JP2019169400A - Active material composite, electrode, secondary battery, battery pack and vehicle - Google Patents

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Abstract

To provide an active material composite which enables the materialization of a secondary battery superior in input/output performance and energy density, an electrode containing the active material composite, a secondary battery, a battery pack and a vehicle.SOLUTION: An active material composite comprising: particles of a niobium titanium composite oxide; and a carbon-containing layer covering at least a part of the surface of each niobium titanium composite oxide particle is provided according to an embodiment. The carbon-containing layer satisfies the following expression (1): 1.2<I/I≤5 (1), where Iis a peak intensity of D band arising in a range of 1280-1400 cmin Raman spectra according to Raman spectroscopy with a light source of 532 nm, and Iis a peak intensity of G band arising in a range of 1530-1650 cmin the Raman spectra.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明の実施形態は、活物質複合体、電極、二次電池、電池パック及び車両に関する。   Embodiments described herein relate generally to an active material composite, an electrode, a secondary battery, a battery pack, and a vehicle.

近年、高エネルギー密度電池として、リチウムイオン二次電池のような非水電解質電池の研究開発が盛んに進められている。非水電解質電池は、ハイブリッド自動車や、電気自動車、携帯電話基地局の無停電電源用などの電源として期待されている。特に車載用電池として、より一層エネルギー密度の高い電池が求められている。   In recent years, research and development of non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries have been actively promoted as high energy density batteries. Non-aqueous electrolyte batteries are expected as a power source for uninterruptible power supplies of hybrid vehicles, electric vehicles, and mobile phone base stations. In particular, a battery having a higher energy density is required as a vehicle-mounted battery.

そこで、チタンとニオブとを含む新たな電極材料が検討されている。特に、TiNb27で表される単斜晶系ニオブチタン複合酸化物は、リチウムイオン挿入時に、四価のチタンイオンが三価のチタンイオンへと還元されるとともに、五価のニオブイオンが三価のニオブイオンへと還元される。したがって、この単斜晶系ニオブチタン複合酸化物は、他のチタン酸化物と比較して、多くのリチウムイオンが挿入されても、結晶構造の電気的中性を保つことが可能である。その結果、TiNb27で表される単斜晶系Nb−Ti系複合酸化物の理論容量は、387mAh/gと高容量となる。 Therefore, a new electrode material containing titanium and niobium has been studied. In particular, in the monoclinic niobium titanium composite oxide represented by TiNb 2 O 7 , when lithium ions are inserted, tetravalent titanium ions are reduced to trivalent titanium ions, and pentavalent niobium ions are reduced to three. Reduced to valent niobium ions. Therefore, this monoclinic niobium titanium composite oxide can maintain the electrical neutrality of the crystal structure even when many lithium ions are inserted as compared with other titanium oxides. As a result, the theoretical capacity of the monoclinic Nb—Ti composite oxide represented by TiNb 2 O 7 is as high as 387 mAh / g.

特開2015−84321号公報JP, 2015-84321, A

M.Gasperin, Journal of Solid State Chemistry 53, pp144-147 (1984)M. Gasperin, Journal of Solid State Chemistry 53, pp144-147 (1984) 吉村優治、小川正二 (1993). 砂のような粒状体の粒子形状の簡易な定量化法 土木学会論文集、No.463/III-22, pp.95-103Yuji Yoshimura, Shoji Ogawa (1993). A simple method for quantifying the particle shape of sandy granular materials. Journal of Japan Society of Civil Engineers, No.463 / III-22, pp.95-103 Dr. Michael et al., Image Processing with ImageJ, Reprinted from the July 2004 issue of Biophotonics International copyrighted by Laurin Publishing Co. INC.Dr. Michael et al., Image Processing with ImageJ, Reprinted from the July 2004 issue of Biophotonics International copyrighted by Laurin Publishing Co. INC. 中井泉、泉富士夫編著、「粉末X線解析の実際」日本分析化学会X線分析研究懇談会編 (朝倉書店) 発行日2009年7月10日 97〜115頁Book by Izumi Nakai and Fujio Izumi, “Practice of X-ray powder analysis”, Japan Society for Analytical Chemistry, X-ray Analysis Research Roundtable (Asakura Shoten) Published July 10, 2009, pages 97-115

本発明は上記事情に鑑みてなされ、入出力性能及びエネルギー密度に優れる二次電池を実現可能な活物質複合体、この活物質複合体を含む電極、二次電池、電池パック及び車両を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an active material composite capable of realizing a secondary battery excellent in input / output performance and energy density, an electrode including the active material composite, a secondary battery, a battery pack, and a vehicle. For the purpose.

実施形態によると、ニオブチタン複合酸化物の粒子と、ニオブチタン複合酸化物の粒子の表面の少なくとも一部を被覆する炭素含有層とを含む活物質複合体が提供される。炭素含有層は、下記式(1)を満たす。
1.2<I/I≦5 (1)
但し、Iは532nmの光源を用いたラマン分光法によるラマンスペクトルにおいて1280〜1400cm−1に現れるDバンドのピーク強度であり、Iは前述のラマンスペクトルにおいて1530〜1650cm−1に現れるGバンドのピーク強度である。
実施形態によると、電極が提供される。この電極は、実施形態に係る活物質複合体を含む。
According to the embodiment, an active material composite including particles of niobium titanium composite oxide and a carbon-containing layer that covers at least a part of the surface of the niobium titanium composite oxide particles is provided. The carbon-containing layer satisfies the following formula (1).
1.2 < IG / ID ≦ 5 (1)
However, I D is the peak intensity of D band appearing in 1280~1400Cm -1 in the Raman spectrum by Raman spectroscopy using a light source of 532 nm, G band I G appearing at 1530~1650Cm -1 in the Raman spectrum of the above The peak intensity.
According to an embodiment, an electrode is provided. This electrode includes the active material composite according to the embodiment.

実施形態によると、二次電池が提供される。この二次電池は、実施形態に係る電極を含む。   According to the embodiment, a secondary battery is provided. This secondary battery includes the electrode according to the embodiment.

実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、実施形態に係る二次電池を含む。   According to an embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the secondary battery according to the embodiment.

実施形態によると、車両が提供される。この車両は、実施形態に係る電池パックを含む。   According to an embodiment, a vehicle is provided. This vehicle includes the battery pack according to the embodiment.

実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically an example of the secondary battery which concerns on embodiment. 図1に示す二次電池のA部を拡大した断面図。Sectional drawing which expanded the A section of the secondary battery shown in FIG. 実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図。The partial notch perspective view which shows the other example of the secondary battery which concerns on embodiment typically. 図3に示す二次電池のB部を拡大した断面図。Sectional drawing which expanded the B section of the secondary battery shown in FIG. 実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図。The perspective view which shows roughly an example of the assembled battery which concerns on embodiment. 実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す斜視図。The perspective view which shows roughly an example of the battery pack which concerns on embodiment. 図6に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the electric circuit of the battery pack shown in FIG. 実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a vehicle according to an embodiment. 実施形態に係る車両の他の例を概略的に示した図。The figure which showed schematically the other example of the vehicle which concerns on embodiment. 実施例及び比較例の活物質複合体についてのラマン分光法によるラマンスペクトルを示す図。The figure which shows the Raman spectrum by the Raman spectroscopy about the active material composite_body | complex of an Example and a comparative example. ニオブチタン複合酸化物Nb2TiO7の結晶構造を示す模式図。Schematic view showing the crystal structure of the niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7. 図11の結晶構造を他の方向から示す模式図。The schematic diagram which shows the crystal structure of FIG. 11 from another direction. 実施形態に係る活物質粒子のSEM(Scanning Electron Microscope)像の一例を示す図。The figure which shows an example of the SEM (Scanning Electron Microscope) image of the active material particle which concerns on embodiment. 実施形態に係る活物質粒子のSEM像の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the SEM image of the active material particle which concerns on embodiment.

以下、実施の形態について適宜図面を参照して説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings as appropriate. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram for promoting explanation and understanding of the embodiment, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are the following explanations and known techniques. The design can be changed as appropriate.

(第1の実施形態)
第1の実施形態によると、ニオブチタン複合酸化物の粒子と、炭素含有層とを含む活物質複合体が提供される。炭素含有層は、ニオブチタン複合酸化物の粒子の表面の一部または全部を被覆する。また、炭素含有層は、下記式(1)を満たす。
(First embodiment)
According to the first embodiment, an active material composite including niobium titanium composite oxide particles and a carbon-containing layer is provided. The carbon-containing layer covers a part or all of the surface of the niobium titanium composite oxide particles. The carbon-containing layer satisfies the following formula (1).

1.2<I/I≦5 (1)
但し、Iは532nmの光源を用いたラマン分光法によるラマンスペクトルにおいて1280〜1400cm−1に現れるDバンドのピーク強度である。Iは上記ラマンスペクトルにおいて1530〜1650cm−1に現れるGバンドのピーク強度である。
1.2 < IG / ID ≦ 5 (1)
However, ID is the peak intensity of the D band appearing at 1280 to 1400 cm −1 in the Raman spectrum by Raman spectroscopy using a light source of 532 nm. I G is the peak intensity of G-band appearing at 1530~1650Cm -1 in the Raman spectrum.

Gバンドはグラファイト構造に由来するピークであり高い電気伝導率を示す。一方、Dバンドは炭素の欠陥構造もしくは準安定形態に由来するピークであり、sp3混成軌道を持った高い強度を示す。ピーク強度比I/Iが1.2以下であるとき、炭素含有層における炭素の欠陥が多くなる。その結果、炭素含有層と電解質との副反応が促進されるため、出力性能あるいは寿命性能に悪影響を与える。一方、ピーク強度比I/Iが5より大きくなると、炭素含有層中の準安定形態が極端に少なくなるため、炭素含有層が十分な強度を保てなくなり、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面における炭素含有層の分布の偏りが大きくなる。ピーク強度比I/Iのより好ましい範囲は、1.5≦I/I≦4である。 The G band is a peak derived from the graphite structure and exhibits high electrical conductivity. On the other hand, the D band is a peak derived from the defect structure or metastable form of carbon, and shows a high intensity with sp3 hybrid orbitals. When the peak intensity ratio I G / ID is 1.2 or less, carbon defects in the carbon-containing layer increase. As a result, the side reaction between the carbon-containing layer and the electrolyte is promoted, which adversely affects output performance or life performance. On the other hand, when the peak intensity ratio I G / ID is larger than 5, the metastable form in the carbon-containing layer is extremely reduced, so that the carbon-containing layer cannot maintain sufficient strength, and the particle surface of the niobium titanium composite oxide The deviation of the distribution of the carbon-containing layer in is increased. A more preferable range of the peak intensity ratio I G / ID is 1.5 ≦ I G / ID ≦ 4.

実施形態の活物質複合体によると、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面を、高結晶な炭素含有層で均一に被覆することができる。従って、この活物質複合体を電極に用いると、電極においてニオブチタン複合酸化物が高密度に充填される。これに加え、炭素含有層の結晶性が高いことから、活物質充填密度が高くて導電性に優れた電極を実現することができる。その結果、エネルギー密度が高く、かつ入出力性能に優れた二次電池及び電池パックを提供することができる。また、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面と炭素含有層との密着性に優れていることから、充放電反応に伴うニオブチタン複合酸化物粒子の膨張収縮により炭素含有層が剥離するのを抑制することができる。そのため、活物質複合体の耐久性を高めることができて電極及び二次電池の寿命を向上することができる。   According to the active material composite of the embodiment, the particle surface of the niobium titanium composite oxide can be uniformly coated with the highly crystalline carbon-containing layer. Therefore, when this active material composite is used for an electrode, the niobium titanium composite oxide is filled in the electrode at a high density. In addition, since the crystallinity of the carbon-containing layer is high, an electrode having a high active material filling density and excellent conductivity can be realized. As a result, a secondary battery and a battery pack having high energy density and excellent input / output performance can be provided. In addition, since the adhesion between the particle surface of the niobium titanium composite oxide and the carbon-containing layer is excellent, it is possible to suppress the separation of the carbon-containing layer due to the expansion and contraction of the niobium titanium composite oxide particles accompanying the charge / discharge reaction. it can. Therefore, the durability of the active material composite can be increased, and the life of the electrode and the secondary battery can be improved.

炭素含有層の厚さは、0.1nm以上、10nm以下であり得る。   The thickness of the carbon-containing layer can be 0.1 nm or more and 10 nm or less.

炭素含有層の被覆量は、ニオブチタン複合酸化物の粒子100重量部に対して0.1重量部以上3重量部以下であることが望ましい。炭素含有層による被覆量が少ないと、ニオブチタン複合酸化物粒子間の導電パスの改善が困難になる。一方、被覆量が多いと、炭素含有層の嵩高さにより電極作製時のプレス工程での圧密成形性が悪く、高いプレス圧力でプレスを施しても電極密度が上がりにくい。そのため、高エネルギー密度を達成できなくなる。   The coating amount of the carbon-containing layer is desirably 0.1 parts by weight or more and 3 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the niobium titanium composite oxide particles. When the coating amount by the carbon-containing layer is small, it is difficult to improve the conductive path between the niobium titanium composite oxide particles. On the other hand, when the coating amount is large, due to the bulkiness of the carbon-containing layer, the compactability in the pressing process during electrode production is poor, and the electrode density is difficult to increase even when pressing is performed at a high pressing pressure. Therefore, high energy density cannot be achieved.

炭素含有層は、水素原子、酸素原子等の不可避不純物を含むことを許容する。また、炭素含有層は、層状であっても、粒状であっても、あるいは層状と粒状の混合形態を有していても良い。   The carbon-containing layer is allowed to contain inevitable impurities such as hydrogen atoms and oxygen atoms. Further, the carbon-containing layer may be layered, granular, or have a mixed form of layered and granular.

ニオブチタン複合酸化物の粒子は、一次粒子、二次粒子、あるいは一次粒子と二次粒子の混合形態であり得る。二次粒子は、一次粒子が凝集した一次粒子の集合体である。また、一次粒子は、二次粒子の形態を取らない単独の一次粒子である。   The particles of the niobium titanium composite oxide may be primary particles, secondary particles, or a mixed form of primary particles and secondary particles. Secondary particles are aggregates of primary particles in which primary particles are aggregated. The primary particles are single primary particles that do not take the form of secondary particles.

活物質複合体中のニオブチタン複合酸化物の粒子の含有量は75重量%〜100重量%の範囲内にあることが好ましい。   The content of the niobium titanium composite oxide particles in the active material composite is preferably in the range of 75 wt% to 100 wt%.

ニオブチタン複合酸化物は、例えばNb2TiO7を代表組成として示される。ニオブチタン複合酸化物はこれに限定されないが、空間群C2/mの対称性を持ち、非特許文献1(Journal of Solid State Chemistry 53, pp144-147 (1984))に記載の原子座標を有する結晶構造を少なくとも一部は有することが好ましい。 The niobium titanium composite oxide is represented by, for example, Nb 2 TiO 7 as a representative composition. Niobium titanium composite oxide is not limited to this, but has a symmetry of space group C2 / m and a crystal structure having atomic coordinates described in Non-Patent Document 1 (Journal of Solid State Chemistry 53, pp144-147 (1984)). Is preferably at least partially.

ニオブチタン複合酸化物は、主に単斜晶型の結晶構造を示す。その例として、単斜晶型Nb2TiO7の結晶構造の模式図を図11及び図12に示す。 The niobium titanium composite oxide mainly has a monoclinic crystal structure. As an example, schematic diagrams of the crystal structure of monoclinic Nb 2 TiO 7 are shown in FIGS.

図11に示すように、単斜晶型Nb2TiO7の結晶構造は、金属イオン101と酸化物イオン102が骨格構造部分103を構成している。金属イオン101の位置には、NbイオンとTiイオンとがNb:Ti=2:1の比でランダムに配置されている。この骨格構造部分103が三次元的に交互に配置されることで、骨格構造部分103同士の間に空隙部分104が存在する。この空隙部分104がリチウムイオンのホストとなる。リチウムイオンは、この結晶構造中に0モルから最大で5.0モルまで挿入され得る。リチウムイオンが5.0モル挿入された場合の組成は、Li5Nb2TiO7と表すことができる。 As shown in FIG. 11, in the crystal structure of monoclinic Nb 2 TiO 7 , metal ions 101 and oxide ions 102 constitute a skeleton structure portion 103. At the position of the metal ion 101, Nb ions and Ti ions are randomly arranged at a ratio of Nb: Ti = 2: 1. The skeletal structure portions 103 are alternately arranged three-dimensionally, so that void portions 104 exist between the skeleton structure portions 103. The void 104 serves as a lithium ion host. Lithium ions can be inserted into this crystal structure from 0 moles up to 5.0 moles. The composition in which 5.0 mol of lithium ions are inserted can be expressed as Li 5 Nb 2 TiO 7 .

図11において、領域105及び領域106は、[100]方向と[010]方向に2次元的なチャネルを有する部分である。それぞれ図12に示すように、単斜晶型Nb2TiO7の結晶構造には、[001]方向に空隙部分107が存在する。この空隙部分107は、リチウムイオンの導電に有利なトンネル構造を有しており、領域105と領域106とを繋ぐ[001]方向の導電経路となる。この導電経路が存在することによって、リチウムイオンは領域105と領域106を行き来することが可能となる。 In FIG. 11, a region 105 and a region 106 are portions having two-dimensional channels in the [100] direction and the [010] direction. As shown in FIG. 12, the monoclinic Nb 2 TiO 7 crystal structure has a void portion 107 in the [001] direction. This void portion 107 has a tunnel structure that is advantageous for conducting lithium ions, and serves as a conductive path in the [001] direction that connects the region 105 and the region 106. The presence of this conductive path enables lithium ions to move between the region 105 and the region 106.

更に、上記の結晶構造は、リチウムイオンが空隙部分104に挿入されたとき、骨格を構成する金属イオン101が3価に還元され、これによって結晶の電気的中性が保たれる。ニオブチタン複合酸化物においては、Tiイオンが4価から3価へ還元されるだけでなく、Nbイオンが5価から3価へと還元される。このため、活物質重量あたりの還元価数が大きい。それ故、多くのリチウムイオンが挿入されても結晶の電気的中性を保つことが可能である。このため、4価カチオンだけを含む酸化チタンのような化合物に比べて、エネルギー密度が高い。また、ニオブチタン複合酸化物は、1.5V(対Li/Li+)程度のリチウム吸蔵電位を有する。それ故、ニオブチタン複合酸化物を活物質として含む電極は、安定した繰り返し急速充放電が可能な電池を実現できる。 Further, in the above crystal structure, when lithium ions are inserted into the gap portion 104, the metal ions 101 constituting the skeleton are reduced to trivalent, thereby maintaining the electrical neutrality of the crystals. In the niobium titanium composite oxide, not only Ti ions are reduced from tetravalent to trivalent, but Nb ions are reduced from pentavalent to trivalent. For this reason, the reduction valence per active material weight is large. Therefore, even if many lithium ions are inserted, the electrical neutrality of the crystal can be maintained. For this reason, compared with a compound such as titanium oxide containing only tetravalent cations, the energy density is high. The niobium titanium composite oxide has a lithium occlusion potential of about 1.5 V (vs. Li / Li + ). Therefore, an electrode including niobium titanium composite oxide as an active material can realize a battery that can be stably and repeatedly rapidly charged and discharged.

