JP2018147673A - Negative electrode active material, negative electrode and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負極活物質、負極およびリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode active material, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等と比べ、軽量、高容量であるため、携帯電子機器用電源として広く応用されている。また、ハイブリッド自動車や、電気自動車用に搭載される電源としても有力な候補となっている。そして、近年の携帯電子機器の小型化、高機能化に伴い、これらの電源となるリチウムイオン二次電池への更なる高容量化が期待されている。 Lithium ion secondary batteries are widely applied as power sources for portable electronic devices because they are lighter and have a higher capacity than nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, and the like. It is also a promising candidate as a power source for use in hybrid vehicles and electric vehicles. With the recent miniaturization and higher functionality of portable electronic devices, further increase in capacity is expected for lithium ion secondary batteries that serve as these power sources.
リチウムイオン二次電池の容量は主に電極の活物質に依存する。負極活物質には、一般に黒鉛などの炭素材料が利用されている。しかし、黒鉛の理論容量は372mAh/gであり、実用化されている電池では、既に約350mAh/gの容量が利用されている。よって、将来の高機能携帯機器のエネルギー源として十分な容量を有する非水電解質二次電池を得るためには、さらなる高容量化を実現する必要がある。 The capacity of the lithium ion secondary battery mainly depends on the active material of the electrode. In general, a carbon material such as graphite is used as the negative electrode active material. However, the theoretical capacity of graphite is 372 mAh / g, and a battery of about 350 mAh / g has already been used in a battery that has been put into practical use. Therefore, in order to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery having a sufficient capacity as an energy source for future high-performance portable devices, it is necessary to further increase the capacity.
近年ではより一層の高容量化に加え、利便性の向上のため急速充電特性や、電動工具やコードレス家電などリチウムイオン二次電池の新規な用途が開拓されたことによる急速放電への要望も高まりつつある。 In recent years, in addition to higher capacities, there has also been a growing demand for rapid discharge due to the rapid charging characteristics and improved use of lithium-ion secondary batteries such as power tools and cordless home appliances for improved convenience. It's getting on.
特許文献1では低空孔率の高エネルギー密度電極を使用したリチウムイオン二次電池において、非水電解質の塩濃度を1.3mol・dm−3以上にすることで、高率充放電特性を得ている。特許文献2ではリチウムイオン二次電池の非水電解液を、LiPF6及びLiBF4を含むリチウム塩;及び(a)エチレンカーボネイトまたはエチレンカーボネイトとプロピレンカーボネイトとの混合物からなる環状カーボネイトと(b)プロピオネート系エステルのような線状エステルとの混合体積比(a:b)が約10:90〜約70:30とすることで高率充放電特性を得ている。 In Patent Document 1, in a lithium ion secondary battery using a high energy density electrode with low porosity, high salt charge / discharge characteristics are obtained by setting the salt concentration of the nonaqueous electrolyte to 1.3 mol · dm −3 or more. Yes. In Patent Document 2, a non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery is prepared by using lithium salt containing LiPF 6 and LiBF 4 ; and (a) cyclic carbonate composed of ethylene carbonate or a mixture of ethylene carbonate and propylene carbonate; and (b) propionate. High rate charge / discharge characteristics are obtained when the mixing volume ratio (a: b) with a linear ester such as a series ester is about 10:90 to about 70:30.
しかしながら、上述した特許文献1、2に記載されたリチウムイオン二次電池においては、急速充電特性は十分ではない場合がある。 However, in the lithium ion secondary batteries described in Patent Documents 1 and 2 described above, quick charge characteristics may not be sufficient.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、急速充電特性に優れる負極活物質、負極およびリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said problem, and it aims at providing the negative electrode active material, negative electrode, and lithium ion secondary battery which are excellent in a quick charge characteristic.
本発明者らは、負極活物質として、炭素材料と所定量のAlとPを含有する組成物を用いたリチウムイオン二次電池は、急速充電特性、すなわち、充電時の負極へのLiイオンの挿入のし易さ(入力特性)が向上することを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
The inventors of the present invention have a lithium ion secondary battery using a carbon material and a composition containing a predetermined amount of Al and P as a negative electrode active material. It has been found that the ease of insertion (input characteristics) is improved.
That is, this invention provides the following means in order to solve the said subject.
(1)第1の態様にかかる負極活物質は、炭素材料と、AlおよびPを含有し、前記Alの含有量が0.002質量%以上0.2質量%以下であって、前記Pの含有量が0.06質量%以上1.5質量%以下である。 (1) The negative electrode active material according to the first aspect contains a carbon material, Al and P, and the content of the Al is 0.002% by mass to 0.2% by mass, Content is 0.06 mass% or more and 1.5 mass% or less.
(2)上記態様にかかる負極活物質において、さらに、Tiを含有し、前記Tiの含有量が前記炭素材料に対して0.05質量%以上1.5質量%以下であってもよい。 (2) The negative electrode active material according to the above aspect may further contain Ti, and the content of Ti may be 0.05% by mass or more and 1.5% by mass or less with respect to the carbon material.
