditions after heating are not particularly limited, and the temperature lowering conditions may be adjusted as appropriate.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。 Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した正極活物質として機能する活物質粒子100を有する二次電池の形状の例について説明する。本実施の形態で説明する二次電池に用いる材料は、先の実施の形態の記載を参酌することができる。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of the shape of a secondary battery including the active material particles 100 functioning as the positive electrode active material described in the above embodiment will be described. The description of the above embodiment can be referred to for materials used for the secondary battery described in this embodiment.

[コイン型二次電池]
まずコイン型の二次電池の一例について説明する。図7(A)はコイン型(単層偏平型)の二次電池の外観図であり、図7(B)は、その断面図である。
[Coin-type secondary battery]
First, an example of a coin-type secondary battery will be described. FIG. 7A is an external view of a coin-type (single-layer flat type) secondary battery, and FIG. 7B is a cross-sectional view thereof.

コイン型の二次電池300は、正極端子を兼ねた正極缶301と負極端子を兼ねた負極缶302とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット303で絶縁シールされている。正極304は、正極集電体305と、これと接するように設けられた正極活物質層306により形成される。また、負極307は、負極集電体308と、これに接するように設けられた負極活物質層309により形成される。 In the coin-type secondary battery 300, a positive electrode can 301 also serving as a positive electrode terminal and a negative electrode can 302 also serving as a negative electrode terminal are insulated and sealed with a gasket 303 formed of polypropylene or the like. The positive electrode 304 is formed by a positive electrode current collector 305 and a positive electrode active material layer 306 provided so as to be in contact therewith. The negative electrode 307 is formed of a negative electrode current collector 308 and a negative electrode active material layer 309 provided so as to be in contact therewith.

なお、コイン型の二次電池300に用いる正極304および負極307は、それぞれ活物質層は片面のみに形成すればよい。 Note that each of the positive electrode 304 and the negative electrode 307 used in the coin-type secondary battery 300 may have an active material layer formed only on one side.

正極缶301、負極缶302には、電解液に対して耐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えばステンレス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。正極缶301は正極304と、負極缶302は負極307とそれぞれ電気的に接続する。 For the positive electrode can 301 and the negative electrode can 302, a metal such as nickel, aluminum, titanium, or the like having corrosion resistance to the electrolytic solution, or an alloy thereof or an alloy of these with another metal (for example, stainless steel) is used. it can. In order to prevent corrosion due to the electrolytic solution, it is preferable to coat nickel, aluminum, or the like. The positive electrode can 301 and the negative electrode can 302 are electrically connected to the positive electrode 304 and the negative electrode 307, respectively.

これら負極307、正極304およびセパレータ310を電解質に含浸させ、図7(B)に示すように、正極缶301を下にして正極304、セパレータ310、負極307、負極缶302をこの順で積層し、正極缶301と負極缶302とをガスケット303を介して圧着してコイン形の二次電池300を製造する。 The negative electrode 307, the positive electrode 304, and the separator 310 are impregnated in an electrolyte, and the positive electrode 304, the separator 310, the negative electrode 307, and the negative electrode can 302 are laminated in this order with the positive electrode can 301 facing down, as shown in FIG. 7B. Then, the positive electrode can 301 and the negative electrode can 302 are pressure-bonded via a gasket 303 to manufacture a coin-shaped secondary battery 300.

正極304に、先の実施の形態で説明した正極活物質として機能する活物質粒子100を用いることで、サイクル特性に優れたコイン型の二次電池300とすることができる。 By using the active material particles 100 functioning as the positive electrode active material described in the above embodiment for the positive electrode 304, the coin-type secondary battery 300 having excellent cycle characteristics can be obtained.

ここで図7(C)を用いて二次電池の充電時の電流の流れを説明する。リチウムを用いた二次電池を一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向きになる。なお、リチウムを用いた二次電池では、充電と放電でアノード(陽極)とカソード(陰極)が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応電位が高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書においては、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても、充電電流を流す場合であっても、正極は「正極」または「+極(プラス極)」と呼び、負極は「負極」または「−極(マイナス極)」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連したアノード(陽極)やカソード(陰極)という用語を用いると、充電時と放電時とでは、逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード(陽極)やカソード(陰極)という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード(陽極)やカソード(陰極)という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正極(プラス極)と負極(マイナス極)のどちらに対応するものかも併記することとする。 Here, the flow of current when the secondary battery is charged will be described with reference to FIG. When a secondary battery using lithium is regarded as one closed circuit, the movement of lithium ions and the flow of current are in the same direction. In addition, in the secondary battery using lithium, the anode (anode) and the cathode (cathode) are interchanged by charging and discharging, and the oxidation reaction and the reduction reaction are interchanged. Therefore, the electrode having a high reaction potential is called the positive electrode. An electrode having a low reaction potential is called a negative electrode. Therefore, in the present specification, the positive electrode is referred to as “positive electrode” or “whether the battery is being charged, discharged, a reverse pulse current is applied, or a charge current is applied. The positive electrode is referred to as a “positive electrode”, and the negative electrode is referred to as a “negative electrode” or a “− electrode (negative electrode)”. If the terms anode (anode) and cathode (cathode) related to the oxidation reaction or reduction reaction are used, the charge and discharge are reversed, which may cause confusion. Therefore, the terms anode (anode) and cathode (cathode) are not used in this specification. If the terms anode (anode) or cathode (cathode) are used, specify whether charging or discharging, and indicate whether it corresponds to the positive electrode (positive electrode) or the negative electrode (negative electrode). To do.

図7(C)に示す2つの端子には充電器が接続され、二次電池300が充電される。二次電池300の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図7(F)では、二次電池300の外部の端子から、正極304の方へ流れ、二次電池300の中において、正極304から負極集電体308の方へ流れ、負極から二次電池300の外部の端子の方へ流れる電流の向きを正の向きとしている。つまり、充電電流の流れる向きを電流の向きとしている。 A charger is connected to the two terminals illustrated in FIG. 7C, and the secondary battery 300 is charged. As charging of the secondary battery 300 proceeds, the potential difference between the electrodes increases. In FIG. 7F, the secondary battery 300 flows from an external terminal toward the positive electrode 304, and in the secondary battery 300, flows from the positive electrode 304 toward the negative electrode current collector 308, and from the negative electrode to the secondary battery. The direction of current flowing toward the external terminal 300 is a positive direction. That is, the direction in which the charging current flows is the current direction.

[充放電方法]
二次電池の充放電は、たとえば下記のように行うことができる。
[Charging / discharging method]
The secondary battery can be charged and discharged as follows, for example.

≪CC充電≫
まず、充電方法の1つとしてCC充電について説明する。CC充電は、充電期間のすべてで一定の電流を二次電池に流し、所定の電圧になったときに充電を停止する充電方法である。二次電池を、図8(A)に示すように内部抵抗Rと二次電池容量Cの等価回路と仮定する。この場合、二次電池電圧Vは、内部抵抗Rにかかる電圧Vと二次電池容量Cにかかる電圧Vの和である。
≪CC charge≫
First, CC charging will be described as one of charging methods. CC charging is a charging method in which a constant current is supplied to the secondary battery throughout the charging period and charging is stopped when a predetermined voltage is reached. The secondary battery is assumed to be an equivalent circuit of an internal resistance R and a secondary battery capacity C as shown in FIG. In this case, the secondary battery voltage V B is the sum of the voltage V C applied to the voltage V R and the secondary battery capacity C according to the internal resistance R.

CC充電を行っている間は、図8(A)に示すように、スイッチがオンになり、一定の電流Iが二次電池に流れる。この間、電流Iが一定であるため、V=R×Iのオームの法則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一定である。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。 During the CC charging, as shown in FIG. 8A, the switch is turned on, and a constant current I flows through the secondary battery. During this time, since a current I is constant, the Ohm's law V R = R × I, a voltage V R is also constant according to the internal resistance R. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with time. Therefore, the secondary battery voltage V B increases with time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.3Vになったときに、充電を停止する。CC充電を停止すると、図8(B)に示すように、スイッチがオフになり、電流I=0となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとなる。そのため、内部抵抗Rでの電圧降下がなくなった分、二次電池電圧Vが下降する。 And when the secondary battery voltage V B is has reached a predetermined voltage, for example 4.3 V, to stop the charging. When the CC charging is stopped, as shown in FIG. 8B, the switch is turned off and the current I = 0. Therefore, the voltage V R applied to the internal resistance R becomes 0V. Therefore, the partial voltage drop at the internal resistance R is exhausted, the secondary battery voltage V B falls.

CC充電を行っている間と、CC充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充電電流の例を図8(C)に示す。CC充電を行っている間は上昇していた二次電池電圧Vが、CC充電を停止してから若干低下する様子が示されている。 FIG. 8C shows an example of the secondary battery voltage V B and the charging current during the CC charging and after the CC charging is stopped. Battery voltage V B between the had risen doing the CC charging, how to decrease slightly after stopping the CC charging is shown.

≪CCCV充電≫
次に、上記と異なる充電方法であるCCCV充電について説明する。CCCV充電は、まずCC充電にて所定の電圧まで充電を行い、その後CV(定電圧)充電にて流れる電流が少なくなるまで、具体的には終止電流値になるまで充電を行う充電方法である。
≪CCCV charge≫
Next, CCCV charging, which is a charging method different from the above, will be described. CCCV charging is a charging method in which charging is first performed up to a predetermined voltage by CC charging, and then charging is performed until the current flowing through CV (constant voltage) charging is reduced, specifically until the end current value is reached. .

CC充電を行っている間は、図9(A)に示すように、定電流電源のスイッチがオン、定電圧電源のスイッチがオフになり、一定の電流Iが二次電池に流れる。この間、電流Iが一定であるため、V=R×Iのオームの法則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一定である。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。 During CC charging, as shown in FIG. 9A, the constant current power source switch is turned on, the constant voltage power source switch is turned off, and a constant current I flows through the secondary battery. During this time, since a current I is constant, the Ohm's law V R = R × I, a voltage V R is also constant according to the internal resistance R. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with time. Therefore, the secondary battery voltage V B increases with time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.3Vになったときに、CC充電からCV充電に切り替える。CV充電を行っている間は、図9(B)に示すように、定電圧電源のスイッチがオン、定電流電源のスイッチがオフになり、二次電池電圧Vが一定となる。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。V=V+Vであるため、内部抵抗Rにかかる電圧Vは、時間の経過とともに小さくなる。内部抵抗Rにかかる電圧Vが小さくなるに従い、V=R×Iのオームの法則により、二次電池に流れる電流Iも小さくなる。 And when the secondary battery voltage V B is has reached a predetermined voltage, for example 4.3 V, switching from CC charging to CV charging. During the CV charging, as shown in FIG. 9B, the constant voltage power source switch is turned on, the constant current power source switch is turned off, and the secondary battery voltage V B becomes constant. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with time. Because it is V B = V R + V C , the voltage V R applied to the internal resistance R becomes smaller with time. According voltage V R becomes smaller according to the internal resistance R, by Ohm's law of V R = R × I, also decreases the current I flowing through the secondary battery.

そして二次電池に流れる電流Iが所定の電流、例えば0.01C相当の電流となったとき、充電を停止する。CCCV充電を停止すると、図9(C)に示すように、全てのスイッチがオフになり、電流I=0となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとなる。しかし、CV充電により内部抵抗Rにかかる電圧Vが十分に小さくなっているため、内部抵抗Rでの電圧降下がなくなっても、二次電池電圧Vはほとんど降下しない。 When the current I flowing through the secondary battery becomes a predetermined current, for example, a current corresponding to 0.01 C, charging is stopped. When the CCCV charging is stopped, as shown in FIG. 9C, all the switches are turned off and the current I = 0. Therefore, the voltage V R applied to the internal resistance R becomes 0V. However, since the voltage V R applied to the internal resistance R by CV charging is sufficiently small, even run out of the voltage drop at the internal resistance R, the secondary battery voltage V B is hardly lowered.

CCCV充電を行っている間と、CCCV充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充電電流の例を図9(D)に示す。CCCV充電を停止しても、二次電池電圧Vがほとんど降下しない様子が示されている。 FIG. 9D shows an example of the secondary battery voltage V B and the charging current during the CCCV charging and after the CCCV charging is stopped. It is shown that the secondary battery voltage V B hardly decreases even when CCCV charging is stopped.

≪CC放電≫
次に、放電方法の1つであるCC放電について説明する。CC放電は、放電期間のすべてで一定の電流を二次電池から流し、二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば2.5Vになったときに放電を停止する放電方法である。
≪CC discharge≫
Next, CC discharge which is one of the discharge methods will be described. CC discharge, constant current in all the discharge period flowed from the secondary battery, a discharge process for stopping the discharge when the secondary battery voltage V B is has reached a predetermined voltage, for example 2.5V.

CC放電を行っている間の二次電池電圧Vと放電電流の例を図10に示す。放電が進むに従い、二次電池電圧Vが降下していく様子が示されている。 An example of the secondary battery voltage V B and the discharge current during CC discharge is shown in FIG. According discharge proceeds, the secondary battery voltage V B is shown to continue to drop.

次に、放電レート及び充電レートについて説明する。放電レートとは、電池容量に対する放電時の電流の相対的な比率であり、単位Cで表される。定格容量X(Ah)の電池において、1C相当の電流は、X(A)である。2X(A)の電流で放電させた場合は、2Cで放電させたといい、X/5(A)の電流で放電させた場合は、0.2Cで放電させたという。また、充電レートも同様であり、2X(A)の電流で充電させた場合は、2Cで充電させたといい、X/5(A)の電流で充電させた場合は、0.2Cで充電させたという。 Next, the discharge rate and the charge rate will be described. The discharge rate is the relative ratio of the current during discharge to the battery capacity, and is expressed in units C. In a battery with a rated capacity X (Ah), the current corresponding to 1 C is X (A). When discharged at a current of 2X (A), it is said that it was discharged at 2C, and when discharged at a current of X / 5 (A), it was discharged at 0.2C. The charging rate is also the same. When charging with a current of 2X (A), it is said to be charged at 2C. When charging with a current of X / 5 (A), it is charged at 0.2C. It was said.

(実施の形態4)
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した正極活物質として機能する活物質粒子100を有する二次電池に用いることのできる材料の例について説明する。本実施の形態では、正極、負極および電解液が、外装体に包まれている二次電池を例にとって説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, examples of materials that can be used for the secondary battery including the active material particles 100 functioning as the positive electrode active material described in the above embodiment will be described. In this embodiment, a secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution are wrapped in an exterior body will be described as an example.

[正極]
正極は、正極活物質層および正極集電体を有する。
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector.

<正極活物質層>
正極活物質層は、正極活物質を有する。また、正極活物質層は、導電助剤およびバインダを有していてもよい。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer has a positive electrode active material. Moreover, the positive electrode active material layer may have a conductive support agent and a binder.