ニオブチタン複合酸化物は、例えば、Nb2TiO7、Nb2Ti29、Nb10Ti229、Nb14TiO37及びNb24TiO62からなる群より選択される少なくとも1つを含む。ニオブチタン複合酸化物は、Nb及び/又はTiの少なくとも一部が異種元素に置換された置換ニオブチタン複合酸化物であってもよい。置換元素の例は、Na、K、Ca、Co、Ni、Si、P、V、Cr、Mo、Ta、Zr、Mn、Fe、Mg、B、Pb及びAlなどである。置換ニオブチタン複合酸化物は、1種類の置換元素を含んでいてもよく、2種類以上の置換元素を含んでいてもよい。活物質粒子は、1種類のニオブチタン複合酸化物を含んでいてもよく、複数種類のニオブチタン複合酸化物を含んでいてもよい。ニオブチタン複合酸化物は、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物Nb2TiO7を含んでいることが好ましい。これにより、エネルギー密度及び入出力性能に優れた電極及び二次電池を達成可能な活物質複合体を得ることができる。 The niobium titanium composite oxide includes, for example, at least one selected from the group consisting of Nb 2 TiO 7 , Nb 2 Ti 2 O 9 , Nb 10 Ti 2 O 29 , Nb 14 TiO 37 and Nb 24 TiO 62 . The niobium titanium composite oxide may be a substituted niobium titanium composite oxide in which at least a part of Nb and / or Ti is substituted with a different element. Examples of substitution elements are Na, K, Ca, Co, Ni, Si, P, V, Cr, Mo, Ta, Zr, Mn, Fe, Mg, B, Pb, and Al. The substituted niobium titanium composite oxide may contain one type of substitution element or may contain two or more types of substitution elements. The active material particles may contain one type of niobium titanium composite oxide or may contain a plurality of types of niobium titanium composite oxide. The niobium titanium composite oxide preferably contains a monoclinic niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7 . Thereby, the active material composite which can achieve the electrode and secondary battery excellent in energy density and input-output performance can be obtained.

単斜晶型ニオブチタン複合酸化物は、Liを含んでいても良い。Liは合成により単斜晶型ニオブチタン複合酸化物に含有させることも可能であるが、充放電反応により単斜晶型ニオブチタン複合酸化物に含有させることもできる。Liを含む単斜晶型ニオブチタン複合酸化物におけるLi量は、充放電反応の影響で変動し得る。
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の例として、LiTi1−xM1Nb2−yM2で表される化合物が挙げられる。ここで、0≦a≦5、0≦x<1、0≦y<1、M1はNb、V、Ta、Fe、Bi、Sb、As、P、Cr、Mo、W、B、Na、Mg、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、M2は、V、Ta、Fe、Ti、Bi、Sb、As、P、Cr、Mo、W、B、Na、Mg、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である。M1とM2とは、同じであっても良いし、又は互いに異なっていても良い。
The monoclinic niobium titanium composite oxide may contain Li. Li can be included in the monoclinic niobium titanium composite oxide by synthesis, but can also be contained in the monoclinic niobium titanium composite oxide by a charge / discharge reaction. The amount of Li in the monoclinic niobium titanium composite oxide containing Li can vary due to the influence of the charge / discharge reaction.
As an example of the monoclinic niobium titanium complex oxide, a compound represented by Li a Ti 1-x M1 x Nb 2-y M2 y O 7 can be given. Here, 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, M1 is Nb, V, Ta, Fe, Bi, Sb, As, P, Cr, Mo, W, B, Na, Mg And at least one element selected from the group consisting of Al and Si, and M2 is V, Ta, Fe, Ti, Bi, Sb, As, P, Cr, Mo, W, B, Na, Mg, Al And at least one element selected from the group consisting of Si. M1 and M2 may be the same or different from each other.

単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の別の例として、LiTi1−xNbで表される化合物が挙げられる。ここで、0≦a≦5、0≦x<1、MはNb、V、Ta、Bi、Sb、As、P、Cr、Mo、W、B、Na、Mg、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種である。この組成を有する単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の粒子を用いると、活物質材料の入出力性能をより高くすることができる。 Another example of the monoclinic niobium titanium composite oxide is a compound represented by Li a Ti 1-x M x Nb 2 O 7 . Here, 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ x <1, M is Nb, V, Ta, Bi, Sb, As, P, Cr, Mo, W, B, Na, Mg, Al, and Si. At least one selected. The use of monoclinic niobium titanium composite oxide particles having this composition can improve the input / output performance of the active material.

活物質複合体は、ニオブチタン複合酸化物以外の他の活物質を含んでいてもよい。他の活物質としては、例えば、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム(例えばLi2+yTi37、0≦y≦3)、スピネル構造を有するチタン酸リチウム(例えば、Li4+xTi512、0≦x≦3)、単斜晶型二酸化チタン(TiO2(B))、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、ホランダイト型チタン複合酸化物及び直方晶型(orthorhombic)チタン含有複合酸化物を挙げることができる。 The active material composite may contain other active materials other than the niobium titanium composite oxide. Examples of other active materials include lithium titanate having a ramsdellite structure (for example, Li 2 + y Ti 3 O 7 , 0 ≦ y ≦ 3), lithium titanate having a spinel structure (for example, Li 4 + x Ti 5 O 12 , 0 ≦ x ≦ 3), monoclinic titanium dioxide (TiO 2 (B)), anatase-type titanium dioxide, rutile-type titanium dioxide, hollandite-type titanium composite oxide, and orthorhombic-type titanium A composite oxide can be mentioned.

ニオブチタン複合酸化物の粒子のBET比表面積は、特に制限されないが、0.1m2/g以上100m2/g未満であることが好ましい。比表面積が0.1m2/g以上であれば、電解質との接触面積を確保することができ、良好な放電レート特性が得られやすく、また充電時間を短縮できる。一方、比表面積が100m2/g未満である場合、電解質との反応性が高くなり過ぎず、寿命特性を向上させることができる。また、比表面積が100m2/g未満である場合、後述する電極の製造に用いる、活物質を含むスラリーの塗工性を良好なものにすることができる。 The BET specific surface area of the niobium titanium composite oxide particles is not particularly limited, but is preferably 0.1 m 2 / g or more and less than 100 m 2 / g. When the specific surface area is 0.1 m 2 / g or more, the contact area with the electrolyte can be secured, good discharge rate characteristics can be easily obtained, and the charging time can be shortened. On the other hand, when the specific surface area is less than 100 m 2 / g, the reactivity with the electrolyte does not become too high, and the life characteristics can be improved. Moreover, when the specific surface area is less than 100 m 2 / g, it is possible to improve the coatability of the slurry containing the active material used for manufacturing the electrode described later.

ニオブチタン複合酸化物の粒子は、ニオブチタン複合酸化物の一次粒子を含んでいると良い。その一次粒子が、100個についての下記式(2)に示す凹凸形状係数FUの平均値(FUave)が0.7以上を満たすものであり、かつ前記100個の一次粒子が、レーザー回折散乱法による一次粒子の平均粒子径(D50)の値の0.2倍以上4倍以下の粒子径を有することが望ましい。   The niobium titanium composite oxide particles preferably include primary particles of the niobium titanium composite oxide. The primary particles are those in which the average value (FUave) of the uneven shape factor FU shown in the following formula (2) for 100 particles satisfies 0.7 or more, and the 100 primary particles are laser diffraction scattering method. It is desirable to have a particle diameter of 0.2 to 4 times the average particle diameter (D50) of primary particles.

式(2)式において、lは一次粒子の投影断面における外周長であり、aは一次粒子の前記投影断面における断面積である。πは円周率を示しており、3.14と見なす。   In the formula (2), l is the outer peripheral length of the primary particle in the projected cross section, and a is the cross sectional area of the primary particle in the projected cross section. π represents the pi and is assumed to be 3.14.

具体的には、まず、ニオブチタン複合酸化物の粒子についての粒度分布チャートから、一次粒子の平均粒子径(D50)を算出し、このD50の値の0.2倍〜4倍の粒子径(直径)を有する複数の一次粒子の中から100個の一次粒子を抽出する。次に、これら粒子のそれぞれについて、式(2)に従って凹凸形状係数FUの値を算出する。なお、100個の一次粒子の具体的な抽出方法は後述する。   Specifically, first, the average particle diameter (D50) of the primary particles is calculated from the particle size distribution chart for the niobium titanium composite oxide particles, and the particle diameter (diameter) is 0.2 to 4 times the value of D50. 100 primary particles are extracted from among a plurality of primary particles having). Next, for each of these particles, the value of the concavo-convex shape factor FU is calculated according to Equation (2). A specific method for extracting 100 primary particles will be described later.

上記(2)式を満たすニオブチタン複合酸化物の一次粒子は、強力な粉砕処理によって得られるわけではないため、一次粒子の結晶性が高い。また、ニオブチタン複合酸化物粒子中に、表面が滑らかな一次粒子が多く含まれている。そのため、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面を、式(1)を満たす炭素含有層で薄く、かつ均一に被覆することが可能となる。その結果、活物質複合体の圧密成形性を大幅に向上することができるため、ニオブチタン複合酸化物粒子同士の密着性が高くなってニオブチタン複合酸化物粒子間の導電パスを良好にすることができる。凹凸形状係数FUの平均値FUaveは、0.7〜1の範囲内にあることが好ましく、0.7〜0.85の範囲内にあることがより好ましい。   Since the primary particles of the niobium titanium composite oxide satisfying the above formula (2) are not obtained by a strong pulverization treatment, the primary particles have high crystallinity. Further, the niobium titanium composite oxide particles contain many primary particles having a smooth surface. Therefore, the surface of the niobium titanium composite oxide particles can be thinly and uniformly covered with the carbon-containing layer satisfying the formula (1). As a result, the compactibility of the active material composite can be greatly improved, so that the adhesion between the niobium titanium composite oxide particles is increased and the conductive path between the niobium titanium composite oxide particles can be improved. . The average value FUave of the uneven shape factor FU is preferably in the range of 0.7 to 1, and more preferably in the range of 0.7 to 0.85.

ニオブチタン複合酸化物の一次粒子の平均粒子径(D50)は、好ましくは0.5μm〜5μmの範囲内にあり、更に好ましくは0.5μm〜2μmの範囲内にある。一次粒子の平均粒子径(D50)が0.5μmに満たないと、比表面積が高く電極中に空隙が多くなるため、電極密度を高めることが難しくなる。その結果、電極中の活物質粒子同士の接触性及び活物質粒子と導電剤との接触性が悪くなり、寿命性能が低下する傾向にある。また、比表面積が高いことで電解質との反応性が高くなり、電極表面の皮膜形成により抵抗が高くなるため急速充放電性能が低下する傾向にある。一方、一次粒子の平均粒子径(D50)が50μmより大きいと、固体内のLiイオン拡散距離が長くなり、急速充放電性能が低下する傾向にある。活物質として含まれる複数の一次粒子の平均粒子径(D50)の決定方法は後述する。
<製造方法>
ニオブチタン複合酸化物の粒子の合成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、固相法、水熱法、ゾルーゲル法、共沈法などを採用することができる。
The average particle diameter (D50) of the primary particles of the niobium titanium composite oxide is preferably in the range of 0.5 μm to 5 μm, and more preferably in the range of 0.5 μm to 2 μm. If the average particle diameter (D50) of the primary particles is less than 0.5 μm, it is difficult to increase the electrode density because the specific surface area is high and voids are increased in the electrode. As a result, the contact between the active material particles in the electrode and the contact between the active material particles and the conductive agent are deteriorated, and the life performance tends to be lowered. Moreover, since the reactivity with an electrolyte becomes high because the specific surface area is high, and resistance increases due to the formation of a film on the electrode surface, the rapid charge / discharge performance tends to decrease. On the other hand, when the average particle diameter (D50) of the primary particles is larger than 50 μm, the Li ion diffusion distance in the solid becomes long and the rapid charge / discharge performance tends to be lowered. A method for determining the average particle diameter (D50) of the plurality of primary particles contained as the active material will be described later.
<Manufacturing method>
The method for synthesizing the niobium titanium composite oxide particles is not particularly limited, and for example, a solid phase method, a hydrothermal method, a sol-gel method, a coprecipitation method, or the like can be employed.

式(2)を満たすニオブチタン複合酸化物の粒子は、例えば、以下の方法により製造することができる。   The niobium titanium composite oxide particles satisfying the formula (2) can be produced, for example, by the following method.

まず、出発原料を混合する。ニオブチタン複合酸化物のための出発原料として、Li、Ti、Nbを含む酸化物又は塩を用いる。出発原料として用いる塩は、炭酸塩及び硝酸塩のような、比較的低温で分解して酸化物を生じる塩であることが好ましい。またこれら出発原料の粒子径は0.1μm〜10μmの範囲にあることが好ましく、更に好ましくは、0.1μm〜5μmの範囲内にある。これは、0.1μmより小さいと混合時に大気中に舞いやすく組成ずれを起こしやすく、10μmよりも大きいと未反応生成物が生じるためである。   First, the starting materials are mixed. As a starting material for the niobium titanium composite oxide, an oxide or salt containing Li, Ti, and Nb is used. The salt used as the starting material is preferably a salt that decomposes at a relatively low temperature to form an oxide, such as carbonates and nitrates. The particle diameter of these starting materials is preferably in the range of 0.1 μm to 10 μm, more preferably in the range of 0.1 μm to 5 μm. This is because if it is smaller than 0.1 μm, it tends to float in the atmosphere during mixing, causing a composition shift, and if it is larger than 10 μm, an unreacted product is generated.

出発原料を混合する際は、Nb源及びTi源が目的組成とならないようなモル比で混合する。例えば、目的組成におけるNbとTiとの比が1:1ではない場合は、原料としてのNb源及びTi源が等モルとなるように、1:1のモル比で混合する。混合した原料を、500℃〜1000℃の範囲内の温度で2時間〜5時間程度に亘り仮焼成に供する。次に、仮焼成後の粉末に対して、目的組成となるような量で出発原料を追加で混合する。この追加により、使用した出発原料全体の元素比が目的組成と一致する。原料が追加された後の混合物を、更に本焼成に供する。本焼成は、1000℃〜1450℃の温度で、2回以上の焼成に分けて、延べ10時間〜40時間に亘って行う。本焼成後に、本焼成時の温度以下の温度で更にアニール処理を実施することが好ましい。アニール処理は、350℃〜800℃の温度で1時間〜5時間に亘り熱処理することにより行う。アニール処理を行うことにより、ニオブチタン複合酸化物の酸素欠損を修復することができるため、高容量と優れた寿命性能を達成することができる。   When mixing the starting materials, they are mixed at a molar ratio such that the Nb source and Ti source do not have the target composition. For example, when the ratio of Nb and Ti in the target composition is not 1: 1, mixing is performed at a molar ratio of 1: 1 so that the Nb source and Ti source as raw materials are equimolar. The mixed raw material is subjected to provisional baking at a temperature in the range of 500 ° C. to 1000 ° C. for about 2 hours to 5 hours. Next, the starting materials are additionally mixed with the powder after the pre-baking in an amount so as to obtain the target composition. By this addition, the element ratio of the entire starting material used matches the target composition. The mixture after the addition of the raw material is further subjected to firing. The main baking is performed at a temperature of 1000 ° C. to 1450 ° C. and divided into two or more bakings for a total of 10 hours to 40 hours. After the main baking, it is preferable to further carry out an annealing process at a temperature equal to or lower than the temperature during the main baking. The annealing treatment is performed by heat treatment at a temperature of 350 ° C. to 800 ° C. for 1 hour to 5 hours. By performing the annealing treatment, the oxygen deficiency of the niobium titanium composite oxide can be repaired, so that high capacity and excellent life performance can be achieved.

焼成後の粉末は、電気炉から速やかに取り出して室温まで冷却する。この冷却は、好ましくは、焼成物の温度が焼成時の温度から1時間以内に100℃以下となる条件で行う。   The powder after firing is quickly removed from the electric furnace and cooled to room temperature. This cooling is preferably performed under the condition that the temperature of the fired product becomes 100 ° C. or less within 1 hour from the temperature at the time of firing.

このように、最初から目的の組成比で出発原料を混合して焼成するのではなく、仮焼成時に混合されている原料の組成比と、本焼成時に混合されている原料の組成比とを異ならせて、2回以上に分けて焼成を行うことで一次粒子の成長を抑制することができる。なぜなら、最初から目的組成の混合比で焼成を行うと、焼結反応における粒子ネッキングから粒子成長まで一度に進んでしまうが、目的組成と異なる混合比の下では、原料の過不足が生じることから反応粒子間に原料粒子が残留して、粒子成長を抑えることができるためである。   In this way, the starting material is not mixed and fired at the desired composition ratio from the beginning, but the composition ratio of the raw material mixed at the time of temporary firing is different from the composition ratio of the raw material mixed at the time of main firing. In addition, the growth of primary particles can be suppressed by performing the firing in two or more times. Because firing from the beginning at the mixing ratio of the target composition proceeds from particle necking to particle growth in the sintering reaction all at once, but under the mixing ratio different from the target composition, the raw material becomes excessive or insufficient. This is because raw material particles remain between the reaction particles, and particle growth can be suppressed.

一次粒子の成長が抑制された複数の活物質粒子の表面は滑らかである。即ち、このような製造方法によると、式(2)を満たすニオブチタン複合酸化物の粒子を製造することができる。   The surfaces of the plurality of active material particles in which the growth of the primary particles is suppressed are smooth. That is, according to such a production method, niobium titanium composite oxide particles satisfying the formula (2) can be produced.

なお、上記方法により合成されたニオブチタン複合酸化物は、電池を充電することによりリチウムイオンが挿入されてもよい。或いは、上述のように、出発原料として炭酸リチウムのようなリチウムを含む化合物を用いることにより、リチウムを含む複合酸化物として合成されてもよい。   Note that lithium ions may be inserted into the niobium titanium composite oxide synthesized by the above method by charging the battery. Or as above-mentioned, you may synthesize | combine as a complex oxide containing lithium by using the compound containing lithium like lithium carbonate as a starting material.

ニオブチタン複合酸化物の粒子を、炭素源が分散された溶液とを例えばボールミルを用いて混合した後、乾燥し、ニオブチタン複合酸化物粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得る。得られた複合体に対し、窒素雰囲気のような不活性雰囲気下で還元焼成を施すことにより、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面に炭素含有層が形成される。   The niobium titanium composite oxide particles are mixed with a solution in which a carbon source is dispersed using, for example, a ball mill, and then dried to obtain a phase containing niobium titanium composite oxide particles and a carbon-containing compound covering at least a part of the surface. To obtain a composite comprising By subjecting the obtained composite to reduction firing in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere, a carbon-containing layer is formed on the particle surface of the niobium titanium composite oxide.

炭素源の例に、水溶性の糖類、水溶性のアルコール類、水溶性の高分子、アクリル系の樹脂等が含まれる。水溶性の糖類としては、例えば、スクロース、ブドウ糖、マルトース、アルギン酸ナトリウムが挙げられる。水溶性のアルコール類としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)が挙げられる。水溶性の高分子としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)が挙げられる。アクリル系の樹脂としては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリメタクリル酸メチルが挙げられる。アクリル系の樹脂は、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面への吸着性が高い。そのため、実施形態の活物質複合体の合成に有用である。   Examples of the carbon source include water-soluble saccharides, water-soluble alcohols, water-soluble polymers, acrylic resins, and the like. Examples of the water-soluble saccharide include sucrose, glucose, maltose, and sodium alginate. Examples of water-soluble alcohols include polyvinyl alcohol (PVA). Examples of the water-soluble polymer include carboxymethyl cellulose (CMC). Examples of the acrylic resin include acrylic acid ester, methacrylic acid ester, and polymethyl methacrylate. The acrylic resin has high adsorptivity to the particle surface of the niobium titanium composite oxide. Therefore, it is useful for the synthesis of the active material complex of the embodiment.

