JP2021153022A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、鉛蓄電池やニッケル水素電池に比べて、エネルギー密度および起電力が高いという特徴を有するため、携帯機器から車両、航空機にいたるまで多種多様な用途が展開されている。これらリチウムイオン二次電池では、電解質としてリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を使用したものが主流となっている。このような非水電解質を用いたリチウムイオン二次電池は、正極集電体上に正極活物質層が設けられた正極と、負極集電体上に負極活物質層が設けられた負極とを、セパレータを介して積層した積層体を外装体内に収容し、非水電解液を充填して密封した構造を有している。 Lithium-ion secondary batteries are characterized by higher energy density and electromotive force than lead-acid batteries and nickel-hydrogen batteries, and are therefore used in a wide variety of applications from mobile devices to vehicles and aircraft. Most of these lithium ion secondary batteries use a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent as an electrolyte. In a lithium ion secondary battery using such a non-aqueous electrolyte, a positive electrode having a positive electrode active material layer provided on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material layer provided on a negative electrode current collector are provided. It has a structure in which a laminated body laminated via a separator is housed in an outer body, filled with a non-aqueous electrolyte solution, and sealed.
リチウムイオン二次電池は、充電時には正極からリチウムイオンが放出されて負極内に移動し、放電時には負極からリチウムイオンが放出されて正極内に移動する。したがって、セパレータには、リチウムイオンなどのイオン透過性を有していることが必要とされている。そのため、非水電解質を用いたリチウムイオン二次電池のセパレータとして、絶縁性があり且つイオン透過性を有する材料である多孔性樹脂フィルムが使用されている。例えば、特許文献1等には、非水系二次電池用セパレータとして、水銀圧入法で求めた平均細孔径が0.05〜0.5μmであるポリオレフィン微多孔膜を使用し、該ポリオレフィン微多孔膜表面に耐熱性樹脂からなる多孔質層を設けた構成が提案されている。
In a lithium ion secondary battery, lithium ions are released from the positive electrode and moved into the negative electrode during charging, and lithium ions are released from the negative electrode and moved into the positive electrode during discharging. Therefore, the separator is required to have ion permeability such as lithium ion. Therefore, as a separator for a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte, a porous resin film, which is a material having insulating properties and ion permeability, is used. For example, in
しかしながら、従来の非水電解質二次電池では、セパレータの厚さとの関係で正極活物質の粒子径が大きいと、充放電時に正極活物質がセパレータを突き抜け、負極側まで短絡する場合があることが知られている。また、正極活物質の粒子径が、セパレータを突き抜けない程度の大きさであっても、複数の正極活物質がサイズの大きい凝集体を形成し、その凝集体がセパレータを突き抜け、負極側まで短絡するというリスクも考えられる。特に、不織布セパレータ等の空隙率が高いセパレータを使用する場合には、そのような短絡のリスクが高いと考えられる。 However, in a conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, if the particle size of the positive electrode active material is large in relation to the thickness of the separator, the positive electrode active material may penetrate the separator during charging and discharging and short-circuit to the negative electrode side. Are known. Further, even if the particle size of the positive electrode active material is large enough not to penetrate the separator, a plurality of positive electrode active materials form large-sized aggregates, and the aggregates penetrate the separator and short-circuit to the negative electrode side. There is also the risk of doing so. In particular, when a separator having a high porosity such as a non-woven fabric separator is used, the risk of such a short circuit is considered to be high.
不織布セパレータ等の空隙率が高いセパレータを備える非水電解質二次電池において、
セパレータの厚さとの関係で正極活物質の粒子径が大きいと、セパレータを突き破り、その結果、負極側まで短絡する恐れがある。特に、空隙率が高い不織布セパレータ等のセパレータを用いる場合には、そのリスクがさらに高いという問題がある。そのような問題を解消するために正極活物質層の厚みを小さくすることも考えられるが、その場合はエネルギー密度が低下してしまうといった別の問題が生じる。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with a separator having a high porosity such as a non-woven fabric separator,
If the particle size of the positive electrode active material is large in relation to the thickness of the separator, the separator may be pierced, and as a result, a short circuit may occur to the negative electrode side. In particular, when a separator such as a non-woven fabric separator having a high porosity is used, there is a problem that the risk is even higher. It is conceivable to reduce the thickness of the positive electrode active material layer in order to solve such a problem, but in that case, another problem such as a decrease in energy density occurs.
したがって、本発明の目的は、高いエネルギー密度および放電レート特性を維持しながら、短絡が抑制された非水電解質二次電池を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which short circuits are suppressed while maintaining high energy density and discharge rate characteristics.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討の結果、粒度分布におけるD50が特定の数値範囲を満たす正極活物質と、剥離強度が特定の数値範囲を満たす正極活物質層とを組み合わせて用いることにより、高いエネルギー密度および放電レート特性を維持しながら、短絡が抑制された非水電解質二次電池が得られるとの知見を得た。本発明はかかる知見によるものである。即ち、本発明の要旨は、以下のとおりである。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have combined a positive electrode active material in which D50 in the particle size distribution satisfies a specific numerical range and a positive electrode active material layer in which the peel strength satisfies a specific numerical range. It was found that a non-aqueous electrolyte secondary battery in which short circuits are suppressed can be obtained while maintaining high energy density and discharge rate characteristics. The present invention is based on such findings. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1]正極集電体および前記正極集電体の少なくとも一方の面に設けられた正極活物質層を備えた正極と、負極集電体および前記負極集電体の少なくとも一方の面に設けられた負極活物質層を備えた負極とが、不織布セパレータを介して前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向するように配置されてなる非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質の粒度分布において、D50が0.5μm以上1.5μm以下であり、
前記正極活物質層の180°方式で測定した剥離強度が1.0N/cm以上10.0N/cm以下であることを特徴とする、非水電解質二次電池。
[2]前記正極活物質層の剥離強度が2.0N/cm以上4.0N/cm以下である、[1]に記載の非水電解質二次電池。
[3]前記正極活物質がリン酸鉄リチウムを含む、[1]または[2]に記載の非水電解質二次電池。
[4]前記正極活物質層の密度が1.8g/cc以上2.5g/ccである、[1]〜[3]のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
[5]前記不織布セパレータの厚さが8μm以上30μm以下である、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
[6]前記正極活物質層がバインダー樹脂を含む、[1]〜[5]のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
[7]前記バインダー樹脂の含有量が、前記正極活物質層の総質量に対して0.5質量%以上1.5質量%である、[6]に記載の非水電解質二次電池。
[1] A positive electrode provided with a positive electrode active material layer provided on at least one surface of the positive electrode current collector and the positive electrode current collector, and provided on at least one surface of the negative electrode current collector and the negative electrode current collector. A non-aqueous electrolyte secondary battery in which a negative electrode provided with a negative electrode active material layer is arranged such that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other via a non-woven separator.
In the particle size distribution of the positive electrode active material, D50 is 0.5 μm or more and 1.5 μm or less.
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that the peel strength of the positive electrode active material layer measured by the 180 ° method is 1.0 N / cm or more and 10.0 N / cm or less.
[2] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [1], wherein the peel strength of the positive electrode active material layer is 2.0 N / cm or more and 4.0 N / cm or less.