正極活物質としては、先の実施の形態で説明した正極活物質として機能する活物質粒子100を用いることができる。先の実施の形態で説明した正極活物質として機能する活物質粒子100を用いることで、高容量でサイクル特性に優れた二次電池とすることができる。 As the positive electrode active material, the active material particles 100 functioning as the positive electrode active material described in the above embodiment can be used. By using the active material particles 100 functioning as the positive electrode active material described in the above embodiment, a secondary battery with high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

導電助剤としては、炭素材料、金属材料、又は導電性セラミックス材料等を用いることができる。また、導電助剤として繊維状の材料を用いてもよい。活物質層の総量に対する導電助剤の含有量は、1wt%以上10wt%以下が好ましく、1wt%以上5wt%以下がより好ましい。 As the conductive assistant, a carbon material, a metal material, a conductive ceramic material, or the like can be used. Moreover, you may use a fibrous material as a conductive support agent. The content of the conductive additive relative to the total amount of the active material layer is preferably 1 wt% or more and 10 wt% or less, and more preferably 1 wt% or more and 5 wt% or less.

導電助剤により、活物質層中に電気伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤により、正極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。活物質層中に導電助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する活物質層を実現することができる。 An electrically conductive network can be formed in the active material layer by the conductive assistant. The conductive auxiliary agent can maintain the electric conduction path between the positive electrode active materials. By adding a conductive additive in the active material layer, an active material layer having high electrical conductivity can be realized.

導電助剤としては、例えば天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛、炭素繊維などを用いることができる。炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどを用いることができる。カーボンナノチューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。また、導電助剤として、例えばカーボンブラック(アセチレンブラック(AB)など)、グラファイト(黒鉛)粒子、グラフェン、フラーレンなどの炭素材料を用いることができる。また、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などの金属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等を用いることができる。 As the conductive assistant, for example, artificial graphite such as natural graphite or mesocarbon microbeads, carbon fiber, or the like can be used. As the carbon fibers, for example, carbon fibers such as mesophase pitch-based carbon fibers and isotropic pitch-based carbon fibers can be used. Moreover, carbon nanofiber, a carbon nanotube, etc. can be used as carbon fiber. Carbon nanotubes can be produced by, for example, a vapor phase growth method. In addition, as the conductive auxiliary agent, for example, carbon materials such as carbon black (acetylene black (AB), etc.), graphite (graphite) particles, graphene, fullerene can be used. Further, for example, metal powder such as copper, nickel, aluminum, silver, gold, metal fiber, conductive ceramic material, or the like can be used.

また、導電助剤としてグラフェン化合物を用いてもよい。 Further, a graphene compound may be used as a conductive auxiliary agent.

グラフェン化合物は、高い導電性を有するという優れた電気特性と、高い柔軟性および高い機械的強度を有するという優れた物理特性と、を有する場合がある。また、グラフェン化合物は平面的な形状を有する。グラフェン化合物は、接触抵抗の低い面接触を可能とする。また、薄くても導電性が非常に高い場合があり、少ない量で効率よく活物質層内で導電パスを形成することができる。そのため、グラフェン化合物を導電助剤として用いることにより、活物質と導電助剤との接触面積を増大させることができるため好ましい。また、電気的な抵抗を減少できる場合があるため好ましい。ここでグラフェン化合物として例えば、グラフェンまたはマルチグラフェンまたはreduced Graphene Oxide(以下、RGO)を用いることが特に好ましい。ここで、RGOは例えば、酸化グラフェン(graphene oxide:GO)を還元して得られる化合物を指す。 The graphene compound may have excellent electrical characteristics of having high conductivity and excellent physical characteristics of having high flexibility and high mechanical strength. The graphene compound has a planar shape. The graphene compound enables surface contact with low contact resistance. In addition, even if it is thin, the conductivity may be very high, and a conductive path can be efficiently formed in the active material layer with a small amount. Therefore, it is preferable to use a graphene compound as a conductive auxiliary because the contact area between the active material and the conductive auxiliary can be increased. Moreover, since electrical resistance may be reduced, it is preferable. Here, for example, graphene, multi-graphene, or reduced graphene oxide (hereinafter, RGO) is particularly preferably used as the graphene compound. Here, RGO refers to a compound obtained by reducing graphene oxide (GO), for example.

粒径の小さい活物質、例えば1μm以下の活物質を用いる場合には、活物質の比表面積が大きく、活物質同士を繋ぐ導電パスがより多く必要となる。そのため導電助剤の量が多くなりがちであり、相対的に活物質の担持量が減少してしまう傾向がある。活物質の担持量が減少すると、二次電池の容量が減少してしまう。このような場合には、導電助剤としてグラフェン化合物を用いると、グラフェン化合物は少量でも効率よく導電パスを形成することができるため、活物質の担持量を減らさずに済み、特に好ましい。 When an active material having a small particle size, for example, an active material having a size of 1 μm or less is used, the specific surface area of the active material is large, and more conductive paths are required to connect the active materials. Therefore, the amount of the conductive auxiliary agent tends to increase, and the amount of the active material supported tends to decrease relatively. When the carrying amount of the active material is reduced, the capacity of the secondary battery is reduced. In such a case, it is particularly preferable to use a graphene compound as a conductive additive because the graphene compound can efficiently form a conductive path even in a small amount, so that the amount of active material supported is not reduced.

以下では一例として、活物質層200に、導電助剤としてグラフェン化合物を用いる場合の断面構成例を説明する。 Hereinafter, as an example, a cross-sectional configuration example in the case where a graphene compound is used as the conductive additive for the active material layer 200 will be described.

図11(A)に、活物質層200の縦断面図を示す。活物質層200は、活物質粒子100と、導電助剤としてのグラフェン化合物201と、バインダ(図示せず)と、を含む。ここで、グラフェン化合物201として例えばグラフェンまたはマルチグラフェンを用いればよい。ここで、グラフェン化合物201はシート状の形状を有することが好ましい。また、グラフェン化合物201は、複数のマルチグラフェンまたは複数のグラフェンが部分的に重なりシート状になっていてもよい。またグラフェン化合物201は、複数のマルチグラフェンおよび複数のグラフェンの両方が部分的に重なりシート状になっていてもよい。 FIG. 11A shows a vertical cross-sectional view of the active material layer 200. The active material layer 200 includes active material particles 100, a graphene compound 201 as a conductive auxiliary agent, and a binder (not shown). Here, for example, graphene or multi-graphene may be used as the graphene compound 201. Here, the graphene compound 201 preferably has a sheet shape. Further, the graphene compound 201 may have a sheet shape in which a plurality of multi-graphenes or a plurality of graphenes are partially overlapped. Further, the graphene compound 201 may have a sheet shape in which both a plurality of multi-graphenes and a plurality of graphenes are partially overlapped.

活物質層200の縦断面においては、図11(A)に示すように、活物質層200の内部において概略均一にシート状のグラフェン化合物201が分散する。図11(A)においてはグラフェン化合物201を模式的に太線で表しているが、実際には炭素分子の単層又は多層の厚みを有する薄膜である。複数のグラフェン化合物201は、複数の活物質粒子100を包むように、覆うように、あるいは複数の活物質粒子100の表面上に張り付くように形成されているため、互いに面接触している。 In the longitudinal section of the active material layer 200, as shown in FIG. 11A, the sheet-like graphene compound 201 is dispersed substantially uniformly inside the active material layer 200. In FIG. 11A, the graphene compound 201 is schematically represented by a thick line, but is actually a thin film having a thickness of a single layer or multiple layers of carbon molecules. The plurality of graphene compounds 201 are formed so as to cover, cover, or stick to the surfaces of the plurality of active material particles 100, and thus are in surface contact with each other.

ここで、複数のグラフェン化合物同士が結合することにより、網目状のグラフェン化合物シート(以下グラフェン化合物ネットまたはグラフェンネットと呼ぶ)を形成することができる。活物質をグラフェンネットが被覆する場合に、グラフェンネットは活物質同士を結合するバインダとしても機能することができる。よって、バインダの量を少なくすることができる、又は使用しないことができるため、電極体積や電極重量に占める活物質の比率を向上させることができる。すなわち、二次電池の容量を増加させることができる。 Here, a plurality of graphene compounds are bonded to each other, whereby a network graphene compound sheet (hereinafter referred to as graphene compound net or graphene net) can be formed. In the case where the active material is covered with graphene net, the graphene net can also function as a binder for bonding the active materials to each other. Therefore, since the amount of the binder can be reduced or not used, the ratio of the active material to the electrode volume and the electrode weight can be improved. That is, the capacity of the secondary battery can be increased.

ここで、グラフェン化合物201として酸化グラフェンを用い、活物質と混合して活物質層200となる層を形成後、還元することが好ましい。グラフェン化合物201の形成に、極性溶媒中での分散性が極めて高い酸化グラフェンを用いることにより、グラフェン化合物201を活物質層200の内部において概略均一に分散させることができる。均一に分散した酸化グラフェンを含有する分散媒から溶媒を揮発除去し、酸化グラフェンを還元するため、活物質層200に残留するグラフェン化合物201は部分的に重なり合い、互いに面接触する程度に分散していることで三次元的な導電パスを形成することができる。なお、酸化グラフェンの還元は、例えば熱処理により行ってもよいし、還元剤を用いて行ってもよい。 Here, it is preferable to use graphene oxide as the graphene compound 201, mix with an active material, and form a layer to be the active material layer 200, followed by reduction. By using graphene oxide having extremely high dispersibility in a polar solvent for the formation of the graphene compound 201, the graphene compound 201 can be dispersed substantially uniformly inside the active material layer 200. In order to volatilize and remove the solvent from the dispersion medium containing the uniformly dispersed graphene oxide and reduce the graphene oxide, the graphene compounds 201 remaining in the active material layer 200 are partially overlapped and dispersed so as to be in surface contact with each other. As a result, a three-dimensional conductive path can be formed. Note that the reduction of graphene oxide may be performed by, for example, heat treatment or may be performed using a reducing agent.

従って、活物質と点接触するアセチレンブラック等の粒状の導電助剤と異なり、グラフェン化合物201は接触抵抗の低い面接触を可能とするものであるから、通常の導電助剤よりも少量で活物質粒子100とグラフェン化合物201との電気伝導性を向上させることができる。よって、活物質粒子100の活物質層200における比率を増加させることができる。これにより、蓄電装置の放電容量を増加させることができる。 Therefore, unlike a granular conductive auxiliary agent such as acetylene black that makes point contact with the active material, the graphene compound 201 enables surface contact with a low contact resistance. Electric conductivity between the particle 100 and the graphene compound 201 can be improved. Therefore, the ratio of the active material particles 100 in the active material layer 200 can be increased. Thereby, the discharge capacity of the power storage device can be increased.

バインダとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、スチレン−イソプレン−スチレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体などのゴム材料を用いることが好ましい。またバインダとして、フッ素ゴムを用いることができる。 As the binder, it is preferable to use rubber materials such as styrene-butadiene rubber (SBR), styrene-isoprene-styrene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber, and ethylene-propylene-diene copolymer. Further, fluororubber can be used as the binder.

また、バインダとしては、例えば水溶性の高分子を用いることが好ましい。水溶性の高分子としては、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉などを用いることができる。また、これらの水溶性の高分子を、前述のゴム材料と併用して用いると、さらに好ましい。 As the binder, for example, a water-soluble polymer is preferably used. For example, polysaccharides can be used as the water-soluble polymer. As the polysaccharide, cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, regenerated cellulose, starch, and the like can be used. Further, it is more preferable to use these water-soluble polymers in combination with the rubber material described above.

または、バインダとしては、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、エチレンプロピレンジエンポリマー、ポリ酢酸ビニル、ニトロセルロース等の材料を用いることが好ましい。 Or as binder, polystyrene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), sodium polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, polyimide, polyvinyl chloride, polytetrafluoro It is preferable to use materials such as ethylene, polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyethylene terephthalate, nylon, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), ethylene propylene diene polymer, polyvinyl acetate, and nitrocellulose.

バインダは上記のうち複数を組み合わせて使用してもよい。 A plurality of binders may be used in combination.

例えば粘度調整効果の特に優れた材料と、他の材料とを組み合わせて使用してもよい。例えばゴム材料等は接着力や弾性力に優れる反面、溶媒に混合した場合に粘度調整が難しい場合がある。このような場合には例えば、粘度調整効果の特に優れた材料と混合することが好ましい。粘度調整効果の特に優れた材料としては、例えば水溶性高分子を用いるとよい。また、粘度調整効果に特に優れた水溶性高分子としては、前述の多糖類、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉を用いることができる。 For example, you may use combining the material especially excellent in the viscosity adjustment effect, and another material. For example, while rubber materials and the like are excellent in adhesive strength and elastic force, viscosity adjustment may be difficult when mixed with a solvent. In such a case, for example, it is preferable to mix with a material having a particularly excellent viscosity adjusting effect. For example, a water-soluble polymer may be used as a material having a particularly excellent viscosity adjusting effect. Further, as the water-soluble polymer particularly excellent in the viscosity adjusting effect, the aforementioned polysaccharides, for example, carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose, ethylcellulose, hydroxypropylcellulose, diacetylcellulose, cellulose derivatives such as regenerated cellulose, and starch are used. be able to.

なお、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体は、例えばカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩やアンモニウム塩などの塩とすることにより溶解度が上がり、粘度調整剤としての効果を発揮しやすくなる。溶解度が高くなることにより電極のスラリーを作製する際に活物質や他の構成要素との分散性を高めることもできる。本明細書においては、電極のバインダとして使用するセルロースおよびセルロース誘導体としては、それらの塩も含むものとする。 It should be noted that cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose are improved in solubility by being made into a salt such as sodium salt or ammonium salt of carboxymethyl cellulose, and the effect as a viscosity modifier is easily exhibited. When the solubility of the electrode is increased, the dispersibility with the active material and other components can be enhanced when the slurry of the electrode is produced. In the present specification, cellulose and cellulose derivatives used as an electrode binder include salts thereof.

水溶性高分子は水に溶解することにより粘度を安定化させ、また活物質や、バインダとして組み合わせる他の材料、例えばスチレンブタジエンゴムなどを、水溶液中に安定して分散させることができる。また、官能基を有するために活物質表面に安定に吸着しやすいことが期待される。また、例えばカルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体は、例えば水酸基やカルボキシル基などの官能基を有する材料が多く、官能基を有するために高分子同士が相互作用し、活物質表面を広く覆って存在することが期待される。 The water-soluble polymer can be dissolved in water to stabilize the viscosity, and other materials combined as an active material and a binder, such as styrene butadiene rubber, can be stably dispersed in an aqueous solution. Moreover, since it has a functional group, it is expected to be easily adsorbed on the surface of the active material. In addition, cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, for example, have many materials having functional groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups, and have functional groups so that polymers interact with each other and widely cover the active material surface. There is expected.