炭素源の添加量は、ニオブチタン複合酸化物の粒子100重量部に対して1重量部以上20重量部以下にすることが望ましい。   The addition amount of the carbon source is desirably 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the niobium titanium composite oxide particles.

炭素源が分散される溶媒の例に、水、アルコール等が含まれる。アルコールとしては、例えば、エタノール、エチレングリコールが挙げられる。溶媒は、水とアルコールを含む混合溶媒が望ましい。この混合溶媒を用い、かつ乾燥温度を50℃以上90℃以下とすると、溶媒が少しずつ蒸発しながらも、粒子表面に残留する溶媒量を少なくすることができるため、粒子表面に炭素源を薄く、かつ均一に付着させることができる。   Examples of the solvent in which the carbon source is dispersed include water, alcohol and the like. Examples of the alcohol include ethanol and ethylene glycol. The solvent is preferably a mixed solvent containing water and alcohol. When this mixed solvent is used and the drying temperature is 50 ° C. or higher and 90 ° C. or lower, the amount of solvent remaining on the particle surface can be reduced while the solvent evaporates little by little. And can be uniformly attached.

炭素源が分散された溶液の粘度μは、0.1Pa・s以上100Pa・s以下の範囲にすることが望ましい。粘度が小さいと、溶液の流動性が高いため、粒子表面に溶液を均一に付着させることが困難となる。一方、粘度が大きいと、炭素含有層が厚くなってしまう。好ましい範囲は5Pa・s以上80Pa・s以下である。   The viscosity μ of the solution in which the carbon source is dispersed is desirably in the range of 0.1 Pa · s to 100 Pa · s. If the viscosity is small, the fluidity of the solution is high, so that it is difficult to uniformly attach the solution to the particle surface. On the other hand, if the viscosity is large, the carbon-containing layer becomes thick. A preferable range is 5 Pa · s or more and 80 Pa · s or less.

ニオブチタン複合酸化物の粒子と炭素源と溶媒との混合は、ボールミルの代わりに、これらをオートクレーブに投入して80℃以上200℃以下で0.5時間〜10時間に亘って水熱処理を施すことにより行っても良い。   Niobium titanium composite oxide particles, carbon source, and solvent are mixed in place of a ball mill by introducing them into an autoclave and subjecting them to hydrothermal treatment at 80 to 200 ° C. for 0.5 to 10 hours. May be performed.

乾燥温度は、50℃以上90℃以下にすることが望ましい。乾燥温度をこの範囲にすることにより、溶媒をゆっくり蒸発させることができるため、粒子表面に炭素源を薄く、かつ均一に付着させることができる。   The drying temperature is desirably 50 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. By setting the drying temperature within this range, the solvent can be slowly evaporated, so that the carbon source can be thinly and uniformly attached to the particle surface.

還元焼成の条件として、500℃以上1,000℃以下、好ましくは600℃以上900℃以下の範囲内の温度にて、0.1時間〜40時間に亘って行う等が挙げられる。焼成温度が低い、あるいは焼成時間が短いと、炭素含有層の結晶性が低下する。一方、焼成温度が高い、あるいは焼成時間が長いと、ニオブチタン複合酸化物に酸素欠損が生じやすくなり、ニオブチタン複合酸化物の性能が劣化する。   The conditions for the reduction firing include, for example, performing at a temperature in the range of 500 ° C. to 1,000 ° C., preferably 600 ° C. to 900 ° C. for 0.1 to 40 hours. When the firing temperature is low or the firing time is short, the crystallinity of the carbon-containing layer is lowered. On the other hand, when the firing temperature is high or the firing time is long, oxygen vacancies are likely to occur in the niobium titanium composite oxide, and the performance of the niobium titanium composite oxide deteriorates.

式(1)を満たす炭素含有層は、例えば、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面に炭素源を薄くかつ均一に付着させた後、上記条件で還元焼成することにより得られる。炭素源及び溶媒の組合わせ、炭素源を分散させた溶液の粘度、溶液の乾燥温度等の条件を調整することにより、ニオブチタン複合酸化物の粒子表面に炭素源を薄くかつ均一に付着させることが可能となる。   The carbon-containing layer satisfying the formula (1) can be obtained, for example, by thinly and uniformly attaching a carbon source to the particle surface of the niobium titanium composite oxide and then reducing and firing under the above conditions. By adjusting conditions such as the combination of the carbon source and the solvent, the viscosity of the solution in which the carbon source is dispersed, and the drying temperature of the solution, the carbon source can be deposited thinly and uniformly on the particle surface of the niobium titanium composite oxide. It becomes possible.

<ラマン分光法による測定>
顕微ラマン分光測定装置を用いる。測定装置としては、例えば、Thermo Fisher Scientific社製のNicolet Almega(登録商標)又はこれと等価な機能を持つ装置を用いることができる。測定条件は、波長532nm、スリットサイズ25μm、レーザー強度10%、露光時間10s、積算回数10回で行う。得られたラマンスペクトルに対し、ローレンチアン関数によるフィッティングを実施し、1350cm−1付近にピークトップを有するDバンドと、1580cm−1付近にピークトップを有するGバンドの各ピーク強度(I、I)の比I/Iを算出する。
<Measurement by Raman spectroscopy>
A micro-Raman spectrometer is used. As the measuring device, for example, Nicolet Almega (registered trademark) manufactured by Thermo Fisher Scientific or a device having an equivalent function can be used. The measurement conditions are a wavelength of 532 nm, a slit size of 25 μm, a laser intensity of 10%, an exposure time of 10 s, and an integration count of 10 times. The obtained Raman spectrum to perform a fitting according to Lorentzian function, 1350 cm and D band having a peak top at around -1, 1580 cm each peak intensity of G-band having a peak top at around -1 (I D, I The ratio I G / ID of G ) is calculated.

<炭素含有層の状態及び厚さ>
炭素含有層の状態及び厚さは、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy:TEM)観察により確認することができる。具体的には、先ず、活物質複合体の表面に、蒸着法によりルテニウムを吸着させる。次いで、活物質複合体を樹脂に埋め込み、GATAN社製DualMill600又はこれと等価な機能を持つ装置を使用してイオンミリングによって薄膜化する。次いで、任意の活物質複合体の一次粒子についてTEM観察を行う。この観察により、炭素含有層の粒子上での分散性を把握することができる。この観察を10個以上の粒子について行い、炭素含有層の厚さの平均値を算出し、炭素含有層の厚さとする。TEM装置としては、例えば、日立社製H−9000UHR III又はこれと等価な機能を持つ装置を用いることができる。この測定に際しては、加速電圧を300kVとし、画像の倍率を2000000倍とする。
<State and thickness of carbon-containing layer>
The state and thickness of the carbon-containing layer can be confirmed by observation with a transmission electron microscope (TEM). Specifically, first, ruthenium is adsorbed on the surface of the active material composite by vapor deposition. Next, the active material composite is embedded in the resin and thinned by ion milling using DualMill 600 manufactured by GATAN or an apparatus having an equivalent function. Next, TEM observation is performed on the primary particles of any active material complex. This observation makes it possible to grasp the dispersibility of the carbon-containing layer on the particles. This observation is performed on 10 or more particles, and the average value of the thickness of the carbon-containing layer is calculated to obtain the thickness of the carbon-containing layer. As the TEM device, for example, H-9000UHR III manufactured by Hitachi, Ltd. or a device having an equivalent function can be used. In this measurement, the acceleration voltage is set to 300 kV and the magnification of the image is set to 2000000 times.

<凹凸形状係数FUの平均値FUaveの決定>
ニオブチタン複合酸化物を含む複数の一次粒子について、凹凸形状係数FUの平均値FUaveを決定する方法を説明する。
<Determination of average value FU ave of uneven shape factor FU>
A method for determining the average value FU ave of the uneven shape factor FU for a plurality of primary particles containing niobium titanium composite oxide will be described.

電池に含まれている活物質粒子を測定対象とする場合、以下の手順で活物質を電池から取り出す。   When the active material particles contained in the battery are to be measured, the active material is removed from the battery by the following procedure.

まず、電池を完全に放電した状態にする。電池を25℃環境において0.1C電流で定格終止電圧まで放電させることで、電池を放電状態にすることができる。   First, the battery is completely discharged. By discharging the battery to a rated end voltage with a current of 0.1 C in a 25 ° C. environment, the battery can be put into a discharged state.

次に、アルゴンを充填したグローブボックス中で電池を分解して電極体(或いは、電極群)を取り出す。この電極体を適切な溶媒で洗浄して60℃で12時間減圧乾燥する。洗浄溶媒としては、例えばエチルメチルカーボネートなどを用いることができる。かくして、電極体に含まれていた有機電解質を除去できる。次に、電極を裁断することによって、2つの電極片を得る。裁断された電極片の一方を溶媒(アルコール、NMPなどの有機溶媒が好ましい)に漬け、超音波をかける。これにより集電体と電極体に含まれる電極構成材料とを分離することができる。次に、電極構成材料が分散された分散溶媒を遠心分離器にかけて、カーボン等の導電剤を含む電極体の粉末から、活物質粒子だけを分離する。   Next, the battery is disassembled in a glove box filled with argon, and the electrode body (or electrode group) is taken out. This electrode body is washed with an appropriate solvent and dried under reduced pressure at 60 ° C. for 12 hours. As the cleaning solvent, for example, ethyl methyl carbonate can be used. Thus, the organic electrolyte contained in the electrode body can be removed. Next, the electrode is cut to obtain two electrode pieces. One of the cut electrode pieces is immersed in a solvent (preferably an organic solvent such as alcohol or NMP), and ultrasonic waves are applied. Thereby, a collector and the electrode constituent material contained in an electrode body can be isolate | separated. Next, the dispersion solvent in which the electrode constituent material is dispersed is applied to a centrifugal separator to separate only the active material particles from the powder of the electrode body containing a conductive agent such as carbon.

続いて、上述のようにして準備した複数の活物質粒子の粒度分布の測定方法を説明する。   Then, the measuring method of the particle size distribution of the several active material particle prepared as mentioned above is demonstrated.

活物質粉末をレーザー回折散乱法による粒度分布測定に供することにより、活物質粒子の累積頻度曲線から、一次粒子の平均粒子径(D50)を決定することができる。レーザー回折計としては、例えばマイクロトラック・ベル株式会社製MT3000IIを用いることができる。   By subjecting the active material powder to particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method, the average particle diameter (D50) of the primary particles can be determined from the cumulative frequency curve of the active material particles. As the laser diffractometer, for example, MT3000II manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd. can be used.

しかしながら、測定対象とする活物質粒子が二次粒子を主に含む場合、レーザー回折計を用いて一次粒子の平均粒子径(D50)を測定することが困難である。それ故、この場合は走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope: SEM)像を観察することにより一次粒子の平均粒子径(D50)を推定する必要がある。なお、測定対象とする活物質粒子が二次粒子を主に含むか否かは、SEMで観察することにより判断する。SEM用のステージ上に活物質粉末をカーボンテープで貼り付け、一次粒子の外周(輪郭)の境界線が明瞭に視認できる粒子の倍率、例えば5000倍〜20000倍の倍率で観察する。このSEM像における任意の100個の粒子について、以下の手順でそれぞれの粒子径を決定する。対象とする粒子を包絡する円(すなわち外接円)のうち、直径が最小の円(最小外接円と称す)を描き、この円の直径を粒子径と定義する。任意の100個の粒子について決定した粒子径の平均値を、一次粒子の平均粒子径(D50)の代用値として用いる。   However, when the active material particles to be measured mainly contain secondary particles, it is difficult to measure the average particle diameter (D50) of the primary particles using a laser diffractometer. Therefore, in this case, it is necessary to estimate the average particle diameter (D50) of the primary particles by observing a scanning electron microscope (SEM) image. In addition, it is judged by observing by SEM whether the active material particle made into a measurement object mainly contains a secondary particle. The active material powder is affixed on the SEM stage with carbon tape, and the particles are observed at a magnification of, for example, 5000 to 20000 times so that the boundary line of the outer periphery (contour) of the primary particles can be clearly recognized. For any 100 particles in this SEM image, the particle diameter is determined by the following procedure. A circle having the smallest diameter (referred to as a minimum circumscribed circle) is drawn out of circles (ie, circumscribed circles) enclosing the target particles, and the diameter of this circle is defined as the particle diameter. The average value of the particle diameters determined for any 100 particles is used as a substitute value for the average particle diameter (D50) of the primary particles.

次に、複数の一次粒子のそれぞれについて凹凸形状係数FUを決定する。この手順を図13及び図14を参考にしながら説明する。図13は、ニオブチタン複合酸化物の粒子のSEM像(2万倍)の一例を示す図である。図14は、ニオブチタン複合酸化物の粒子のSEM像(2万倍)の他の例を示す図である。凹凸形状係数FUの具体的な定義に関しては、非特許文献2の内容を参照により引用する。   Next, the uneven shape factor FU is determined for each of the plurality of primary particles. This procedure will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an SEM image (20,000 times) of particles of a niobium titanium composite oxide. FIG. 14 is a diagram showing another example of an SEM image (20,000 times) of particles of niobium titanium composite oxide. Regarding the specific definition of the uneven shape factor FU, the contents of Non-Patent Document 2 are cited by reference.

先に準備した電極片のうちの他方を、SEM用のステージ上にカーボンテープで貼り付ける。このとき、活物質含有層の垂線方向から当該層を観察できるように貼り付ける。そして、電極の短手方向の中央部分を、電極の端から長手方向に向かって、等間隔に合計で100点観察する。各観察点において、一次粒子の外周(輪郭)の境界線が明瞭に視認できる粒子の中から、以下の条件を満たす一次粒子を1つ選択する。こうして、合計100個の一次粒子を測定対象とする。なお、観察倍率は、一次粒子の外周(輪郭)の境界線が明瞭に視認できる粒子の倍率、例えば5000倍〜20000倍とする。   The other of the previously prepared electrode pieces is affixed with a carbon tape on the SEM stage. At this time, it is pasted so that the layer can be observed from the perpendicular direction of the active material-containing layer. Then, a total of 100 central portions in the short direction of the electrode are observed at regular intervals from the end of the electrode in the longitudinal direction. At each observation point, one primary particle satisfying the following condition is selected from particles whose boundary line of the outer periphery (contour) of the primary particle is clearly visible. Thus, a total of 100 primary particles are measured. Note that the observation magnification is a particle magnification at which the boundary line of the outer periphery (contour) of the primary particles can be clearly recognized, for example, 5000 times to 20000 times.

まず、一次粒子の投影面積から重心を求める。ここで、先に決定したD50の値の半径を有する円を円Xとする。また、D50の値に0.1倍を掛けた値の半径を有する円を円Yとする。図13に示すように、円X及び円Yの中心を、測定対象の一次粒子10の重心と重ね合わせた場合に、一次粒子10の外周Lが、円Yよりも大きく且つ円Xよりも小さいような一次粒子を、各観察点において決定する。   First, the center of gravity is obtained from the projected area of the primary particles. Here, a circle having a radius of the value of D50 determined previously is defined as a circle X. A circle having a radius of a value obtained by multiplying the value of D50 by 0.1 is defined as a circle Y. As shown in FIG. 13, when the centers of the circle X and the circle Y are overlapped with the center of gravity of the primary particle 10 to be measured, the outer periphery L of the primary particle 10 is larger than the circle Y and smaller than the circle X. Such primary particles are determined at each observation point.

これら100個の一次粒子の画像について、画像解析ツールを用いて、対象粒子10の外周Lの外周長さlと、対象粒子10の断面積aを求める。画像解析ツールとしては、例えば非特許文献3に示すImageJを使用することができる。得られた外周長さlと断面積aとから、下記式(2)に従って、選別した100個の一次粒子のそれぞれについて凹凸形状係数FUを算出する。更に、算出された100個の凹凸形状係数FUの平均値FUaveを算出する。 For these 100 primary particle images, an outer peripheral length l of the outer periphery L of the target particle 10 and a cross-sectional area a of the target particle 10 are obtained using an image analysis tool. As an image analysis tool, for example, ImageJ shown in Non-Patent Document 3 can be used. From the obtained outer peripheral length l and the cross-sectional area a, the concavo-convex shape factor FU is calculated for each of the selected 100 primary particles according to the following formula (2). Further, an average value FU ave of the calculated 100 uneven shape factors FU is calculated.

なお、対象粒子10の外周長さl及び対象粒子10の断面積aを測定する際、測定対象である一次粒子10の表面及び/又は外周に、上記円Yよりも小さい粒子径を有する微粒子11が付着している場合、その微粒子11も含めた外周を、一次粒子10の外周Lと見なして計測する。また、この微粒子11の断面積も対象粒子10の断面積aに加えて計測する。図14に示すSEM像は、測定対象である一次粒子10の表面及び/又は外周に円Yよりも小さい粒子径を有する微粒子11が付着している場合の一例を示している。図14から、微粒子11の粒子径が円Yよりも小さいことが分かる。測定対象の一次粒子10の外周長さ及び断面積に加えて、微粒子11の外周長さ及び断面積を考慮する理由は、このような微粒子11が一次粒子10の表面に付着していることにより粒子表面の平滑さが失われていることを凹凸形状係数FUの値に反映させるためである。   When measuring the outer peripheral length l of the target particle 10 and the cross-sectional area a of the target particle 10, the fine particles 11 having a particle diameter smaller than the circle Y on the surface and / or outer periphery of the primary particle 10 to be measured. Is attached, the outer circumference including the fine particles 11 is regarded as the outer circumference L of the primary particle 10 and measured. The cross-sectional area of the fine particles 11 is also measured in addition to the cross-sectional area a of the target particle 10. The SEM image shown in FIG. 14 shows an example when fine particles 11 having a particle diameter smaller than the circle Y are attached to the surface and / or outer periphery of the primary particles 10 to be measured. 14 that the particle diameter of the fine particles 11 is smaller than the circle Y. The reason for considering the outer peripheral length and cross-sectional area of the fine particles 11 in addition to the outer peripheral length and cross-sectional area of the primary particles 10 to be measured is that such fine particles 11 are attached to the surface of the primary particles 10. This is to reflect the loss of the smoothness of the particle surface in the value of the uneven shape factor FU.

<活物質の結晶構造の確認>
活物質の結晶構造は、例えば粉末X線回折測定(X‐Ray Diffraction: XRD)とリートベルト法による解析とを組み合わせることにより確認することができる。
<Confirmation of crystal structure of active material>
The crystal structure of the active material can be confirmed by combining, for example, powder X-ray diffraction measurement (XRD) and analysis by the Rietveld method.

活物質の粉末X線回折測定は、例えば次のように行うことができる。
まず、必要に応じて活物質を粉砕し、平均粒子径が約5μm未満の試料を調製する。平均粒子径はレーザー回折法によって求めることができる。得られた試料を、ガラス試料板上に形成された深さ0.2mmのホルダー部分に充填する。次いで、外部から別のガラス板を押し付けて、充填された試料の表面を平らにする。充填された試料にひび割れ、空隙、凹凸等が生じないように、過不足ない量の試料を充填するように注意する。また、ガラス板を十分な圧力で押し付けるように留意する。次いで、試料が充填されたガラス板を粉末X線回折装置に設置し、Cu−Kα線を用いてXRDパターンを取得する。
The powder X-ray diffraction measurement of the active material can be performed, for example, as follows.
First, the active material is pulverized as necessary to prepare a sample having an average particle size of less than about 5 μm. The average particle diameter can be determined by a laser diffraction method. The obtained sample is filled in a holder portion having a depth of 0.2 mm formed on a glass sample plate. Next, another glass plate is pressed from the outside to flatten the surface of the filled sample. Care should be taken to fill the sample with a sufficient amount so that there are no cracks, voids, irregularities, etc. in the sample. Care should be taken to press the glass plate with sufficient pressure. Next, the glass plate filled with the sample is placed in a powder X-ray diffractometer, and an XRD pattern is obtained using Cu-Kα rays.