[3] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [1] or [2], wherein the positive electrode active material contains lithium iron phosphate.
[4] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [3], wherein the density of the positive electrode active material layer is 1.8 g / cc or more and 2.5 g / cc.
[5] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the non-woven fabric separator has a thickness of 8 μm or more and 30 μm or less.
[6] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [5], wherein the positive electrode active material layer contains a binder resin.
[7] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [6], wherein the content of the binder resin is 0.5% by mass or more and 1.5% by mass with respect to the total mass of the positive electrode active material layer.
本発明によれば、粒度分布におけるD50が特定の数値範囲を満たす正極活物質と、剥離強度が特定の数値範囲を満たす正極活物質層とを組み合わせて用いることにより、高いエネルギー密度および放電レート特性を維持しながら、短絡が抑制された非水電解質二次電池を実現することができる。 According to the present invention, a positive electrode active material in which D50 in the particle size distribution satisfies a specific numerical range and a positive electrode active material layer in which the peel strength satisfies a specific numerical range are used in combination to achieve high energy density and discharge rate characteristics. It is possible to realize a non-aqueous electrolyte secondary battery in which short circuits are suppressed while maintaining the above.
本発明による非水電解質二次電池を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の非水電解質二次電池の一実施形態を模式的に示した概略断面図である。本発明による非水電解質二次電池1は、板状の1枚の正極10と、2枚の板状の負極20と、2枚の不織布セパレータ30とを、負極/不織布セパレータ/正極/不織布セパレータ/負極の順に積層した積層体が、外装体40内に収容され、非水電解質(図示せず)が外装体40内に充填された状態で密封されたものである。本実施形態においては、正極10、負極20、不織布セパレータ30はいずれも平面視矩形状である。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. In the non-aqueous electrolyte
非水電解質二次電池1の正極10は、板状の正極集電体11と、その両面に設けられた正極活物質層12とを備えている。なお、図示はしないが、正極と負極が一対である場合は、正極活物質層12は、対向する負極側の正極集電体11の少なくとも一方の面に設けられていてもよい。正極集電体11の一端の縁部には、正極活物質層12が存在しない正極集電体露出部13が設けられている。この露出部13の任意の箇所には引出線(図示せず)が設けられる。
The positive electrode 10 of the non-aqueous electrolyte
非水電解質二次電池1の負極20は、板状の負極集電体21と、その両面に設けられた負極活物質層22とを備えている。なお、図示はしないが、正極と負極とが一対である場合は、負極活物質層22は、対向する正極側の負極集電体21の少なくとも一方の面に設けられていてもよい。負極集電体21の一端の縁部には、負極活物質層22が存在しない負極集電体露出部23が設けられている。この露出部23の任意の箇所には引出線(図示せず)が設けられる。
The negative electrode 20 of the non-aqueous electrolyte
本発明による非水電解質二次電池は、図1に示した構造以外にも、負極、正極がそれぞれ複数積層された多層構造であってもよい。この場合、負極および正極は、積層方向に沿って交互に設けられればよい。また、不織布セパレータは各負極と各正極の間に配置されればよい。 In addition to the structure shown in FIG. 1, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention may have a multilayer structure in which a plurality of negative electrodes and a plurality of positive electrodes are laminated. In this case, the negative electrode and the positive electrode may be provided alternately along the stacking direction. Further, the non-woven fabric separator may be arranged between each negative electrode and each positive electrode.
本発明による非水電解質二次電池は、正極活物質層12を構成する正極活物質の粒度分布におけるD50が0.5μm以上1.5μm以下であることに一つの特徴を有する。正極活物質の粒度分布におけるD50とは、正極活物質の体積基準での粒度分布(粒子径分布)において、累積体積が50%であるときの粒子径を意味する。本発明による非水電解質二次電池では、正極活物質層12を構成する正極活物質のD50が上記数値範囲を満たすことにより、正極活物質が突き抜けやすい不織布セパレータと組み合わせた場合であっても、正極活物質が不織布セパレータ30を突き抜けて短絡するのを抑制することができる。なお、正極活物質の体積基準での粒度分布は、レーザー回折・散乱法を原理として用いた粒度(粒子径)分析装置を用いて測定することができる。正極活性物質の粒子径は、その原料を粉砕(解砕)する際の粉砕条件によって適宜調整することができる。なお、粉砕時間が短いと被粉砕物の粒径は大きく、粉砕時間が長いと粒径は小さくなる傾向がある。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is characterized in that D50 in the particle size distribution of the positive electrode active material constituting the positive electrode
正極活物質のD50の範囲は、好ましくは0.6μm以上1.4μm以下、より好ましくは0.7μm以上1.3μm以下、より一層好ましくは1.0μmである。 The range of D50 of the positive electrode active material is preferably 0.6 μm or more and 1.4 μm or less, more preferably 0.7 μm or more and 1.3 μm or less, and even more preferably 1.0 μm.
本発明による非水電解質二次電池は、正極活物質層12の剥離強度が1.0N/cm以上10.0N/cm以下であることに一つの特徴を有する。正極活物質層12の剥離強度とは、正極活物質層12をオートグラフを用いて180°方向に剥離した場合(180°方式)の、正極集電体11からの剥離に抵抗する強度を意味する。本発明による非水電解質二次電池では、正極活物質層12の剥離強度が上記数値範囲を満たすことにより、正極活物質が突き抜けやすい不織布セパレータと組み合わせた場合であっても、正極活物質が不織布セパレータ30を突き抜けて短絡するのを抑制することができる。なお、正極活物質層12の剥離強度は、オートグラフを用いて以下の方法により測定することができる。正極活物質層の剥離強度の具体的な測定方法を、図2を参照しながら説明する。
先ず、縦25mm、横120mmの両面テープ50を準備する。準備した両面テープ50の片面の離型紙を剥がして糊面を露出させる。横方向の端部から10cm程度の部分で、糊面と糊面とが接着するように両面テープ50を折り曲げる(以下、「折り曲げ端」という)。
次いで、正極活物質層60と両面テープ50とを、両面テープ50の糊面の全面が正極活物質層と接触するように貼りつけて複合体を得る。
次いで、両面テープ50の外縁に沿って複合体を切り出し、切り出した複合体の横方向に圧着ローラーを2往復させて複合体を構成する両面テープ50と正極活物質層60とを圧着させる。
次いで、ステンレス板70に、複合体の両面テープ50側の面を接触させ、折り曲げ端とは異なる側の複合体の端部をメンディングテープによりステンレス板70に複合体を固定する。この時、ステンレス板の端部から5mm程度の位置に折り曲げ端とは異なる側の複合体の端部が位置するように複合体を配置し、30mm程度の長さのメンディングテープの一端が複合体の上記端部から5mmの位置になるように貼りつけ、メンディングテープの別の一端(残りの20mm程度)をステンレス板70の裏側(複合体と接していない側)に織り込み、貼り付けて固定する。
次いで、複合体の折り曲げ端の側から、正極活物質層60を両面テープ50から両面テープの横方向に対して平行にゆっくりと剥がし、折り曲げ端側の正極活物質層60の端部(以下、「剥離端」という)がステンレス板70からはみ出す程度までゆっくりと剥がす。
次いで、複合体が固定されたステンレス板70を引っ張り試験機80(EZ−LX、株式会社島津製作所製)に設置し、両面テープ50の折り曲げ端を固定し、正極活物質層60の剥離端を折り曲げ端とは反対方向(折り曲げ端に対して180°方向)に、引っ張り速度60mm/分、試験力50000mNで、ストローク7cmで引っ張って剥離強度を測定する。
この時の、ストローク20〜50mmにおける剥離強度の平均値を、正極活物質の剥離強度とする。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is characterized in that the peel strength of the positive electrode
First, a double-
Next, the positive electrode
Next, the composite is cut out along the outer edge of the double-
Next, the surface of the composite on the double-
Next, the positive electrode
Next, the
The average value of the peel strength at a stroke of 20 to 50 mm at this time is taken as the peel strength of the positive electrode active material.