(3)上記態様にかかる負極活物質において、前記炭素材料は人造黒鉛であり、そのかさ密度が0.5g/cm3以上2.0g/cm3以下であってもよい。 (3) In the negative electrode active material according to the above aspect, the carbon material may be artificial graphite, and the bulk density may be 0.5 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less.
(4)上記態様にかかる負極活物質において、前記炭素材料の比表面積は0.1m2/g以上2m2/g以下であってもよい。 (4) In the negative electrode active material according to the above aspect, the carbon material may have a specific surface area of 0.1 m 2 / g or more and 2 m 2 / g or less.
(5)第2の態様にかかる負極は、負極集電体と、前記負極集電体の上に設けられた負極活物質層とを有する負極であって、前記負極活物質層が、上記態様の負極活物質を含む。 (5) The negative electrode according to the second aspect is a negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector, wherein the negative electrode active material layer is the above-described aspect. Negative electrode active material.
(6)第3の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、上記態様にかかる負極と、正極と、電解液とを有する。 (6) The lithium ion secondary battery according to the third aspect includes the negative electrode according to the aspect, a positive electrode, and an electrolytic solution.
上記態様にかかる負極活物質、負極およびリチウムイオン二次電池は、急速充電特性に優れる。 The negative electrode active material, the negative electrode, and the lithium ion secondary battery according to the above aspect are excellent in quick charge characteristics.
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the characteristics of the present invention easier to understand, there are cases where the characteristic parts are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are different from actual ones. is there. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention.
[リチウムイオン二次電池]
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、主として積層体40、積層体40を密閉した状態で収容するケース50、及び積層体40に接続された一対のリード60、62を備えている。また図示されていないが、積層体40とともに電解液が、ケース50内に収容されている。
[Lithium ion secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery according to this embodiment. A lithium ion
積層体40は、正極20と負極30とが、セパレータ10を挟んで対向配置されたものである。正極20は、板状(膜状)の正極集電体22上に正極活物質層24が設けられたものである。負極30は、板状(膜状)の負極集電体32上に負極活物質層34が設けられたものである。
The stacked body 40 is configured such that the
正極活物質層24及び負極活物質層34は、セパレータ10の両側にそれぞれ接触している。正極集電体22及び負極集電体32の端部には、それぞれリード62、60が接続されており、リード60、62の端部はケース50の外部にまで延びている。図1では、ケース50内に積層体40が一つの場合を例示したが、複数積層されていてもよい。
The positive electrode
「負極」
負極30は、負極集電体32と、負極集電体32の上に設けられた負極活物質層34とを有する。
"Negative electrode"
The
(負極集電体)
負極集電体32は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode
(負極活物質層)
負極活物質層34は、負極活物質と負極バインダーとを有し、必要に応じて負極導電材を有する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode
(負極活物質)
負極活物質は、炭素材料と、AlおよびPを含有する。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material contains a carbon material and Al and P.
炭素材料の例としては、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)等が挙げられる。これらの炭素材料は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの炭素材料の中でも人造黒鉛であることが好ましい。 Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads (MCMB) and the like. These carbon materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these carbon materials, artificial graphite is preferable.
人造黒鉛は、かさ密度が0.5g/cm3以上2.0g/cm3以下であることが好ましい。かさ密度が上記の範囲にある人造黒鉛を用いて形成した負極活物質層は、電解液が侵入できる程度の比較的大きな空隙が生じやすく、人造黒鉛と電解液間でのリチウムイオン移動が容易となり急速充電特性がより向上する傾向がある。なお、かさ密度は、人造黒鉛を所定容量の容器に充填したときの人造黒鉛の重量と容器の体積との比である。 The artificial graphite preferably has a bulk density of 0.5 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less. The negative electrode active material layer formed using artificial graphite having a bulk density in the above range is likely to have a relatively large void that allows the electrolyte to enter, and facilitates lithium ion movement between the artificial graphite and the electrolyte. There is a tendency for quick charge characteristics to be further improved. The bulk density is a ratio between the weight of the artificial graphite and the volume of the container when the artificial graphite is filled in a container having a predetermined capacity.
炭素材料は、比表面積が0.1m2/g以上2m2/g以下であることが好ましい。比表面積が上記の範囲にある人造黒鉛を用いて形成した負極活物質層は、人造黒鉛と電解液との接触面が広くなり、人造黒鉛と電解液間でのリチウムイオン移動が容易となり急速充電特性がより向上する傾向がある。なお、比表面積は、窒素ガス吸着によるBET法により測定した値である。 The carbon material preferably has a specific surface area of 0.1 m 2 / g or more and 2 m 2 / g or less. The negative electrode active material layer formed using artificial graphite with a specific surface area in the above range has a wide contact surface between the artificial graphite and the electrolytic solution, facilitating lithium ion movement between the artificial graphite and the electrolytic solution, and rapid charging. There is a tendency for the characteristics to be improved. The specific surface area is a value measured by the BET method using nitrogen gas adsorption.
