JP2022100812A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide a non-aqueous electrolyte secondary battery which is reduced in electric resistance and enhanced in cycle characteristic.SOLUTION: A non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein comprises a positive electrode, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte. The positive and negative electrodes each have a current collector, and a mixture material layer formed on the surface of the current collector. In at least one of the positive and negative electrodes, the mixture material layer contains an active substance, a conductive assistant, a binder and, further, carbon nanotubes as at least one kind of the conductive assistant. And, in a cross-section of the mixture material layer in a lamination direction of the mixture material layer and the current collector, when the cross-section of the mixture material layer is equally divided into six equal parts in the lamination direction, a concentration a of the binder in a layer farthest from the current collector and a concentration b of the binder in a layer closest to the current collector satisfy a>b.SELECTED DRAWING: Figure 3

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.

近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。 In recent years, secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries have been used as portable power supplies for personal computers, mobile terminals, etc., and vehicle drive power supplies for electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), plug-in hybrid vehicles (PHV), etc. It is suitably used for.

一般的に二次電池が備える電極には、集電体と、該集電体の表面に形成された活物質を含む合材層とが備えられている。典型的には、合材層には結着剤(バインダ)が含まれており、活物質と集電体との結着や活物質同士の結着等、電極構造の維持に寄与している。特許文献1には、正極が極性官能基含有バインダおよび線系炭素系導電材を含む構成が開示されている。そして、かかる構成により、正極の柔軟性および結着力を同時に向上させることができるため、かかる正極を備えるリチウムイオン二次電池の寿命特性(サイクル特性)が向上することが開示されている。 Generally, an electrode included in a secondary battery includes a current collector and a mixture layer containing an active material formed on the surface of the current collector. Typically, the mixture layer contains a binder (binder), which contributes to the maintenance of the electrode structure such as the binding between the active material and the current collector and the binding between the active materials. .. Patent Document 1 discloses a configuration in which the positive electrode contains a binder containing a polar functional group and a linear carbon-based conductive material. Further, it is disclosed that the flexibility and the binding force of the positive electrode can be improved at the same time by such a configuration, so that the life characteristic (cycle characteristic) of the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode is improved.

特開2020-35746号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-35746

ところで、合材層に含まれる活物質は充放電に伴い膨張収縮するため、かかる膨張収縮によって合材層が集電体から剥離し、サイクル特性が低下する課題がある。また、合材層に含まれるバインダの分布により、合材層中の活物質の存在分布が変化することで電気抵抗が上昇し得るため、電気抵抗を低減する技術が望まれている。 By the way, since the active material contained in the mixture layer expands and contracts with charge and discharge, there is a problem that the mixture layer is separated from the current collector due to such expansion and contraction, and the cycle characteristics are deteriorated. Further, since the electric resistance can be increased by changing the existence distribution of the active material in the mixed material layer due to the distribution of the binder contained in the mixed material layer, a technique for reducing the electric resistance is desired.

そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、電気抵抗が低減され、サイクル特性が向上した非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having reduced electrical resistance and improved cycle characteristics.

上記課題を解決すべく、本発明者が鋭意検討を行った結果、カーボンナノチューブ(CNT)を含む合材層において、バインダが該合材層の表層(即ち、集電体から遠い領域)に偏在することにより、電気抵抗が低減し、サイクル特性が向上することを見出した。一般的に、バインダが合材層の表層に偏在することによってバインダの凝集が生じ、電解質が合材層内に侵入しづらくなるため二次電池が高抵抗化する傾向であったが、本発明では、そこにカーボンナノチューブを存在させることにより、電気抵抗が低減され、さらにサイクル特性が向上することを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies by the present inventor in order to solve the above problems, in the mixture layer containing carbon nanotubes (CNTs), the binder is unevenly distributed on the surface layer of the mixture layer (that is, the region far from the current collector). By doing so, it was found that the electrical resistance is reduced and the cycle characteristics are improved. In general, the uneven distribution of the binder on the surface layer of the mixture layer causes aggregation of the binder, which makes it difficult for the electrolyte to penetrate into the mixture layer, which tends to increase the resistance of the secondary battery. Then, they have found that the presence of carbon nanotubes in them reduces electrical resistance and further improves cycle characteristics, and has completed the present invention.