正極活物質層12の剥離強度の範囲は、好ましくは2.0N/cm以上4.5N/cm以下、より好ましくは2.0N/cm以上4.0N/cm以下、より一層好ましくは3.0N/cmである。
The range of peel strength of the positive electrode
<不織布セパレータ>
不織布セパレータに使用することができる繊維材料としては、絶縁性材料であれば特に制限なく使用でき、無機繊維であっても有機繊維であっても使用することができる。無機繊維の一例としては、マイクロガラス(細径のガラス繊維)やロックウール等が挙げられる。また、有機繊維の一例としては、セルロース、カルボキシメチルセルロース、セルロースアセテート等のセルロースエステル、リグノセルロース等のセルロース系繊維材料や、キチン、キトサン等の中性ムコ多糖系の繊維材料や、脂肪族ナイロンや芳香族ナイロン(アラミド)等のポリアミド、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ビニロン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデン等の合成樹脂系の繊維材料が挙げられる。これらのなかでも、好ましいサイズの繊維材料の調製、入手が容易であり、疎水化等の変性処理により分散媒中に良好に分散する繊維材料を得やすいことから、セルロース、カルボキシメチルセルロース、セルロースアセテート等のセルロースエステル、リグノセルロース等のセルロース系繊維を好適に使用することができる。また、セルロース系繊維は、従来のポリオレフィン系樹脂フィルムからなる多孔性セパレータと比較して、電解液の選択性が広がる点や耐熱性の観点からも有利である。
<Non-woven separator>
The fiber material that can be used for the non-woven fabric separator is not particularly limited as long as it is an insulating material, and either an inorganic fiber or an organic fiber can be used. Examples of inorganic fibers include microglass (small diameter glass fiber) and rock wool. Examples of organic fibers include cellulose esters such as cellulose, carboxymethyl cellulose and cellulose acetate, cellulose fiber materials such as lignocellulose, neutral mucopolysaccharide fiber materials such as chitin and chitosan, and aliphatic nylons. Examples thereof include polyamides such as aromatic nylon (aramid), polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and synthetic resin-based fiber materials such as vinylon, polyester, polyimide, polyamideimide, and vinylidene fluoride. Among these, since it is easy to prepare and obtain a fiber material of a preferable size and it is easy to obtain a fiber material that is well dispersed in a dispersion medium by a modification treatment such as hydrophobicization, cellulose, carboxymethyl cellulose, cellulose acetate, etc. Cellulose-based fibers such as cellulose ester and lignocellulosic can be preferably used. Further, the cellulosic fiber is advantageous from the viewpoint of widening the selectivity of the electrolytic solution and heat resistance as compared with the conventional porous separator made of a polyolefin resin film.
不織布は、上記した繊維材料を織ったり編んだりせずに、機械的、化学的、または溶剤等を用いて、繊維間を接合ないし絡合して得られる布帛である。不織布は、乾式法、湿式法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、ニードルパンチ法、スパンレース法(水流絡合法)、ステッチボンド法、スチームジェット法、スパンボンド法、メルトブロー法等、従来公知の方法により製造することができる。使用する繊維材料の繊維長や繊径などの形状や、不織布を製造する際の交絡条件等を適宜調整することにより、上記したガーレー値を満足するような不織布セパレータとすることができる。 The non-woven fabric is a cloth obtained by joining or entwining fibers with each other using a mechanical, chemical, solvent or the like without weaving or knitting the above-mentioned fiber materials. The non-woven fabric is a conventionally known method such as a dry method, a wet method, a thermal bond method, a chemical bond method, a needle punch method, a spunlace method (water flow entanglement method), a stitch bond method, a steam jet method, a spunbond method, and a melt blow method. Can be manufactured by. By appropriately adjusting the shape of the fiber material to be used, such as the fiber length and the fiber diameter, and the entanglement conditions when producing the non-woven fabric, the non-woven fabric separator can be obtained so as to satisfy the above-mentioned Garley value.
なお、本発明の非水電解質二次電池においては、正極と負極の短絡を効果的に防止するために、セパレータ表面のいずれか一方または両方に絶縁層を設けることもできる。絶縁層は、好ましくは、絶縁性微粒子が絶縁層用バインダー樹脂によって結着されて構成された多孔質構造を有する層である。しかしながら、上記したような多孔質構造を有する絶縁層を不織布セパレータ表面に設けることで、不織布セパレータ全体としての細孔容積や空隙率は大きく影響を受ける。そのため、本発明においては、不織布セパレータ表面に絶縁層を設ける場合であっても、空隙量比XおよびZが上記した範囲内となるように調整することが重要である。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, an insulating layer may be provided on either or both of the separator surfaces in order to effectively prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. The insulating layer is preferably a layer having a porous structure formed by binding insulating fine particles with a binder resin for an insulating layer. However, by providing the insulating layer having the porous structure as described above on the surface of the non-woven fabric separator, the pore volume and the porosity of the non-woven fabric separator as a whole are greatly affected. Therefore, in the present invention, it is important to adjust the void amount ratios X and Z so as to be within the above ranges even when the insulating layer is provided on the surface of the non-woven fabric separator.
また、不織布セパレータの厚さは、機械的強度の観点から、好ましくは8μm以上30μm以下、より好ましくは12μm以上24μm以下である。 The thickness of the non-woven fabric separator is preferably 8 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 12 μm or more and 24 μm or less from the viewpoint of mechanical strength.
不織布セパレータには、各種可塑剤、酸化防止剤、難燃剤が含まれてもよいし、繊維表面が金属酸化物等で被覆されていてもよい。例えば、酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、モノフェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、およびポリフェノール系酸化防止剤などのフェノール系酸化防止剤、ヒンダードアミン系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系酸化防止剤、ベンゾフェノン系酸化防止剤、トリアジン系酸化防止剤、サルチル酸エステル系酸化防止剤などが挙げられ、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤を好適に使用することができる。 The non-woven fabric separator may contain various plasticizers, antioxidants, flame retardants, and the fiber surface may be coated with a metal oxide or the like. For example, the antioxidants include hindered phenolic antioxidants, monophenolic antioxidants, bisphenolic antioxidants, and phenolic antioxidants such as polyphenolic antioxidants, hindered amines, and phosphorus. Examples include phenol-based antioxidants, sulfur-based antioxidants, benzotriazole-based antioxidants, benzophenone-based antioxidants, triazine-based antioxidants, salicylate-based antioxidants, and phenol-based antioxidants and phosphorus-based antioxidants. Antioxidants can be preferably used.