本実施形態の負極活物質に含まれるAlおよびPは、リチウムイオン二次電池の急速充電特性を向上させる作用がある。AlおよびPを含む負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池の急速充電特性が向上する理由としては次のように考えられる。AlイオンとPイオンが予め炭素材料の層間に侵入しており、炭素材料の層間が広げられている。そのため炭素材料へのLiイオンの脱挿入が容易となり、リチウムイオン二次電池の急速充電特性が向上すると考えられる。 Al and P contained in the negative electrode active material of the present embodiment have an effect of improving the quick charge characteristics of the lithium ion secondary battery. The reason why the rapid charge characteristics of a lithium ion secondary battery using a negative electrode active material containing Al and P is improved is considered as follows. Al ions and P ions have invaded between carbon material layers in advance, and the carbon material layers are expanded. Therefore, it is considered that Li ions can be easily inserted and removed from the carbon material, and the quick charge characteristics of the lithium ion secondary battery are improved.
リチウムイオン二次電池に組み込まれる前の負極活物質に含まれるAlおよびPの形態には特には制限はない。ただし、負極活物質に含まれるAlおよびPは、炭素材料の層間に侵入していることが好ましい。AlおよびPは、例えば、酸化アルミニウムや五酸化リンなどの酸化物の状態に存在していてもよい。また、AlとPでリン酸アルミニウムを形成していてもよい。 There is no particular limitation on the form of Al and P contained in the negative electrode active material before being incorporated in the lithium ion secondary battery. However, it is preferable that Al and P contained in the negative electrode active material penetrate between layers of the carbon material. Al and P may exist in the state of oxides, such as aluminum oxide and phosphorus pentoxide, for example. Further, aluminum phosphate may be formed of Al and P.
本実施形態において、負極活物質のAlの含有量は、負極活物質の全体量に対して0.002質量%以上0.2質量%以下とされている。また、負極活物質のPの含有量は負極活物質の全体量に対して0.06質量%以上1.5質量%以下とされている。負極活物質のAとPの含有量比は、Pに対するAlの質量比(P/Al)として、5以上40以下であることが好ましい。 In this embodiment, the content of Al in the negative electrode active material is set to 0.002% by mass or more and 0.2% by mass or less with respect to the total amount of the negative electrode active material. Further, the content of P in the negative electrode active material is set to 0.06 mass% or more and 1.5 mass% or less with respect to the total amount of the negative electrode active material. The content ratio of A and P in the negative electrode active material is preferably 5 or more and 40 or less as the mass ratio of Al to P (P / Al).
本実施形態の負極活物質は、さらに、Tiを含有し、このTiの含有量が炭素材料に対して0.05質量%以上1.5質量%以下であることが好ましい。Tiを上記の範囲で含む負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池は急速充電特性がさらに向上する傾向がある。これは、AlとPとTiとの3種類の元素を炭素材料の層間に侵入させることにより、さらに炭素材料の層間が広がって、炭素材料へのリチウムイオンの脱挿入が容易となるためであると考えられる。なお、リチウムイオン二次電池に組み込まれる前の負極活物質に含まれるTiの形態には特には制限はない。Tiは、酸化チタン、チタン酸アルミニウム、リン酸チタン、チタン酸リチウム、リン酸リチウムアルミニウムチタン(Li1+xAlxTi2−x(PO4)3、0<x≦0.5)として含有させてもよい。 The negative electrode active material of this embodiment further contains Ti, and the content of Ti is preferably 0.05% by mass or more and 1.5% by mass or less with respect to the carbon material. A lithium ion secondary battery using a negative electrode active material containing Ti in the above range tends to further improve quick charge characteristics. This is because the three kinds of elements of Al, P, and Ti penetrate between the layers of the carbon material, thereby further expanding the layers of the carbon material and facilitating the desorption / insertion of lithium ions into the carbon material. it is conceivable that. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the form of Ti contained in the negative electrode active material before incorporating in a lithium ion secondary battery. Ti is contained as titanium oxide, aluminum titanate, titanium phosphate, lithium titanate, lithium aluminum titanium phosphate (Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 , 0 <x ≦ 0.5). Also good.
(負極活物質の製造方法)
本実施形態の負極活物質は、例えば、炭素材料、Al源、P源、さらに必要に応じてTi源を、それぞれAl量、P量、そしてTi量が上記の範囲となる割合で秤量し、それらを混合することによって製造することができる。混合は、湿式で行ってもよいし、乾式で行ってもよい。混合装置としては、ボールミルなど一般的な粉体の混合に利用される混合装置を使用することができる。
(Method for producing negative electrode active material)
The negative electrode active material of the present embodiment is, for example, a carbon material, an Al source, a P source, and further, if necessary, a Ti source, and weighed the Al amount, the P amount, and the Ti amount in the above ranges, It can be produced by mixing them. Mixing may be performed wet or dry. As the mixing apparatus, a mixing apparatus used for mixing general powders such as a ball mill can be used.