活物質表面を覆う、または表面に接するバインダが膜を形成する場合には、不動態膜としての役割を果たして電解液の分解を抑える効果も期待される。ここで、不動態膜とは、電子の伝導性のない膜、または電気伝導性の極めて低い膜であり、例えば活物質の表面に不動態膜が形成された場合には、電池反応電位において、電解液の分解を抑制することができる。また、不動態膜は、電気の伝導性を抑えるとともに、リチウムイオンは伝導できるとさらに望ましい。 When a binder covers or covers the surface of the active material to form a film, an effect of suppressing the decomposition of the electrolytic solution by acting as a passive film is also expected. Here, the passive film is a film having no electron conductivity or a film having extremely low electrical conductivity. For example, when a passive film is formed on the surface of the active material, The decomposition of the electrolytic solution can be suppressed. It is further desirable that the passive film suppresses electrical conductivity and can conduct lithium ions.

<正極集電体>
正極集電体としては、ステンレス、金、白金、アルミニウム、チタン等の金属、及びこれらの合金など、導電性が高い材料をもちいることができる。また正極集電体に用いる材料は、正極の電位で溶出しないことが好ましい。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。集電体は、箔状、板状(シート状)、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。集電体は、厚みが5μm以上30μm以下のものを用いるとよい。
<Positive electrode current collector>
As the positive electrode current collector, a highly conductive material such as a metal such as stainless steel, gold, platinum, aluminum, or titanium, or an alloy thereof can be used. The material used for the positive electrode current collector is preferably not eluted at the positive electrode potential. Alternatively, an aluminum alloy to which an element that improves heat resistance, such as silicon, titanium, neodymium, scandium, or molybdenum, is added can be used. Alternatively, a metal element that forms silicide by reacting with silicon may be used. Examples of metal elements that react with silicon to form silicide include zirconium, titanium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, and the like. As the current collector, a foil shape, a plate shape (sheet shape), a net shape, a punching metal shape, an expanded metal shape, or the like can be used as appropriate. As the current collector, one having a thickness of 5 μm to 30 μm may be used.

[負極]
負極は、負極活物質層および負極集電体を有する。また、負極活物質層は、導電助剤およびバインダを有していてもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer and a negative electrode current collector. Moreover, the negative electrode active material layer may have a conductive support agent and a binder.

<負極活物質>
負極活物質としては、例えば合金系材料や炭素系材料等を用いることができる。
<Negative electrode active material>
As the negative electrode active material, for example, an alloy-based material or a carbon-based material can be used.

負極活物質として、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。また、これらの元素を有する化合物を用いてもよい。例えば、SiO、MgSi、MgGe、SnO、SnO、MgSn、SnS、VSn、FeSn、CoSn、NiSn、CuSn、AgSn、AgSb、NiMnSb、CeSb、LaSn、LaCoSn、CoSb、InSb、SbSn等がある。ここで、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素、および該元素を有する化合物等を合金系材料と呼ぶ場合がある。 As the negative electrode active material, an element capable of performing a charge / discharge reaction by an alloying / dealloying reaction with lithium can be used. For example, a material containing at least one of silicon, tin, gallium, aluminum, germanium, lead, antimony, bismuth, silver, zinc, cadmium, indium, and the like can be used. Such an element has a larger capacity than carbon. In particular, silicon has a high theoretical capacity of 4200 mAh / g. For this reason, it is preferable to use silicon for the negative electrode active material. Moreover, you may use the compound which has these elements. For example, SiO, Mg 2 Si, Mg 2 Ge, SnO, SnO 2 , Mg 2 Sn, SnS 2 , V 2 Sn 3 , FeSn 2 , CoSn 2 , Ni 3 Sn 2 , Cu 6 Sn 5 , Ag 3 Sn, Ag 3 Sb, Ni 2 MnSb, CeSb 3 , LaSn 3 , La 3 Co 2 Sn 7 , CoSb 3 , InSb, SbSn, and the like. Here, an element capable of performing a charge / discharge reaction by an alloying / dealloying reaction with lithium, a compound containing the element, and the like may be referred to as an alloy-based material.

本明細書等において、SiOは例えば一酸化シリコンを指す。あるいはSiOは、SiOと表すこともできる。ここでxは1近傍の値を有することが好ましい。例えばxは、0.2以上1.5以下が好ましく、0.3以上1.2以下がより好ましい。 In this specification and the like, SiO refers to, for example, silicon monoxide. Alternatively, SiO can be expressed as SiO x . Here, x preferably has a value in the vicinity of 1. For example, x is preferably 0.2 or more and 1.5 or less, and more preferably 0.3 or more and 1.2 or less.

炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等を用いればよい。 As the carbon-based material, graphite, graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), carbon nanotube, graphene, carbon black, or the like may be used.

黒鉛としては、人造黒鉛や、天然黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛としては例えば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等が挙げられる。ここで人造黒鉛として、球状の形状を有する球状黒鉛を用いることができる。例えば、MCMBは球状の形状を有する場合があり、好ましい。また、MCMBはその表面積を小さくすることが比較的容易であり、好ましい場合がある。天然黒鉛としては例えば、鱗片状黒鉛、球状化天然黒鉛等が挙げられる。 Examples of graphite include artificial graphite and natural graphite. Examples of the artificial graphite include mesocarbon microbeads (MCMB), coke-based artificial graphite, pitch-based artificial graphite, and the like. Here, spherical graphite having a spherical shape can be used as the artificial graphite. For example, MCMB may have a spherical shape, which is preferable. MCMB is relatively easy to reduce its surface area, and may be preferable. Examples of natural graphite include flaky graphite and spheroidized natural graphite.

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入されたとき(リチウム−黒鉛層間化合物の生成時)にリチウム金属と同程度に低い電位を示す(0.05V以上0.3V以下 vs.Li/Li)。これにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が比較的小さい、安価である、リチウム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。 Graphite exhibits a potential as low as lithium metal when lithium ions are inserted into the graphite (when a lithium-graphite intercalation compound is formed) (0.05 V or more and 0.3 V or less vs. Li / Li + ). Thereby, a lithium ion secondary battery can show a high operating voltage. Further, graphite is preferable because it has advantages such as relatively high capacity per unit volume, relatively small volume expansion, low cost, and high safety compared to lithium metal.

また、負極活物質として、二酸化チタン(TiO)、リチウムチタン酸化物(LiTi12)、リチウム−黒鉛層間化合物(Li)、五酸化ニオブ(Nb)、酸化タングステン(WO)、酸化モリブデン(MoO)等の酸化物を用いることができる。 Further, as the negative electrode active material, titanium dioxide (TiO 2 ), lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium-graphite intercalation compound (Li x C 6 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), oxidation An oxide such as tungsten (WO 2 ) or molybdenum oxide (MoO 2 ) can be used.

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、LiN型構造をもつLi3−xN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6Co0.4は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm)を示し好ましい。 Further, as the anode active material, a double nitride of lithium and a transition metal, Li 3 with N-type structure Li 3-x M x N ( M = Co, Ni, Cu) can be used. For example, Li 2.6 Co 0.4 N 3 shows a large charge / discharge capacity (900 mAh / g, 1890 mAh / cm 3 ) and is preferable.

リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、正極活物質としてリチウムイオンを含まないV、Cr等の材料と組み合わせることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極活物質としてリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。 When lithium and transition metal double nitride is used, since the negative electrode active material contains lithium ions, it can be combined with materials such as V 2 O 5 and Cr 3 O 8 that do not contain lithium ions as the positive electrode active material. . Note that even when a material containing lithium ions is used for the positive electrode active material, lithium and transition metal double nitride can be used as the negative electrode active material by previously desorbing lithium ions contained in the positive electrode active material.

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウムとの合金を作らない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Fe、CuO、CuO、RuO、Cr等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn、CuN、Ge等の窒化物、NiP、FeP、CoP等のリン化物、FeF、BiF等のフッ化物でも起こる。 A material that causes a conversion reaction can also be used as the negative electrode active material. For example, a transition metal oxide that does not form an alloy with lithium, such as cobalt oxide (CoO), nickel oxide (NiO), or iron oxide (FeO), may be used as the negative electrode active material. As a material causing the conversion reaction, oxides such as Fe 2 O 3 , CuO, Cu 2 O, RuO 2 and Cr 2 O 3 , sulfides such as CoS 0.89 , NiS and CuS, Zn 3 N 2 are further included. This also occurs in nitrides such as Cu 3 N and Ge 3 N 4 , phosphides such as NiP 2 , FeP 2 and CoP 3 , and fluorides such as FeF 3 and BiF 3 .

負極活物質層が有することのできる導電助剤およびバインダとしては、正極活物質層が有することのできる導電助剤およびバインダと同様の材料を用いることができる。 As the conductive assistant and binder that the negative electrode active material layer can have, the same materials as the conductive assistant and binder that the positive electrode active material layer can have can be used.

<負極集電体>
負極集電体には、正極集電体と同様の材料を用いることができる。なお負極集電体は、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用いることが好ましい。
<Negative electrode current collector>
A material similar to that of the positive electrode current collector can be used for the negative electrode current collector. The negative electrode current collector is preferably made of a material that does not alloy with carrier ions such as lithium.

[電解液]
電解液は、溶媒と電解質を有する。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ジメトキシエタン(DME)、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の1種、又はこれらのうちの2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。
[Electrolyte]
The electrolytic solution has a solvent and an electrolyte. As the solvent for the electrolytic solution, an aprotic organic solvent is preferable, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, dimethyl carbonate. (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, 1,3-dioxane, 1,4 -One kind of dioxane, dimethoxyethane (DME), dimethyl sulfoxide, diethyl ether, methyl diglyme, acetonitrile, benzonitrile, tetrahydrofuran, sulfolane, sultone, or the like Two or more of these can be used in any combination and ratio.

また、電解液の溶媒として、難燃性および難揮発性であるイオン液体(常温溶融塩)を一つ又は複数用いることで、蓄電装置の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、蓄電装置の破裂や発火などを防ぐことができる。イオン液体は、カチオンとアニオンからなり、有機カチオンとアニオンとを含む。電解液に用いる有機カチオンとして、四級アンモニウムカチオン、三級スルホニウムカチオン、および四級ホスホニウムカチオン等の脂肪族オニウムカチオンや、イミダゾリウムカチオンおよびピリジニウムカチオン等の芳香族カチオンが挙げられる。また、電解液に用いるアニオンとして、1価のアミド系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレートアニオン、パーフルオロアルキルボレートアニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、またはパーフルオロアルキルホスフェートアニオン等が挙げられる。 Also, by using one or more ionic liquids (room temperature molten salts) that are flame retardant and volatile as the electrolyte solvent, the internal temperature rises due to internal short circuit or overcharge of the power storage device. In addition, the storage device can be prevented from rupturing or firing. An ionic liquid consists of a cation and an anion, and contains an organic cation and an anion. Examples of organic cations used in the electrolyte include aliphatic onium cations such as quaternary ammonium cations, tertiary sulfonium cations, and quaternary phosphonium cations, and aromatic cations such as imidazolium cations and pyridinium cations. Moreover, as an anion used for electrolyte solution, a monovalent amide type anion, a monovalent metide type anion, a fluorosulfonate anion, a perfluoroalkylsulfonate anion, a tetrafluoroborate anion, a perfluoroalkylborate anion, a hexafluorophosphate anion Or perfluoroalkyl phosphate anions.

また、上記の溶媒に溶解させる電解質として、例えばLiPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiAlCl、LiSCN、LiBr、LiI、LiSO、Li10Cl10、Li12Cl12、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSO、LiC(CSO、LiN(CFSO、LiN(CSO)(CFSO)、LiN(CSO等のリチウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。 Further, as an electrolyte dissolved in the above-described solvents, for example LiPF 6, LiClO 4, LiAsF 6 , LiBF 4, LiAlCl 4, LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4, Li 2 B 10 Cl 10, Li 2 B 12 Cl 12 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 4 F 9 SO 2 ) (CF 3 SO 2 ), lithium salt such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , or two or more of them can be used in any combination and ratio.

蓄電装置に用いる電解液は、粒状のごみや電解液の構成元素以外の元素(以下、単に「不純物」ともいう。)の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい。具体的には、電解液に対する不純物の重量比を1%以下、好ましくは0.1%以下、より好ましくは0.01%以下とすることが好ましい。 As the electrolytic solution used for the power storage device, it is preferable to use a highly purified electrolytic solution having a small content of elements other than the constituent elements of particulate dust and the electrolytic solution (hereinafter, also simply referred to as “impurities”). Specifically, the weight ratio of impurities to the electrolytic solution is preferably 1% or less, preferably 0.1% or less, and more preferably 0.01% or less.

また、電解液にビニレンカーボネート、プロパンスルトン(PS)、tert−ブチルベンゼン(TBB)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、LiBOB、またスクシノニトリル、アジポニトリル等のジニトリル化合物などを添加してもよい。添加する材料の濃度は、例えば溶媒全体に対して0.1wt%以上5wt%以下とすればよい。 Further, vinylene carbonate, propane sultone (PS), tert-butylbenzene (TBB), fluoroethylene carbonate (FEC), LiBOB, or dinitrile compounds such as succinonitrile and adiponitrile may be added to the electrolytic solution. The concentration of the material to be added may be, for example, 0.1 wt% or more and 5 wt% or less with respect to the entire solvent.

また、ポリマーを電解液で膨潤させたポリマーゲル電解質を用いてもよい。ポリマーゲル電解質を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、二次電池の薄型化および軽量化が可能である。 Further, a polymer gel electrolyte obtained by swelling a polymer with an electrolytic solution may be used. By using the polymer gel electrolyte, safety against liquid leakage and the like is increased. Further, the secondary battery can be reduced in thickness and weight.

ゲル化されるポリマーとして、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーのゲル等を用いることができる。ポリマーとしては、例えばポリエチレンオキシド(PEO)などのポリアルキレンオキシド構造を有するポリマーや、PVDF、およびポリアクリロニトリル等、およびそれらを含む共重合体等を用いることができる。例えばPVDFとヘキサフルオロプロピレン(HFP)の共重合体であるPVDF−HFPを用いることができる。また、形成されるポリマーは、多孔質形状を有してもよい。 As the gelled polymer, silicone gel, acrylic gel, acrylonitrile gel, polyethylene oxide gel, polypropylene oxide gel, fluorine polymer gel, or the like can be used. As the polymer, for example, a polymer having a polyalkylene oxide structure such as polyethylene oxide (PEO), PVDF, polyacrylonitrile, and a copolymer containing them can be used. For example, PVDF-HFP which is a copolymer of PVDF and hexafluoropropylene (HFP) can be used. Further, the formed polymer may have a porous shape.

また、電解液の代わりに、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、PEO(ポリエチレンオキシド)系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。 In place of the electrolytic solution, a solid electrolyte having an inorganic material such as sulfide or oxide, or a solid electrolyte having a polymer material such as PEO (polyethylene oxide) can be used. When a solid electrolyte is used, it is not necessary to install a separator or a spacer. Further, since the entire battery can be solidified, there is no risk of leakage and the safety is greatly improved.