なお、試料の配向性が高い場合は、試料の充填の仕方によってピークの位置がずれたり、ピーク強度比が変化したりする可能性がある。このような配向性が著しく高い試料は、キャピラリを用いて測定する。具体的には、試料をキャピラリに挿入し、このキャピラリを回転式試料台に載置して測定する。このような測定方法により、配向性を緩和することができる。キャピラリには、リンデマンガラス製のものを用いる。   In addition, when the orientation of the sample is high, the position of the peak may be shifted or the peak intensity ratio may be changed depending on how the sample is filled. Such a sample with extremely high orientation is measured using a capillary. Specifically, a sample is inserted into a capillary, and this capillary is placed on a rotary sample table for measurement. The orientation can be relaxed by such a measuring method. A capillary made of Lindeman glass is used.

電極材料として電池に含まれている活物質は、以下のように測定することができる。まず、電極材料中の活物質(例えばニオブチタン複合酸化物)からリチウムイオンが完全に離脱した状態にする。例えば、この活物質を負極に用いた場合、電池を完全に放電状態にする。これにより、活物質の結晶状態を観察することができる。放電状態でも残留したリチウムイオンが存在することもある。電極中に残留したリチウムイオンの影響で、粉末X線回折測定結果に、炭酸リチウムやフッ化リチウムなどの不純物相が混入することがある。不純物相の混入は、例えば、測定雰囲気を不活性ガス雰囲気とするか、又は電極表面の洗浄をすることで防ぐことができる。不純物相があってもこれらの相を無視して解析することは可能である。   The active material contained in the battery as the electrode material can be measured as follows. First, lithium ions are completely separated from the active material (for example, niobium titanium composite oxide) in the electrode material. For example, when this active material is used for the negative electrode, the battery is completely discharged. Thereby, the crystalline state of the active material can be observed. There may be residual lithium ions even in a discharged state. Due to the influence of lithium ions remaining in the electrode, an impurity phase such as lithium carbonate or lithium fluoride may be mixed in the powder X-ray diffraction measurement result. Mixing of the impurity phase can be prevented, for example, by setting the measurement atmosphere to an inert gas atmosphere or cleaning the electrode surface. Even if there is an impurity phase, it is possible to analyze by ignoring these phases.

次に、アルゴンを充填したグローブボックス中で電池を分解して電極を取り出す。取り出した電極を、適切な溶媒で洗浄する。例えば、エチルメチルカーボネートなどを用いることができる。洗浄した電極を、粉末X線回折装置のホルダーの面積とほぼ同じ面積に切断し、測定試料とする。   Next, the battery is disassembled in a glove box filled with argon, and the electrode is taken out. The removed electrode is washed with an appropriate solvent. For example, ethyl methyl carbonate can be used. The cleaned electrode is cut into an area substantially the same as the area of the holder of the powder X-ray diffractometer to obtain a measurement sample.

切断した試料(電極)をガラスホルダーに直接貼り付けて測定する。このとき、金属箔などの電極基板に由来するピークの位置を予め測定しておく。また、導電剤や結着剤などの他の成分のピークも予め測定しておく。基板のピークと活物質のピークが重なる場合、基板から活物質が含まれる層(例えば、後述する活物質含有層)を剥離して測定に供することが望ましい。これは、ピーク強度を定量的に測定する際、重なったピークを分離するためである。例えば、溶媒中で電極基板に超音波を照射することにより活物質層を剥離することができる。活物質層をキャピラリに封入し、回転式試料台に載置して測定する。このような方法により、配向性の影響を低減したうえで、活物質のXRDパターンを得ることができる。この際に取得するXRDパターンは、リートベルト解析に適用できるものでなければならない。リートベルト用データを収集するには、ステップ幅が回折ピークの最小半値幅の1/3〜1/5となるようにし、最強度反射のピーク位置における強度が5000〜10000カウントとなるように、適宜、測定時間及び/又はX線強度を調整する。   The cut sample (electrode) is directly attached to a glass holder and measured. At this time, the position of a peak derived from an electrode substrate such as a metal foil is measured in advance. In addition, the peaks of other components such as a conductive agent and a binder are also measured in advance. When the peak of the substrate and the peak of the active material overlap, it is desirable to peel off a layer containing the active material (for example, an active material-containing layer described later) from the substrate for measurement. This is for separating overlapping peaks when quantitatively measuring the peak intensity. For example, the active material layer can be peeled off by irradiating the electrode substrate with ultrasonic waves in a solvent. The active material layer is sealed in a capillary and placed on a rotary sample table for measurement. By such a method, the XRD pattern of the active material can be obtained while reducing the influence of orientation. The XRD pattern acquired at this time must be applicable to Rietveld analysis. In order to collect the data for the Rietveld, the step width is set to 1/3 to 1/5 of the minimum half width of the diffraction peak, and the intensity at the peak position of the maximum intensity reflection is 5000 to 10,000 counts. The measurement time and / or X-ray intensity is adjusted as appropriate.

得られたXRDパターンを、リートベルト法によって解析する。リートベルト法では、あらかじめ推定した結晶構造モデルから回折パターンを計算する。この計算値と実測値とを全てフィッティングすることにより、結晶構造に関するパラメータ(格子定数、原子座標、占有率等)を精密に分析することができる。これにより、合成した酸化物の結晶構造の特徴を調べることができる。また、構成元素の各サイト中の占有率を調べることが可能である。   The obtained XRD pattern is analyzed by the Rietveld method. In the Rietveld method, a diffraction pattern is calculated from a crystal structure model estimated in advance. By fitting all of the calculated values and the actually measured values, parameters (lattice constant, atomic coordinates, occupancy, etc.) relating to the crystal structure can be analyzed precisely. Thereby, the characteristics of the crystal structure of the synthesized oxide can be examined. Moreover, it is possible to investigate the occupation rate in each site of a constituent element.

リートベルト解析における観測強度と計算強度の一致の程度を見積もるための尺度としてフィッティングパラメータSを用いる。このSが1.8より小さくなるように解析を行う必要がある。また、各サイトの占有率を決定する際には、標準偏差σを考慮に入れなければならない。ここで定義するフィッティングパラメータS及び標準偏差σについては、非特許文献4(97頁〜115頁)に記載の数式で推定するものとする。この方法で、実施形態の空間群C2/mの対称性を持つ単斜晶型ニオブチタン複合酸化物について、結晶構造中の2aまたは4iの各金属カチオン占有サイトにおいて、各カチオンが均等に占有している場合を仮定してフィッティングした場合と、各カチオンが偏在していると仮定して元素ごとに個別の占有率を設定してフィッティングした場合を試す。この結果、フィッティングパラメータSの収束値が小さい方、即ち、よりフィッティングが優れている方が実際の占有状態に近いと判断することができる。これにより、各カチオンがランダム配列しているか否かを判断することができる。 The fitting parameter S is used as a scale for estimating the degree of coincidence between the observed intensity and the calculated intensity in Rietveld analysis. It is necessary to perform an analysis so that S is smaller than 1.8. Also, the standard deviation σ j must be taken into account when determining the occupancy of each site. The fitting parameter S and the standard deviation σ j defined here are estimated by mathematical formulas described in Non-Patent Document 4 (pages 97 to 115). In this method, in the monoclinic niobium titanium composite oxide having the symmetry of the space group C2 / m of the embodiment, each cation is evenly occupied in each metal cation occupying site of 2a or 4i in the crystal structure. The case where the fitting is performed assuming that the cation is present, and the case where the fitting is performed by setting individual occupancy for each element on the assumption that each cation is unevenly distributed are tried. As a result, it can be determined that the smaller the convergence value of the fitting parameter S, that is, the better the fitting, is closer to the actual occupied state. Thereby, it can be determined whether or not each cation is randomly arranged.

<活物質の組成の確認方法>
活物質の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)発光分光法を用いて分析することができる。このとき、各元素の存在比(モル比)は、使用する分析装置の感度に依存する。従って、測定されるモル比が、実際のモル比から測定装置の誤差分だけ数値がずれることがある。しかしながら、分析装置の誤差範囲で数値が逸脱したとしても、実施形態に係る電極の性能を十分に発揮することができる。
<Method for confirming composition of active material>
The composition of the active material can be analyzed using, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. At this time, the abundance ratio (molar ratio) of each element depends on the sensitivity of the analyzer to be used. Therefore, the measured molar ratio may deviate from the actual molar ratio by the error of the measuring device. However, even if the numerical value deviates within the error range of the analyzer, the performance of the electrode according to the embodiment can be sufficiently exhibited.

電池に組み込まれている活物質の組成をICP発光分光法により測定するには、具体的には以下の手順により行う。   In order to measure the composition of the active material incorporated in the battery by ICP emission spectroscopy, specifically, the following procedure is used.

まず、粉末X線回折の項で説明した手順により、二次電池から、測定対象たる活物質を含んだ電極を取り出し、洗浄する。洗浄した電極から、活物質含有層など電極活物質が含まれている部分を剥離する。例えば、超音波を照射することにより電極活物質が含まれている部分を剥離することができる。具体例として、例えば、ガラスビーカー中に入れたエチルメチルカーボネートに電極を入れ、超音波洗浄機中で振動させることで、電極集電体から電極活物質を含む活物質含有層を剥離させることができる。   First, according to the procedure described in the section of powder X-ray diffraction, an electrode containing an active material to be measured is taken out from the secondary battery and washed. A portion containing the electrode active material such as the active material-containing layer is peeled off from the cleaned electrode. For example, the portion containing the electrode active material can be peeled off by irradiating ultrasonic waves. As a specific example, for example, an active material-containing layer containing an electrode active material can be peeled from an electrode current collector by placing an electrode in ethyl methyl carbonate placed in a glass beaker and vibrating in an ultrasonic cleaner. it can.

次に、剥離した部分を大気中で短時間加熱して(例えば、500℃で1時間程度)、バインダー成分やカーボンなど不要な成分を焼失させる。この残渣を酸で溶解することで、活物質を含む液体サンプルを作成できる。このとき、酸としては塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素などを使用できる。この液体サンプルをICP分析に供することで、活物質中の組成を知ることができる。   Next, the peeled portion is heated in the atmosphere for a short time (for example, at 500 ° C. for about 1 hour) to burn away unnecessary components such as a binder component and carbon. By dissolving the residue with an acid, a liquid sample containing an active material can be prepared. At this time, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrogen fluoride and the like can be used as the acid. By subjecting this liquid sample to ICP analysis, the composition in the active material can be known.

<活物質粒子の比表面積の測定方法>
活物質粒子の比表面積の測定は、粉体粒子表面に吸着占有面積が既知である分子を液体窒素の温度で吸着させ、その量から試料の比表面積を求める方法により行うことができる。最も良く利用されるのが不活性気体の低温低湿物理吸着によるBET法であり、単分子層吸着理論であるLangmuir理論を多分子層吸着に拡張した、比表面積の計算方法として最も有名な理論である。これにより求められた比表面積のことをBET比表面積と称する。
<Measurement method of specific surface area of active material particles>
The measurement of the specific surface area of the active material particles can be carried out by a method in which molecules having a known adsorption occupation area are adsorbed on the surface of the powder particles at the temperature of liquid nitrogen and the specific surface area of the sample is obtained from the amount. The BET method based on low-temperature and low-humidity physical adsorption of inert gas is the most widely used theory, which is the most famous theory for calculating specific surface area, which is an extension of the monolayer adsorption theory Langmuir theory to multi-layer adsorption. is there. The specific surface area determined in this way is referred to as the BET specific surface area.

以上説明した第1の実施形態の活物質複合体は、ニオブチタン複合酸化物の粒子と、ニオブチタン複合酸化物の粒子の表面の少なくとも一部を被覆し、式(1)である1.2<I/I≦5を満たす炭素含有層とを含む。この活物質複合体は、導電性及び圧密成形性(プレス成形性)に優れているため、エネルギー密度が高く、かつ入出力性能に優れた電極及び二次電池を実現することができる。 The active material composite according to the first embodiment described above covers at least part of the surfaces of the niobium titanium composite oxide particles and the niobium titanium composite oxide particles, and 1.2 <I in formula (1). And a carbon-containing layer satisfying G 1 / ID ≦ 5. Since this active material composite is excellent in conductivity and compactibility (press moldability), it is possible to realize an electrode and a secondary battery having high energy density and excellent input / output performance.

(第2の実施形態)
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の活物質複合体を含む電極を提供することができる。電極は、活物質複合体を含む活物質含有層を具備する。電極は、更に集電体を含むことができる。活物質含有層は、集電体の片面又は両面に形成され得る。活物質含有層は、活物質複合体に加えて、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。電極は、例えば電池用電極又は二次電池用電極である。電極は、相手極の電位により、正極として機能することも負極として機能することもあり得る。
(Second Embodiment)
According to the second embodiment, an electrode including the active material complex of the first embodiment can be provided. The electrode includes an active material-containing layer containing an active material composite. The electrode can further include a current collector. The active material-containing layer can be formed on one side or both sides of the current collector. The active material-containing layer can optionally contain a conductive agent and a binder in addition to the active material composite. The electrode is, for example, a battery electrode or a secondary battery electrode. The electrode can function as a positive electrode or a negative electrode depending on the potential of the counterpart electrode.

導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。なお、第1の実施形態の活物質複合体は、導電性に優れているため、導電剤を必ずしも必要としない。   The conductive agent is blended in order to improve current collection performance and suppress contact resistance between the active material and the current collector. Examples of the conductive agent include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, and carbonaceous material such as graphite. One of these may be used as a conductive agent, or a combination of two or more may be used as a conductive agent. In addition, since the active material composite of 1st Embodiment is excellent in electroconductivity, a electrically conductive agent is not necessarily required.

結着剤は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と集電体を結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。   The binder is blended to fill a gap between the dispersed active materials and bind the active material and the current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, styrene butadiene rubber, polyacrylic acid compound, imide compound, carboxymethyl cellulose (carboxymethyl). cellulose; CMC), and salts of CMC. One of these may be used as a binder, or a combination of two or more may be used as a binder.

集電体は、活物質にリチウム(Li)が挿入及び脱離される電位において電気化学的に安定である材料が用いられる。例えば、電極が負極として用いられる場合は、集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。   As the current collector, a material that is electrochemically stable at a potential at which lithium (Li) is inserted into and extracted from the active material is used. For example, when the electrode is used as a negative electrode, the current collector includes one or more elements selected from copper, nickel, stainless steel, or aluminum, or Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. Preferably it is made from an aluminum alloy. The thickness of the current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. The current collector having such a thickness can balance the strength and weight reduction of the electrode.

また、集電体は、その表面に活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、集電タブとして働くことができる。   In addition, the current collector can include a portion where the active material-containing layer is not formed on the surface thereof. This part can act as a current collecting tab.

活物質含有層の密度(集電体を含まず)は、2.4g/cm3〜3g/cm3の範囲内にあることが好ましい。活物質含有層の密度は、電極密度とも呼ぶことができる。電極密度がこの範囲内にあると、活物質粒子と導電剤が適度に密着することで、電極中の電子導電パス形成と電解液浸透性のバランスが良好となり、急速充放電性能や寿命性能が向上する。 (Excluding the current collector) density of the active material-containing layer is preferably in the range of 2.4g / cm 3 ~3g / cm 3 . The density of the active material-containing layer can also be referred to as an electrode density. When the electrode density is within this range, the active material particles and the conductive agent are in close contact with each other, so that the balance between the formation of the electronic conductive path in the electrode and the electrolyte permeability is good, and rapid charge / discharge performance and life performance are improved. improves.

活物質含有層中の活物質複合体、導電剤及び結着剤は、それぞれ、68重量%以上96重量%以下、2重量%以上30重量%以下及び2重量%以上30重量%以下の割合で配合することが好ましい。   The active material composite, the conductive agent, and the binder in the active material-containing layer are in a ratio of 68% to 96% by weight, 2% to 30% by weight, and 2% to 30% by weight, respectively. It is preferable to mix.

例えば次の方法により電極を作製する。まず、活物質複合体、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、電極を作製する。   For example, an electrode is produced by the following method. First, a slurry is prepared by suspending an active material composite, a conductive agent, and a binder in a solvent. This slurry is applied to one side or both sides of the current collector. Next, the applied slurry is dried to obtain a laminate of the active material-containing layer and the current collector. Thereafter, the laminate is pressed. In this way, an electrode is produced.

或いは、電極は、次の方法により作製してもよい。まず、活物質複合体、導電剤及び結着剤を混合して、混合物を得る。次いで、この混合物をペレット状に成形する。次いで、これらのペレットを集電体上に配置することにより、電極を得ることができる。   Or you may produce an electrode with the following method. First, an active material composite, a conductive agent, and a binder are mixed to obtain a mixture. The mixture is then formed into pellets. Subsequently, an electrode can be obtained by arranging these pellets on a current collector.

第2の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、第1の活物質複合体を含むため、エネルギー密度が高く、かつ入出力性能に優れた二次電池を実現することができる。   According to a second embodiment, an electrode is provided. Since this electrode contains the first active material composite, a secondary battery having high energy density and excellent input / output performance can be realized.

(第3の実施形態)
第2の実施形態によると、負極と、正極と、電解質とを具備する二次電池が提供される。負極及び正極の少なくとも一方は、第1の実施形態に係る電極である。
(Third embodiment)
According to the second embodiment, a secondary battery including a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte is provided. At least one of the negative electrode and the positive electrode is an electrode according to the first embodiment.

二次電池は、正極と負極との間に配されたセパレータを更に具備することもできる。負極、正極及びセパレータは、電極群を構成することができる。電解質は、電極群に保持され得る。二次電池は、電極群及び電解質を収容する外装部材を更に具備することができる。二次電池は、負極に電気的に接続された負極端子及び正極に電気的に接続された正極端子を更に具備することができる。   The secondary battery may further include a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. A negative electrode, a positive electrode, and a separator can comprise an electrode group. The electrolyte can be held on the electrode group. The secondary battery may further include an exterior member that accommodates the electrode group and the electrolyte. The secondary battery may further include a negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode and a positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode.

二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池であり得る。また、二次電池は、非水電解質を含んだ非水電解質二次電池を含む。   The secondary battery can be, for example, a lithium ion secondary battery. The secondary battery includes a non-aqueous electrolyte secondary battery including a non-aqueous electrolyte.

以下、負極、正極、電解質、セパレータ、外装部材、負極端子及び正極端子について詳細に説明する。   Hereinafter, the negative electrode, the positive electrode, the electrolyte, the separator, the exterior member, the negative electrode terminal, and the positive electrode terminal will be described in detail.

(1)負極
実施形態に係る二次電池が具備する負極は、例えば、第2の実施形態において説明した電極でありうる。
(1) Negative Electrode The negative electrode included in the secondary battery according to the embodiment can be, for example, the electrode described in the second embodiment.

(2)正極
実施形態に係る二次電池が具備する正極は、例えば、第2の実施形態において説明した電極でありうる。負極が第2の実施形態に相当する電極である場合、正極は、以下に説明する電極であってもよい。
(2) Positive Electrode The positive electrode included in the secondary battery according to the embodiment can be, for example, the electrode described in the second embodiment. When the negative electrode is an electrode corresponding to the second embodiment, the positive electrode may be an electrode described below.