<正極>
本発明による非水電解質二次電池を構成する正極は、正極集電体上に正極活物質層が設けられた構造を有し、例えば、正極活物質、バインダー樹脂、導電助剤および溶媒を含む組成物を調製し、これを正極集電体上に塗布して乾燥することにより作製することができる。
<Positive electrode>
The positive electrode constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a structure in which a positive electrode active material layer is provided on a positive electrode current collector, and includes, for example, a positive electrode active material, a binder resin, a conductive auxiliary agent, and a solvent. It can be prepared by preparing a composition, applying it on a positive electrode current collector, and drying it.
正極活物質としては、リチウム遷移金属化合物であれば特に限定されないが、コバルト酸リチウムに代表される層状岩塩型化合物、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)に代表されるオリビン型化合物、およびスピネル型マンガン酸リチウムがより好ましい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a lithium transition metal compound, but is a layered rock salt type compound represented by lithium cobalt oxide, an olivine type compound represented by lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), and a spinel type manganese. Lithium oxide is more preferred.
層状岩塩型化合物とは、層状岩塩型構造を有する化合物のことを意味し、特に限定されるものではなく、LiMeO2(Meは遷移金属)で表されるリチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLiCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1−yCoyO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えばLiNixCoyMn1−y−zO2、但し、x+y+z=1)、リチウムを過剰にした例えばLiMnO3およびLi2MnO3とLixMeO2との固溶体等を使用することができるが、長期間使用による構造劣化がより少ないことからLiCoO2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNixCoyMn1−y−zO2(但し、x+y+z=1)が好ましい。 The layered rock salt type compound means a compound having a layered rock salt type structure, and is not particularly limited, and is a lithium nickel composite oxide represented by LiMeO 2 (Me is a transition metal) (for example, LiNiO 2 ). , lithium-cobalt composite oxide (e.g., LiCoO 2), lithium nickel cobalt composite oxide (e.g., LiNi 1-y Co y O 2 ), lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (e.g., LiNi x Co y Mn 1-y -z O 2. However, x + y + z = 1), for example , a solid solution of LiMnO 3 and Li 2 MnO 3 and LixMeO 2 in excess of lithium can be used, but since structural deterioration due to long-term use is smaller, LiCoO 2 can be used. , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2, LiNi x Co y Mn 1-y-z O 2 ( where, x + y + z = 1 ) are preferred.
また、オリビン型化合物とは、オリビン型構造を有する化合物を意味し、特に限定されるものではなく、LiMePO4(Meは遷移金属)で表されるLiFePO4、LiMn1−xFexPO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiNiPO4等を使用することができる。 The olivine-type compound means a compound having an olivine-type structure, and is not particularly limited, and LiFePO 4 , LiMn 1-x Fe x PO 4 , represented by LiMePO 4 (Me is a transition metal), LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4, and the like can be used.
本発明においては、耐久性や充放電等の電池特性の観点から、正極活物質としてLiFePO4(リン酸鉄リチウム)を好適に使用することができる。また、正極活物質としては、D50が上述した数値範囲にある粒状形態を有するものが使用される。正極活物質のD50は、原料の粉砕(解砕)する際の粉砕条件によって適宜調整することができる。なお、粉砕時間が短いと被粉砕物の粒径は大きく、粉砕時間が長いと粒径は小さくなる傾向がある。 In the present invention, LiFePO 4 (lithium iron phosphate) can be preferably used as the positive electrode active material from the viewpoint of battery characteristics such as durability and charge / discharge. Further, as the positive electrode active material, a material having a granular form in which D50 is in the above-mentioned numerical range is used. The positive electrode active material D50 can be appropriately adjusted depending on the crushing conditions when crushing (crushing) the raw material. When the crushing time is short, the particle size of the object to be crushed tends to be large, and when the crushing time is long, the particle size tends to be small.
また、粒状形態のリン酸鉄リチウムを使用する場合、粒子表面の少なくとも一部がポリエチレングリコール等の有機物、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機物、カーボン材料などで表面が被覆されていてもよい。特に、粒子表面の少なくとも一部がカーボンにより被覆されたリン酸鉄リチウム粒子を好適に使用することができる。カーボンの被覆量は、リン酸鉄リチウム粒子の質量に対して4%以上8%以下であることが好ましい。 When the granular form of lithium iron phosphate is used, at least a part of the particle surface is coated with an organic substance such as polyethylene glycol, an inorganic substance such as aluminum oxide, magnesium oxide, zirconium oxide or titanium oxide, or a carbon material. May be. In particular, lithium iron phosphate particles in which at least a part of the particle surface is coated with carbon can be preferably used. The amount of carbon coated is preferably 4% or more and 8% or less with respect to the mass of the lithium iron phosphate particles.
導電助剤として、例えばグラファイト、グラフェン、ハードカーボン、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の炭素材料が挙げられる。 Examples of the conductive auxiliary agent include carbon materials such as graphite, graphene, hard carbon, Ketjen black, and acetylene black.
バインダー樹脂として、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、スチレンブタジエンゴム、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリルニトリル、ポリイミド等が挙げられる。バインダー樹脂の含有量は、本発明の効果が奏される限り特に制限はないが、正極活物質層の総質量に対して0.5質量%以上1.5質量%以下であることが好ましい。 Examples of the binder resin include polyacrylic acid, lithium polyacrylate, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, styrene butadiene rubber, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyethylene oxide, polyethylene glycol, carboxymethyl cellulose, and poly. Acrylic nitrile, polyimide and the like can be mentioned. The content of the binder resin is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but is preferably 0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less with respect to the total mass of the positive electrode active material layer.
溶媒としては非水系溶媒が好ましく、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等のアルコール;N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等の鎖状又は環状アミド;アセトン等のケトンが挙げられる。 The solvent is preferably a non-aqueous solvent, for example, alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol; chain or cyclic amides such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide; and ketones such as acetone. Can be mentioned.
正極集電体を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属が挙げられる。 Examples of the material constituting the positive electrode current collector include conductive metals such as copper, aluminum, titanium, nickel, and stainless steel.
上記した正極活物質、バインダー樹脂、導電助剤および溶媒は、一種が単独で使用されてもよいし、二種以上が併用されてもよい。 The above-mentioned positive electrode active material, binder resin, conductive auxiliary agent and solvent may be used alone or in combination of two or more.
本発明による非水電解質二次電池においては、正極活物質層が正極活物質とバインダー樹脂とを含むことが好ましく、正極活物質とポリフッ化ビニリデンを含むことが特に好ましい。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material and a binder resin, and particularly preferably contains a positive electrode active material and polyvinylidene fluoride.
正極活物質層中の正極活物質の含有量は、正極活物質層全体に対して質量基準で50%以上99%以下であることが好ましく、60%以上98%以下であることがより好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 50% or more and 99% or less, and more preferably 60% or more and 98% or less on a mass basis with respect to the entire positive electrode active material layer.
上記のようにして作製される正極活物質層は、電極密度を高める観点から、密度が1.8g/cc以上2.5g/cc以下であることが好ましい。 The positive electrode active material layer produced as described above preferably has a density of 1.8 g / cc or more and 2.5 g / cc or less from the viewpoint of increasing the electrode density.