[セパレータ]
また二次電池は、セパレータを有することが好ましい。セパレータとしては、例えば、紙をはじめとするセルロースを有する繊維、不織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン(ポリアミド)、ビニロン(ポリビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。セパレータはエンベロープ状に加工し、正極または負極のいずれか一方を包むように配置することが好ましい。
[Separator]
The secondary battery preferably has a separator. As the separator, for example, fibers including cellulose such as paper, nonwoven fabric, glass fiber, ceramics, nylon (polyamide), vinylon (polyvinyl alcohol fiber), polyester, acrylic, polyolefin, synthetic fiber using polyurethane, etc. Can be used. The separator is preferably processed into an envelope shape and disposed so as to enclose either the positive electrode or the negative electrode.

セパレータは多層構造であってもよい。たとえばポリプロピレン、ポリエチレン等の有機材料フィルムに、セラミック系材料、フッ素系材料、ポリアミド系材料、またはこれらを混合したもの等をコートすることができる。セラミック系材料としては、たとえば酸化アルミニウム粒子、酸化シリコン粒子等を用いることができる。フッ素系材料としては、たとえばPVDF、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。ポリアミド系材料としては、たとえばナイロン、アラミド(メタ系アラミド、パラ系アラミド)等を用いることができる。 The separator may have a multilayer structure. For example, an organic material film such as polypropylene or polyethylene can be coated with a ceramic material, a fluorine material, a polyamide material, or a mixture thereof. As the ceramic material, for example, aluminum oxide particles, silicon oxide particles and the like can be used. For example, PVDF, polytetrafluoroethylene, or the like can be used as the fluorine-based material. As the polyamide-based material, for example, nylon, aramid (meta-aramid, para-aramid) or the like can be used.

セラミック系材料をコートすると耐酸化性が向上するため、高電圧充放電の際のセパレータの劣化を抑制し、二次電池の信頼性を向上させることができる。またフッ素系材料をコートするとセパレータと電極が密着しやすくなり、出力特性を向上させることができる。ポリアミド系材料、特にアラミドをコートすると、耐熱性が向上するため、二次電池の安全性を向上させることができる。 When the ceramic material is coated, the oxidation resistance is improved, so that deterioration of the separator during high voltage charge / discharge can be suppressed, and the reliability of the secondary battery can be improved. In addition, when a fluorine-based material is coated, the separator and the electrode are easily adhered, and the output characteristics can be improved. When a polyamide-based material, particularly aramid, is coated, the heat resistance is improved, so that the safety of the secondary battery can be improved.

たとえばポリプロピレンのフィルムの両面に酸化アルミニウムとアラミドの混合材料をコートしてもよい。また、ポリプロピレンのフィルムの、正極と接する面に酸化アルミニウムとアラミドの混合材料をコートし、負極と接する面にフッ素系材料をコートしてもよい。 For example, a mixed material of aluminum oxide and aramid may be coated on both surfaces of a polypropylene film. In addition, a mixed material of aluminum oxide and aramid may be coated on the surface in contact with the positive electrode of the polypropylene film, and a fluorine-based material may be coated on the surface in contact with the negative electrode.

多層構造のセパレータを用いると、セパレータ全体の厚さが薄くても二次電池の安全性を保つことができるため、二次電池の体積あたりの容量を大きくすることができる。 When a separator having a multilayer structure is used, the safety of the secondary battery can be maintained even if the thickness of the entire separator is thin, so that the capacity per volume of the secondary battery can be increased.

[外装体]
二次電池が有する外装体としては、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることができる。また、フィルム状の外装体を用いることもできる。フィルムとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のフィルムを用いることができる。
[Exterior body]
As the exterior body included in the secondary battery, for example, a metal material such as aluminum or a resin material can be used. Moreover, a film-shaped exterior body can also be used. As the film, for example, a metal thin film having excellent flexibility such as aluminum, stainless steel, copper, nickel, etc. is provided on a film made of a material such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, ionomer, polyamide, etc., and an exterior is provided on the metal thin film. A film having a three-layer structure provided with an insulating synthetic resin film such as polyamide resin or polyester resin can be used as the outer surface of the body.

(実施の形態5)
[円筒型二次電池]
本実施の形態では、円筒型の二次電池の例について図12を参照して説明する。円筒型の二次電池600は、図12(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)601を有し、側面および底面に電池缶(外装缶)602を有している。これら正極キャップと電池缶(外装缶)602とは、ガスケット(絶縁パッキン)610によって絶縁されている。
(Embodiment 5)
[Cylindrical secondary battery]
In this embodiment, an example of a cylindrical secondary battery is described with reference to FIGS. As shown in FIG. 12A, the cylindrical secondary battery 600 has a positive electrode cap (battery cover) 601 on the top surface and a battery can (outer can) 602 on the side surface and the bottom surface. The positive electrode cap and the battery can (outer can) 602 are insulated by a gasket (insulating packing) 610.

図12(B)は、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶602の内側には、帯状の正極604と負極606とがセパレータ605を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶602は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶602には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えば、ステンレス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。電池缶602の内側において、正極、負極およびセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板608、609により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶602の内部は、非水電解液(図示せず)が注入されている。非水電解液は、コイン型の二次電池と同様のものを用いることができる。 FIG. 12B is a diagram schematically illustrating a cross section of a cylindrical secondary battery. Inside the hollow cylindrical battery can 602, a battery element in which a strip-like positive electrode 604 and a negative electrode 606 are wound with a separator 605 interposed therebetween is provided. Although not shown, the battery element is wound around a center pin. The battery can 602 has one end closed and the other end open. For the battery can 602, a metal such as nickel, aluminum, titanium, or the like having corrosion resistance to the electrolytic solution, or an alloy thereof or an alloy of these with another metal (for example, stainless steel) can be used. . In order to prevent corrosion due to the electrolytic solution, it is preferable to coat nickel, aluminum, or the like. Inside the battery can 602, the battery element in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are wound is sandwiched between a pair of opposing insulating plates 608 and 609. Further, a non-aqueous electrolyte (not shown) is injected into the inside of the battery can 602 provided with the battery element. As the non-aqueous electrolyte, the same one as a coin-type secondary battery can be used.

円筒型の蓄電池に用いる正極および負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成することが好ましい。正極604には正極端子(正極集電リード)603が接続され、負極606には負極端子(負極集電リード)607が接続される。正極端子603および負極端子607は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子603は安全弁機構612に、負極端子607は電池缶602の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構612は、PTC素子(Positive Temperature Coefficient)611を介して正極キャップ601と電気的に接続されている。安全弁機構612は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ601と正極604との電気的な接続を切断するものである。また、PTC素子611は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。PTC素子には、チタン酸バリウム(BaTiO)系半導体セラミックス等を用いることができる。 Since the positive electrode and the negative electrode used for the cylindrical storage battery are wound, it is preferable to form an active material on both surfaces of the current collector. A positive electrode terminal (positive electrode current collecting lead) 603 is connected to the positive electrode 604, and a negative electrode terminal (negative electrode current collecting lead) 607 is connected to the negative electrode 606. Both the positive electrode terminal 603 and the negative electrode terminal 607 can use a metal material such as aluminum. The positive terminal 603 is resistance-welded to the safety valve mechanism 612, and the negative terminal 607 is resistance-welded to the bottom of the battery can 602. The safety valve mechanism 612 is electrically connected to the positive electrode cap 601 via a PTC element (Positive Temperature Coefficient) 611. The safety valve mechanism 612 disconnects the electrical connection between the positive electrode cap 601 and the positive electrode 604 when the increase in the internal pressure of the battery exceeds a predetermined threshold value. The PTC element 611 is a heat-sensitive resistance element that increases in resistance when the temperature rises, and prevents abnormal heat generation by limiting the amount of current by increasing the resistance. For the PTC element, barium titanate (BaTiO 3 ) -based semiconductor ceramics or the like can be used.

また、図12(C)のように複数の二次電池600を、導電板613および導電板614の間に挟んでモジュール615を構成してもよい。複数の二次電池600は、並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列に接続された後さらに直列に接続されていてもよい。複数の二次電池600を有するモジュール615を構成することで、大きな電力を取り出すことができる。 Alternatively, as illustrated in FIG. 12C, the module 615 may be configured by sandwiching a plurality of secondary batteries 600 between the conductive plate 613 and the conductive plate 614. The plurality of secondary batteries 600 may be connected in parallel, may be connected in series, or may be further connected in series after being connected in parallel. By configuring the module 615 including a plurality of secondary batteries 600, large power can be extracted.

図12(D)はモジュール615の上面図である。図を明瞭にするために導電板613を点線で示した。図12(D)に示すようにモジュール615は、複数の二次電池600を電気的に接続する導線616を有していてもよい。導線616上に導電板を重畳して設けることができる。また複数の二次電池600の間に温度制御装置617を有していてもよい。二次電池600が過熱されたときは、温度制御装置617により冷却し、二次電池600が冷えすぎているときは温度制御装置617により加熱することができる。そのためモジュール615の性能が外気温に影響されにくくなる。 FIG. 12D is a top view of the module 615. In order to clarify the figure, the conductive plate 613 is indicated by a dotted line. As illustrated in FIG. 12D, the module 615 may include a conductive wire 616 that electrically connects the plurality of secondary batteries 600. A conductive plate can be provided so as to overlap with the conductor 616. Further, a temperature control device 617 may be provided between the plurality of secondary batteries 600. When the secondary battery 600 is overheated, it is cooled by the temperature control device 617, and when the secondary battery 600 is too cold, it can be heated by the temperature control device 617. Therefore, the performance of the module 615 is less affected by the outside air temperature.

正極604に、先の実施の形態で説明した正極活物質として機能する活物質粒子100を用いることで、高容量でサイクル特性に優れた円筒型の二次電池600とすることができる。 By using the active material particles 100 functioning as the positive electrode active material described in the above embodiment for the positive electrode 604, a cylindrical secondary battery 600 having high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

[二次電池の構造例]
二次電池の別の構造例について、図13乃至図16を用いて説明する。
[Example of secondary battery structure]
Another structural example of the secondary battery will be described with reference to FIGS.

図13(A)及び図13(B)は、電池パックの外観図を示す図である。電池パックは、回路基板900と、二次電池913と、を有する。二次電池913は、端子951と、端子952とを有し、ラベル910で覆われている。また電池パックはアンテナ914を有してもよい。 FIGS. 13A and 13B are external views of the battery pack. The battery pack includes a circuit board 900 and a secondary battery 913. The secondary battery 913 includes a terminal 951 and a terminal 952 and is covered with a label 910. The battery pack may have an antenna 914.

回路基板900はシール915で固定されている。回路基板900は、回路912を有する。端子911は、回路基板900を介して、二次電池913が有する端子951および端子952と電気的に接続される。また端子911は、回路基板900を介して、アンテナ914、及び回路912と電気的に接続される。なお、端子911を複数設けて、複数の端子911のそれぞれを、制御信号入力端子、電源端子などとしてもよい。 The circuit board 900 is fixed with a seal 915. The circuit board 900 has a circuit 912. The terminal 911 is electrically connected to the terminal 951 and the terminal 952 included in the secondary battery 913 through the circuit board 900. Further, the terminal 911 is electrically connected to the antenna 914 and the circuit 912 through the circuit board 900. Note that a plurality of terminals 911 may be provided, and each of the plurality of terminals 911 may be a control signal input terminal, a power supply terminal, or the like.

回路912はたとえば、過充電、過放電および過電流から二次電池913を保護する、保護回路としての機能を有する。回路912は、回路基板900の裏面に設けられていてもよい。なお、アンテナ914は、コイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、EHアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。アンテナ914は、たとえば外部機器とのデータ通信を行うことができる機能を有する。アンテナ914を介した電池パックと他の機器との通信方式としては、NFCなど、電池パックと他の機器との間で用いることができる応答方式などを適用することができる。 The circuit 912 has a function as a protection circuit that protects the secondary battery 913 from, for example, overcharge, overdischarge, and overcurrent. The circuit 912 may be provided on the back surface of the circuit board 900. The antenna 914 is not limited to a coil shape, and may be a linear shape or a plate shape, for example. An antenna such as a planar antenna, an aperture antenna, a traveling wave antenna, an EH antenna, a magnetic field antenna, or a dielectric antenna may be used. The antenna 914 has a function of performing data communication with an external device, for example. As a communication method between the battery pack and other devices via the antenna 914, a response method that can be used between the battery pack and other devices such as NFC can be applied.

電池パックは、アンテナ914と、二次電池913との間に層916を有する。層916は、例えば二次電池913による電磁界への影響を防止することができる機能を有する。層916としては、例えば磁性体を用いることができる。 The battery pack includes a layer 916 between the antenna 914 and the secondary battery 913. The layer 916 has a function of preventing the influence of the secondary battery 913 on the electromagnetic field, for example. As the layer 916, for example, a magnetic material can be used.

なお、電池パックの構造は、図13に限定されない。 The structure of the battery pack is not limited to FIG.

例えば、図14(A−1)及び図14(A−2)に示すように、図13(A)及び図13(B)に示す二次電池913のうち、対向するもう一対の面にアンテナ918を設けてもよい。図14(A−1)は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図14(A−2)は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックと同じ部分については、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックの説明を適宜援用できる。 For example, as shown in FIGS. 14A-1 and 14A-2, an antenna is mounted on another pair of opposing surfaces of the secondary battery 913 shown in FIGS. 13A and 13B. 918 may be provided. 14A-1 is an external view seen from one side direction of the pair of surfaces, and FIG. 14A-2 is an external view seen from the other side direction of the pair of surfaces. Note that the description of the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B can be used as appropriate for the same portion as the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B.

図14(A−1)に示すように、二次電池913の一対の面の一方に層916を挟んでアンテナ914が設けられ、図14(A−2)に示すように、二次電池913の一対の面の他方に層917を挟んでアンテナ918が設けられる。層917は、例えば二次電池913による電磁界への影響を防止することができる機能を有する。層917としては、例えば磁性体を用いることができる。 As shown in FIG. 14A-1, an antenna 914 is provided on one of a pair of surfaces of the secondary battery 913 with a layer 916 interposed therebetween, and the secondary battery 913 is shown in FIG. 14A-2. An antenna 918 is provided on the other of the pair of surfaces with the layer 917 interposed therebetween. The layer 917 has a function of preventing the influence of the secondary battery 913 on the electromagnetic field, for example. As the layer 917, for example, a magnetic material can be used.

上記構造にすることにより、電池パックにアンテナを二つ設け、かつアンテナ914及びアンテナ918の両方のサイズを大きくすることができる。 With the above structure, two antennas can be provided in the battery pack, and the sizes of both the antenna 914 and the antenna 918 can be increased.

アンテナ918は、アンテナ914に適用可能な形状のアンテナを適用することができる。さらにアンテナ918は平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する2つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ914を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。 As the antenna 918, an antenna having a shape applicable to the antenna 914 can be used. Further, the antenna 918 may be a flat conductor. The flat conductor can function as one of electric field coupling conductors. That is, the antenna 914 may function as one of the two conductors of the capacitor. Thereby, not only an electromagnetic field and a magnetic field but power can also be exchanged by an electric field.