(負極導電材)
導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラックやエチレンブラック等のカーボン粉末が特に好ましい。負極活物質36のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Negative electrode conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotube, carbon material, fine metal powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and fine metal powder, and conductive oxide such as ITO. It is done. Among these, carbon powders such as acetylene black and ethylene black are particularly preferable. In the case where sufficient conductivity can be ensured with only the negative electrode active material 36, the lithium ion
(負極バインダー)
バインダーは、活物質同士を結合すると共に、活物質と負極集電体32とを結合する。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
(Negative electrode binder)
The binder bonds the active materials to each other and bonds the active material to the negative electrode
また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。 In addition to the above, as the binder, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), Vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber The containing rubbers (VDF-CTFE-based fluorine rubber) vinylidene fluoride-based fluorine rubbers such as may be used.
また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電材の機能も発揮するので導電材を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等)のモノマーと、LiClO4、LiBF4、LiPF6等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。 Alternatively, an electron conductive conductive polymer or an ion conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron conductive conductive polymer include polyacetylene. In this case, since the binder also functions as a conductive material, it is not necessary to add a conductive material. Examples of the ion conductive conductive polymer include monomers of polymer compounds (polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyphosphazenes, etc.), LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6, and the like. Examples include a composite of a lithium salt or an alkali metal salt mainly composed of lithium. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.
またこの他に、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。 In addition, for example, cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide resin, polyamideimide resin, acrylic resin, or the like may be used as the binder.
負極活物質層34中の負極活物質36、導電材及びバインダーの含有量は特に限定されない。負極活物質層34における負極活物質36の構成比率は、質量比で90%以上98%以下であることが好ましい。また負極活物質層34における導電材の構成比率は、質量比で0%以上3.0%以下であることが好ましく、負極活物質層34におけるバインダーの構成比率は、質量比で2.0%以上5.0%以下であることが好ましい。
The contents of the negative electrode active material 36, the conductive material, and the binder in the negative electrode
負極活物質とバインダーの含有量を上記範囲とすることにより、バインダーの量が少なすぎて強固な負極活物質層を形成できなくなることを防ぐことができる。また、電気容量に寄与しないバインダーの量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向も抑制できる。 By making content of a negative electrode active material and a binder into the said range, it can prevent that the quantity of a binder is too small and it becomes impossible to form a strong negative electrode active material layer. In addition, the amount of the binder that does not contribute to the electric capacity increases, and the tendency that it is difficult to obtain a sufficient volume energy density can be suppressed.
「正極」
正極20は、正極集電体22と、正極集電体22の上に設けられた正極活物質層24とを有する。
"Positive electrode"
The
(正極集電体)
正極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode
(正極活物質層)
正極活物質層24に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6−)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material used for the positive electrode
例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixCoyMnzMaO2(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、LiNixCoyAlzO2(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。 For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMnO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: LiNi x Co y Mn z M a O 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ a <1, M is one type selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, Cr Complex metal oxides represented by the above elements), lithium vanadium compounds (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr) One or more elements selected from VO), LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1) and other complex metal oxides, polyacetylene, Polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene and the like can be mentioned.
(導電材)
導電材は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotube, carbon material, fine metal powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and fine metal powder, and conductive oxide such as ITO. . In the case where sufficient conductivity can be ensured only by the positive electrode active material, the lithium ion
(正極バインダー)
正極に用いるバインダーは負極と同様のものを使用できる。
(Positive electrode binder)
The binder used for the positive electrode can be the same as that for the negative electrode.
正極活物質層24における正極活物質の構成比率は、質量比で80%以上96%以下であることが好ましい。また正極活物質層24における導電材の構成比率は、質量比で2.0%以上10%以下であることが好ましく、正極活物質層24におけるバインダーの構成比率は、質量比で2.0%以上10%以下であることが好ましい。
The constituent ratio of the positive electrode active material in the positive electrode
「セパレータ」
セパレータ10は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
"Separator"
The separator 10 only needs to be formed of an electrically insulating porous structure, for example, a single layer of a film made of polyethylene, polypropylene, or polyolefin, a stretched film of a laminate or a mixture of the above resins, or cellulose, polyester, and Examples thereof include a fiber nonwoven fabric made of at least one constituent material selected from the group consisting of polypropylene.
「電解液」
電解液には、リチウム塩を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いため、充電時の耐用電圧が低く制限される。そのため、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。
"Electrolyte"
As the electrolytic solution, an electrolyte solution containing lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, since the electrolytic aqueous solution has a low decomposition voltage electrochemically, the withstand voltage during charging is limited to be low. Therefore, an electrolyte solution (nonaqueous electrolyte solution) using an organic solvent is preferable.
非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。 The nonaqueous electrolytic solution has an electrolyte dissolved in a nonaqueous solvent, and may contain a cyclic carbonate and a chain carbonate as a nonaqueous solvent.
環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。 As cyclic carbonate, what can solvate electrolyte can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like can be used.
鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、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、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。 The chain carbonate can reduce the viscosity of the cyclic carbonate. Examples thereof include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. In addition, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like may be mixed and used.
非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9〜1:1にすることが好ましい。 The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 1: 9 to 1: 1 by volume.
電解質としては、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、LiPF6を含むことが好ましい。 Examples of the electrolyte include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2) 2, LiN ( CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2, lithium salts such as LiBOB can be used. In addition, these lithium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In particular, LiPF 6 is preferably included from the viewpoint of the degree of ionization.