正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極活物質含有層は、正極集電体の片面又は両面に形成され得る。正極活物質含有層は、正極活物質を含む。正極活物質含有層は、任意に導電剤及び結着剤を含むことができる。   The positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode active material-containing layer can be formed on one side or both sides of the positive electrode current collector. The positive electrode active material-containing layer includes a positive electrode active material. The positive electrode active material-containing layer can optionally contain a conductive agent and a binder.

正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。正極は、正極活物質として、1種類の化合物を単独で含んでいてもよく、或いは2種類以上の化合物を組み合わせて含んでいてもよい。酸化物及び硫化物の例には、Li又はLiイオンを挿入及び脱離させることができる化合物を挙げることができる。   As the positive electrode active material, for example, an oxide or a sulfide can be used. The positive electrode may contain one kind of compound alone as a positive electrode active material, or may contain two or more kinds of compounds in combination. Examples of oxides and sulfides include compounds that can insert and desorb Li or Li ions.

このような化合物としては、例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn24又はLixMnO2;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoy2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-y2;0<x≦1、0<y<1)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiy4;0<x≦1、0<y<2)、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物(例えばLixFePO4;0<x≦1、LixFe1-yMnyPO4;0<x≦1、0<y<1、LixCoPO4;0<x≦1)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV25)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnz2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)が含まれる。 As such a compound, for example, manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (for example, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ; 0 <x ≦ 1) Lithium nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium cobalt composite oxide (for example, Li x CoO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, Li x Ni 1-y Co y O 2; 0 <x ≦ 1,0 <y <1), lithium-manganese-cobalt composite oxide (e.g., Li x Mn y Co 1-y O 2; 0 <x ≦ 1,0 <y < 1) a lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (for example, Li x Mn 2 -y Ni y O 4 ; 0 <x ≦ 1, 0 <y <2), a lithium phosphorous oxide having an olivine structure (for example, Li x FePO 4; 0 x ≦ 1, Li x Fe 1 -y Mn y PO 4; 0 <x ≦ 1,0 <y <1, Li x CoPO 4; 0 <x ≦ 1), ferrous sulfate (Fe 2 (SO 4) 3 ) , Vanadium oxide (for example, V 2 O 5 ), and lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2 ; 0 <x ≦ 1, 0 <y <1, 0 <z <1, y + z <1).

上記のうち、正極活物質としてより好ましい化合物の例には、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn24;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoy2;0<x≦1、0<y<1)、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLixMn2-yNiy4;0<x≦1、0<y<2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-y2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムリン酸鉄(例えばLixFePO4;0<x≦1)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnz2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)が含まれる。これらの化合物を正極活物質に用いると、正極電位を高めることができる。 Among the above, examples of compounds more preferable as the positive electrode active material include lithium manganese composite oxide having a spinel structure (for example, Li x Mn 2 O 4 ; 0 <x ≦ 1), lithium nickel composite oxide (for example, Li x). NiO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium cobalt composite oxide (for example, Li x CoO 2 ; 0 <x ≦ 1), lithium nickel cobalt composite oxide (for example, Li x Ni 1-y Co y O 2 ; 0 < x ≦ 1, 0 <y <1), lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure (for example, Li x Mn 2-y Ni y O 4 ; 0 <x ≦ 1, 0 <y <2), lithium manganese cobalt composite oxides (e.g., Li x Mn y Co 1-y O 2; 0 <x ≦ 1,0 <y <1), lithium iron phosphate (e.g. Li x FePO 4; 0 <x ≦ 1), and lithium Nickel cobalt manganese composite Oxide (Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2; 0 <x ≦ 1,0 <y <1,0 <z <1, y + z <1) are included. When these compounds are used for the positive electrode active material, the positive electrode potential can be increased.

電池の電解質として常温溶融塩を用いる場合、リチウムリン酸鉄、LixVPO4F(0≦x≦1)、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、又はこれらの混合物を含む正極活物質を用いることが好ましい。これらの化合物は常温溶融塩との反応性が低いため、サイクル寿命を向上させることができる。常温溶融塩の詳細については、後述する。 When room temperature molten salt is used as the battery electrolyte, lithium iron phosphate, Li x VPO 4 F (0 ≦ x ≦ 1), lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, or these It is preferable to use a positive electrode active material containing a mixture of the above. Since these compounds have low reactivity with room temperature molten salts, the cycle life can be improved. Details of the room temperature molten salt will be described later.

正極活物質粒子は、例えば一次粒子の形態であってもよく、一次粒子が凝集してなる二次粒子の形態であってもよい。正極活物質粒子は、一次粒子と二次粒子との混合物であってもよい。   The positive electrode active material particles may be in the form of primary particles, for example, or may be in the form of secondary particles formed by agglomeration of primary particles. The positive electrode active material particles may be a mixture of primary particles and secondary particles.

正極活物質の平均一次粒子径は、100nm以上2μm以下であることが好ましい。一次粒子径が100nm以上の正極活物質は、工業生産上の取り扱いが容易である。一次粒子径が2μm以下の正極活物質は、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることが可能である。   The average primary particle diameter of the positive electrode active material is preferably 100 nm or more and 2 μm or less. A positive electrode active material having a primary particle size of 100 nm or more is easy to handle in industrial production. A positive electrode active material having a primary particle size of 2 μm or less can smoothly diffuse lithium ions in a solid.

正極活物質のBET比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下であることが好ましい。0.1m2/g以上の比表面積を有する正極活物質は、Liイオンの吸蔵・放出サイトを十分に確保できる。10m2/g以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。 The BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. The positive electrode active material having a specific surface area of 0.1 m 2 / g or more can sufficiently ensure the storage / release sites of Li ions. The positive electrode active material having a specific surface area of 10 m 2 / g or less is easy to handle in industrial production and can ensure good charge / discharge cycle performance.

導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。また、導電剤を省略することもできる。   The conductive agent is blended in order to improve current collecting performance and suppress contact resistance between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of the conductive agent include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, and carbonaceous material such as graphite. One of these may be used as a conductive agent, or a combination of two or more may be used as a conductive agent. Further, the conductive agent can be omitted.

結着剤は、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース(carboxyl methyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。   The binder is blended to fill a gap between the dispersed positive electrode active materials and bind the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, polyacrylic acid compound, imide compound, carboxymethyl cellulose (CMC). , And salts of CMC. One of these may be used as a binder, or a combination of two or more may be used as a binder.

正極活物質含有層において、正極活物質及び結着剤は、それぞれ、80重量%以上98重量%以下、及び2重量%以上20重量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤を加える場合には、正極活物質、結着剤及び導電剤は、それぞれ、77重量%以上95重量%以下、2重量%以上20重量%以下、及び3重量%以上15重量%以下の割合で配合することが好ましい。   In the positive electrode active material-containing layer, the positive electrode active material and the binder are preferably blended in proportions of 80% by weight to 98% by weight and 2% by weight to 20% by weight, respectively. When a conductive agent is added, the positive electrode active material, the binder, and the conductive agent are 77 wt% or more and 95 wt% or less, 2 wt% or more and 20 wt% or less, and 3 wt% or more and 15 wt% or less, respectively. It is preferable to mix | blend in a ratio.

正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。   The positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, and Si.

アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は99重量%以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、1重量%以下であることが好ましい。   The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 5 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by weight or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 1% by weight or less.

また、正極集電体は、その表面に正極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、正極集電タブとして働くことができる。   Moreover, the positive electrode current collector can include a portion where the positive electrode active material-containing layer is not formed on the surface thereof. This part can serve as a positive current collecting tab.

(3)電解質
電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、0.5 mol/L以上2.5 mol/L以下であることが好ましい。
(3) Electrolyte As the electrolyte, for example, a liquid nonaqueous electrolyte or a gelled nonaqueous electrolyte can be used. The liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt as a solute in an organic solvent. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol / L or more and 2.5 mol / L or less.

電解質塩の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。 Examples of electrolyte salts include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), trifluoromethane Lithium salts such as lithium sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) and mixtures thereof are included. The electrolyte salt is preferably one that is difficult to oxidize even at a high potential, and LiPF 6 is most preferred.

有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate;VC)のような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(diethyl carbonate;DEC)、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methyl ethyl carbonate;MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran;THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2-methyl tetrahydrofuran;2MeTHF)、ジオキソラン(dioxolane;DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(dimethoxy ethane;DME)、ジエトキシエタン(diethoxy ethane;DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、及びスルホラン(sulfolane;SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。   Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC); diethyl carbonate (DEC) and dimethyl carbonate. (Dimethyl carbonate; DMC), chain carbonates such as methyl ethyl carbonate (MEC); tetrahydrofuran (tetrahydrofuran; THF); Cyclic ethers such as: dimethoxyethane (DME), chain ethers such as diethoxyethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (acetonitrile) AN), and sulfolane (Sulfolane; include SL). These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile;PAN)、ポリエチレンオキサイド(polyethylene oxide;PEO)、又はこれらの混合物が含まれる。   The gel nonaqueous electrolyte is prepared by combining a liquid nonaqueous electrolyte and a polymer material. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), or a mixture thereof.

或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、及び無機固体電解質等を用いてもよい。   Alternatively, as the non-aqueous electrolyte, in addition to the liquid non-aqueous electrolyte and the gel-like non-aqueous electrolyte, a room temperature molten salt (ionic melt) containing lithium ions, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and the like are used. Also good.

常温溶融塩(イオン性融体)は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩の内、常温(15℃以上25℃以下)で液体として存在し得る化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質塩と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩、又はこれらの混合物が含まれる。一般に、二次電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4級アンモニウム骨格を有する。   A room temperature molten salt (ionic melt) refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (15 ° C. or more and 25 ° C. or less) among organic salts formed by a combination of an organic cation and an anion. Room temperature molten salt includes room temperature molten salt that exists as a liquid alone, room temperature molten salt that becomes liquid when mixed with electrolyte salt, room temperature molten salt that becomes liquid when dissolved in organic solvent, or a mixture thereof It is. Generally, the melting point of the room temperature molten salt used for the secondary battery is 25 ° C. or less. The organic cation generally has a quaternary ammonium skeleton.

高分子固体電解質は、電解質塩を高分子材料に溶解し、固体化することによって調製される。   The polymer solid electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt in a polymer material and solidifying it.

無機固体電解質は、Liイオン伝導性を有する固体物質である。   The inorganic solid electrolyte is a solid material having Li ion conductivity.

(4)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、若しくはポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)を含む多孔質フィルム、又は合成樹脂製不織布から形成される。安全性の観点からは、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムを用いることが好ましい。これらの多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能なためである。
(4) Separator The separator is formed of, for example, a porous film containing polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. . From the viewpoint of safety, it is preferable to use a porous film formed from polyethylene or polypropylene. This is because these porous films can be melted at a constant temperature to interrupt the current.

(5)外装部材
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、又は金属製容器を用いることができる。
(5) Exterior Member As the exterior member, for example, a container made of a laminate film or a metal container can be used.

ラミネートフィルムの厚さは、例えば、0.5mm以下であり、好ましくは、0.2mm以下である。   The thickness of the laminate film is, for example, 0.5 mm or less, and preferably 0.2 mm or less.

ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)等の高分子材料を含んでいる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。   As the laminate film, a multilayer film including a plurality of resin layers and a metal layer interposed between these resin layers is used. The resin layer contains, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET). It is preferable that a metal layer consists of aluminum foil or aluminum alloy foil for weight reduction. The laminate film can be formed into the shape of the exterior member by sealing by heat sealing.

金属製容器の壁の厚さは、例えば、1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは、0.2mm以下である。   The thickness of the wall of the metal container is, for example, 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and still more preferably 0.2 mm or less.

金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は100重量ppm以下であることが好ましい。   The metal container is made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc, and silicon. When an aluminum alloy contains transition metals, such as iron, copper, nickel, and chromium, it is preferable that the content is 100 weight ppm or less.

外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。   The shape of the exterior member is not particularly limited. The shape of the exterior member may be, for example, a flat type (thin type), a square type, a cylindrical type, a coin type, or a button type. The exterior member can be appropriately selected according to the battery size and the application of the battery.

(6)負極端子
負極端子は、上述の負極活物質のLi吸蔵放出電位において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
(6) Negative electrode terminal A negative electrode terminal can be formed from the material which is electrochemically stable in the above-mentioned negative electrode active material Li occlusion discharge potential, and has electroconductivity. Specifically, the negative electrode terminal material includes copper, nickel, stainless steel, or aluminum, or at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. An aluminum alloy is mentioned. As a material for the negative electrode terminal, aluminum or an aluminum alloy is preferably used. In order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector, the negative electrode terminal is preferably made of the same material as the negative electrode current collector.

(7)正極端子
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し3V以上5V以下の電位範囲(vs.Li/Li)において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(7) Positive electrode terminal The positive electrode terminal may be formed of a material that is electrically stable and has conductivity in a potential range (vs. Li / Li + ) of 3 V to 5 V with respect to the oxidation-reduction potential of lithium. it can. Examples of the material of the positive electrode terminal include aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The positive electrode terminal is preferably formed of the same material as the positive electrode current collector in order to reduce contact resistance with the positive electrode current collector.

次に、実施形態に係る二次電池について、図面を参照しながらより具体的に説明する。 図1は、実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図2は、図1に示す二次電池のA部を拡大した断面図である。   Next, the secondary battery according to the embodiment will be described more specifically with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the secondary battery according to the embodiment. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion A of the secondary battery shown in FIG.

図1及び図2に示す二次電池100は、図1に示す袋状外装部材2と、図1及び図2に示す電極群1と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、袋状外装部材2内に収納されている。電解質(図示しない)は、電極群1に保持されている。   A secondary battery 100 shown in FIGS. 1 and 2 includes the bag-shaped exterior member 2 shown in FIG. 1, the electrode group 1 shown in FIGS. 1 and 2, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in a bag-shaped exterior member 2. An electrolyte (not shown) is held by the electrode group 1.

袋状外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。   The bag-shaped exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed therebetween.

図1に示すように、電極群1は、扁平状の捲回型電極群である。扁平状で捲回型である電極群1は、図2に示すように、負極3と、セパレータ4と、正極5とを含む。セパレータ4は、負極3と正極5との間に介在している。   As shown in FIG. 1, the electrode group 1 is a flat wound electrode group. As shown in FIG. 2, the flat and wound electrode group 1 includes a negative electrode 3, a separator 4, and a positive electrode 5. The separator 4 is interposed between the negative electrode 3 and the positive electrode 5.

負極3は、負極集電体3aと負極活物質含有層3bとを含む。負極3のうち、捲回型の電極群1の最外殻に位置する部分は、図2に示すように負極集電体3aの内面側のみに負極活物質含有層3bが形成されている。負極3におけるその他の部分では、負極集電体3aの両面に負極活物質含有層3bが形成されている。   The negative electrode 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b. In the negative electrode 3, the portion located in the outermost shell of the wound electrode group 1 has the negative electrode active material containing layer 3 b formed only on the inner surface side of the negative electrode current collector 3 a as shown in FIG. 2. In other portions of the negative electrode 3, negative electrode active material-containing layers 3b are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 3a.

正極5は、正極集電体5aと、その両面に形成された正極活物質含有層5bとを含んでいる。   The positive electrode 5 includes a positive electrode current collector 5a and positive electrode active material-containing layers 5b formed on both surfaces thereof.

図1に示すように、負極端子6及び正極端子7は、捲回型の電極群1の外周端近傍に位置している。この負極端子6は、負極集電体3aの最外殻に位置する部分に接続されている。また、正極端子7は、正極集電体5aの最外殻に位置する部分に接続されている。これらの負極端子6及び正極端子7は、袋状外装部材2の開口部から外部に延出されている。袋状外装部材2の内面には、熱可塑性樹脂層が設置されており、これが熱融着されていることにより、開口部が閉じられている。   As shown in FIG. 1, the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are located in the vicinity of the outer peripheral end of the wound electrode group 1. The negative electrode terminal 6 is connected to a portion located in the outermost shell of the negative electrode current collector 3a. Moreover, the positive electrode terminal 7 is connected to the part located in the outermost shell of the positive electrode collector 5a. The negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are extended to the outside from the opening of the bag-shaped exterior member 2. A thermoplastic resin layer is provided on the inner surface of the bag-shaped exterior member 2, and the opening is closed by heat-sealing it.

実施形態に係る二次電池は、図1及び図2に示す構成の二次電池に限らず、例えば図3及び図4に示す構成の電池であってもよい。   The secondary battery according to the embodiment is not limited to the secondary battery having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, and may be a battery having the configuration shown in FIGS. 3 and 4, for example.

図3は、実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図である。図4は、図3に示す二次電池のB部を拡大した断面図である。   FIG. 3 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the secondary battery according to the embodiment. 4 is an enlarged cross-sectional view of part B of the secondary battery shown in FIG.

図3及び図4に示す二次電池100は、図3及び図4に示す電極群1と、図3に示す外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、外装部材2内に収納されている。電解質は、電極群1に保持されている。   The secondary battery 100 shown in FIGS. 3 and 4 includes the electrode group 1 shown in FIGS. 3 and 4, the exterior member 2 shown in FIG. 3, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in the exterior member 2. The electrolyte is held in the electrode group 1.

外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。   The exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed therebetween.

電極群1は、図4に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群1は、負極3と正極5とをその間にセパレータ4を介在させながら交互に積層した構造を有している。   The electrode group 1 is a stacked electrode group as shown in FIG. The stacked electrode group 1 has a structure in which negative electrodes 3 and positive electrodes 5 are alternately stacked with a separator 4 interposed therebetween.

電極群1は、複数の負極3を含んでいる。複数の負極3は、それぞれが、負極集電体3aと、負極集電体3aの両面に担持された負極活物質含有層3bとを備えている。また、電極群1は、複数の正極5を含んでいる。複数の正極5は、それぞれが、正極集電体5aと、正極集電体5aの両面に担持された正極活物質含有層5bとを備えている。   The electrode group 1 includes a plurality of negative electrodes 3. Each of the plurality of negative electrodes 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b supported on both surfaces of the negative electrode current collector 3a. The electrode group 1 includes a plurality of positive electrodes 5. Each of the plurality of positive electrodes 5 includes a positive electrode current collector 5a and a positive electrode active material-containing layer 5b supported on both surfaces of the positive electrode current collector 5a.

各負極3の負極集電体3aは、その一辺において、いずれの表面にも負極活物質含有層3bが担持されていない部分3cを含む。この部分3cは、負極集電タブとして働く。図4に示すように、負極集電タブとして働く部分3cは、正極5と重なっていない。また、複数の負極集電タブ(部分3c)は、帯状の負極端子6に電気的に接続されている。帯状の負極端子6の先端は、外装部材2の外部に引き出されている。   The negative electrode current collector 3a of each negative electrode 3 includes, on one side thereof, a portion 3c where the negative electrode active material-containing layer 3b is not supported on any surface. This portion 3c serves as a negative electrode current collecting tab. As shown in FIG. 4, the portion 3 c serving as the negative electrode current collecting tab does not overlap the positive electrode 5. The plurality of negative electrode current collecting tabs (part 3 c) are electrically connected to the strip-shaped negative electrode terminal 6. The tip of the strip-like negative electrode terminal 6 is drawn out of the exterior member 2.