又は、図14(B−1)に示すように、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックに表示装置920を設けてもよい。表示装置920は、端子911に電気的に接続される。なお、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックと同じ部分については、図13(A)及び図13(B)に示す電池パックの説明を適宜援用できる。 Alternatively, as illustrated in FIG. 14B-1, a display device 920 may be provided in the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B. The display device 920 is electrically connected to the terminal 911. Note that the description of the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B can be used as appropriate for the same portion as the battery pack illustrated in FIGS. 13A and 13B.

表示装置920には、例えば充電中であるか否かを示す画像、蓄電量を示す画像などを表示してもよい。表示装置920としては、例えば電子ペーパー、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス(ELともいう)表示装置などを用いることができる。例えば、電子ペーパーを用いることにより表示装置920の消費電力を低減することができる。 The display device 920 may display, for example, an image indicating whether charging is being performed, an image indicating the amount of stored power, or the like. As the display device 920, for example, electronic paper, a liquid crystal display device, an electroluminescence (also referred to as EL) display device, or the like can be used. For example, power consumption of the display device 920 can be reduced by using electronic paper.

又は、図14(B−2)に示すように、図13(A)及び図13(B)に示す二次電池913にセンサ921を設けてもよい。センサ921は、端子922および回路基板900を介して端子911に電気的に接続される。なお、図13(A)及び図13(B)に示す蓄電装置と同じ部分については、図13(A)及び図13(B)に示す蓄電装置の説明を適宜援用できる。 Alternatively, as illustrated in FIG. 14B-2, the sensor 921 may be provided in the secondary battery 913 illustrated in FIGS. 13A and 13B. The sensor 921 is electrically connected to the terminal 911 through the terminal 922 and the circuit board 900. Note that for the same portion as the power storage device illustrated in FIGS. 13A and 13B, the description of the power storage device illustrated in FIGS. 13A and 13B can be incorporated as appropriate.

センサ921としては、例えば、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい、又は赤外線を測定することができる機能を有すればよい。センサ921を設けることにより、例えば、蓄電装置が置かれている環境を示すデータ(温度など)を検出し、回路912内のメモリに記憶しておくこともできる。 Examples of the sensor 921 include displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, and flow rate. It has only to have a function capable of measuring humidity, gradient, vibration, odor, or infrared. By providing the sensor 921, for example, data (such as temperature) indicating an environment where the power storage device is placed can be detected and stored in a memory in the circuit 912.

さらに、二次電池913の構造例について図15及び図16を用いて説明する。 Further, a structural example of the secondary battery 913 will be described with reference to FIGS.

図15(A)に示す二次電池913は、筐体930の内部に端子951と端子952が設けられた捲回体950を有する。捲回体950は、筐体930の内部で電解液に含浸される。端子952は、筐体930に接し、端子951は、絶縁材などを用いることにより筐体930に接していない。なお、図15(A)では、便宜のため、筐体930を分離して図示しているが、実際は、捲回体950が筐体930に覆われ、端子951及び端子952が筐体930の外に延在している。筐体930としては、金属材料(例えばアルミニウムなど)又は樹脂材料を用いることができる。 A secondary battery 913 illustrated in FIG. 15A includes a wound body 950 in which a terminal 951 and a terminal 952 are provided inside a housing 930. The wound body 950 is impregnated with the electrolytic solution inside the housing 930. The terminal 952 is in contact with the housing 930, and the terminal 951 is not in contact with the housing 930 by using an insulating material or the like. Note that in FIG. 15A, the housing 930 is illustrated separately for convenience, but in actuality, the wound body 950 is covered with the housing 930, and the terminals 951 and 952 are included in the housing 930. Extends outside. As the housing 930, a metal material (eg, aluminum) or a resin material can be used.

なお、図15(B)に示すように、図15(A)に示す筐体930を複数の材料によって形成してもよい。例えば、図15(B)に示す二次電池913は、筐体930aと筐体930bが貼り合わされており、筐体930a及び筐体930bで囲まれた領域に捲回体950が設けられている。 Note that as illustrated in FIG. 15B, the housing 930 illustrated in FIG. 15A may be formed using a plurality of materials. For example, in the secondary battery 913 illustrated in FIG. 15B, a housing 930a and a housing 930b are attached to each other, and a winding body 950 is provided in a region surrounded by the housing 930a and the housing 930b. .

筐体930aとしては、有機樹脂など、絶縁材料を用いることができる。特に、アンテナが形成される面に有機樹脂などの材料を用いることにより、二次電池913による電界の遮蔽を抑制できる。なお、筐体930aによる電界の遮蔽が小さければ、筐体930aの内部にアンテナ914などのアンテナを設けてもよい。筐体930bとしては、例えば金属材料を用いることができる。 As the housing 930a, an insulating material such as an organic resin can be used. In particular, by using a material such as an organic resin on the surface where the antenna is formed, electric field shielding by the secondary battery 913 can be suppressed. Note that an antenna such as the antenna 914 may be provided inside the housing 930a if the shielding of the electric field by the housing 930a is small. As the housing 930b, for example, a metal material can be used.

さらに、捲回体950の構造について図16に示す。捲回体950は、負極931と、正極932と、セパレータ933と、を有する。捲回体950は、セパレータ933を挟んで負極931と、正極932が重なり合って積層され、該積層シートを捲回させた捲回体である。なお、負極931と、正極932と、セパレータ933と、の積層を、さらに複数重ねてもよい。 Furthermore, the structure of the wound body 950 is shown in FIG. The wound body 950 includes a negative electrode 931, a positive electrode 932, and a separator 933. The wound body 950 is a wound body in which the negative electrode 931 and the positive electrode 932 are stacked with the separator 933 interposed therebetween, and the laminated sheet is wound. Note that a plurality of stacked layers of the negative electrode 931, the positive electrode 932, and the separator 933 may be stacked.

負極931は、端子951及び端子952の一方を介して図13に示す端子911に接続される。正極932は、端子951及び端子952の他方を介して図13に示す端子911に接続される。 The negative electrode 931 is connected to a terminal 911 illustrated in FIG. 13 through one of a terminal 951 and a terminal 952. The positive electrode 932 is connected to the terminal 911 illustrated in FIG. 13 through the other of the terminal 951 and the terminal 952.

正極932に、先の実施の形態で説明した正極活物質として機能する活物質粒子100を用いることで、高容量でサイクル特性に優れた二次電池913とすることができる。 By using the active material particles 100 functioning as the positive electrode active material described in the above embodiment for the positive electrode 932, the secondary battery 913 having high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様である二次電池を電子機器に実装する例について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an example in which the secondary battery which is one embodiment of the present invention is mounted on an electronic device will be described.

まず、二次電池を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。 First, as an electronic device to which a secondary battery is applied, for example, a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor for a computer, a digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (mobile phone) And large game machines such as a portable game machine, a portable information terminal, a sound reproduction device, and a pachinko machine.

次に、図17(A)および図17(B)に、2つ折り可能なタブレット型端末の一例を示す。図17(A)および図17(B)に示すタブレット型端末9600は、筐体9630a、筐体9630b、筐体9630aと筐体9630bを接続する可動部9640、表示部9631、表示モード切り替えスイッチ9626、電源スイッチ9627、省電力モード切り替えスイッチ9625、留め具9629、操作スイッチ9628、を有する。表示部9631には、可撓性を有するパネルを用いることで、より広い表示部を有するタブレット端末とすることができる。図17(A)は、タブレット型端末9600を開いた状態を示し、図17(B)は、タブレット型端末9600を閉じた状態を示している。 Next, FIGS. 17A and 17B illustrate an example of a tablet terminal that can be folded in half. A tablet terminal 9600 illustrated in FIGS. 17A and 17B includes a housing 9630a, a housing 9630b, a movable portion 9640 that connects the housing 9630a and the housing 9630b, a display portion 9631, and a display mode switching switch 9626. , A power switch 9627, a power saving mode switching switch 9625, a fastener 9629, and an operation switch 9628. By using a flexible panel for the display portion 9631, a tablet terminal having a wider display portion can be obtained. FIG. 17A shows a state where the tablet terminal 9600 is opened, and FIG. 17B shows a state where the tablet terminal 9600 is closed.

また、タブレット型端末9600は、筐体9630aおよび筐体9630bの内部に蓄電体9635を有する。蓄電体9635は、可動部9640を通り、筐体9630aと筐体9630bに渡って設けられている。 In addition, the tablet terminal 9600 includes a power storage unit 9635 inside the housing 9630a and the housing 9630b. The power storage unit 9635 is provided across the housing 9630a and the housing 9630b through the movable portion 9640.

表示部9631は、一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーにふれることでデータ入力をすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタンが表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部9631にキーボードボタン表示することができる。 Part of the display portion 9631 can be a touch panel region, and data can be input by touching displayed operation keys. Further, a keyboard button can be displayed on the display portion 9631 by touching a position of the keyboard display switching button on the touch panel with a finger or a stylus.

また、表示モード切り替えスイッチ9626は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ9625は、タブレット型端末9600に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。 A display mode switching switch 9626 can switch a display direction such as a vertical display or a horizontal display, and can select a monochrome display or a color display. The power saving mode change-over switch 9625 can optimize the display luminance in accordance with the amount of external light in use detected by an optical sensor incorporated in the tablet terminal 9600. The tablet terminal may include not only an optical sensor but also other detection devices such as a gyroscope, an acceleration sensor, and other sensors that detect inclination.

図17(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池9633、DCDCコンバータ9636を含む充放電制御回路9634有する。また、蓄電体9635として、本発明の一態様に係る二次電池を用いる。 FIG. 17B illustrates a closed state, in which the tablet terminal includes a charge / discharge control circuit 9634 including a housing 9630, a solar battery 9633, and a DCDC converter 9636. Further, as the power storage unit 9635, the secondary battery according to one embodiment of the present invention is used.

なお、タブレット型端末9600は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630aおよび筐体9630bを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、表示部9631を保護できるため、タブレット型端末9600の耐久性を高めることができる。また、本発明の一態様の二次電池を用いた蓄電体9635は高容量、良好なサイクル特性を有するため、長期間に渡って長時間の使用ができるタブレット型端末9600を提供できる。 Note that since the tablet terminal 9600 can be folded in two, the housing 9630a and the housing 9630b can be folded so as to overlap when not in use. By folding, the display portion 9631 can be protected, so that durability of the tablet terminal 9600 can be improved. Further, since the power storage unit 9635 using the secondary battery of one embodiment of the present invention has high capacity and favorable cycle characteristics, the tablet terminal 9600 that can be used for a long time can be provided.

また、この他にも図17(A)および図17(B)に示したタブレット型端末は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。 In addition, the tablet type terminal shown in FIGS. 17A and 17B has a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a calendar, a date or a time. A function for displaying on the display unit, a touch input function for performing touch input operation or editing of information displayed on the display unit, a function for controlling processing by various software (programs), and the like can be provided.

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル、表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐体9630の片面又は両面に設けることができ、蓄電体9635の充電を効率的に行う構成とすることができる。 Electric power can be supplied to the touch panel, the display unit, the video signal processing unit, or the like by the solar battery 9633 mounted on the surface of the tablet terminal. Note that the solar battery 9633 can be provided on one or both surfaces of the housing 9630 and the power storage unit 9635 can be charged efficiently.

また、図17(B)に示す充放電制御回路9634の構成、および動作について図17(C)にブロック図を示し説明する。図17(C)には、太陽電池9633、蓄電体9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部9631について示しており、蓄電体9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3が、図17(B)に示す充放電制御回路9634に対応する箇所となる。 The structure and operation of the charge / discharge control circuit 9634 illustrated in FIG. 17B are described with reference to a block diagram in FIG. FIG. 17C illustrates the solar battery 9633, the power storage unit 9635, the DCDC converter 9636, the converter 9637, the switches SW1 to SW3, and the display portion 9631. The power storage unit 9635, the DCDC converter 9636, the converter 9637, and the switches SW1 to SW37 are illustrated. SW3 corresponds to the charge / discharge control circuit 9634 shown in FIG.

まず外光により太陽電池9633により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、蓄電体9635を充電するための電圧となるようDCDCコンバータ9636で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637で表示部9631に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部9631での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにして蓄電体9635の充電を行う構成とすればよい。 First, an example of operation in the case where power is generated by the solar battery 9633 using external light is described. The power generated by the solar battery is boosted or lowered by the DCDC converter 9636 so as to be a voltage for charging the power storage unit 9635. When power from the solar cell 9633 is used for the operation of the display portion 9631, the switch SW1 is turned on, and the converter 9637 increases or decreases the voltage required for the display portion 9631. In the case where display on the display portion 9631 is not performed, the power storage unit 9635 may be charged by turning off SW1 and turning on SW2.

なお太陽電池9633については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段による蓄電体9635の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線(非接触)で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。 Note that the solar battery 9633 is described as an example of the power generation unit, but is not particularly limited, and the power storage unit 9635 is charged by another power generation unit such as a piezoelectric element (piezo element) or a thermoelectric conversion element (Peltier element). It may be. For example, a non-contact power transmission module that wirelessly (contactlessly) transmits and receives power for charging and other charging means may be combined.

図18に、他の電子機器の例を示す。図18において、表示装置8000は、本発明の一態様に係る二次電池8004を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置8000は、TV放送受信用の表示装置に相当し、筐体8001、表示部8002、スピーカ部8003、二次電池8004等を有する。本発明の一態様に係る二次電池8004は、筐体8001の内部に設けられている。表示装置8000は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8004に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る二次電池8004を無停電電源として用いることで、表示装置8000の利用が可能となる。 FIG. 18 illustrates an example of another electronic device. In FIG. 18, a display device 8000 is an example of an electronic device using the secondary battery 8004 according to one embodiment of the present invention. Specifically, the display device 8000 corresponds to a display device for receiving TV broadcasts, and includes a housing 8001, a display portion 8002, a speaker portion 8003, a secondary battery 8004, and the like. A secondary battery 8004 according to one embodiment of the present invention is provided in the housing 8001. The display device 8000 can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the display device 8000 can use power stored in the secondary battery 8004. Thus, the display device 8000 can be used when the secondary battery 8004 according to one embodiment of the present invention is used as an uninterruptible power supply even when power cannot be supplied from a commercial power supply due to a power failure or the like.

表示部8002には、液晶表示装置、有機EL素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。 A display portion 8002 includes a liquid crystal display device, a light-emitting device including a light-emitting element such as an organic EL element, an electrophoretic display device, a DMD (Digital Micromirror Device), a PDP (Plasma Display Panel), and an FED (Field Emission Display). A semiconductor display device such as) can be used.

なお、表示装置には、TV放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。 The display device includes all information display devices such as a personal computer and an advertisement display in addition to a TV broadcast reception.