LiPF6を非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が2.0mol/L以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。 When LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L. When the concentration of the electrolyte is 0.5 mol / L or more, the lithium ion concentration of the nonaqueous electrolytic solution can be sufficiently secured, and a sufficient capacity can be easily obtained during charging and discharging. Moreover, by suppressing the electrolyte concentration to within 2.0 mol / L, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte, to sufficiently secure the mobility of lithium ions, and to obtain a sufficient capacity during charging and discharging. It becomes easy.
LiPF6をその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましく、LiPF6からのリチウムイオン濃度がその50mol%以上含まれることがさらに好ましい。 Even when LiPF 6 is mixed with another electrolyte, the lithium ion concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L, and the lithium ion concentration from LiPF 6 is 50 mol%. More preferably, it is contained.
「ケース」
ケース50は、その内部に積層体40及び電解液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
"Case"
The
例えば、ケース50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。
For example, as the
「リード」
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。そして、公知の方法により、リード60、62を正極集電体22、負極集電体32にそれぞれ溶接し、正極20の正極活物質層24と負極30の負極活物質層34との間にセパレータ10を挟んだ状態で、電解液と共にケース50内に挿入し、ケース50の入り口をシールする。
"Lead"
The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum. Then, the
[リチウムイオン二次電池の製造方法]
次に、リチウムイオン二次電池100を製造する方法について具体的に説明する。
[Method for producing lithium ion secondary battery]
Next, a method for manufacturing the lithium ion
まず、負極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電材を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン等を用いることができる。負極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で90wt%〜98wt%:0wt%〜3.0wt%:2.0wt%〜5.0wt%であることが好ましい。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。 First, a negative electrode active material, a binder, and a solvent are mixed to prepare a paint. A conductive material may be further added as necessary. As the solvent, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone or the like can be used. The constituent ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder is preferably 90 wt% to 98 wt%: 0 wt% to 3.0 wt%: 2.0 wt% to 5.0 wt% in mass ratio. These mass ratios are adjusted so as to be 100 wt% as a whole.
塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、負極集電体32に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。正極についても、同様に正極集電体22上に正極用の塗料を塗布する。
The mixing method of these components constituting the paint is not particularly limited, and the mixing order is not particularly limited. The paint is applied to the negative electrode
続いて、正極集電体22及び負極集電体32上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体22及び負極集電体32を、80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。
Subsequently, the solvent in the paint applied on the positive electrode
そして、このようにして正極活物質層24、負極活物質層34が形成された電極を必要に応じ、ロールプレス装置等によりプレス処理を行う。
Then, the electrode on which the positive electrode
次いで、正極活物質層24を有する正極20と、負極活物質層34を有する負極30と、正極と負極との間に介在するセパレータ10と、電解液と、をケース50内に封入する。
Next, the
例えば、正極20と、負極30と、セパレータ10とを積層し、正極20及び負極30を、積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極20、セパレータ10、及び負極30を密着させる。そして、例えば、予め作製した袋状のケース50に、積層体40を入れる。
For example, the
最後に電解液をケース50内に注入することにより、リチウムイオン二次電池が作製される。なお、ケースに電解液を注入するのではなく、積層体40を電解液に含浸させてもよい。
Finally, the lithium ion secondary battery is manufactured by injecting the electrolytic solution into the
上述のように、本実施形態にかかる負極活物質は、AlおよびPを所定の量にて含有するため、炭素材料の層間が広げられていると考えられる。このため、本実施形態にかかる負極活物質を含むリチウムイオン二次電池は、急速充電特性(入力特性)が向上する。 As described above, since the negative electrode active material according to the present embodiment contains Al and P in predetermined amounts, it is considered that the interlayer of the carbon material is expanded. For this reason, the lithium ion secondary battery containing the negative electrode active material concerning this embodiment improves a quick charge characteristic (input characteristic).
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and the omission of the configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible.
[実施例1]
(負極活物質の作製)
炭素材料として人造黒鉛(かさ密度:2.5g/cm3、比表面積:0.05m2/g)を、Al源としてAl2O3を、P源としてP2O5を用意した。用意した人造黒鉛とAl2O3とP2O5を、Al2O3の含有量がAl量として0.002質量%、P2O5の含有量がP量として0.060質量%となる割合で秤量した。秤量した人造黒鉛とAl2O3とP2O5を、ボールミルで乾式混合して、負極活物質を作製した。
なお、かさ密度は、人造黒鉛を漏斗の排出部8mmφから落下させて、容量100cm3の容器に充填し、容器から溢れた人造黒鉛を擦り切った後、容器に充填された人造黒鉛の重量を測定し、測定した人造黒鉛の重量と容器の容積から算出した。比表面積は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着によるBET法により測定した。
[Example 1]
(Preparation of negative electrode active material)
Artificial graphite (bulk density: 2.5 g / cm 3 , specific surface area: 0.05 m 2 / g) was prepared as a carbon material, Al 2 O 3 was prepared as an Al source, and P 2 O 5 was prepared as a P source. The prepared artificial graphite, Al 2 O 3 and P 2 O 5 have an Al 2 O 3 content of 0.002% by mass as an Al amount and a P 2 O 5 content of 0.060% by mass as a P amount. Weighed at the ratio Artificial graphite and Al 2 O 3 and P 2 O 5 were weighed and dry-mixed in a ball mill, to prepare a negative electrode active material.