また、図示しないが、各正極5の正極集電体5aは、その一辺において、いずれの表面にも正極活物質含有層5bが担持されていない部分を含む。この部分は、正極集電タブとして働く。正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)と同様に、負極3と重なっていない。また、正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)に対し電極群1の反対側に位置する。正極集電タブは、帯状の正極端子7に電気的に接続されている。帯状の正極端子7の先端は、負極端子6とは反対側に位置し、外装部材2の外部に引き出されている。   Moreover, although not shown in figure, the positive electrode collector 5a of each positive electrode 5 contains the part by which the positive electrode active material content layer 5b is not carry | supported on either surface in the one side. This portion serves as a positive electrode current collecting tab. The positive electrode current collecting tab does not overlap the negative electrode 3, similarly to the negative electrode current collecting tab (part 3 c). Further, the positive electrode current collecting tab is located on the opposite side of the electrode group 1 with respect to the negative electrode current collecting tab (part 3c). The positive electrode current collecting tab is electrically connected to the belt-like positive electrode terminal 7. The front end of the strip-like positive electrode terminal 7 is located on the opposite side of the negative electrode terminal 6 and is drawn out of the exterior member 2.

実施形態に係る二次電池は、組電池を構成していてもよい。組電池は、実施形態に係る二次電池を複数個具備している。   The secondary battery according to the embodiment may constitute an assembled battery. The assembled battery includes a plurality of secondary batteries according to the embodiment.

実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。   In the assembled battery according to the embodiment, each unit cell may be arranged by being electrically connected in series or in parallel, or may be arranged by combining series connection and parallel connection.

実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。   An example of the assembled battery according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

図5は、実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図5に示す組電池200は、5つの単電池100a〜100eと、4つのバスバー21と、正極側リード22と、負極側リード23とを具備している。5つの単電池100a〜100eのそれぞれは、実施形態に係る二次電池である。   FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of the assembled battery according to the embodiment. The assembled battery 200 shown in FIG. 5 includes five unit cells 100 a to 100 e, four bus bars 21, a positive electrode side lead 22, and a negative electrode side lead 23. Each of the five single cells 100a to 100e is a secondary battery according to the embodiment.

バスバー21は、例えば、1つの単電池100aの負極端子6と、この単電池100aの隣に位置する単電池100bの正極端子7とを接続している。このようにして、5つの単電池100は、4つのバスバー21により直列に接続されている。すなわち、図5の組電池200は、5直列の組電池である。   The bus bar 21 connects, for example, the negative electrode terminal 6 of one single cell 100a and the positive electrode terminal 7 of the single cell 100b located next to the single cell 100a. In this way, the five unit cells 100 are connected in series by the four bus bars 21. That is, the assembled battery 200 of FIG. 5 is a 5-series assembled battery.

図5に示すように、5つの単電池100a〜100eのうち、左端に位置する単電池100aの正極端子7は、外部接続用の正極側リード22に接続されている。また、5つの単電池100a〜100eうち、右端に位置する単電池100eの負極端子6は、外部接続用の負極側リード23に接続されている。   As shown in FIG. 5, the positive electrode terminal 7 of the single cell 100 a located at the left end among the five single cells 100 a to 100 e is connected to the positive electrode side lead 22 for external connection. Moreover, the negative electrode terminal 6 of the unit cell 100e located at the right end among the five unit cells 100a to 100e is connected to the negative electrode side lead 23 for external connection.

第3の実施形態に係る二次電池は、負極と、正極と、電解質とを具備する。負極及び正極の少なくとも一方は、第2の実施形態に係る電極である。従って、この二次電池は、入出力性能及びエネルギー密度に優れる。   The secondary battery according to the third embodiment includes a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte. At least one of the negative electrode and the positive electrode is an electrode according to the second embodiment. Therefore, this secondary battery is excellent in input / output performance and energy density.

(第4の実施形態)
第4の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第3の実施形態に係る二次電池を具備している。この電池パックは、第3の実施形態に係る二次電池を1つ具備していてもよく、複数個の二次電池で構成された組電池を具備していてもよい。
(Fourth embodiment)
According to the fourth embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes the secondary battery according to the third embodiment. This battery pack may include one secondary battery according to the third embodiment, or may include an assembled battery including a plurality of secondary batteries.

実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。   The battery pack according to the embodiment may further include a protection circuit. The protection circuit has a function of controlling charging / discharging of the secondary battery. Or you may use the circuit contained in the apparatus (for example, electronic device, a motor vehicle, etc.) which uses a battery pack as a power supply as a protection circuit of a battery pack.

また、実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び/又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。   The battery pack according to the embodiment can further include an external terminal for energization. The external terminal for energization is for outputting a current from the secondary battery to the outside and / or for inputting a current from the outside to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminal for energization. Further, when charging the battery pack, a charging current (including regenerative energy of motive power of an automobile or the like) is supplied to the battery pack through an external terminal for energization.

次に、実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。   Next, an example of the battery pack according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

図6は、実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図7は、図6に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。   FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing an example of the battery pack according to the embodiment. FIG. 7 is a block diagram showing an example of an electric circuit of the battery pack shown in FIG.

図6及び図7に示す電池パック300は、収容容器31と、蓋32と、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35と、図示しない絶縁板とを備えている。   The battery pack 300 shown in FIG.6 and FIG.7 is equipped with the storage container 31, the lid | cover 32, the protection sheet 33, the assembled battery 200, the printed wiring board 34, the wiring 35, and the insulating board which is not shown in figure. .

図6に示す収容容器31は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器31は、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35とを収容可能に構成されている。蓋32は、矩形型の形状を有する。蓋32は、収容容器31を覆うことにより、組電池200等を収容する。収容容器31及び蓋32には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。   The storage container 31 shown in FIG. 6 is a bottomed rectangular container having a rectangular bottom surface. The container 31 is configured to accommodate the protective sheet 33, the assembled battery 200, the printed wiring board 34, and the wiring 35. The lid 32 has a rectangular shape. The lid 32 houses the assembled battery 200 and the like by covering the housing container 31. Although not shown, the storage container 31 and the lid 32 are provided with an opening or a connection terminal for connection to an external device or the like.

組電池200は、複数の単電池100と、正極側リード22と、負極側リード23と、粘着テープ24とを備えている。   The assembled battery 200 includes a plurality of single cells 100, a positive electrode side lead 22, a negative electrode side lead 23, and an adhesive tape 24.

単電池100は、図1及び図2に示す構造を有している。複数の単電池100の少なくとも1つは、実施形態に係る二次電池である。複数の単電池100は、外部に延出した負極端子6及び正極端子7が同じ向きになるように揃えて積層されている。複数の単電池100の各々は、図7に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池100は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池100を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。   The unit cell 100 has the structure shown in FIGS. At least one of the plurality of unit cells 100 is the secondary battery according to the embodiment. The plurality of single cells 100 are laminated so that the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extending to the outside are aligned in the same direction. Each of the plurality of unit cells 100 is electrically connected in series as shown in FIG. The plurality of single cells 100 may be electrically connected in parallel, or may be connected in combination of series connection and parallel connection. When the plurality of single cells 100 are connected in parallel, the battery capacity is increased as compared to the case where they are connected in series.

粘着テープ24は、複数の単電池100を締結している。粘着テープ24の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池100を固定してもよい。この場合、組電池200の両側面に保護シート33を配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて複数の単電池100を結束させる。   The adhesive tape 24 fastens a plurality of unit cells 100. Instead of the adhesive tape 24, a plurality of single cells 100 may be fixed using a heat shrink tape. In this case, the protective sheets 33 are arranged on both side surfaces of the assembled battery 200, the heat shrink tape is circulated, and then the heat shrink tape is heat shrunk to bind the plurality of unit cells 100 together.

正極側リード22の一端は、単電池100の積層体において、最下層に位置する単電池100の正極端子7に接続されている。負極側リード23の一端は、単電池100の積層体において、最上層に位置する単電池100の負極端子6に接続されている。   One end of the positive electrode side lead 22 is connected to the positive electrode terminal 7 of the unit cell 100 located in the lowermost layer in the stacked body of the unit cells 100. One end of the negative electrode side lead 23 is connected to the negative electrode terminal 6 of the unit cell 100 located in the uppermost layer in the stacked body of the unit cells 100.

プリント配線基板34は、収容容器31の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板34は、正極側コネクタ341と、負極側コネクタ342と、サーミスタ343と、保護回路344と、配線345及び346と、通電用の外部端子347と、プラス側配線348aと、マイナス側配線348bとを備えている。プリント配線基板34の一方の主面は、組電池200において負極端子6及び正極端子7が延出する面と向き合っている。プリント配線基板34と組電池200との間には、図示しない絶縁板が介在している。   The printed wiring board 34 is installed along one short side surface of the inner surface of the container 31. The printed wiring board 34 includes a positive connector 341, a negative connector 342, a thermistor 343, a protection circuit 344, wirings 345 and 346, an external terminal 347 for energization, a positive wiring 348a, and a negative wiring. 348b. One main surface of the printed wiring board 34 faces the surface of the assembled battery 200 from which the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 extend. An insulating plate (not shown) is interposed between the printed wiring board 34 and the assembled battery 200.

正極側コネクタ341には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、正極側リード22の他端が挿入されることにより、正極側コネクタ341と正極側リード22とは電気的に接続される。負極側コネクタ342には、貫通孔が設けられている。この貫通孔に、負極側リード23の他端が挿入されることにより、負極側コネクタ342と負極側リード23とは電気的に接続される。   The positive connector 341 is provided with a through hole. By inserting the other end of the positive electrode side lead 22 into this through hole, the positive electrode side connector 341 and the positive electrode side lead 22 are electrically connected. The negative electrode side connector 342 is provided with a through hole. By inserting the other end of the negative electrode side lead 23 into this through hole, the negative electrode side connector 342 and the negative electrode side lead 23 are electrically connected.

サーミスタ343は、プリント配線基板34の一方の主面に固定されている。サーミスタ343は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路344に送信する。   The thermistor 343 is fixed to one main surface of the printed wiring board 34. The thermistor 343 detects the temperature of each unit cell 100 and transmits the detection signal to the protection circuit 344.

通電用の外部端子347は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子347は、電池パック300の外部に存在する機器と電気的に接続されている。   The external terminal 347 for energization is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34. The external terminal 347 for energization is electrically connected to a device existing outside the battery pack 300.

保護回路344は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。保護回路344は、プラス側配線348aを介して通電用の外部端子347と接続されている。保護回路344は、マイナス側配線348bを介して通電用の外部端子347と接続されている。また、保護回路344は、配線345を介して正極側コネクタ341に電気的に接続されている。保護回路344は、配線346を介して負極側コネクタ342に電気的に接続されている。更に、保護回路344は、複数の単電池100の各々と配線35を介して電気的に接続されている。   The protection circuit 344 is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34. The protection circuit 344 is connected to the external terminal 347 for energization through the plus side wiring 348a. The protection circuit 344 is connected to the external terminal 347 for energization via the minus side wiring 348b. Further, the protection circuit 344 is electrically connected to the positive connector 341 via the wiring 345. The protection circuit 344 is electrically connected to the negative connector 342 through the wiring 346. Further, the protection circuit 344 is electrically connected to each of the plurality of single cells 100 via the wiring 35.

保護シート33は、収容容器31の長辺方向の両方の内側面と、組電池200を介してプリント配線基板34と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート33は、例えば、樹脂又はゴムからなる。   The protective sheet 33 is disposed on both inner side surfaces of the storage container 31 in the long side direction and on the inner side surface in the short side direction facing the printed wiring board 34 via the assembled battery 200. The protective sheet 33 is made of, for example, resin or rubber.

保護回路344は、複数の単電池100の充放電を制御する。また、保護回路344は、サーミスタ343から送信される検出信号、又は、個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号に基づいて、保護回路344と通電用の外部端子347との電気的な接続を遮断する。   The protection circuit 344 controls charging / discharging of the plurality of single cells 100. In addition, the protection circuit 344 performs electrical connection between the protection circuit 344 and the energization external terminal 347 based on the detection signal transmitted from the thermistor 343 or the detection signal transmitted from each individual battery 100 or the assembled battery 200. Block connections.

サーミスタ343から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。   As a detection signal transmitted from the thermistor 343, for example, a signal detected that the temperature of the unit cell 100 is equal to or higher than a predetermined temperature can be cited. As a detection signal transmitted from each unit cell 100 or the assembled battery 200, for example, a signal that detects overcharge, overdischarge, and overcurrent of the unit cell 100 can be cited. When detecting an overcharge or the like for each unit cell 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each unit cell 100.

なお、保護回路344としては、電池パック300を電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を用いてもよい。   Note that as the protection circuit 344, a circuit included in a device (for example, an electronic device, an automobile, or the like) that uses the battery pack 300 as a power source may be used.

また、この電池パック300は、上述したように通電用の外部端子347を備えている。したがって、この電池パック300は、通電用の外部端子347を介して、組電池200からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池200に入力することができる。言い換えると、電池パック300を電源として使用する際には、組電池200からの電流が、通電用の外部端子347を通して外部機器に供給される。また、電池パック300を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子347を通して電池パック300に供給される。この電池パック300を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。   Further, the battery pack 300 includes the external terminals 347 for energization as described above. Accordingly, the battery pack 300 can output the current from the assembled battery 200 to the external device and the current from the external device to the assembled battery 200 via the external terminal 347 for energization. In other words, when the battery pack 300 is used as a power source, the current from the assembled battery 200 is supplied to the external device through the external terminal 347 for energization. When charging the battery pack 300, charging current from an external device is supplied to the battery pack 300 through the external terminal 347 for energization. When this battery pack 300 is used as a vehicle-mounted battery, regenerative energy of vehicle power can be used as a charging current from an external device.

なお、電池パック300は、複数の組電池200を備えていてもよい。この場合、複数の組電池200は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板34及び配線35は省略してもよい。この場合、正極側リード22及び負極側リード23を通電用の外部端子として用いてもよい。   The battery pack 300 may include a plurality of assembled batteries 200. In this case, the plurality of assembled batteries 200 may be connected in series, may be connected in parallel, or may be connected by combining series connection and parallel connection. Further, the printed wiring board 34 and the wiring 35 may be omitted. In this case, the positive electrode side lead 22 and the negative electrode side lead 23 may be used as external terminals for energization.

このような電池パックは、例えば、大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。   Such a battery pack is used, for example, in applications that require excellent cycle performance when a large current is taken out. Specifically, this battery pack is used, for example, as a power source for electronic devices, a stationary battery, and an in-vehicle battery for various vehicles. An example of the electronic device is a digital camera. This battery pack is particularly preferably used as an in-vehicle battery.

第4の実施形態に係る電池パックは、第3の実施形態に係る二次電池を備えている。それ故、この電池パックは、入出力性能及びエネルギー密度に優れる。   The battery pack according to the fourth embodiment includes the secondary battery according to the third embodiment. Therefore, this battery pack is excellent in input / output performance and energy density.

(第5の実施形態)
第5の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第4の実施形態に係る電池パックを搭載している。
(Fifth embodiment)
According to a fifth embodiment, a vehicle is provided. This vehicle is equipped with the battery pack according to the fourth embodiment.

実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。車両は、この車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含んでいてもよい。   In the vehicle according to the embodiment, the battery pack collects, for example, regenerative energy of the power of the vehicle. The vehicle may include a mechanism that converts the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.

車両の例としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、及び、アシスト自転車及び鉄道用車両が挙げられる。   Examples of the vehicle include a two-wheel to four-wheel hybrid electric vehicle, a two-wheel to four-wheel electric vehicle, an assist bicycle, and a railway vehicle.

車両における電池パックの搭載位置は、特に限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。   The mounting position of the battery pack in the vehicle is not particularly limited. For example, when the battery pack is mounted on an automobile, the battery pack can be mounted on the engine room of the vehicle, behind the vehicle body, or under the seat.

車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、電池パックは、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。   The vehicle may be equipped with a plurality of battery packs. In this case, the battery packs may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or may be electrically connected by combining series connection and parallel connection.

実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。
図8は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示す断面図である。
An example of a vehicle according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a vehicle according to the embodiment.

図8に示す車両400は、車両本体40と、第4の実施形態に係る電池パック300とを含んでいる。図8に示す例では、車両400は、四輪の自動車である。   A vehicle 400 shown in FIG. 8 includes a vehicle main body 40 and a battery pack 300 according to the fourth embodiment. In the example shown in FIG. 8, the vehicle 400 is a four-wheeled automobile.

この車両400は、複数の電池パック300を搭載してもよい。この場合、電池パック300は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。   This vehicle 400 may be equipped with a plurality of battery packs 300. In this case, the battery pack 300 may be connected in series, may be connected in parallel, or may be connected by a combination of series connection and parallel connection.

図8では、電池パック300が車両本体40の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック300は、例えば、車両本体40の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック300は、車両400の電源として用いることができる。また、この電池パック300は、車両400の動力の回生エネルギーを回収することができる。   FIG. 8 illustrates an example in which the battery pack 300 is mounted in an engine room located in front of the vehicle main body 40. As described above, the battery pack 300 may be mounted, for example, behind the vehicle body 40 or under the seat. The battery pack 300 can be used as a power source for the vehicle 400. In addition, the battery pack 300 can recover the regenerative energy of the power of the vehicle 400.

次に、図9を参照しながら、実施形態に係る車両の実施態様について説明する。   Next, an embodiment of the vehicle according to the embodiment will be described with reference to FIG.

図9は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示した図である。図9に示す車両400は、電気自動車である。   FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of a vehicle according to the embodiment. A vehicle 400 shown in FIG. 9 is an electric vehicle.

図9に示す車両400は、車両本体40と、車両用電源41と、車両用電源41の上位制御手段である車両ECU(ECU:Electric Control Unit;電気制御装置)42と、外部端子(外部電源に接続するための端子)43と、インバータ44と、駆動モータ45とを備えている。   A vehicle 400 shown in FIG. 9 includes a vehicle main body 40, a vehicle power supply 41, a vehicle ECU (ECU: Electric Control Unit) 42, which is a higher-level control means of the vehicle power supply 41, and an external terminal (external power supply). Terminal 43), an inverter 44, and a drive motor 45.

車両400は、車両用電源41を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図9に示す車両400では、車両用電源41の搭載箇所については概略的に示している。   The vehicle 400 has a vehicle power supply 41 mounted, for example, in an engine room, behind a vehicle body or under a seat. In addition, in the vehicle 400 shown in FIG. 9, the mounting location of the vehicle power supply 41 is schematically shown.

車両用電源41は、複数(例えば3つ)の電池パック300a、300b及び300cと、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)411と、通信バス412とを備えている。   The vehicle power supply 41 includes a plurality of (for example, three) battery packs 300a, 300b, and 300c, a battery management unit (BMU) 411, and a communication bus 412.

3つの電池パック300a、300b及び300cは、電気的に直列に接続されている。電池パック300aは、組電池200aと組電池監視装置301a(例えば、VTM:Voltage Temperature Monitoring)とを備えている。電池パック300bは、組電池200bと組電池監視装置301bとを備えている。電池パック300cは、組電池200cと組電池監視装置301cとを備えている。電池パック300a、300b、及び300cは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック300と交換することができる。   The three battery packs 300a, 300b, and 300c are electrically connected in series. The battery pack 300a includes an assembled battery 200a and an assembled battery monitoring device 301a (for example, VTM: Voltage Temperature Monitoring). The battery pack 300b includes an assembled battery 200b and an assembled battery monitoring device 301b. The battery pack 300c includes an assembled battery 200c and an assembled battery monitoring device 301c. The battery packs 300 a, 300 b, and 300 c can be detached independently and can be replaced with another battery pack 300.