正極活物質層の厚さは、本発明の効果が奏される限り特に制限はなく、エネルギー密度の維持等の観点から適宜設定することができる。 The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, and can be appropriately set from the viewpoint of maintaining the energy density and the like.
また、正極活物質層の空隙率(%)は、本発明の効果が奏される限り特に制限はないが、20%以上60%以下であることが好ましい。なお、正極活物質層の空隙率は、水銀圧入ポロシメーターを用いた水銀圧入法により測定することができる。具体的には、各層を所定の大きさに切り出した試験片を準備し、水銀圧入ポロシメーターを用いた水銀圧入法により試験片の細孔分布測定を行い、圧力値から細孔径を、圧力量から細孔容積を求めて空隙率を算出することができる。具体的には以下のようにして算出することができる。
先ず、測定しようとする試料を、110℃の温度で12時間、恒温乾燥を行う。続いて、オートポアIV9520(micromeritics社製)等の測定装置を用いて、細孔直径約0.0036μm〜200μmの範囲での細孔分布を測定する。なお、細孔径は、Washburnの式:
PD=−4σcosθ
(式中、Pは圧力、Dは細孔直径、σは水銀の表面張力(480dynes/cm)、θは水銀と試料との接触角(140°)を表す。)
から算出することができる。
空隙率(%)は、得られた細孔容積を試料の外寸により規定した体積で除することにより算出することができる(但し、集電体は空隙が無いものとし、試料の体積からは予め除いて計算する。)。
The porosity (%) of the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but is preferably 20% or more and 60% or less. The porosity of the positive electrode active material layer can be measured by a mercury injection method using a mercury injection porosimeter. Specifically, a test piece obtained by cutting out each layer to a predetermined size is prepared, the pore distribution of the test piece is measured by the mercury intrusion method using a mercury intrusion porosimeter, and the pore diameter is calculated from the pressure value and the pressure amount is used. The porosity can be calculated by obtaining the pore volume. Specifically, it can be calculated as follows.
First, the sample to be measured is constantly dried at a temperature of 110 ° C. for 12 hours. Subsequently, the pore distribution in the pore diameter range of about 0.0036 μm to 200 μm is measured using a measuring device such as Autopore IV9520 (manufactured by micromerits). The pore diameter is determined by the Washburn formula:
PD = -4σcosθ
(In the formula, P is the pressure, D is the pore diameter, σ is the surface tension of mercury (480 days / cm), and θ is the contact angle between mercury and the sample (140 °).)
It can be calculated from.
The porosity (%) can be calculated by dividing the obtained pore volume by the volume specified by the outer dimensions of the sample (however, the current collector shall have no voids and shall be calculated from the volume of the sample. Calculate by excluding in advance.).
<負極>
本発明による非水電解質二次電池を構成する負極は、負極集電体上に負極活物質層が設けられた構造を有し、例えば、負極活物質、バインダー樹脂、導電助剤および溶媒を含む組成物を調製し、これを正極集電体上に塗布して乾燥することにより作製することができる。
<Negative electrode>
The negative electrode constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a structure in which a negative electrode active material layer is provided on the negative electrode current collector, and includes, for example, a negative electrode active material, a binder resin, a conductive auxiliary agent, and a solvent. It can be prepared by preparing a composition, applying it on a positive electrode current collector, and drying it.
負極活物質および導電助剤としては、例えばグラファイト、グラフェン、ハードカーボン、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の炭素材料が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material and the conductive auxiliary agent include carbon materials such as graphite, graphene, hard carbon, Ketjen black, and acetylene black.
バインダー樹脂、導電助剤、溶媒、集電体としては、上記した正極と同様のものを例示できる。負極活物質、導電助剤、バインダー樹脂、溶媒は、何れも一種が単独で使用されてもよいし、二種以上が併用されてもよい。 Examples of the binder resin, the conductive auxiliary agent, the solvent, and the current collector are the same as those of the above-mentioned positive electrode. As the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder resin, and the solvent, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
負極活物質層中の負極活物質の含有量は、負極活物質層全体に対して質量基準で50%以上99%以下であることが好ましく、60%以上98%以下であることがより好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably 50% or more and 99% or less, and more preferably 60% or more and 98% or less on a mass basis with respect to the entire negative electrode active material layer.
上記のようにして作製される負極活物質層は、密度が、好ましくは1.3g/cc以上1.8g/cc以下、より好ましくは1.5g/cc以上1.7g/cc以下である。 The negative electrode active material layer produced as described above has a density of preferably 1.3 g / cc or more and 1.8 g / cc or less, and more preferably 1.5 g / cc or more and 1.7 g / cc or less.
負極活物質層の厚さは、本発明の効果が奏される限り特に制限はなく、適宜設定することができる。 The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, and can be appropriately set.
また、負極活物質層の空隙率(%)は、本発明の効果が奏される限り特に制限はないが、好ましくは25%以上60%以下、より好ましくは30%以上50%以下である。なお、ここでの空隙率は、正極活物質層と同様、水銀圧入ポロシメーターを用いた水銀圧入法により測定される値を意味する。 The porosity (%) of the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but is preferably 25% or more and 60% or less, and more preferably 30% or more and 50% or less. The porosity here means a value measured by a mercury injection method using a mercury injection porosimeter, as in the case of the positive electrode active material layer.
本発明による非水電解質二次電池は、負極活物質層上または正極活物質層上に絶縁層を備えていてもよい。絶縁層により正極および負極の間の短絡が効果的に防止される。絶縁層は、好ましくは、絶縁性微粒子と絶縁層用バインダー樹脂とを含み、絶縁性微粒子が絶縁層用バインダー樹脂によって結着されて構成された多孔質構造を有する層である。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention may include an insulating layer on the negative electrode active material layer or the positive electrode active material layer. The insulating layer effectively prevents short circuits between the positive and negative electrodes. The insulating layer is preferably a layer having a porous structure containing insulating fine particles and a binder resin for an insulating layer, and the insulating fine particles are bound by a binder resin for an insulating layer.
絶縁性微粒子は、絶縁性であれば特に限定されず、有機粒子、無機粒子の何れであってもよい。具体的な有機粒子としては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋スチレン−アクリル酸共重合体、架橋アクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸リチウム)、ポリアセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の有機化合物から構成される粒子が挙げられる。無機粒子としては二酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ベーマイト、チタニア、ジルコニア、窒化ホウ素、酸化亜鉛、二酸化スズ、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、フッ化カリウム、フッ化リチウム、クレイ、ゼオライト、炭酸カルシウム等の無機化合物から構成される粒子が挙げられる。また、無機粒子は、ニオブ−タンタル複合酸化物、マグネシウム−タンタル複合酸化物等の公知の複合酸化物から構成される粒子であってもよい。絶縁性微粒子は1種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。 The insulating fine particles are not particularly limited as long as they are insulating, and may be either organic particles or inorganic particles. Specific organic particles include, for example, crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked styrene-acrylic acid copolymer, crosslinked acrylonitrile resin, polyamide resin, polyimide resin, poly (lithium 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate), and the like. Examples thereof include particles composed of organic compounds such as polyacetal resin, epoxy resin, polyester resin, phenol resin, and melamine resin. Inorganic particles include silicon dioxide, silicon nitride, alumina, boehmite, titania, zirconia, boron nitride, zinc oxide, tin dioxide, niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), potassium fluoride, and foot. Examples thereof include particles composed of inorganic compounds such as lithium pentoxide, clay, zeolite, and calcium carbonate. Further, the inorganic particles may be particles composed of known composite oxides such as niobium-tantalum composite oxide and magnesium-tantalum composite oxide. One type of insulating fine particles may be used alone, or a plurality of types may be used in combination.