The bulk density is determined by dropping the artificial graphite from the discharge part 8 mmφ of the funnel, filling the container with a capacity of 100 cm 3 , scraping the artificial graphite overflowing from the container, and then weighing the artificial graphite filled in the container. It measured and computed from the measured weight of artificial graphite and the volume of the container. The specific surface area was measured by a BET method using nitrogen gas adsorption using a specific surface area measuring device.
(負極の作製)
作製した負極活物質を94質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを2質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を4質量部の割合で秤量し、これらを混合して負極合剤を得た。続いて、負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の負極合剤塗料とした。この塗料を、厚さ10μmの電解銅箔の両面にそれぞれ、負極活物質の塗布量が6.1mg/cm2となるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ロールプレスにより加圧成形して、負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
94 parts by mass of the produced negative electrode active material, 2 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 4 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were weighed and mixed to obtain a negative electrode mixture. . Subsequently, the negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture paint. This paint was applied to both surfaces of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm so that the amount of the negative electrode active material applied was 6.1 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a negative electrode active material layer. . Then, it pressure-molded with the roll press and produced the negative electrode.
(正極の作製)
正極活物質としてLiCoO2を90質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を5質量部の割合で秤量し、これらを混合して正極合剤を得た。続いて、正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の正極合剤塗料とした。この塗料を、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にそれぞれ、正極活物質の塗布量が12.5mg/cm2となるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ロールプレスにより加圧成形し、正極を作製した。
(Preparation of positive electrode)
90 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed together to obtain a positive electrode mixture. It was. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture paint. This paint was applied to both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm so that the applied amount of the positive electrode active material was 12.5 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a positive electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roll press and produced the positive electrode.
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
作製した負極と正極とを、厚さ16μmのポリプロピレン製のセパレータを介して交互に積層し、負極3枚と正極2枚とを積層することで積層体を作製した。さらに、上記積層体の負極において、負極活物質層を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製の負極リードを取り付け、一方、積層体の正極においては、正極活物質層を設けていないアルミニウム箔の突起端部にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接機によって取り付けた。そしてこの積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成し、上記外装体内にEC(エチレンカーボネート)/DEC(ジエチルカーボネート)が体積比3:7の割合で配合された溶媒中に、リチウム塩として1M(mol/L)のLiPF6が添加された非水電解液を注入した後に、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封してリチウムイオン二次電池を作製した。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
The produced negative electrode and positive electrode were alternately laminated through a polypropylene separator having a thickness of 16 μm, and a laminate was produced by laminating three negative electrodes and two positive electrodes. Furthermore, in the negative electrode of the laminated body, a negative electrode lead made of nickel is attached to the protruding end portion of the copper foil not provided with the negative electrode active material layer. On the other hand, in the positive electrode of the laminated body, aluminum without the positive electrode active material layer is provided. An aluminum positive electrode lead was attached to the protruding end of the foil by an ultrasonic welding machine. And this laminated body is inserted into the outer package of the aluminum laminate film and heat-sealed except for one peripheral portion to form a closed portion, and EC (ethylene carbonate) / DEC (diethyl carbonate) is formed in the outer package. After injecting a non-aqueous electrolyte to which 1M (mol / L) LiPF 6 was added as a lithium salt into a solvent blended at a volume ratio of 3: 7, the remaining one part was decompressed by a vacuum sealer. While being sealed with heat seal, a lithium ion secondary battery was produced.
(急速充電特性の測定)
作製したリチウムイオン二次電池の急速充電特性を、二次電池充放電試験装置を用いて測定した。電圧範囲を3.0Vから4.2Vまでとし、負極活物質重量当たり1C=340mAh/gとし、3C容量維持率(%)として評価した。ここで、3C容量維持率とは、0.2C充電時の定電流−定電圧充電容量を基準とし、0.2C充電量に対する3C定電流充電時における充電容量の割合であり以下の式(1)で表される。なお1Cとは公称容量値の容量を有する電池セルを定電流充電、または定電流放電して、ちょうど1時間で充放電が終了となる電流値のことである。その結果を表1に示す。
(Measurement of quick charge characteristics)
The quick charge characteristics of the produced lithium ion secondary battery were measured using a secondary battery charge / discharge test apparatus. The voltage range was 3.0 V to 4.2 V, and 1C = 340 mAh / g per negative electrode active material weight, and the 3C capacity retention rate (%) was evaluated. Here, the 3C capacity maintenance rate is a ratio of the charging capacity at the time of 3C constant current charging to the 0.2C charging amount with respect to the constant current-constant voltage charging capacity at the time of 0.2C charging. ). Note that 1C is a current value at which charging / discharging is completed in exactly one hour after a constant current charge or constant current discharge is performed on a battery cell having a nominal capacity value. The results are shown in Table 1.