組電池200a〜200cのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも1つは、実施形態に係る二次電池である。組電池200a〜200cは、それぞれ、正極端子413及び負極端子414を通じて充放電を行う。   Each of the assembled batteries 200a to 200c includes a plurality of single cells connected in series. At least one of the plurality of unit cells is the secondary battery according to the embodiment. The assembled batteries 200a to 200c are charged and discharged through the positive terminal 413 and the negative terminal 414, respectively.

電池管理装置411は、車両用電源41の保全に関する情報を集めるために、組電池監視装置301a〜301cとの間で通信を行い、車両用電源41に含まれる組電池200a〜200cに含まれる単電池100の電圧、及び温度などに関する情報を収集する。   The battery management device 411 communicates with the assembled battery monitoring devices 301a to 301c in order to collect information related to the maintenance of the vehicle power supply 41, and the battery management device 411 includes the single batteries included in the assembled batteries 200a to 200c included in the vehicle power supply 41. Information on the voltage and temperature of the battery 100 is collected.

電池管理装置411と組電池監視装置301a〜301cとの間には、通信バス412が接続されている。通信バス412は、1組の通信線を複数のノード(電池管理装置と1つ以上の組電池監視装置と)で共有するように構成されている。通信バス412は、例えばCAN(Control Area Network)規格に基づいて構成された通信バスである。   A communication bus 412 is connected between the battery management device 411 and the assembled battery monitoring devices 301a to 301c. The communication bus 412 is configured to share a set of communication lines with a plurality of nodes (battery management device and one or more assembled battery monitoring devices). The communication bus 412 is a communication bus configured based on, for example, a CAN (Control Area Network) standard.

組電池監視装置301a〜301cは、電池管理装置411からの通信による指令に基づいて、組電池200a〜200cを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は1つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。   The assembled battery monitoring devices 301a to 301c measure the voltage and temperature of individual cells constituting the assembled batteries 200a to 200c based on a command from the battery management device 411 through communication. However, the temperature can be measured at only a few locations per assembled battery, and the temperature of all the cells need not be measured.

車両用電源41は、正極端子413と負極端子414との接続を入り切りするための電磁接触器(例えば図9に示すスイッチ装置415)を有することもできる。スイッチ装置415は、組電池200a〜200cへの充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ(図示せず)、及び、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ(図示せず)を含んでいる。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフされるリレー回路(図示せず)を備えている。   The vehicle power supply 41 can also include an electromagnetic contactor (for example, a switch device 415 shown in FIG. 9) for turning on and off the connection between the positive terminal 413 and the negative terminal 414. The switch device 415 includes a precharge switch (not shown) that is turned on when the assembled batteries 200a to 200c are charged, and a main switch (not shown) that is turned on when the battery output is supplied to the load. Is included. The precharge switch and the main switch include a relay circuit (not shown) that is turned on or off by a signal supplied to a coil disposed in the vicinity of the switch element.

インバータ44は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。インバータ44の3相の出力端子は、駆動モータ45の各3相の入力端子に接続されている。インバータ44は、電池管理装置411、あるいは車両全体の動作を制御するための車両ECU42からの制御信号に基づいて、出力電圧を制御する。   The inverter 44 converts the input DC voltage into a three-phase alternating current (AC) high voltage for driving the motor. The three-phase output terminals of the inverter 44 are connected to the three-phase input terminals of the drive motor 45. The inverter 44 controls the output voltage based on a control signal from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 for controlling the operation of the entire vehicle.

駆動モータ45は、インバータ44から供給される電力により回転する。この回転は、例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Wに伝達される。   The drive motor 45 is rotated by electric power supplied from the inverter 44. This rotation is transmitted to the axle and the drive wheels W via, for example, a differential gear unit.

また、図示はしていないが、車両400は、回生ブレーキ機構を備えている。回生ブレーキ機構は、車両400を制動した際に駆動モータ45を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ44に入力され、直流電流に変換される。直流電流は、例えば、車両用電源41が備える電池パックに入力される。   Although not shown, the vehicle 400 includes a regenerative brake mechanism. The regenerative brake mechanism rotates the drive motor 45 when the vehicle 400 is braked, and converts the kinetic energy into regenerative energy as electric energy. The regenerative energy recovered by the regenerative brake mechanism is input to the inverter 44 and converted into a direct current. The direct current is input to, for example, a battery pack included in the vehicle power supply 41.

車両用電源41の負極端子414には、接続ラインL1の一方の端子が、電池管理装置411内の電流検出部(図示せず)を介して接続されている。接続ラインL1の他方の端子は、インバータ44の負極入力端子に接続されている。   One terminal of the connection line L1 is connected to the negative terminal 414 of the vehicle power supply 41 via a current detection unit (not shown) in the battery management device 411. The other terminal of the connection line L <b> 1 is connected to the negative input terminal of the inverter 44.

車両用電源41の正極端子413には、接続ラインL2の一方の端子が、スイッチ装置415を介して接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ44の正極入力端子に接続されている。   One terminal of the connection line L <b> 2 is connected to the positive terminal 413 of the vehicle power supply 41 via the switch device 415. The other terminal of the connection line L2 is connected to the positive input terminal of the inverter 44.

外部端子43は、電池管理装置411に接続されている。外部端子43は、例えば、外部電源に接続することができる。   The external terminal 43 is connected to the battery management device 411. The external terminal 43 can be connected to an external power source, for example.

車両ECU42は、運転者などの操作入力に応答して他の装置とともに電池管理装置411を協調制御して、車両全体の管理を行なう。電池管理装置411と車両ECU42との間では、通信線により、車両用電源41の残容量など、車両用電源41の保全に関するデータ転送が行われる。   The vehicle ECU 42 manages the entire vehicle by cooperatively controlling the battery management device 411 together with other devices in response to an operation input from the driver or the like. Between the battery management device 411 and the vehicle ECU 42, data transfer relating to maintenance of the vehicle power source 41 such as the remaining capacity of the vehicle power source 41 is performed via a communication line.

第5の実施形態に係る車両は、第4の実施形態に係る電池パックを具備している。それ故、本実施形態によれば、入出力性能及びエネルギー密度に優れる電池パックを搭載した車両を提供することができる。   The vehicle according to the fifth embodiment includes the battery pack according to the fourth embodiment. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a vehicle equipped with a battery pack excellent in input / output performance and energy density.

[実施例]
以下に実施例を説明するが、実施形態は、以下に記載される実施例に限定されるものではない。
[Example]
Examples will be described below, but the embodiments are not limited to the examples described below.

(実施例1)
まず、市販の酸化物試薬であるNb25及びTiO2を準備した。これら粉末を、Nb/Tiのモル比が1.0となるように秤量した。これらを、ボールミルを用いて1時間に亘り混合した。得られた混合物を電気炉に入れ、1000℃の温度で12時間に亘り仮焼成に供した。仮焼成後の粉末を再びボールミルに入れ、最終的なNb/Tiモル比が0.5となるようにTiO2の粉末を追加して3時間に亘り混合した。混合物を再び電気炉に入れ、1回目の本焼成を1100℃の温度で5時間に亘り行った。室温に冷却後、ボールミルによる粉砕を1時間に亘り行い、2回目の本焼成を1100℃の温度で5時間に亘り行った。その後、500℃の温度で2時間に亘りアニール処理を行った。アニール処理後の粉末を、メノウ乳鉢を用いて軽く粉砕して粒子の凝集を解した。こうして、Nb2TiO7で表される単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の粒子を活物質粒子として得た。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の粒子のBET比表面積は1.2m2/gであった。
Example 1
First, commercially available oxide reagents Nb 2 O 5 and TiO 2 were prepared. These powders were weighed so that the Nb / Ti molar ratio was 1.0. These were mixed for 1 hour using a ball mill. The obtained mixture was put into an electric furnace and subjected to calcination at a temperature of 1000 ° C. for 12 hours. The powder after calcination was put again into a ball mill, and TiO 2 powder was added and mixed for 3 hours so that the final Nb / Ti molar ratio was 0.5. The mixture was put into the electric furnace again, and the first firing was performed at a temperature of 1100 ° C. for 5 hours. After cooling to room temperature, grinding with a ball mill was performed for 1 hour, and the second main firing was performed at a temperature of 1100 ° C. for 5 hours. Thereafter, annealing was performed at a temperature of 500 ° C. for 2 hours. The annealed powder was lightly pulverized using an agate mortar to deagglomerate the particles. Thus, monoclinic niobium titanium composite oxide particles represented by Nb 2 TiO 7 were obtained as active material particles. The BET specific surface area of the monoclinic niobium titanium composite oxide particles was 1.2 m 2 / g.

得られた活物質粒子について、実施形態において説明した方法に従って、一次粒子の平均粒子径(D50)を決定し、更に凹凸形状係数FUの平均値FUaveを決定した。その結果を表1に示す。 The obtained active material particles according to the method described in the embodiment, to determine the average particle size of the primary particles (D50), was determined further to average FU ave uneven shape factor FU. The results are shown in Table 1.

活物質粒子の重量100重量部に対して5重量部のマルトースを準備した。エタノール及び純水を1:3の体積割合で含む混合溶媒にマルトースを分散させ、粘度μが10Pa・sの溶液を調製した。この溶液に活物質粒子を投入し、これらをボールミルで混合した。混合後60℃のヒーターで乾燥して水分を完全に飛ばした。活物質粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得た。得られた複合体に対し、窒素雰囲気下で700℃で3時間還元焼成を行った。この焼成により、実施例1の活物質複合体を得た。   5 parts by weight of maltose was prepared with respect to 100 parts by weight of the active material particles. Maltose was dispersed in a mixed solvent containing ethanol and pure water at a volume ratio of 1: 3 to prepare a solution having a viscosity μ of 10 Pa · s. Active material particles were charged into this solution and mixed with a ball mill. After mixing, the mixture was dried with a heater at 60 ° C. to completely remove moisture. A composite comprising active material particles and a phase containing a carbon-containing compound covering at least a part of the surface was obtained. The obtained composite was subjected to reduction firing at 700 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. By this firing, the active material composite of Example 1 was obtained.

(実施例2〜4)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。即ち、市販の酸化物試薬であるNb25及びTiO2を準備し、これら粉末を、Nb/Tiのモル比が1.0となるように秤量及び混合して仮焼成する工程を実施するのは実施例1と同一の手順である。
上記の方法で合成した活物質粒子に対し、焼成条件を表2に示すように変更すること以外は、実施例1と同様にして炭素含有層を形成して活物質複合体を合成した。
(Examples 2 to 4)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner. That is, Nb 2 O 5 and TiO 2 , which are commercially available oxide reagents, are prepared, and these powders are weighed and mixed so that the Nb / Ti molar ratio is 1.0, and then pre-baked. This is the same procedure as in the first embodiment.
An active material composite was synthesized by forming a carbon-containing layer in the same manner as in Example 1 except that the firing conditions were changed as shown in Table 2 for the active material particles synthesized by the above method.

(比較例1)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
エタノール及び純水の混合溶媒の代わりに、純水を用いること以外は、実施例1と同様にしてマルトース水溶液を調製した。マルトース水溶液の粘度は5Pa・sであった。この溶液に活物質粒子を投入し、これらをボールミルで混合した。混合後60℃のヒーターで乾燥して水分を完全に飛ばした。活物質粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得た。得られた複合体に対して表2に示す条件での還元焼成を行った。この焼成により、比較例1の活物質複合体を得た。
(Comparative Example 1)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
A maltose aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that pure water was used instead of the mixed solvent of ethanol and pure water. The viscosity of the aqueous maltose solution was 5 Pa · s. Active material particles were charged into this solution and mixed with a ball mill. After mixing, the mixture was dried with a heater at 60 ° C. to completely remove moisture. A composite comprising active material particles and a phase containing a carbon-containing compound covering at least a part of the surface was obtained. The obtained composite was subjected to reduction firing under the conditions shown in Table 2. By this firing, an active material composite of Comparative Example 1 was obtained.

(比較例2)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
上記の方法で合成した活物質粒子に対し、焼成条件を表2に示すように変更すること以外は、比較例1と同様にして炭素含有層を形成して活物質複合体を合成した。
(Comparative Example 2)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
An active material composite was synthesized by forming a carbon-containing layer in the same manner as in Comparative Example 1 except that the firing conditions were changed as shown in Table 2 for the active material particles synthesized by the above method.

(実施例5)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
エタノール及び純水の混合溶媒の代わりに、アクリル酸エステルとエタノールと純水の混合溶媒(体積割合が1:1:3)を用いること以外は、実施例1と同様にしてマルトース溶液を調製した。マルトース溶液の粘度は20Pa・sであった。この溶液に活物質粒子を投入し、実施例1と同様にして実施例5の活物質複合体を得た。
(Example 5)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
A maltose solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed solvent of acrylic acid ester, ethanol and pure water (volume ratio 1: 1: 3) was used instead of the mixed solvent of ethanol and pure water. . The viscosity of the maltose solution was 20 Pa · s. Active material particles were charged into this solution to obtain an active material composite of Example 5 in the same manner as in Example 1.

(実施例6)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
エタノール及び純水の混合溶媒の代わりに、エチレングリコールとエタノールと純水の混合溶媒(体積割合が1:1:3)を用いること以外は、実施例1と同様にしてマルトース溶液を調製した。マルトース溶液の粘度は15Pa・sであった。この溶液に活物質粒子を投入し、実施例1と同様にして実施例6の活物質複合体を得た。
(Example 6)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
A maltose solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed solvent of ethylene glycol, ethanol, and pure water (volume ratio 1: 1: 3) was used instead of the mixed solvent of ethanol and pure water. The viscosity of the maltose solution was 15 Pa · s. Active material particles were charged into this solution to obtain an active material composite of Example 6 in the same manner as in Example 1.

(実施例7)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
活物質粒子の重量100重量部に対して10重量部のポリビニルアルコール(PVA)を準備した。エタノール及び純水を1:3の体積割合で含む混合溶媒にPVAを分散させ、粘度μが25Pa・sの溶液を調製した。この溶液に、実施例1と同様にして合成した活物質粒子を投入し、これらをボールミルで混合した。混合後60℃のヒーターで乾燥して水分を完全に飛ばした。活物質粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得た。得られた複合体に対し、表2に示す条件で還元焼成を行った。この焼成により、実施例7の活物質複合体を得た。
(実施例8)
市販の酸化物試薬であるNb25及びTiO2を準備した。これら粉末を、Nb/Tiのモル比が、目的組成である2.0となるように秤量した。これらを、ボールミルを用いて1時間に亘り混合した。得られた混合物を電気炉に入れ、1200℃の温度で12時間に亘り焼成に供した。得られた焼成物に対し、ハンマーミル及びローラーコンパクターを用いた強粉砕を実施した後に、一次粒子の平均粒子径(D50)を50μm以下の値とするために遊星ボールミルを用いて活物質粉末を粉砕した。
得られた活物質粒子について、実施形態において説明した方法に従って、一次粒子の平均粒子径(D50)を決定し、更に凹凸形状係数FUの平均値FUaveを決定した。その結果を表1に示す。
次いで、実施例7と同様にして炭素含有層を形成して活物質複合体を合成した。
(Example 7)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
10 parts by weight of polyvinyl alcohol (PVA) was prepared with respect to 100 parts by weight of the active material particles. PVA was dispersed in a mixed solvent containing ethanol and pure water at a volume ratio of 1: 3 to prepare a solution having a viscosity μ of 25 Pa · s. Active material particles synthesized in the same manner as in Example 1 were put into this solution, and these were mixed by a ball mill. After mixing, the mixture was dried with a heater at 60 ° C. to completely remove moisture. A composite comprising active material particles and a phase containing a carbon-containing compound covering at least a part of the surface was obtained. The obtained composite was subjected to reduction firing under the conditions shown in Table 2. By this firing, an active material composite of Example 7 was obtained.
(Example 8)
Commercially available oxide reagents Nb 2 O 5 and TiO 2 were prepared. These powders were weighed so that the Nb / Ti molar ratio was 2.0, which is the target composition. These were mixed for 1 hour using a ball mill. The obtained mixture was put into an electric furnace and subjected to firing at a temperature of 1200 ° C. for 12 hours. After carrying out the strong grinding | pulverization using a hammer mill and a roller compactor with respect to the obtained baked material, in order to make the average particle diameter (D50) of a primary particle into the value of 50 micrometers or less, active material powder is used using a planetary ball mill. Crushed.
The obtained active material particles according to the method described in the embodiment, to determine the average particle size of the primary particles (D50), was determined further to average FU ave uneven shape factor FU. The results are shown in Table 1.
Subsequently, a carbon-containing layer was formed in the same manner as in Example 7 to synthesize an active material composite.

(実施例9〜13)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
上記の方法で合成した活物質粒子に対し、焼成条件を表2に示すように変更すること以外は、実施例7と同様にして炭素含有層を形成して活物質複合体を合成した。
(Examples 9 to 13)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
An active material composite was synthesized by forming a carbon-containing layer in the same manner as in Example 7 except that the firing conditions were changed as shown in Table 2 for the active material particles synthesized by the above method.

(比較例3)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
エタノール及び純水の混合溶媒の代わりに、純水を用いること以外は、実施例7と同様にしてPVA水溶液を調製した。PVA水溶液の粘度は2Pa・sであった。この溶液に活物質粒子を投入し、これらをボールミルで混合した。混合後60℃のヒーターで乾燥して水分を完全に飛ばした。活物質粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得た。得られた複合体に対して表2に示す条件での還元焼成を行った。この焼成により、比較例3の活物質複合体を得た。
(Comparative Example 3)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
A PVA aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 7 except that pure water was used instead of the mixed solvent of ethanol and pure water. The viscosity of the PVA aqueous solution was 2 Pa · s. Active material particles were charged into this solution and mixed with a ball mill. After mixing, the mixture was dried with a heater at 60 ° C. to completely remove moisture. A composite comprising active material particles and a phase containing a carbon-containing compound covering at least a part of the surface was obtained. The obtained composite was subjected to reduction firing under the conditions shown in Table 2. By this firing, an active material composite of Comparative Example 3 was obtained.

(実施例14)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
活物質粒子の重量100重量部に対して5重量部のカルボキシメチルセルロース(CMC)を準備した。エタノール及び純水を1:3の体積割合で含む混合溶媒にCMCを分散させ、粘度μが40Pa・sの溶液を調製した。この溶液に、実施例1と同様にして合成した活物質粒子を投入し、これらをボールミルで混合した。混合後60℃のヒーターで乾燥して水分を完全に飛ばした。活物質粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得た。得られた複合体に対し、表2に示す条件で還元焼成を行った。この焼成により、実施例14の活物質複合体を得た。
(Example 14)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
5 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) was prepared with respect to 100 parts by weight of the active material particles. CMC was dispersed in a mixed solvent containing ethanol and pure water at a volume ratio of 1: 3 to prepare a solution having a viscosity μ of 40 Pa · s. Active material particles synthesized in the same manner as in Example 1 were put into this solution, and these were mixed by a ball mill. After mixing, the mixture was dried with a heater at 60 ° C. to completely remove moisture. A composite comprising active material particles and a phase containing a carbon-containing compound covering at least a part of the surface was obtained. The obtained composite was subjected to reduction firing under the conditions shown in Table 2. By this firing, an active material composite of Example 14 was obtained.