絶縁層に含有される絶縁性微粒子の含有量は、本発明の効果が奏される限り特に限定されないが、おおむね絶縁層全量基準で15〜95質量%であり、より好ましくは40〜90質量%である。絶縁性微粒子の含有量が上記範囲内であると、絶縁層は、均一な多孔質構造が形成でき、かつ適切な絶縁性が付与される。 The content of the insulating fine particles contained in the insulating layer is not particularly limited as long as the effect of the present invention is exhibited, but is generally 15 to 95% by mass, more preferably 40 to 90% by mass, based on the total amount of the insulating layer. Is. When the content of the insulating fine particles is within the above range, the insulating layer can form a uniform porous structure and is provided with appropriate insulating properties.
絶縁層用バインダー樹脂としては、上記した正極または負極に使用できるバインダー樹脂と同種のものが使用できる。絶縁層における絶縁層用バインダー樹脂の含有量は、おおむね絶縁層全量に対して質量基準で5%以上50%以下であることが好ましい。 As the binder resin for the insulating layer, the same type as the binder resin that can be used for the positive electrode or the negative electrode described above can be used. The content of the binder resin for the insulating layer in the insulating layer is preferably 5% or more and 50% or less on a mass basis with respect to the total amount of the insulating layer.
絶縁層の厚さは、本発明の効果が奏される限り特に限定されるものではないが、おおむね1μm以上10μm以下であることが好ましい。 The thickness of the insulating layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but it is preferably about 1 μm or more and 10 μm or less.
本発明による非水電解質二次電池は、例えば、正極と負極の間に不織布セパレータを配置した積層体を作製し、電極積層体をアルミラミネート袋等の外装体(筐体)に封入して、非水電解質を注入することによって製造することができる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, for example, a laminate in which a non-woven fabric separator is arranged between a positive electrode and a negative electrode is prepared, and the electrode laminate is enclosed in an exterior body (housing) such as an aluminum laminate bag. It can be produced by injecting a non-aqueous electrolyte.
以上、本発明による非水電解質二次電池について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明による非水電解質二次電池は、他の任意の構成を有していてもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてもよい。また、リチウムイオン二次電池の他、例えば、銀イオン二次電池等の二次電池に適用することもできる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has been described above, but the present invention is not limited thereto. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention may have any other configuration or may be replaced with any configuration that exhibits the same function. Further, in addition to the lithium ion secondary battery, it can also be applied to a secondary battery such as a silver ion secondary battery.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、これらの例により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these examples.
[実施例1]
<正極の作製>
正極活物質を含む固形成分100質量部と、導電助剤としてアセチレンブラックを5質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデンを5質量部と、溶媒としてNMPとを混合し、固形分45%に調整したスラリーを得た。このスラリーをアルミニウム箔に塗布し、予備乾燥後、120℃で真空乾燥した。電極を4kNで加圧プレスし、更に電極寸法の40mm角に打ち抜き、正極を作製した。作製された正極を実施例1〜3、比較例1〜3および5の正極とした。
なお、正極活物質として、リン酸鉄リチウムを用い、以下の質量比で混合した。
正極活物質:結着材(PVDF):導電助剤=94:1:5
正極活物質層の厚さは、58.5μmであった。また、水銀ポリシメーターにより空隙率を測定したところ41.6%であった。また、下記の条件で測定した剥離強度は3N/10mmであった。
正極活物質のD50は1.0μm、密度は2.1g/ccであった。
なお、正極活物質層の剥離強度は、以下の方法により測定された。
先ず、縦25mm、横120mmの両面テープを準備した。準備した両面テープの片面の離型紙を剥がして糊面を露出させた。横方向の端部から10cm程度の部分で、糊面と糊面とが接着するように両面テープを折り曲げた(以下、「折り曲げ端」という)。
次いで、正極と両面テープとを、両面テープの糊面の全面が正極と接触するように貼りつけて複合体を得た。
次いで、両面テープの外縁に沿って複合体を切り出し、切り出した複合体の横方向に圧着ローラーを2往復させて複合体を構成する両面テープと正極とを圧着させた。
次いで、ステンレス板に、複合体の両面テープ側の面を接触させ、折り曲げ端とは異なる側の複合体の端部をメンディングテープによりステンレス板に複合体を固定した。この時、ステンレス板の端部から5mm程度の位置に折り曲げ端とは異なる側の複合体の端部が位置するように複合体を配置し、30mm程度の長さのメンディングテープの一端が複合体の上記端部から5mmの位置になるように貼りつけ、メンディングテープの別の一端(残りの20mm程度)をステンレス板の裏側(複合体と接していない側)に織り込み、貼り付けて固定した。
次いで、複合体の折り曲げ端の側から、正極を両面テープから両面テープの横方向に対して平行にゆっくりと剥がし、折り曲げ端側の正極の端部(以下、「剥離端」という)がステンレス板からはみ出す程度までゆっくりと剥がした。
次いで、複合体が固定されたステンレス板を引っ張り試験機(EZ−LX、株式会社島津製作所製)に設置し、両面テープの折り曲げ端を固定し、正極の剥離端を折り曲げ端とは反対方向(折り曲げ端に対して180°方向)に、引っ張り速度60mm/分、試験力50000mNで、ストローク7cmで引っ張って剥離強度を測定した。
この時の、ストローク20〜50mmにおける剥離強度の平均値を、正極活物質の剥離強度とした。
[Example 1]
<Preparation of positive electrode>
A solid component containing 100 parts by mass of a positive electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and NMP as a solvent are mixed to obtain a solid content of 45%. A prepared slurry was obtained. This slurry was applied to an aluminum foil, pre-dried, and then vacuum dried at 120 ° C. The electrode was pressure-pressed at 4 kN and further punched to a 40 mm square electrode size to prepare a positive electrode. The prepared positive electrodes were used as the positive electrodes of Examples 1 to 3, Comparative Examples 1 to 3 and 5.
Lithium iron phosphate was used as the positive electrode active material and mixed in the following mass ratio.
Positive electrode active material: Binder (PVDF): Conductive aid = 94: 1: 5
The thickness of the positive electrode active material layer was 58.5 μm. The porosity was measured with a mercury polysimeter and found to be 41.6%. The peel strength measured under the following conditions was 3N / 10 mm.
The D50 of the positive electrode active material was 1.0 μm, and the density was 2.1 g / cc.
The peel strength of the positive electrode active material layer was measured by the following method.
First, a double-sided tape having a length of 25 mm and a width of 120 mm was prepared. The release paper on one side of the prepared double-sided tape was peeled off to expose the glue side. The double-sided tape was bent so that the glue surface and the glue surface adhered to each other at a portion about 10 cm from the end in the lateral direction (hereinafter referred to as "bent end").