[実施例2〜8、比較例1〜8]
負極活物質の作製において、人造黒鉛とAl2O3とP2O5を、Al2O3およびP2O5の含有量がそれぞれAl量およびP量として下記の表1に記載の量となる割合で秤量したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。そして、作製したリチウムイオン二次電池の急速充電特性(3C容量維持率(%))を測定した。その結果を表1に示す。
[Examples 2-8, Comparative Examples 1-8]
In the production of the negative electrode active material, artificial graphite, Al 2 O 3 and P 2 O 5 were used, and the amounts of Al 2 O 3 and P 2 O 5 were the amounts shown in Table 1 below as the amounts of Al and P, respectively. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that it was weighed at the ratio described above. And the quick charge characteristic (3C capacity | capacitance maintenance factor (%)) of the produced lithium ion secondary battery was measured. The results are shown in Table 1.
表1に示す結果から、Alの含有量が0.002質量%以上0.2質量%以下であって、Pの含有量が0.06質量%以上1.5質量%以下である実施例1〜8は、いずれも3C容量維持率が68%以上と高い値を示すことが確認された。これに対して、AlおよびPのうちの少なくとも一方の含有量が本発明の範囲よりも少ないもしくは多い比較例1〜8は、いずれも3C容量維持率が60%以下と低い値を示した。 From the results shown in Table 1, Example 1 in which the Al content is 0.002% by mass to 0.2% by mass and the P content is 0.06% by mass to 1.5% by mass. It was confirmed that all of -8 exhibited a high value with a 3C capacity maintenance ratio of 68% or more. On the other hand, Comparative Examples 1 to 8, in which the content of at least one of Al and P is less or greater than the range of the present invention, all showed a low value of 3C capacity maintenance rate of 60% or less.
[実施例9〜16]
負極活物質にTiをTiO2として加えたこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。すなわち、負極活物質の作製において、人造黒鉛とAl2O3とP2O5とTiO2を、Al2O3の含有量がAl量として0.080質量%、P2O5の含有量がP量として0.750質量%、そしてTiO2の含有量がTi量として下記の表2に記載の量となる割合で秤量したこと以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。そして、作製したリチウムイオン二次電池の急速充電特性(3C容量維持率(%))を測定した。その結果を表2に示す。なお、表2には、負極活物質のAl2O3の含有量がAl量として0.080質量%、P2O5の含有量がP量として0.750質量%とされた実施例4の急速充電特性の測定結果を記載した。
[Examples 9 to 16]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that Ti was added to the negative electrode active material as TiO 2 . That is, in the production of the negative electrode active material, artificial graphite, Al 2 O 3 , P 2 O 5 and TiO 2 , the content of Al 2 O 3 is 0.080 mass% as the amount of Al, and the content of P 2 O 5 Lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1, except that the P content was 0.750% by mass, and the TiO 2 content was weighed in the proportion of Ti as described in Table 2 below. Was made. And the quick charge characteristic (3C capacity | capacitance maintenance factor (%)) of the produced lithium ion secondary battery was measured. The results are shown in Table 2. In Table 2, Example 4 in which the content of Al 2 O 3 of the negative electrode active material was 0.080 mass% as the Al amount and the content of P 2 O 5 was 0.750 mass% as the P amount. The measurement results of the quick charge characteristics of are described.
表2に示す結果から、Tiをさらに加えることによって、3C容量維持率が向上することが確認された。特に、Tiの含有量が0.05質量%以上1.5質量%以下である実施例11〜14は3C容量維持率が向上した。 From the results shown in Table 2, it was confirmed that the 3C capacity retention rate was improved by further adding Ti. In particular, in Examples 11 to 14 in which the Ti content was 0.05% by mass or more and 1.5% by mass or less, the 3C capacity retention rate was improved.
[実施例17〜24]
人造黒鉛を篩分けすることにより、人造黒鉛のかさ密度を調整したこと以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。すなわち、負極活物質の作製において、炭素材料として、かさ密度を下記の表3に記載の値に調整した人造黒鉛を用いたこと以外は、実施例11と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。そして、作製したリチウムイオン二次電池の急速充電特性(3C容量維持率(%))を測定した。その結果を表3に示す。
[Examples 17 to 24]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that the bulk density of the artificial graphite was adjusted by sieving the artificial graphite. That is, in the production of the negative electrode active material, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 11 except that artificial graphite having a bulk density adjusted to the value shown in Table 3 below was used as the carbon material. did. And the quick charge characteristic (3C capacity | capacitance maintenance factor (%)) of the produced lithium ion secondary battery was measured. The results are shown in Table 3.