図18において、据え付け型の照明装置8100は、本発明の一態様に係る二次電池8103を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置8100は、筐体8101、光源8102、二次電池8103等を有する。図18では、二次電池8103が、筐体8101及び光源8102が据え付けられた天井8104の内部に設けられている場合を例示しているが、二次電池8103は、筐体8101の内部に設けられていても良い。照明装置8100は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8103に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る二次電池8103を無停電電源として用いることで、照明装置8100の利用が可能となる。 In FIG. 18, a stationary lighting device 8100 is an example of an electronic device using the secondary battery 8103 according to one embodiment of the present invention. Specifically, the lighting device 8100 includes a housing 8101, a light source 8102, a secondary battery 8103, and the like. FIG. 18 illustrates the case where the secondary battery 8103 is provided inside the ceiling 8104 where the housing 8101 and the light source 8102 are installed, but the secondary battery 8103 is provided inside the housing 8101. It may be done. The lighting device 8100 can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the lighting device 8100 can use power stored in the secondary battery 8103. Thus, the lighting device 8100 can be used by using the secondary battery 8103 according to one embodiment of the present invention as an uninterruptible power supply even when power cannot be supplied from a commercial power supply due to a power failure or the like.

なお、図18では天井8104に設けられた据え付け型の照明装置8100を例示しているが、本発明の一態様に係る二次電池は、天井8104以外、例えば側壁8105、床8106、窓8107等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。 Note that FIG. 18 illustrates the installation lighting device 8100 provided on the ceiling 8104; however, the secondary battery according to one embodiment of the present invention is not the ceiling 8104, for example, a sidewall 8105, a floor 8106, a window 8107, or the like. It can also be used for a stationary illumination device provided on the desk, or a desktop illumination device.

また、光源8102には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。 The light source 8102 can be an artificial light source that artificially obtains light using electric power. Specifically, discharge lamps such as incandescent bulbs and fluorescent lamps, and light emitting elements such as LEDs and organic EL elements are examples of the artificial light source.

図18において、室内機8200及び室外機8204を有するエアコンディショナーは、本発明の一態様に係る二次電池8203を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機8200は、筐体8201、送風口8202、二次電池8203等を有する。図18では、二次電池8203が、室内機8200に設けられている場合を例示しているが、二次電池8203は室外機8204に設けられていても良い。或いは、室内機8200と室外機8204の両方に、二次電池8203が設けられていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8203に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機8200と室外機8204の両方に二次電池8203が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る二次電池8203を無停電電源として用いることで、エアコンディショナーの利用が可能となる。 In FIG. 18, an air conditioner including an indoor unit 8200 and an outdoor unit 8204 is an example of an electronic device using the secondary battery 8203 according to one embodiment of the present invention. Specifically, the indoor unit 8200 includes a housing 8201, an air outlet 8202, a secondary battery 8203, and the like. FIG. 18 illustrates the case where the secondary battery 8203 is provided in the indoor unit 8200, but the secondary battery 8203 may be provided in the outdoor unit 8204. Alternatively, the secondary battery 8203 may be provided in both the indoor unit 8200 and the outdoor unit 8204. The air conditioner can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the air conditioner can use power stored in the secondary battery 8203. In particular, when the secondary battery 8203 is provided in both the indoor unit 8200 and the outdoor unit 8204, the secondary battery 8203 according to one embodiment of the present invention can be used even when electric power cannot be supplied from the commercial power supply due to a power failure or the like. By using as an uninterruptible power supply, an air conditioner can be used.

なお、図18では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様に係る二次電池を用いることもできる。 Note that FIG. 18 illustrates a separate type air conditioner including an indoor unit and an outdoor unit. However, an integrated air conditioner having the functions of the indoor unit and the outdoor unit in one housing is illustrated. The secondary battery according to one embodiment of the present invention can also be used.

図18において、電気冷凍冷蔵庫8300は、本発明の一態様に係る二次電池8304を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303、二次電池8304等を有する。図18では、二次電池8304が、筐体8301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫8300は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池8304に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係る二次電池8304を無停電電源として用いることで、電気冷凍冷蔵庫8300の利用が可能となる。 In FIG. 18, an electric refrigerator-freezer 8300 is an example of an electronic device using the secondary battery 8304 according to one embodiment of the present invention. Specifically, the electric refrigerator-freezer 8300 includes a housing 8301, a refrigerator door 8302, a refrigerator door 8303, a secondary battery 8304, and the like. In FIG. 18, the secondary battery 8304 is provided inside the housing 8301. The electric refrigerator-freezer 8300 can receive power from a commercial power supply. Alternatively, the electric refrigerator-freezer 8300 can use power stored in the secondary battery 8304. Therefore, the electric refrigerator-freezer 8300 can be used by using the secondary battery 8304 according to one embodiment of the present invention as an uninterruptible power supply even when electric power cannot be supplied from the commercial power supply due to a power failure or the like.

また、電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合(電力使用率と呼ぶ)が低い時間帯において、二次電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫8300の場合、気温が低く、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303の開閉が行われない夜間において、二次電池8304に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303の開閉が行われる昼間において、二次電池8304を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。 In addition, in a time zone when the electronic device is not used, particularly in a time zone where the ratio of the actually used power amount (referred to as the power usage rate) is low in the total power amount that can be supplied by the commercial power supply source. By storing electric power in the secondary battery, it is possible to suppress an increase in the power usage rate outside the above time period. For example, in the case of the electric refrigerator-freezer 8300, electric power is stored in the secondary battery 8304 at night when the temperature is low and the refrigerator door 8302 and the refrigerator door 8303 are not opened and closed. In the daytime when the temperature rises and the refrigerator door 8302 and the freezer door 8303 are opened and closed, the secondary battery 8304 is used as an auxiliary power source, so that the daytime power usage rate can be kept low.

上述の電子機器の他、本発明の一態様の二次電池はあらゆる電子機器に搭載することができる。本発明の一態様により、二次電池のサイクル特性が良好となる。また、本発明の一態様によれば、高容量の二次電池とすることができ、よって、二次電池自体を小型軽量化することができる。そのため本発明の一態様である二次電池を、本実施の形態で説明した電子機器に搭載することで、より長寿命で、より軽量な電子機器とすることができる。本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。 In addition to the above electronic devices, the secondary battery of one embodiment of the present invention can be mounted on any electronic device. According to one embodiment of the present invention, the cycle characteristics of the secondary battery are improved. Further, according to one embodiment of the present invention, a high-capacity secondary battery can be obtained, and thus the secondary battery itself can be reduced in size and weight. Therefore, by mounting the secondary battery which is one embodiment of the present invention on the electronic device described in this embodiment, the electronic device can have a longer lifetime and a lighter weight. This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態7)
本実施の形態では、車両に本発明の一態様である二次電池を搭載する例を示す。
(Embodiment 7)
In this embodiment, an example in which a secondary battery which is one embodiment of the present invention is mounted on a vehicle will be described.

二次電池を車両に搭載すると、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、又はプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。 When a secondary battery is mounted on a vehicle, a next-generation clean energy vehicle such as a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), or a plug-in hybrid vehicle (PHEV) can be realized.

図19において、本発明の一態様である二次電池を用いた車両を例示する。図19(A)に示す自動車8400は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。また、自動車8400は二次電池を有する。二次電池は、車内の床部分に対して、図12に示した小型の円筒型の二次電池を多く並べて使用すればよい。また、図20に示す二次電池を複数組み合わせた電池パックを車内の床部分に対して設置してもよい。二次電池は電気モーター8406を駆動するだけでなく、ヘッドライト8401やルームライト(図示せず)などの発光装置に電力を供給することができる。 FIG. 19 illustrates a vehicle using the secondary battery which is one embodiment of the present invention. A car 8400 illustrated in FIG. 19A is an electric car that uses an electric motor as a power source for traveling. Or it is a hybrid vehicle which can select and use an electric motor and an engine suitably as a motive power source for driving | running | working. By using one embodiment of the present invention, a vehicle having a long cruising distance can be realized. The automobile 8400 includes a secondary battery. As the secondary battery, a large number of small cylindrical secondary batteries shown in FIG. 12 may be used side by side with respect to the floor portion in the vehicle. Further, a battery pack in which a plurality of secondary batteries shown in FIG. 20 are combined may be installed on the floor portion in the vehicle. The secondary battery not only drives the electric motor 8406 but can supply power to a light-emitting device such as a headlight 8401 or a room light (not shown).

また、二次電池は、自動車8400が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、二次電池は、自動車8400が有するナビゲーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。 The secondary battery can supply power to a display device such as a speedometer or a tachometer included in the automobile 8400. The secondary battery can supply power to a semiconductor device such as a navigation system included in the automobile 8400.

図19(B)に示す自動車8500は、自動車8500が有する二次電池にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図19(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8500に搭載された二次電池8024に、ケーブル8022を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はCHAdeMO(登録商標)やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置8021は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車8500に搭載された二次電池8024を充電することができる。充電は、充電装置8021が有するACDCコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。また充電用ACDCコンバータ8025が搭載された自動車8500の場合は、交流電源を接続しても充電を行うことができる。 A car 8500 illustrated in FIG. 19B can charge a secondary battery of the car 8500 by receiving power from an external charging facility by a plug-in method, a non-contact power feeding method, or the like. FIG. 19B illustrates a state where the secondary battery 8024 mounted on the automobile 8500 is charged through the cable 8022 from the ground-installed charging device 8021. When charging, the charging method, connector standard, and the like may be appropriately performed by a predetermined method such as CHAdeMO (registered trademark) or a combo. The charging device 8021 may be a charging station provided in a commercial facility, or may be a household power source. For example, the secondary battery 8024 mounted on the automobile 8500 can be charged by power supply from the outside by plug-in technology. Charging can be performed by converting AC power into DC power via a conversion device such as an ACDC converter included in the charging device 8021. In the case of an automobile 8500 equipped with a charging ACDC converter 8025, charging can be performed even if an AC power supply is connected.

また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に二次電池の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。 In addition, although not shown, the power receiving device can be mounted on the vehicle, and electric power can be supplied from the ground power transmitting device in a contactless manner and charged. In the case of this non-contact power supply method, charging can be performed not only when the vehicle is stopped but also during traveling by incorporating a power transmission device on a road or an outer wall. In addition, this non-contact power feeding method may be used to transmit and receive power between vehicles. Furthermore, a solar battery may be provided in the exterior part of the vehicle, and the secondary battery may be charged when the vehicle is stopped or traveling. An electromagnetic induction method or a magnetic field resonance method can be used for such non-contact power supply.

また、図19(C)は、本発明の一態様の二次電池を用いた二輪車の一例である。図19(C)に示すスクータ8600は、二次電池8602、サイドミラー8601、方向指示灯8603を備える。二次電池8602は、方向指示灯8603に電気を供給することができる。 FIG. 19C illustrates an example of a motorcycle using the secondary battery of one embodiment of the present invention. A scooter 8600 illustrated in FIG. 19C includes a secondary battery 8602, a side mirror 8601, and a direction indicator lamp 8603. The secondary battery 8602 can supply electricity to the direction indicator lamp 8603.

また、図19(C)に示すスクータ8600は、座席下収納8604に、二次電池8602を収納することができる。二次電池8602は、座席下収納8604が小型であっても、座席下収納8604に収納することができる。二次電池8602は、取り外し可能となっており、充電時には二次電池8602を屋内に持って運び、充電し、走行する前に収納すればよい。 In addition, the scooter 8600 illustrated in FIG. 19C can store the secondary battery 8602 in the under-seat storage 8604. The secondary battery 8602 can be stored in the under-seat storage 8604 even if the under-seat storage 8604 is small. The secondary battery 8602 can be removed. When charging, the secondary battery 8602 can be carried indoors, charged, and stored before traveling.

本発明の一態様によれば、二次電池のサイクル特性が良好となり、二次電池の容量を大きくすることができる。よって、二次電池自体を小型軽量化することができる。二次電池自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭載した二次電池を車両以外の電力供給源としても用いることもできる。この場合、例えば電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避できれば、省エネルギー、および二酸化炭素の排出の削減に寄与することができる。また、サイクル特性が良好であれば二次電池を長期に渡って使用できるため、コバルトをはじめとする希少金属の使用量を減らすことができる。 According to one embodiment of the present invention, the cycle characteristics of the secondary battery are improved, and the capacity of the secondary battery can be increased. Therefore, the secondary battery itself can be reduced in size and weight. If the secondary battery itself can be reduced in size and weight, the cruising distance can be improved because it contributes to weight reduction of the vehicle. Moreover, the secondary battery mounted in the vehicle can also be used as a power supply source other than the vehicle. In this case, for example, it is possible to avoid using a commercial power source at the peak of power demand. If it can be avoided to use a commercial power source at the peak of power demand, it can contribute to energy saving and reduction of carbon dioxide emissions. In addition, since the secondary battery can be used for a long period if the cycle characteristics are good, the amount of rare metals such as cobalt can be reduced.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

本実施例では、異なる被覆層を有する正極活物質粒子を用いた二次電池を作製し、SEMおよびXRDを用いて特徴を分析し、特性を比較した結果を示す。 In this example, a secondary battery using positive electrode active material particles having different coating layers is manufactured, characteristics are analyzed using SEM and XRD, and the results of comparison of characteristics are shown.

<正極活物質の作製>
本実施例では、金属元素M1としてコバルト、金属元素M2としてチタンを用いた、サンプル11〜サンプル14、サンプル21〜サンプル24、およびサンプル31の正極活物質を用意した。各サンプルの作製方法は以下の通りとした。
<Preparation of positive electrode active material>
In this example, positive electrode active materials of Sample 11 to Sample 14, Sample 21 to Sample 24, and Sample 31 were prepared using cobalt as the metal element M1 and titanium as the metal element M2. The production method of each sample was as follows.

≪サンプル11≫
サンプル11は、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子に、ゾルゲル法でチタンを含む被覆層を形成した後、加熱を行って作製した。
<< Sample 11 >>
Sample 11 was prepared by forming a coating layer containing titanium on lithium cobalt oxide particles containing magnesium and fluorine by a sol-gel method, and then heating.

本実施例では、出発原料としてあらかじめ合成されたマグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子を用いた。具体的には日本化学工業製の製品名;C−20Fを出発原料として用いた。 In this example, lithium cobalt oxide particles having magnesium and fluorine synthesized in advance were used as starting materials. Specifically, a product name manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd .; C-20F was used as a starting material.

2−プロパノールに、正極活物質重量当たりのTTIPが0.004ml/gとなるようTTIPを加え、溶解させた。TTIPはキシダ化学株式会社製の純度99.0%以上の試薬を用いた。このTTIPの2−プロパノール溶液に、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子を加えた。 TTIP was added to 2-propanol and dissolved so that the TTIP per weight of the positive electrode active material was 0.004 ml / g. For TTIP, a reagent having a purity of 99.0% or more manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. was used. Lithium cobaltate particles having magnesium and fluorine were added to the 2-propanol solution of TTIP.

このマグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子が混合された混合液を、マグネチックスターラーで70時間、25℃、湿度90%RHの条件下で撹拌した。この処理により、雰囲気中の水とTTIPで加水分解および重縮合反応を起こさせ、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子の表面に、チタンを含む層を形成させた。 The mixed liquid in which lithium cobaltate particles containing magnesium and fluorine were mixed was stirred with a magnetic stirrer for 70 hours at 25 ° C. and humidity of 90% RH. By this treatment, hydrolysis and polycondensation reaction were caused by water and TTIP in the atmosphere, and a layer containing titanium was formed on the surface of lithium cobaltate particles having magnesium and fluorine.

上記の処理を終えた混合液をろ過し、残渣を回収した。ろ過のフィルターには、桐山ろ紙(No.4)を用いた。 The mixed solution after the above treatment was filtered to recover the residue. Kiriyama filter paper (No. 4) was used as a filter for filtration.

回収した残渣を、70℃で3時間、乾燥した。 The collected residue was dried at 70 ° C. for 3 hours.

乾燥させた粉末を加熱した。加熱は、800℃(昇温200℃/時間)、保持時間2時間、酸素雰囲気の流量を10L/minとして行った。 The dried powder was heated. Heating was performed at 800 ° C. (temperature increase of 200 ° C./hour), a holding time of 2 hours, and an oxygen atmosphere flow rate of 10 L / min.

加熱した粉末を冷却した。冷却は、昇温と同じかそれ以上の時間をかけて行った。その後、ふるいにかけた。ふるいは目開きが53μmのものを用いた。 The heated powder was cooled. The cooling was performed over the same time as the temperature increase or longer. Then it was sifted. A sieve having an opening of 53 μm was used.

ふるい終えた粒子を、サンプル11の正極活物質とした。 The particles after sieving were used as the positive electrode active material of Sample 11.

サンプル11は、内部にコバルト酸リチウムを有し、表層部にチタンとマグネシウムを含む被覆層を有する正極活物質であることが推測された。 Sample 11 was presumed to be a positive electrode active material having lithium cobaltate inside and a coating layer containing titanium and magnesium in the surface layer portion.

≪サンプル12≫
サンプル12は比較例として、チタンを含む層を形成し乾燥させた後、加熱を行わずに作製した。加熱を行わなかった他は、サンプル11と同様に作製した。
<< Sample 12 >>
As a comparative example, Sample 12 was formed without heating after forming a layer containing titanium and drying it. A sample 11 was produced except that heating was not performed.

サンプル12は、内部にマグネシウムおよびフッ素を含むコバルト酸リチウムを有し、表層部にチタンを含む被覆層を有するが、表面にマグネシウムは偏析していない正極活物質であることが推測された。 Sample 12 was presumed to be a positive electrode active material having lithium cobaltate containing magnesium and fluorine inside and having a coating layer containing titanium on the surface layer portion, but magnesium was not segregated on the surface.

≪サンプル13≫
サンプル13は比較例として、チタンを含む層を形成せずに作製した。チタンを含む層を形成しなかった他は、サンプル11と同様に作製した。
<< Sample 13 >>
Sample 13 was produced as a comparative example without forming a layer containing titanium. It was produced in the same manner as Sample 11 except that the layer containing titanium was not formed.

サンプル13は、内部にコバルト酸リチウムを有し、表層部にマグネシウムを含む被覆層を有するが、チタンを有さない正極活物質であることが推測された。 Sample 13 was presumed to be a positive electrode active material having lithium cobaltate inside and having a coating layer containing magnesium in the surface layer portion, but not titanium.

≪サンプル14≫
サンプル14は比較例として、チタンを含む層を形成せず、加熱も行わなかった。具体的には日本化学工業製のC−20Fをそのまま用いた。
«Sample 14»
As a comparative example, Sample 14 did not form a layer containing titanium and was not heated. Specifically, Nippon Chemical Co., Ltd. C-20F was used as it was.

サンプル14は、マグネシウムおよびフッ素を含むコバルト酸リチウムであるが、被覆層をもたない正極活物質である。 The sample 14 is a lithium cobaltate containing magnesium and fluorine, but is a positive electrode active material having no coating layer.

≪サンプル21≫
サンプル21は、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子に、ゾルゲル法でチタンを含む被覆層を形成した後、加熱を行って作製した。
<< Sample 21 >>
Sample 21 was prepared by forming a coating layer containing titanium on lithium cobalt oxide particles containing magnesium and fluorine by a sol-gel method, and then heating.

正極活物質あたりのTTIPを0.01ml/gとし、加熱時の雰囲気を乾燥空気とした他は、サンプル11と同様に作製した。 It was produced in the same manner as Sample 11 except that the TTIP per positive electrode active material was 0.01 ml / g and the atmosphere during heating was dry air.

サンプル21は、内部にコバルト酸リチウムを有し、表層部にチタンとマグネシウムを含む被覆層を有する正極活物質であることが推測された。 Sample 21 was presumed to be a positive electrode active material having lithium cobaltate inside and having a coating layer containing titanium and magnesium in the surface layer portion.

≪サンプル22≫
サンプル22は比較例として、チタンを含む層を形成せずに作製した。チタンを含む層を形成しなかった他は、サンプル21と同様に作製した。
<< Sample 22 >>
Sample 22 was prepared as a comparative example without forming a layer containing titanium. It was produced in the same manner as Sample 21, except that the layer containing titanium was not formed.

サンプル22は、内部にコバルト酸リチウムを有し、表層部にマグネシウムを含む被覆層を有するが、チタンを有さない正極活物質であることが推測された。 The sample 22 was estimated to be a positive electrode active material having lithium cobaltate inside and having a coating layer containing magnesium in the surface layer portion, but not having titanium.

≪サンプル23≫
サンプル23は比較例として、マグネシウムを有さないコバルト酸リチウム粒子に、チタンを含む層を形成した後、加熱を行って作製した。
<< Sample 23 >>
As a comparative example, Sample 23 was manufactured by forming a layer containing titanium on lithium cobalt oxide particles not containing magnesium and then heating.

コバルト酸リチウム粒子は、日本化学工業製(製品名;C−10N)を用いた。これはXPSでマグネシウムが検出されず、フッ素が1原子%程度検出されるコバルト酸リチウム粒子である。 The product made from Nippon Chemical Industry (product name; C-10N) was used for the lithium cobalt oxide particles. This is a lithium cobaltate particle in which magnesium is not detected by XPS and fluorine is detected at about 1 atomic%.

出発材料としてC−10Nを用いた他は、サンプル21と同様に作製した。 A sample 21 was prepared except that C-10N was used as a starting material.

サンプル23は、内部にコバルト酸リチウムを有し、表層部にチタンを含む被覆層を有するが、表面にマグネシウムは偏析していない正極活物質であることが推測された。 Sample 23 was estimated to be a positive electrode active material having lithium cobaltate inside and having a coating layer containing titanium in the surface layer portion, but magnesium was not segregated on the surface.

≪サンプル24≫
サンプル24は比較例として、マグネシウムを有さないコバルト酸リチウム粒子に、チタンを含む層を形成せず、加熱も行わなかった。具体的には日本化学工業製のC−10Nをそのまま用いた。
<< Sample 24 >>
As a comparative example, Sample 24 did not form a layer containing titanium on lithium cobalt oxide particles not containing magnesium, and was not heated. Specifically, Nippon Chemical Industry's C-10N was used as it was.

サンプル24は、被覆層をもたないコバルト酸リチウムである。 Sample 24 is lithium cobaltate without a coating layer.

≪サンプル31≫
サンプル31は、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子に、ゾルゲル法でチタンを含む被覆層を形成した後、加熱を行って作製した。
<< Sample 31 >>
Sample 31 was prepared by forming a coating layer containing titanium on lithium cobalt oxide particles containing magnesium and fluorine by a sol-gel method, and then heating.

正極活物質あたりのTTIPを0.01ml/gとした他は、サンプル11と同様に作製した。 It was produced in the same manner as Sample 11 except that the TTIP per positive electrode active material was 0.01 ml / g.

サンプル31は、内部にコバルト酸リチウムを有し、表層部にチタンとマグネシウムを含む被覆層を有する正極活物質であることが推測された。 Sample 31 was presumed to be a positive electrode active material having lithium cobaltate inside and having a coating layer containing titanium and magnesium in the surface layer portion.

サンプル11〜サンプル14、サンプル21〜サンプル24、およびサンプル31の作製条件を表1に示す。また後述する、各サンプルについて行った分析を併せて示す。 Table 1 shows conditions for producing Samples 11 to 14, Samples 21 to 24, and Sample 31. Moreover, the analysis performed about each sample mentioned later is also shown collectively.

<SEM>
サンプル11およびサンプル14について、SEMを用いて観察した結果は図3で述べた通りである。チタンを含む層を形成し、加熱を行うことで、クラックおよび表面積の少ない、比較的表面が滑らかな正極活物質100を作製できることが明らかとなった。
<SEM>
The results of observing Sample 11 and Sample 14 using SEM are as described in FIG. It was revealed that a positive electrode active material 100 with few cracks and surface area and a relatively smooth surface can be produced by forming a layer containing titanium and heating.

<XRD>
サンプル11〜サンプル14について、正極活物質の粒子内部の結晶子の大きさを、XRDを用いて分析した。結果を表2に示す。
<XRD>
For Samples 11 to 14, the size of the crystallites inside the positive electrode active material particles was analyzed using XRD. The results are shown in Table 2.

表2に示すように、チタンを有する層を被覆し加熱を行ったサンプル11は、他のサンプルと比較して、結晶子が大きくなる傾向がみられた。結晶子が大きくなる傾向は結晶面によって差がみられ、(003)面等で顕著であった。 As shown in Table 2, Sample 11 in which a layer containing titanium was coated and heated was observed to have a larger crystallite than other samples. The tendency for the crystallites to increase is different depending on the crystal plane, and is prominent on the (003) plane and the like.

クラックが多いほど結晶性が低くなるため結晶子サイズは小さくなり、クラックが少ないほど結晶性が高くなるため結晶子サイズが大きくなると考えられる。 It is considered that as the number of cracks increases, the crystallinity decreases, and thus the crystallite size decreases.

またクラックをはじめとする欠陥は、(003)面等に沿って起こりやすいことが推測される。図20は、コバルト酸リチウム(LiCoO)の結晶構造のモデル図である。紙面に垂直な方向がa軸方向、図中の長方形の短辺がb軸方向、長方形の長辺がc軸方向である。図中に、(003)面を点線で示す。図20に示すように、(003)面は層構造の特性を示す。コバルト酸リチウムにおいて、リチウムと酸素の結合は、コバルトと酸素の結合よりも弱い。そのため、(003)面と平行に、クラックをはじめとする欠陥が起こりやすいことが推測される。 Further, it is presumed that defects such as cracks are likely to occur along the (003) plane. FIG. 20 is a model diagram of the crystal structure of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ). The direction perpendicular to the paper surface is the a-axis direction, the short side of the rectangle in the figure is the b-axis direction, and the long side of the rectangle is the c-axis direction. In the figure, the (003) plane is indicated by a dotted line. As shown in FIG. 20, the (003) plane shows the characteristics of the layer structure. In lithium cobaltate, the bond between lithium and oxygen is weaker than the bond between cobalt and oxygen. For this reason, it is presumed that defects such as cracks are likely to occur in parallel with the (003) plane.

本実施例のようにチタンを有する層を被覆し加熱をすることで、(003)面等に起因するクラックをはじめとする欠陥が修復されていることが推測された。 It was speculated that defects such as cracks due to the (003) plane were repaired by covering and heating a layer containing titanium as in this example.

<25℃におけるサイクル特性>
サンプル21〜サンプル24の正極活物質を用いて、CR2032タイプ(直径20mm高さ3.2mm)のコイン型の二次電池を作製し、サイクル特性を評価した。
<Cycle characteristics at 25 ° C>
Using the positive electrode active materials of Sample 21 to Sample 24, a CR2032-type (20 mm diameter, 3.2 mm height) coin-type secondary battery was manufactured, and cycle characteristics were evaluated.

正極には、サンプル21〜サンプル24の正極活物質(LCO)と、アセチレンブラック(AB)と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)をLCO:AB:PVDF=95:2.5:2.5(重量比)で混合したスラリーをアルミニウム箔の集電体に塗工したものを用いた。溶媒にはN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた。 For the positive electrode, positive electrode active material (LCO) of sample 21 to sample 24, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVDF) are LCO: AB: PVDF = 95: 2.5: 2.5 (weight ratio) ) Was applied to an aluminum foil current collector. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was used as the solvent.

対極にはリチウム金属を用いた。 Lithium metal was used for the counter electrode.

電解液が有する電解質には、1mol/Lの六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を用い、電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)がEC:DEC=3:7(体積比)で混合されたものに、ビニレンカーボネート(VC)を2重量%添加したものを用いた。 1 mol / L lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is used for the electrolyte of the electrolyte, and ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are EC: DEC = 3: 7 ( A mixture obtained by adding 2% by weight of vinylene carbonate (VC) to a mixture by volume ratio) was used.

正極缶及び負極缶には、ステンレス(SUS)で形成されているものを用いた。 As the positive electrode can and the negative electrode can, those formed of stainless steel (SUS) were used.

サイクル特性試験の測定温度は25℃とした。充電はCCCVで、まず活物質重量あたりの電流密度68.5mA/gの定電流、上限電圧4.6Vで行い、その後電流密度1.4mA/gとなるまで定電圧充電を行った。放電はCCで、活物質重量あたりの電流密度68.5mA/gの定電流、下限電圧2.5Vで行った。 The measurement temperature in the cycle characteristic test was 25 ° C. Charging was performed using CCCV, first, a constant current with a current density of 68.5 mA / g per weight of the active material and an upper limit voltage of 4.6 V, and then a constant voltage charge was performed until the current density reached 1.4 mA / g. The discharge was CC, and was performed at a constant current of 68.5 mA / g current density per active material weight and a lower limit voltage of 2.5V.

なお本実施例におけるCCCV充電およびCC充電の条件は、実施の形態2に記載のCCCV充電およびCC放電の説明で例示した電圧とは異なる場合があるが、電圧が異なるのみで充電方法および放電としては同じものである。高い電圧で充電することで、高容量の二次電池とすることができる。 In addition, although the conditions of CCCV charge and CC charge in a present Example may differ from the voltage illustrated by description of CCCV charge and CC discharge as described in Embodiment 2, only a voltage differs and it is as charging method and discharge. Are the same. By charging with a high voltage, a high-capacity secondary battery can be obtained.

図21に、サンプル21〜サンプル24の正極活物質を用いた二次電池の、4.6V充電時の放電容量維持率と充放電サイクル数のグラフを示す。また放電容量維持率は、初回放電容量を100%として求めた。 In FIG. 21, the graph of the discharge capacity maintenance factor at the time of 4.6V charge of the secondary battery using the positive electrode active material of the samples 21-sample 24 and the number of charging / discharging cycles is shown. The discharge capacity retention rate was determined with the initial discharge capacity as 100%.