Next, the positive electrode and the double-sided tape were attached so that the entire surface of the glue surface of the double-sided tape was in contact with the positive electrode to obtain a composite.
Next, the composite was cut out along the outer edge of the double-sided tape, and the crimping roller was reciprocated twice in the lateral direction of the cut out composite to crimp the double-sided tape constituting the composite and the positive electrode.
Next, the surface of the composite on the double-sided tape side was brought into contact with the stainless plate, and the end of the composite on the side different from the bent end was fixed to the stainless plate with mending tape. At this time, the composite is arranged so that the end of the composite on the side different from the bent end is located at a position of about 5 mm from the end of the stainless steel plate, and one end of the mending tape having a length of about 30 mm is composite. Stick it so that it is 5 mm from the above end of the body, weave another end of the mending tape (the remaining 20 mm) on the back side of the stainless steel plate (the side that is not in contact with the complex), stick it and fix it. bottom.
Next, the positive electrode is slowly peeled from the double-sided tape from the bent end side of the complex in parallel with the lateral direction of the double-sided tape, and the end of the positive electrode on the bent end side (hereinafter referred to as "peeled end") is a stainless steel plate. It was slowly peeled off until it protruded from the surface.
Next, a stainless steel plate to which the composite is fixed is installed in a tensile tester (EZ-LX, manufactured by Shimadzu Corporation), the bent end of the double-sided tape is fixed, and the peeled end of the positive electrode is in the direction opposite to the bent end ( The peel strength was measured by pulling at a tensile speed of 60 mm / min, a test force of 50,000 mN, and a stroke of 7 cm in the direction of 180 ° with respect to the bent end.
The average value of the peel strength at a stroke of 20 to 50 mm at this time was taken as the peel strength of the positive electrode active material.
<負極の作製>
負極活物質を含む固形成分100質量部と、結着材としてスチレンブタジエンゴム1.5質量部と、増粘材としてカルボキシメチルセルロースNaを1.5質量部と、溶媒として水とを混合し、固形分50%に調整したスラリーを得た。このスラリーを銅箔に塗布し、100℃で真空乾燥した。 電極を2kNで加圧プレスし、更に電極寸法の42mm角に打ち抜き、負極を作製した。
なお、負極活物質として、黒鉛を用い、以下の質量比で混合した。
負極活物質:結着材(CMC):結着材(SBR)=98:1:1
負極活物質層の厚さは、39μmであった。また、水銀ポリシメーターにより空隙率を測定したところ36.4%であった。
<Manufacturing of negative electrode>
100 parts by mass of a solid component containing a negative electrode active material, 1.5 parts by mass of styrene-butadiene rubber as a binder, 1.5 parts by mass of carboxymethyl cellulose Na as a thickener, and water as a solvent are mixed and solid. A slurry adjusted to a minute of 50% was obtained. This slurry was applied to a copper foil and vacuum dried at 100 ° C. The electrode was pressure-pressed at 2 kN and further punched to a 42 mm square electrode size to prepare a negative electrode.
Graphite was used as the negative electrode active material and mixed at the following mass ratio.
Negative electrode active material: Binder (CMC): Binder (SBR) = 98: 1: 1
The thickness of the negative electrode active material layer was 39 μm. The porosity was measured with a mercury polysimeter and found to be 36.4%.
<セパレータの準備>
不織布セパレータとして、厚さ15μmのセルロース不織布を使用した。
<Preparation of separator>
As the non-woven fabric separator, a cellulose non-woven fabric having a thickness of 15 μm was used.
<非水電解質二次電池の作製>
上記した負極2枚と、正極1枚と、不織布セパレータ2枚とを、図1に示すように、負極/セパレータ/正極/セパレータ/負極の順に積層した。この際、予めセパレータと正極を積層し、90℃、1Mpa、2分間の熱圧着処理を行い、セパレータを正極活物質層の表面に接着した。次いで、正極集電体露出部および負極集電体露出部のそれぞれに、端子用タブを電気的に接続し、端子用タブが外部に突出するように、アルミラミネートフィルムで積層体を挟み、三辺をラミネート加工によって封止した。
続いて、封止せずに残した一辺から、ビニレンカーボネートを2量%、エチルメチルカーボネートを50重量%、フッ素化エチレンカーボネートを2重量%含む混合液に、電解質としてLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解した非水電解液を注入し、真空封止することによって二次電池(ラミネートセル)を製造した。
<Manufacturing of non-aqueous electrolyte secondary battery>
As shown in FIG. 1, the two negative electrodes, one positive electrode, and two non-woven fabric separators described above were laminated in the order of negative electrode / separator / positive electrode / separator / negative electrode. At this time, the separator and the positive electrode were laminated in advance and thermocompression bonded at 90 ° C. for 1 Mpa for 2 minutes to bond the separator to the surface of the positive electrode active material layer. Next, the terminal tabs are electrically connected to each of the positive electrode current collector exposed portion and the negative electrode current collector exposed portion, and the laminate is sandwiched between aluminum laminate films so that the terminal tabs project to the outside. The sides were sealed by laminating.
Subsequently, from one side left unsealed, a mixed solution containing 2% by weight of vinylene carbonate, 50% by weight of ethylmethyl carbonate, and 2% by weight of fluorinated ethylene carbonate was mixed with 1 mol / liter of LiPF 6 as an electrolyte. A secondary battery (laminate cell) was manufactured by injecting a non-aqueous electrolyte solution dissolved in such a manner and vacuum-sealing.
[実施例2]
不織布セパレータとして、厚さ12μmのセルロース不織布を使用した以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Example 2]
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a cellulose non-woven fabric having a thickness of 12 μm was used as the non-woven fabric separator.
[実施例3]
不織布セパレータとして、厚さ10μmのセルロース不織布を使用した以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Example 3]
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a cellulose non-woven fabric having a thickness of 10 μm was used as the non-woven fabric separator.
[比較例1]
不織布セパレータに代えて厚さ12μmのポリエチレンセパレータを使用した以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a polyethylene separator having a thickness of 12 μm was used instead of the non-woven fabric separator.
[比較例2]
正極活物質の粒子径D50を10.0μm(剥離強度4.7N/10mm)に調整した以外は、実施例2と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the particle size D50 of the positive electrode active material was adjusted to 10.0 μm (peeling strength 4.7 N / 10 mm).
[比較例3]
不織布セパレータに代えて厚さ20μmのセルロース不織布を使用し、正極活物質の粒子径D50を10.0μm(剥離強度4.7N/10mm)に調整した以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Comparative Example 3]
A non-woven fabric having a thickness of 20 μm was used instead of the non-woven fabric separator, and the particle size D50 of the positive electrode active material was adjusted to 10.0 μm (peeling strength 4.7 N / 10 mm) in the same manner as in Example 1. An electrolyte secondary battery was manufactured.
[比較例4]
バインダー樹脂含有量を、正極活物質層の総質量に対して0.3質量%(剥離強度0.4N/10mm)に調整し、正極活物質含有量を、正極活物質層の総質量に対して94.7質量%に調整した以外は、実施例2と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Comparative Example 4]
The binder resin content is adjusted to 0.3% by mass (peeling strength 0.4 N / 10 mm) with respect to the total mass of the positive electrode active material layer, and the positive electrode active material content is adjusted with respect to the total mass of the positive electrode active material layer. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the content was adjusted to 94.7% by mass.