なお、実施例17のかさ密度は、人造黒鉛の粒度分布の累積体積の0〜10%および90〜100%の人造黒鉛を篩分けで除去することによって調整した。同様に、実施例18では累積体積の0〜8%および92〜100%の人造黒鉛を除去した。実施例19では、累積体積の0〜7%および93〜100%の人造黒鉛を除去した。実施例20では累積体積の0〜5%および95〜100%の人造黒鉛を除去した。実施例21では累積体積の0〜3%および97〜100%の人造黒鉛を除去した。実施例22では累積体積の0〜2%および98〜100%の人造黒鉛を除去した。そして実施例23では累積体積の0〜1%および99〜100%の人造黒鉛を除去した。実施例24は篩分けをしなかった(すなわち、実施例11に相当)。こうすることにより比表面積を変えずに表3のかさ密度を得た。 In addition, the bulk density of Example 17 was adjusted by removing 0 to 10% and 90 to 100% of the artificial graphite of the cumulative volume of the particle size distribution of the artificial graphite by sieving. Similarly, in Example 18, artificial graphite of 0 to 8% and 92 to 100% of the cumulative volume was removed. In Example 19, 0 to 7% and 93 to 100% of the artificial graphite of the cumulative volume was removed. In Example 20, artificial graphite of 0 to 5% and 95 to 100% of the cumulative volume was removed. In Example 21, 0 to 3% of the cumulative volume and 97 to 100% of artificial graphite were removed. In Example 22, 0-2% and 98-100% of the artificial graphite was removed. In Example 23, 0 to 1% and 99 to 100% of artificial graphite in the cumulative volume were removed. Example 24 was not sieved (ie, equivalent to Example 11). By doing so, the bulk density shown in Table 3 was obtained without changing the specific surface area.
表3に示す結果から、人造黒鉛のかさ密度を調整することによって、3C容量維持率が向上することが確認された。特に、かさ密度が0.5g/cm3以上2.0g/cm3以下である実施例19〜22は3C容量維持率が顕著に向上した。 From the results shown in Table 3, it was confirmed that the 3C capacity retention rate was improved by adjusting the bulk density of the artificial graphite. In particular, in Examples 19 to 22 in which the bulk density was 0.5 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less, the 3C capacity retention rate was significantly improved.
[実施例25〜32]
人造黒鉛を粉砕することにより、人造黒鉛の比表面積を調整したこと以外は、実施例18と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。すなわち、負極活物質の作製において、炭素材料として、比表面積を下記の表4に記載の値に調整した人造黒鉛を用いたこと以外は、実施例18と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。そして、作製したリチウムイオン二次電池の急速充電特性(3C容量維持率(%))を測定した。その結果を表4に示す。
[Examples 25 to 32]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 18 except that the specific surface area of the artificial graphite was adjusted by pulverizing the artificial graphite. That is, in the production of the negative electrode active material, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 18 except that artificial graphite having a specific surface area adjusted to the value shown in Table 4 below was used as the carbon material. did. And the quick charge characteristic (3C capacity | capacitance maintenance factor (%)) of the produced lithium ion secondary battery was measured. The results are shown in Table 4.
なお、人造黒鉛の粉砕は、ボールミルを用いた乾式粉砕により実施した。但し、実施例25は粉砕を実施しなかった(すなわち、実施例18に相当)。実施例26は粉砕時間を0.5時間、実施例27は粉砕時間を1時間、実施例28は粉砕時間を2時間、実施例29は粉砕時間を3時間、実施例30は粉砕時間を4時間、実施例31は粉砕時間を5時間、そして、実施例32は粉砕時間を6時間とした。 The artificial graphite was pulverized by dry pulverization using a ball mill. However, in Example 25, pulverization was not performed (that is, corresponding to Example 18). Example 26 has a grinding time of 0.5 hour, Example 27 has a grinding time of 1 hour, Example 28 has a grinding time of 2 hours, Example 29 has a grinding time of 3 hours, and Example 30 has a grinding time of 4 hours. Time, Example 31 had a grinding time of 5 hours, and Example 32 had a grinding time of 6 hours.
表4に示す結果から、人造黒鉛の比表面積を調整することによって、3C容量維持率が向上することが確認された。特に、比表面積が0.1m2/g以上2m2/g以下である実施例27〜30は3C容量維持率が顕著に向上した。 From the results shown in Table 4, it was confirmed that the 3C capacity retention rate was improved by adjusting the specific surface area of the artificial graphite. In particular, in Examples 27 to 30 having a specific surface area of 0.1 m 2 / g or more and 2 m 2 / g or less, the 3C capacity retention rate was significantly improved.
10…セパレータ、20…正極、22…正極集電体、24…正極活物質層、30…負極、32…負極集電体、34…負極活物質層、40…積層体、50…ケース、52…金属箔、54…高分子膜、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separator, 20 ... Positive electrode, 22 ... Positive electrode collector, 24 ... Positive electrode active material layer, 30 ... Negative electrode, 32 ... Negative electrode collector, 34 ... Negative electrode active material layer, 40 ... Laminate, 50 ... Case, 52 ... Metal foil, 54 ... Polymer film, 60, 62 ... Lead, 100 ... Lithium ion secondary battery
Claims (6)
前記負極活物質層が、請求項1〜4のいずれか一項に記載の負極活物質を含む負極。 A negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector,
The negative electrode in which the said negative electrode active material layer contains the negative electrode active material as described in any one of Claims 1-4.
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- 2017-03-03 JP JP2017040754A patent/JP2018147673A/en active Pending
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