(比較例4)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
エタノール及び純水の混合溶媒の代わりに、純水を用いること以外は、実施例14と同様にしてCMC水溶液を調製した。CMC水溶液の粘度は40Pa・sであった。この溶液に活物質粒子を投入し、これらをボールミルで混合した。混合後60℃のヒーターで乾燥して水分を完全に飛ばした。活物質粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得た。得られた複合体に対して表2に示す条件での還元焼成を行った。この焼成により、比較例4の活物質複合体を得た。
(Comparative Example 4)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
A CMC aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 14 except that pure water was used instead of the mixed solvent of ethanol and pure water. The viscosity of the CMC aqueous solution was 40 Pa · s. Active material particles were charged into this solution and mixed with a ball mill. After mixing, the mixture was dried with a heater at 60 ° C. to completely remove moisture. A composite comprising active material particles and a phase containing a carbon-containing compound covering at least a part of the surface was obtained. The obtained composite was subjected to reduction firing under the conditions shown in Table 2. By this firing, an active material composite of Comparative Example 4 was obtained.

(実施例15)
仮焼成後に添加するTiO2又はNb25の量を変更して、最終的なNb/Tiのモル比を表3に示すように変更したことを除いて、実施例1に記載したのと同様の方法で活物質粒子を合成した。
活物質粒子の重量100重量部に対して10重量部のアルギン酸ナトリウムを準備した。エタノール及び純水を1:3の体積割合で含む混合溶媒にアルギン酸ナトリウムを分散させ、粘度μが20Pa・sの溶液を調製した。この溶液に、実施例1と同様にして合成した活物質粒子を投入し、これらをボールミルで混合した。混合後60℃のヒーターで乾燥して水分を完全に飛ばした。活物質粒子とこの表面の少なくとも一部を被覆した炭素含有化合物を含む相とを備えた複合体を得た。得られた複合体に対して表2に示す条件で還元焼成を行った。この焼成により、実施例15の活物質複合体を得た。
(Example 15)
As described in Example 1, except that the amount of TiO 2 or Nb 2 O 5 added after calcination was changed and the final Nb / Ti molar ratio was changed as shown in Table 3. Active material particles were synthesized in the same manner.
10 parts by weight of sodium alginate was prepared with respect to 100 parts by weight of the active material particles. Sodium alginate was dispersed in a mixed solvent containing ethanol and pure water in a volume ratio of 1: 3 to prepare a solution having a viscosity μ of 20 Pa · s. Active material particles synthesized in the same manner as in Example 1 were put into this solution, and these were mixed by a ball mill. After mixing, the mixture was dried with a heater at 60 ° C. to completely remove moisture. A composite comprising active material particles and a phase containing a carbon-containing compound covering at least a part of the surface was obtained. The obtained composite was subjected to reduction firing under the conditions shown in Table 2. By this firing, an active material composite of Example 15 was obtained.

上記実施例及び比較例の活物質複合体について、前述した条件でのラマン分光法により、ピーク強度(I、I)の比I/Iを求め、その結果を表1に示す。図10に、実施例1及び比較例1の活物質複合体についてのラマンスペクトルを示す。実施例1及び比較例1それぞれのラマンスペクトルに、1350cm−1付近にピークトップを有するDバンドと、1580cm−1付近にピークトップを有するGバンドとが現れた。実施例1のDバンド及びGバンドそれぞれのピークトップの強度は、比較例1のDバンド及びGバンドそれぞれのピークトップの強度に比して小さかった。
上記実施例及び比較例の活物質複合体について、炭素含有層の厚さ、炭素含有層の被覆量(ニオブチタン複合酸化物の粒子を100重量部とする)を、前述の方法で測定し、その結果を表1に示す。
For the active material complexes of the above Examples and Comparative Examples, the peak intensity (I D , I G ) ratio I G / ID was determined by Raman spectroscopy under the conditions described above, and the results are shown in Table 1. In FIG. 10, the Raman spectrum about the active material composite_body | complex of Example 1 and Comparative Example 1 is shown. Example 1 and Comparative Example 1 each Raman spectrum, a D band having a peak top at around 1350 cm -1, and the G band having a peak top at around 1580 cm -1 appeared. The intensity of each peak top of the D band and G band of Example 1 was smaller than the intensity of each peak top of the D band and G band of Comparative Example 1.
For the active material composites of the above examples and comparative examples, the thickness of the carbon-containing layer and the coating amount of the carbon-containing layer (the niobium titanium composite oxide particles are 100 parts by weight) are measured by the above-described methods, The results are shown in Table 1.

<負極作製>
上記実施例及び比較例の活物質複合体を用いて以下の方法により負極を製造した。
<Negative electrode production>
A negative electrode was produced by the following method using the active material composites of the above Examples and Comparative Examples.

100重量%の活物質複合体、導電剤としての4重量%のアセチレンブラック及び3重量%のグラファイト、並びにバインダとしての3重量%のポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、N−メチルピロリドン(NMP)を加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ12μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し、乾燥した。乾燥後、プレスすることにより、表3に示す電極密度の負極を作製した。   100% by weight of the active material composite, 4% by weight of acetylene black and 3% by weight of graphite as the conductive agent, and 3% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder, and N-methylpyrrolidone (NMP). In addition, a slurry was prepared by mixing. This slurry was applied to both surfaces of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 12 μm and dried. By pressing after drying, negative electrodes having electrode densities shown in Table 3 were produced.

<正極の作製>
正極活物質として一次粒子の平均粒子径が2μmのLiNi0.5Co0.2Mn0.32複合酸化物の粒子と、導電剤として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを準備した。正極活物質、導電剤及び結着剤を、それぞれ、正極活物質含有層を100重量%として正極活物質90重量%、導電剤6重量%及び結着剤4重量%の割合で配合してN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム合金箔(純度99%)の両面に塗布し、塗膜を乾燥することで集電体及び活物質含有層からなる積層体を得た。この積層体をプレスして電極密度が3.2g/cm3の正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
As the positive electrode active material, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 composite oxide particles having an average primary particle diameter of 2 μm, graphite powder as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were prepared. The positive electrode active material, the conductive agent, and the binder were respectively blended in a proportion of 90% by weight of the positive electrode active material, 6% by weight of the conductive agent, and 4% by weight of the binder with the positive electrode active material-containing layer being 100% by weight. A slurry was prepared by dispersing in -methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent. This slurry was applied to both surfaces of a 15 μm thick aluminum alloy foil (purity 99%), and the coating film was dried to obtain a laminate composed of a current collector and an active material-containing layer. This laminate was pressed to produce a positive electrode having an electrode density of 3.2 g / cm 3 .

<電解質の調製>
プロピレンカーボネート及びジエチルカーボネートを体積比1:2で混合し、混合溶媒を調製した。この混合溶媒中に、LiPF6を1.2Mの濃度で溶解させて非水電解質を調製した。
<Preparation of electrolyte>
Propylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2 to prepare a mixed solvent. In this mixed solvent, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.2 M to prepare a nonaqueous electrolyte.

<二次電池の作製>
上記で得られた正極及び負極を、その間に厚さ12μmのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを配置し、負極が最外周に位置するように渦巻き状に捲回して電極群を作製した。これを90℃で加熱プレスすることにより、扁平型電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが0.25mmのステンレスからなる薄型の金属缶に収納した。この金属缶に電解質を注液した後、封止することで二次電池を作製した。
<Production of secondary battery>
A separator made of a polyethylene porous film having a thickness of 12 μm was placed between the positive electrode and the negative electrode obtained above, and the electrode group was prepared by winding in a spiral shape so that the negative electrode was located on the outermost periphery. This was heated and pressed at 90 ° C. to produce a flat electrode group. The obtained electrode group was stored in a thin metal can made of stainless steel having a thickness of 0.25 mm. After pouring electrolyte into this metal can, the secondary battery was produced by sealing.

<レート性能評価及び放電容量評価>
実施例及び比較例で作製した各電池を、25℃環境下でレート試験に供した。充放電では、まず、電池を3.0Vまで1Cで充電し、その後1.7Vまで1Cで放電して電池の容量を確認した後、放電電流を20Cで放電して電池の容量を確認した。
<Rate performance evaluation and discharge capacity evaluation>
Each battery produced in the examples and comparative examples was subjected to a rate test in a 25 ° C. environment. In charging / discharging, first, the battery was charged to 3.0V at 1C, then discharged to 1.7V at 1C to check the capacity of the battery, and then the discharge current was discharged at 20C to check the capacity of the battery.

1C放電時の放電容量と、1C放電時の放電容量を100%とした際の20C放電時放電容量とを表4に示す。なお、表4には、実施例及び比較例の負極の電極密度を併記する。   Table 4 shows the discharge capacity at 1 C discharge and the discharge capacity at 20 C discharge when the discharge capacity at 1 C discharge is 100%. In Table 4, the electrode densities of the negative electrodes of the examples and comparative examples are also shown.

表1〜表4において、炭素源としてマルトースを使用した実施例1〜6及び比較例1,2を比較することにより、実施例1〜6は、電極密度及びレート性能が比較例1,2に比して優れていることがわかる。
また、炭素源にPVAを使用した実施例7〜13及び比較例3を比較することにより、実施例7〜13は、電極密度及びレート性能が比較例3に比して優れていることがわかる。
一方、炭素源にCMCを使用した実施例14及び比較例4を比較することにより、実施例14は、電極密度及びレート性能が比較例4に比して優れていることがわかる。
さらに、炭素源にアルギン酸ナトリウムを使用した実施例15は、実施例1と同等の電極密度及びレート性能が得られた。
以上の通り、実施例1〜15の活物質複合体によると、エネルギー密度が高く、かつレート性能に優れた電極及び二次電池が得られる。
比較例1〜4は、いずれも、炭素含有層前駆体中の溶媒に水を使用している。そのため、炭素源が分散された溶媒を乾燥させる工程において、粒子表面に溶媒である水が残留する。その結果、粒子表面上における炭素源の分布の偏りが大きくなる。比較例1,3,4の焼成条件であると、炭素化処理の際に十分な酸素を得られないことから、I/Iが1.2未満になった。一方、比較例2では、焼成温度が1000℃を超えているため、炭素含有層の結晶性が高くなり過ぎてI/Iが5を超えるものとなった。
In Tables 1 to 4, by comparing Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 using maltose as a carbon source, Examples 1 to 6 are compared with Comparative Examples 1 and 2 in terms of electrode density and rate performance. It turns out that it is superior.
Moreover, by comparing Examples 7 to 13 and Comparative Example 3 using PVA as a carbon source, it can be seen that Examples 7 to 13 are superior in electrode density and rate performance to Comparative Example 3. .
On the other hand, by comparing Example 14 using CMC as a carbon source and Comparative Example 4, it can be seen that Example 14 is superior in electrode density and rate performance to Comparative Example 4.
Furthermore, in Example 15 using sodium alginate as the carbon source, the electrode density and rate performance equivalent to those in Example 1 were obtained.
As described above, according to the active material composites of Examples 1 to 15, an electrode and a secondary battery with high energy density and excellent rate performance can be obtained.
In each of Comparative Examples 1 to 4, water is used as the solvent in the carbon-containing layer precursor. Therefore, in the step of drying the solvent in which the carbon source is dispersed, water as a solvent remains on the particle surface. As a result, the bias of the carbon source distribution on the particle surface increases. Under the firing conditions of Comparative Examples 1, 3, and 4, sufficient oxygen could not be obtained during the carbonization treatment, and thus I G / ID was less than 1.2. On the other hand, in Comparative Example 2, since the firing temperature exceeded 1000 ° C., the crystallinity of the carbon-containing layer became too high, and I G / ID exceeded 5.

以上に述べた少なくとも1つの実施形態及び実施例による活物質複合体は、ニオブチタン複合酸化物の粒子の表面の少なくとも一部を被覆し、式(1):1.2<I/I≦5を満たす炭素含有層を含むため、入出力性能及びエネルギー密度に優れる電極及び二次電池を提供することができる。 The active material composite according to at least one embodiment and example described above covers at least a part of the surface of the niobium titanium composite oxide particles, and the formula (1): 1.2 <I G / I D ≦ 5 is included, an electrode and a secondary battery excellent in input / output performance and energy density can be provided.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…電極群、2…外装部材、3…負極、3a…負極集電体、3b…負極活物質含有層、3c…負極集電タブ、4…セパレータ、5…正極、5a…正極集電体、5b…正極活物質含有層、6…負極端子、7…正極端子、21…バスバー、22…正極側リード、23…負極側リード、24…粘着テープ、31…収容容器、32…蓋、33…保護シート、34…プリント配線基板、35…配線、40…車両本体、41…車両用電源、42…電気制御装置、43…外部端子、44…インバータ、45…駆動モータ、100…二次電池、200…組電池、200a…組電池、200b…組電池、200c…組電池、300…電池パック、300a…電池パック、300b…電池パック、300c…電池パック、301a…組電池監視装置、301b…組電池監視装置、301c…組電池監視装置、341…正極側コネクタ、342…負極側コネクタ、343…サーミスタ、344…保護回路、345…配線、346…配線、347…通電用の外部端子、348a…プラス側配線、348b…マイナス側配線、400…車両、411…電池管理装置、412…通信バス、413…正極端子、414…負極端子、415…スイッチ装置、L1…接続ライン、L2…接続ライン、W…駆動輪。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode group, 2 ... Exterior member, 3 ... Negative electrode, 3a ... Negative electrode collector, 3b ... Negative electrode active material content layer, 3c ... Negative electrode current collection tab, 4 ... Separator, 5 ... Positive electrode, 5a ... Positive electrode collector 5 ... Positive electrode active material containing layer, 6 ... Negative electrode terminal, 7 ... Positive electrode terminal, 21 ... Bus bar, 22 ... Positive electrode side lead, 23 ... Negative electrode side lead, 24 ... Adhesive tape, 31 ... Container, 32 ... Cover, 33 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Protective sheet, 34 ... Printed wiring board, 35 ... Wiring, 40 ... Vehicle main body, 41 ... Vehicle power supply, 42 ... Electric control device, 43 ... External terminal, 44 ... Inverter, 45 ... Drive motor, 100 ... Secondary battery 200 ... assembled battery, 200a ... assembled battery, 200b ... assembled battery, 200c ... assembled battery, 300 ... battery pack, 300a ... battery pack, 300b ... battery pack, 300c ... battery pack, 301a ... assembled battery monitoring device, 301b ... set Pond monitoring device, 301c ... assembled battery monitoring device, 341 ... positive electrode side connector, 342 ... negative electrode side connector, 343 ... thermistor, 344 ... protection circuit, 345 ... wiring, 346 ... wiring, 347 ... external terminal for energization, 348a ... Positive side wiring, 348b ... negative side wiring, 400 ... vehicle, 411 ... battery management device, 412 ... communication bus, 413 ... positive terminal, 414 ... negative terminal, 415 ... switch device, L1 ... connection line, L2 ... connection line, W: Drive wheel.

Claims (11)

ニオブチタン複合酸化物の粒子と、
前記ニオブチタン複合酸化物の粒子の表面の少なくとも一部を被覆し、下記式(1)を満たす炭素含有層と
を含む、活物質複合体:
1.2<I/I≦5 (1)
但し、前記Iは532nmの光源を用いたラマン分光法によるラマンスペクトルにおいて1280〜1400cm−1に現れるDバンドのピーク強度であり、前記Iは前記ラマンスペクトルにおいて1530〜1650cm−1に現れるGバンドのピーク強度である。
Niobium titanium composite oxide particles,
An active material composite comprising a carbon-containing layer that covers at least a part of the surface of the particles of the niobium titanium composite oxide and satisfies the following formula (1):
1.2 < IG / ID ≦ 5 (1)
However, the I D is the peak intensity of the D band appearing in 1280~1400Cm -1 in the Raman spectrum by Raman spectroscopy using a light source of 532 nm, the I G appears at 1530~1650Cm -1 in the Raman spectrum G It is the peak intensity of the band.
前記ニオブチタン複合酸化物は、LiTi1−xM1Nb2−yM2(式中、0≦a≦5、0≦x<1、0≦y<1、M1はNb、V、Ta、Fe、Bi、Sb、As、P、Cr、Mo、W、B、Na、Mg、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、M2は、V、Ta、Fe、Ti、Bi、Sb、As、P、Cr、Mo、W、B、Na、Mg、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、前記M1と前記M2とは、同じであっても良いし、又は互いに異なっていても良い)で表される、請求項1に記載の活物質複合体。 The niobium titanium composite oxide is Li a Ti 1-x M1 x Nb 2-y M2 y O 7 (where 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, M1 is Nb, V , Ta, Fe, Bi, Sb, As, P, Cr, Mo, W, B, Na, Mg, Al, and Si, and M2 is V, Ta, Fe , Ti, Bi, Sb, As, P, Cr, Mo, W, B, Na, Mg, Al and Si, and at least one element selected from the group consisting of M1 and M2. The active material composite according to claim 1, which may be present or may be different from each other. 前記ニオブチタン複合酸化物は、LiTi1−xNb(式中、0≦a≦5、0≦x<1、前記MはNb、V、Ta、Bi、Sb、As、P、Cr、Mo、W、B、Na、Mg、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種である)で表される、請求項1に記載の活物質複合体。 The niobium titanium composite oxide is Li a Ti 1-x M x Nb 2 O 7 (where 0 ≦ a ≦ 5, 0 ≦ x <1, where M is Nb, V, Ta, Bi, Sb, As, The active material composite according to claim 1, wherein the active material composite is represented by: at least one selected from the group consisting of P, Cr, Mo, W, B, Na, Mg, Al, and Si. 前記ニオブチタン複合酸化物の粒子は、前記ニオブチタン複合酸化物の一次粒子を含み、前記一次粒子が、そのうちの100個についての、下記式(2)に示す凹凸形状係数FUの平均値(FUave)が0.7以上を満たすものであり、かつ前記100個の一次粒子が、前記ニオブチタン複合酸化物の一次粒子の平均粒子径(D50)の値の0.2倍以上4倍以下の粒子径を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の活物質複合体:
前記式(2)式において、lは前記一次粒子の投影断面における外周長であり、aは前記一次粒子の前記投影断面における断面積である。
The particles of the niobium titanium composite oxide include primary particles of the niobium titanium composite oxide, and the average value (FUave) of the concavo-convex shape factor FU shown in the following formula (2) for 100 of the primary particles. The 100 primary particles satisfy 0.7 or more and have a particle size of 0.2 to 4 times the average particle size (D50) of the primary particles of the niobium titanium composite oxide. The active material complex according to any one of claims 1 to 3:
In the formula (2), l is the outer peripheral length of the primary particle in the projected cross section, and a is the cross sectional area of the primary particle in the projected cross section.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の活物質複合体を含む、電極。   The electrode containing the active material composite_body | complex of any one of Claims 1-4. 正極と、負極と、電解質とを具備する二次電池であって、
前記正極及び前記負極の少なくとも一方は、請求項5に記載の電極である二次電池。
A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte,
The secondary battery according to claim 5, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode according to claim 5.
請求項6に記載の二次電池を含む電池パック。   A battery pack comprising the secondary battery according to claim 6. 通電用の外部端子と、
保護回路と
を更に含む請求項7に記載の電池パック。
An external terminal for energization,
The battery pack according to claim 7, further comprising a protection circuit.
複数の前記二次電池を含み、
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項7又は8に記載の電池パック。
A plurality of the secondary batteries,
The battery pack according to claim 7 or 8, wherein the secondary batteries are electrically connected in series, parallel, or a combination of series and parallel.
請求項7〜9の何れか1項に記載の電池パックを搭載した車両。   A vehicle equipped with the battery pack according to any one of claims 7 to 9. 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む請求項10に記載の車両。   The vehicle according to claim 10, comprising a mechanism that converts kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
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