図21から明らかなように、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子であるサンプル22は、被覆層をもたないサンプル24およびチタンを含む被覆層だけを形成したサンプル23と比較して、良好なサイクル特性を示した。これは加熱によりマグネシウムがコバルト酸リチウム粒子の表層部に偏析した効果であると考えられる。 As can be seen from FIG. 21, sample 22 which is lithium cobaltate particles having magnesium and fluorine is better than sample 24 having no coating layer and sample 23 having only a coating layer containing titanium. The cycle characteristics are shown. This is considered to be an effect that magnesium is segregated on the surface layer portion of the lithium cobalt oxide particles by heating.

また、マグネシウムとフッ素を有するコバルト酸リチウム粒子に、チタンを含む被覆層を形成した正極活物質であるサンプル21は、極めて良好なサイクル特性を示した。これは、マグネシウムが表層部に偏析したサンプル22、およびチタンを含む被覆層だけを形成したサンプル23を上回る特性であった。 Sample 21, which is a positive electrode active material in which a coating layer containing titanium is formed on lithium cobaltate particles containing magnesium and fluorine, showed extremely good cycle characteristics. This was a characteristic superior to that of the sample 22 in which magnesium was segregated in the surface layer portion and the sample 23 in which only the coating layer containing titanium was formed.

サイクル特性測定において、10サイクル時点の放電容量維持率は99%であった。また30サイクル時点の放電容量維持率は97%であった。 In the cycle characteristic measurement, the discharge capacity retention rate at the 10th cycle was 99%. The discharge capacity retention rate at the 30th cycle was 97%.

このように、チタンおよびマグネシウムを有する被覆層を設けることで、チタンを有する被覆層のみ、またはマグネシウムを有する被覆層のみを有する場合よりも、良好なサイクル特性を得られることが明らかとなった。 As described above, it has been clarified that by providing the coating layer having titanium and magnesium, better cycle characteristics can be obtained than when only the coating layer having titanium or only the coating layer having magnesium is provided.

<初期特性、レート特性および45℃におけるサイクル特性>
サンプル31の正極活物質を用いて二次電池を作製し、初期特性およびサイクル特性を評価した。
<Initial characteristics, rate characteristics and cycle characteristics at 45 ° C.>
A secondary battery was fabricated using the positive electrode active material of Sample 31, and the initial characteristics and cycle characteristics were evaluated.

正極には、サンプル31の正極活物質(LCO)と、アセチレンブラック(AB)と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(ソルベイ社製、製品名;GE51305)をLCO:AB:PVDF=95:3:2(重量比)で混合したスラリーをアルミニウム箔の集電体に塗工したものを用いた。溶媒にはN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた。正極集電体への担持量は約8.5mg/cmとした。他はサンプル21〜24と同様に作製した。 For the positive electrode, positive electrode active material (LCO) of sample 31, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVDF) (manufactured by Solvay, product name: GE51305) are LCO: AB: PVDF = 95: 3: 2. The slurry mixed at (weight ratio) was applied to an aluminum foil current collector. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was used as the solvent. The amount carried on the positive electrode current collector was about 8.5 mg / cm 2 . Others were produced in the same manner as Samples 21-24.

まずサンプル31の正極活物質を用いた二次電池について、初期特性およびレート特性を測定した。 First, initial characteristics and rate characteristics of the secondary battery using the positive electrode active material of Sample 31 were measured.

初回充放電特性の測定は、充電をCC/CV、0.2C、4.55V、0.05Cカットオフで行った。放電をCC、0.2C、3.0Vカットオフで行った。なお1C=160mAh/gとした。測定温度は25℃とした。 The initial charge / discharge characteristics were measured by charging with CC / CV, 0.2C, 4.55V, and 0.05C cut-off. Discharging was performed with CC, 0.2C, 3.0V cutoff. Note that 1C = 160 mAh / g. The measurement temperature was 25 ° C.

初回充放電後にレート容量を測定した。放電レートを変化させ、放電レート以外は初回充放電と同じ条件で、0.2C充電/0.2C放電、0.2C充電/0.5C放電、0.2C充電/1.0C放電、0.2C充電/2.0C放電、の順で測定した。測定温度は25℃とした。 The rate capacity was measured after the first charge / discharge. The discharge rate was changed, and the conditions other than the discharge rate were the same as the initial charge / discharge, 0.2C charge / 0.2C discharge, 0.2C charge / 0.5C discharge, 0.2C charge / 1.0C discharge, 0. It measured in order of 2C charge / 2.0C discharge. The measurement temperature was 25 ° C.

初期特性およびレート容量を測定した結果を表3および図22に示す。 The results of measuring the initial characteristics and the rate capacity are shown in Table 3 and FIG.

図22(A)は、表1のレート容量をグラフにしたものである。図22(B)は、表3の0.2Cの容量で規格化したレート容量をグラフにしたものである。 FIG. 22A is a graph of the rate capacity in Table 1. FIG. 22B is a graph showing the rate capacity normalized by the capacity of 0.2C in Table 3.

[サイクル特性]
サイクル特性では、充電をCC/CV、1.0C、4.55V、0.05Cカットオフ、放電をCC、1.0C、3.0Vカットオフで行った。測定温度は45℃とした。測定したサイクル特性について放電容量維持率でグラフにしたものを図23に示す。
[Cycle characteristics]
In the cycle characteristics, charging was performed with CC / CV, 1.0C, 4.55V, 0.05C cutoff, and discharging was performed with CC, 1.0C, 3.0V cutoff. The measurement temperature was 45 ° C. FIG. 23 shows a graph of the measured cycle characteristics in terms of discharge capacity retention rate.

サイクル特性測定において、10サイクル時点の放電容量維持率は100%であった。また30サイクル時点の放電容量維持率は98%であった。また100サイクル時点の放電容量維持率は79%であった。 In the cycle characteristic measurement, the discharge capacity retention rate at the 10th cycle was 100%. In addition, the discharge capacity retention rate at the 30th cycle was 98%. In addition, the discharge capacity retention rate at the 100th cycle was 79%.

また、サンプル31の正極活物質の比表面積を測定した結果は、0.13m/gであった。 Moreover, the result of measuring the specific surface area of the positive electrode active material of Sample 31 was 0.13 m 2 / g.

また、サンプル31の正極活物質の粒度分布を測定した結果、平均粒径は25.5μm、10%Dは13.5μm、50%Dは23.9μm、90%Dは56.4μmであった。 As a result of measuring the particle size distribution of the positive electrode active material of Sample 31, the average particle size was 25.5 μm, 10% D was 13.5 μm, 50% D was 23.9 μm, and 90% D was 56.4 μm. .

以上のように、本発明の一態様であるサンプル31の正極活物質粒子は、極めて良好な初回充放電容量、レート容量およびサイクル特性を示すことが明らかになった。 As described above, it has been clarified that the positive electrode active material particles of Sample 31 which is one embodiment of the present invention exhibit extremely good initial charge / discharge capacity, rate capacity, and cycle characteristics.

以上の結果から、本発明の一態様である正極活物質粒子は、二次電池に用いた際に極めて良好なサイクル特性を得られることが明らかとなった。 From the above results, it was revealed that the positive electrode active material particles which are one embodiment of the present invention can obtain extremely good cycle characteristics when used in a secondary battery.

100 活物質粒子
105 クラック
110 活物質粒子
111 粒子
150 点線
170 イソプロパノール
171 TTIP
172 TiOxゾル
173 乾燥ゲル
200 活物質層
201 グラフェン化合物
300 二次電池
301 正極缶
302 負極缶
303 ガスケット
304 正極
305 正極集電体
306 正極活物質層
307 負極
308 負極集電体
309 負極活物質層
310 セパレータ
100 Active material particle 105 Crack 110 Active material particle 111 Particle 150 Dotted line 170 Isopropanol 171 TTIP
172 TiOx sol 173 Dry gel 200 Active material layer 201 Graphene compound 300 Secondary battery 301 Positive electrode can 302 Negative electrode can 303 Gasket 304 Positive electrode 305 Positive electrode current collector 306 Positive electrode active material layer 307 Negative electrode 308 Negative electrode current collector 309 Negative electrode active material layer 310 Separator

Claims (13)

集電体と、前記集電体上の活物質層とを有し、
前記活物質層は、前記集電体に接する活物質粒子を複数有し、
前記活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、II価及びIV価の一方または両方の金属元素M2、並びに酸素を含み、
前記金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上であり、
前記活物質粒子は、一または複数の結晶子を有し、
前記活物質粒子は、内部に位置する第1の領域と、前記第1の領域の外側に位置する第2の領域とを有し、
前記第2の領域は、前記第1の領域より前記金属元素M2が多く含まれる、
ことを特徴とする正極。
A current collector, and an active material layer on the current collector,
The active material layer has a plurality of active material particles in contact with the current collector,
The active material particles include lithium, a metal element M1, a metal element M2 having one or both of II and IV, and oxygen,
The metal atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel,
The active material particles have one or more crystallites,
The active material particles have a first region located inside and a second region located outside the first region,
The second region contains more metal element M2 than the first region.
A positive electrode characterized by that.
請求項1において、
前記金属元素M2は、マグネシウム、カルシウム、シリコン、及びチタンの一以上である、
ことを特徴とする正極。
In claim 1,
The metal element M2 is one or more of magnesium, calcium, silicon, and titanium.
A positive electrode characterized by that.
請求項1において、
前記金属元素M2は、マグネシウム、カルシウム、及びチタンである、
ことを特徴とする正極。
In claim 1,
The metal element M2 is magnesium, calcium, and titanium.
A positive electrode characterized by that.
請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記第2の領域はさらにフッ素を含む、
ことを特徴とする正極。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The second region further comprises fluorine;
A positive electrode characterized by that.
正極と、負極と、電解液と、セパレータとを有する二次電池であって、
前記正極は、集電体と、前記集電体上の活物質層とを有し、
前記活物質層は、前記集電体に接する活物質粒子を複数有し、
前記活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、II価及びIV価の一方または両方の金属元素M2、並びに酸素を含み、
前記金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上であり、
前記活物質粒子は、一または複数の結晶子を有し、
前記活物質粒子は、内部に位置する第1の領域と、前記第1の領域の外側に位置する第2の領域とを有し、
前記第2の領域は、前記第1の領域より前記金属元素M2が多く含まれ、
前記二次電池は、100サイクル繰り返し充放電を行った後の容量が初期容量の78%以上である、
ことを特徴とする二次電池。
A secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator,
The positive electrode has a current collector and an active material layer on the current collector,
The active material layer has a plurality of active material particles in contact with the current collector,
The active material particles include lithium, a metal element M1, one or both of a metal element M2 having a valence of II and IV, and oxygen,
The metal atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel,
The active material particles have one or more crystallites,
The active material particles have a first region located inside and a second region located outside the first region,
The second region contains more metal element M2 than the first region,
The secondary battery has a capacity after repeated charge and discharge of 100 cycles of 78% or more of the initial capacity.
A secondary battery characterized by that.
正極と、負極と、電解液と、セパレータとを有する二次電池であって、
前記正極は、集電体と、前記集電体上の活物質層とを有し、
前記活物質層は、前記集電体に接する活物質粒子を複数有し、
前記活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、II価及びIV価の一方または両方の金属元素M2、並びに酸素を含み、
前記金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上であり、
前記活物質粒子は、一または複数の結晶子を有し、
前記活物質粒子は、内部に位置する第1の領域と、前記第1の領域の外側に位置する第2の領域とを有し、
前記第2の領域は、前記第1の領域より前記金属元素M2が多く含まれ、
前記二次電池は、10サイクル以上30サイクル以下の範囲で繰り返し充放電を行った後の容量が初期容量の98%以上である、
ことを特徴とする二次電池。
A secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator,
The positive electrode has a current collector and an active material layer on the current collector,
The active material layer has a plurality of active material particles in contact with the current collector,
The active material particles include lithium, a metal element M1, one or both of a metal element M2 having a valence of II and IV, and oxygen,
The metal atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel,
The active material particles have one or more crystallites,
The active material particles have a first region located inside and a second region located outside the first region,
The second region contains more metal element M2 than the first region,
The secondary battery has a capacity of 98% or more of the initial capacity after repeated charging and discharging in the range of 10 cycles or more and 30 cycles or less.
A secondary battery characterized by that.
ゾルゲル法を用いて、II価及びIV価のいずれか一方または両方の金属元素M2を、欠陥を有する第1の活物質粒子に被覆して、第2の活物質粒子を形成する第1の工程と、
前記第2の活物質粒子を加熱処理して、第3の活物質粒子を得る第2の工程と、
前記第3の活物質粒子を含むスラリーを集電体上に塗工する第3の工程と、を有し、
前記第1の活物質粒子に含まれる欠陥は、前記第2の工程において修復されることを特徴とする正極の作製方法。
A first step of forming second active material particles by coating the first active material particles having defects with one or both of the II and IV metal elements using the sol-gel method. When,
A second step of heat-treating the second active material particles to obtain third active material particles;
Applying a slurry containing the third active material particles on a current collector,
The defect included in the first active material particles is repaired in the second step.
請求項7において、
前記第3の活物質粒子に含まれる結晶子の大きさは、前記第1の活物質粒子に含まれる結晶子より大きい、
ことを特徴とする正極の作製方法。
In claim 7,
The size of the crystallites contained in the third active material particles is larger than the crystallites contained in the first active material particles;
A manufacturing method of a positive electrode characterized by the above.
請求項7または8において、前記第3の活物質粒子に含まれる結晶子の大きさは、前記第1の活物質粒子に含まれる結晶子の2倍以上である、
ことを特徴とする正極の作製方法。
In Claim 7 or 8, the size of the crystallite contained in the third active material particles is at least twice that of the crystallite contained in the first active material particles.
A manufacturing method of a positive electrode characterized by the above.
請求項7乃至9のいずれか一項において、
前記結晶子の大きさは、XRD分析によって測定される、ことを特徴とする正極の作製方法。
In any one of Claims 7 thru | or 9,
The method for producing a positive electrode, wherein the size of the crystallite is measured by XRD analysis.
請求項7乃至10のいずれか一項において、
前記第2の工程は、600℃以上1000℃以下で、酸素を含む雰囲気で行う、
ことを特徴とする正極の作製方法。
In any one of Claims 7 thru | or 10,
The second step is performed in an atmosphere containing oxygen at 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
A manufacturing method of a positive electrode characterized by the above.
請求項7乃至11のいずれか一項において、
前記金属元素M2は、マグネシウム、カルシウム、シリコン、及びチタンの一以上である、
ことを特徴とする正極の作製方法。
In any one of Claims 7 thru | or 11,
The metal element M2 is one or more of magnesium, calcium, silicon, and titanium.
A manufacturing method of a positive electrode characterized by the above.
請求項7乃至12のいずれか一項において、
前記第1の活物質粒子は、リチウム、金属元素M1、及び酸素を含み、
前記金属原子M1は、コバルト、マンガン、及びニッケルの一以上である、
ことを特徴とする正極の作製方法。
In any one of Claims 7 thru | or 12,
The first active material particles include lithium, a metal element M1, and oxygen,
The metal atom M1 is one or more of cobalt, manganese, and nickel.
A manufacturing method of a positive electrode characterized by the above.
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