[比較例5]
正極活性物質層の密度を1.8g/cc(剥離強度1.6N/10mm)に調整した以外は、実施例2と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
[Comparative Example 5]
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the density of the positive electrode active material layer was adjusted to 1.8 g / cc (peeling strength 1.6 N / 10 mm).
<レート放電試験>
得られた実施例および比較例の各非水電解質二次電池(セル)について、以下の手順に従ってレート放電試験を行った。
実施例1〜3、比較例1〜5の各非水電解質二次電池を作製する際に積層物の面積を調整して、定格容量が1Ahとなるようにセルを作製した。
先ず、得られたセルに対して、0.2Cレート(即ち、200mA)で一定電流にて終止電圧3.6Vで充電を行ったあと、一定電圧にて終止電流0.05Cレート(即ち、20mA)で充電を行った。
次いで、容量確認のための放電を、0.2Cレートで一定電流にて終止電圧2.5Vで行った。このときの放電容量を基準容量とし、基準容量の5倍を3Cレートの電流値とした(即ち、1Ahのセルの基準容量が1,000mAhとなったと仮定し、3Cレートの電流値を3,000mAhとした)。
続いて、上記と同様の操作によってセルの充電を行い満充電状態とし、この状態から3Cレートにて終止電圧3.2Vで放電を行い、放電を開始してから終止電圧に到達するまでの放電時間(秒)を測定し、この放電時間によりレート放電特性の評価を行った。測定結果は下記表1に示されるとおりであった。
<Rate discharge test>
Each of the obtained non-aqueous electrolyte secondary batteries (cells) of Examples and Comparative Examples was subjected to a rate discharge test according to the following procedure.
When the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 were produced, the area of the laminate was adjusted to produce cells so that the rated capacity was 1 Ah.
First, the obtained cell is charged at a constant current of 0.2 C rate (that is, 200 mA) at a constant current of 3.6 V, and then at a constant voltage of 0.05 C rate (that is, 20 mA). ) Was charged.
Next, discharge for checking the capacity was performed at a rate of 0.2 C at a constant current and a final voltage of 2.5 V. The discharge capacity at this time was used as the reference capacity, and 5 times the reference capacity was used as the current value of the 3C rate (that is, assuming that the reference capacity of the cell of 1Ah was 1,000mAh, the current value of the 3C rate was set to 3, It was set to 000 mAh).
Subsequently, the cell is charged by the same operation as above to bring it into a fully charged state, and from this state, discharge is performed at a final voltage of 3.2 V at a 3C rate, and discharge from the start of discharge until the final voltage is reached. The time (seconds) was measured, and the rate discharge characteristics were evaluated based on this discharge time. The measurement results are as shown in Table 1 below.
<エネルギー密度測定>
得られた実施例および比較例の各非水電解質二次電池(セル)について、上記のレート放電試験において、各セルの基準容量(Ah)と平均作動電圧(V)との積を、セル体積(L)で除した値をエネルギー密度とした。測定結果は下記表1に示されるとおりであった。また、セル体積(L)は、水を満たした水槽に各セルを吊るして浸した際の水層の重量の変化(いわゆる、アルキメデス法)により測定した。なお、正極の構成材料と負極の構成材料との組み合わせによって平均作動電圧(V)は変化する。
<Measurement of energy density>
For each of the obtained non-aqueous electrolyte secondary batteries (cells) of Examples and Comparative Examples, in the above rate discharge test, the product of the reference capacity (Ah) and the average operating voltage (V) of each cell is calculated as the cell volume. The value divided by (L) was taken as the energy density. The measurement results are as shown in Table 1 below. The cell volume (L) was measured by a change in the weight of the aqueous layer (so-called Archimedes method) when each cell was suspended and immersed in a water tank filled with water. The average operating voltage (V) changes depending on the combination of the constituent material of the positive electrode and the constituent material of the negative electrode.
<短絡試験>
得られた実施例および比較例の各非水電解質二次電池(セル)について、以下の手順に従って短絡試験を行った。
先ず、得られたセルに対して、0.2Cレート(即ち、200mA)で一定電流にて終止電圧3.6Vで充電を行ったあと、一定電圧にて終止電流0.05Cレート(即ち、20mA)で充電を行った。
次いで、満充電後にセルを取り外し、セルの開回路状態での電圧を測定した。
次いで、高温での自己放電や副反応を避けるため、セルを0℃環境の恒温槽に1週間保管した。
続いて、上述した開回路状態で測定したセルの電圧に対して、1週間保管後に再び開回路状態での電圧を測定し、0.1V以上の電圧低下が確認された場合はセルが短絡により正負極間に電流が流れ、自己発熱でエネルギーを消費し、電圧が低下したと判断した。短絡試験の結果は下記表1に示されるとおりであった。
<Short circuit test>
Each of the obtained non-aqueous electrolyte secondary batteries (cells) of Examples and Comparative Examples was subjected to a short-circuit test according to the following procedure.
First, the obtained cell is charged at a constant current of 0.2 C rate (that is, 200 mA) at a constant current of 3.6 V, and then at a constant voltage of 0.05 C rate (that is, 20 mA). ) Was charged.
Then, after the cell was fully charged, the cell was removed and the voltage in the open circuit state of the cell was measured.
The cell was then stored in a constant temperature bath at 0 ° C. for 1 week to avoid self-discharge and side reactions at high temperatures.
Subsequently, with respect to the cell voltage measured in the open circuit state described above, the voltage in the open circuit state is measured again after storage for one week, and if a voltage drop of 0.1 V or more is confirmed, the cell is short-circuited. It was judged that a current flowed between the positive and negative electrodes, energy was consumed by self-heating, and the voltage dropped. The results of the short circuit test are shown in Table 1 below.
1 非水電解質二次電池
10 正極
11 正極集電体
12 正極活物質層
13 正極集電体露出部
20 負極
21 負極集電体
22 負極活物質層
23 負極集電体露出部
30 不織布セパレータ
40 外装体
50 両面テープ
60 正極活物質層
70 ステンレス板
80 引っ張り試験機
1 Non-aqueous electrolyte secondary battery 10 Positive electrode 11 Positive electrode
Claims (7)
前記正極活物質の粒度分布において、D50が0.5μm以上1.5μm以下であり、
前記正極活物質層の180°方式で測定した剥離強度が1.0N/cm以上10.0N/cm以下であることを特徴とする、非水電解質二次電池。 A positive electrode having a positive electrode active material layer provided on at least one surface of the positive electrode current collector and the positive electrode current collector, and a negative electrode activity provided on at least one surface of the negative electrode current collector and the negative electrode current collector. A non-aqueous electrolyte secondary battery in which a negative electrode provided with a material layer is arranged such that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other via a non-woven separator.
In the particle size distribution of the positive electrode active material, D50 is 0.5 μm or more and 1.5 μm or less.
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that the peel strength of the positive electrode active material layer measured by the 180 ° method is 1.0 N / cm or more and 10.0 N / cm or less.
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