即ち、ここで開示される非水電解質二次電池は、正極と、負極と、非水電解質とを備える非水電解質二次電池であって、上記正極および負極は、集電体と、該集電体の表面に形成された合材層とを備えており、上記正極および負極の少なくとも一方の電極において、上記合材層は、活物質と、導電助剤と、バインダとを含み、さらに、上記導電助剤の少なくとも一種としてカーボンナノチューブを含んでいる。そして、上記合材層と上記集電体との積層方向における該合材層の断面において、該合材層の断面を、上記積層方向に6等分したとき、上記集電体から最も遠い層における上記バインダの濃度aと、上記集電体に最も近い層における上記バインダの濃度bとが、a>bを具備する。
かかる構成によれば、バインダが合材層の表層に偏在しているが、カーボンナノチューブを含むことにより合材層内への電解質の供給が良好になり、優れた電気抵抗低減効果を実現する。また、合材層の剥離強度が向上し、サイクル特性が向上する。さらに、電極で内部短絡が発生した場合、導電性の高いカーボンナノチューブに電流が集中する。これにより、カーボンナノチューブと接した集電体(金属箔)が局所的に高温となるため、集電体を溶断し、短絡電流を遮断することができる。
That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed here is a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode and the negative electrode are a current collector and the collector. A mixture layer formed on the surface of the electric body is provided, and in at least one of the positive electrode and the negative electrode, the mixture layer contains an active material, a conductive auxiliary agent, and a binder, and further. Carbon nanotubes are contained as at least one of the above-mentioned conductive aids. Then, in the cross section of the composite material layer in the stacking direction of the mixture layer and the current collector, when the cross section of the mixture layer is divided into six equal parts in the stacking direction, the layer farthest from the current collector. The concentration a of the binder in the above and the concentration b of the binder in the layer closest to the current collector comprises a> b.
According to this configuration, the binders are unevenly distributed on the surface layer of the mixture layer, but the inclusion of carbon nanotubes improves the supply of the electrolyte into the mixture layer and realizes an excellent effect of reducing electrical resistance. In addition, the peel strength of the mixture layer is improved, and the cycle characteristics are improved. Furthermore, when an internal short circuit occurs in the electrode, the current concentrates on the highly conductive carbon nanotubes. As a result, the current collector (metal foil) in contact with the carbon nanotubes becomes locally hot, so that the current collector can be fused and the short-circuit current can be cut off.

また、ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記aおよび上記bにおいて、1.2≦a/b≦4を具備する。
かかる構成によれば、より優れた電気抵抗低減効果および優れたサイクル特性を実現することができる。
Further, in a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed here, 1.2 ≦ a / b ≦ 4 is provided in the above a and the above b.
According to such a configuration, it is possible to realize a more excellent electric resistance reduction effect and an excellent cycle characteristic.

また、ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記カーボンナノチューブのアスペクト比が150以上である。また、好ましい一態様では、上記カーボンナノチューブのアスペクト比が200以上5000以下である。
かかる構成によれば、さらに優れた電気抵抗低減効果およびサイクル特性を実現することができる。
Further, in a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed here, the aspect ratio of the carbon nanotubes is 150 or more. Further, in a preferred embodiment, the aspect ratio of the carbon nanotubes is 200 or more and 5000 or less.
According to such a configuration, further excellent electric resistance reduction effect and cycle characteristics can be realized.

また、ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記カーボンナノチューブを含む合材層において、該合材層に含まれる上記導電助剤全体の質量に対する上記カーボンナノチューブの質量の割合が、2質量%以上である。また、好ましい一態様では、上記カーボンナノチューブを含む合材層において、該合材層に含まれる上記導電助剤全体の質量に対する上記カーボンナノチューブの質量の割合が、3質量%以上70質量%以下である。
かかる構成によれば、より高いレベルで優れた電気抵抗低減効果およびサイクル特性を実現することができる。
Further, in a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, in the mixture layer containing the carbon nanotubes, the mass of the carbon nanotubes is based on the mass of the entire conductive aid contained in the mixture layer. The ratio is 2% by mass or more. Further, in a preferred embodiment, in the mixture layer containing the carbon nanotubes, the ratio of the mass of the carbon nanotubes to the total mass of the conductive auxiliary agent contained in the mixture layer is 3% by mass or more and 70% by mass or less. be.
According to such a configuration, excellent electric resistance reduction effect and cycle characteristics can be realized at a higher level.

また、ここで開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記カーボンナノチューブを含む合材層を備える電極が正極であって、該合材層は、上記バインダとして、フッ素を構成元素に含むポリマーを含む。
かかる構成によれば、バインダが合材層の表層部に偏在した正極を実現することができ、優れた電気抵抗低減効果およびサイクル特性を発揮する非水電解質二次電池が提供される。
Further, in a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the electrode provided with the mixture layer containing the carbon nanotubes is a positive electrode, and the mixture layer contains fluorine as the binder as a constituent element. Includes polymers contained in.
According to such a configuration, it is possible to realize a positive electrode in which the binder is unevenly distributed on the surface layer portion of the composite material layer, and a non-aqueous electrolyte secondary battery exhibiting an excellent electric resistance reducing effect and cycle characteristics is provided.

一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の正極合材層に含まれるバインダの分布を説明するための断面模式図である。It is sectional drawing for explaining the distribution of the binder contained in the positive electrode mixture layer of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment. 例7の正極合材層の断面をEPMAにより解析したときのフッ素原子のマッピング図である。It is a mapping figure of the fluorine atom when the cross section of the positive electrode mixture layer of Example 7 is analyzed by EPMA.

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、図中における符号Wは「幅方向」を示し、符号Tは「厚み方向」を示す。なお、これらの方向は説明の便宜上定めた方向であり、ここに開示される非水電解質二次電池の設置態様を限定することを意図したものではない。
また、本明細書において数値範囲をA~B(ここでA,Bは任意の数値)と記載している場合は、一般的な解釈と同様であり、A以上B以下を意味するものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for implementation can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the art. Further, in the following drawings, members / parts having the same function are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted or simplified. Further, the dimensional relations (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relations. Further, the reference numeral W in the drawing indicates the “width direction”, and the reference numeral T indicates the “thickness direction”. It should be noted that these directions are defined for convenience of explanation, and are not intended to limit the installation mode of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein.
Further, when the numerical range is described as A to B (where A and B are arbitrary numerical values) in the present specification, it is the same as the general interpretation and means A or more and B or less. ..

本明細書において「非水電解質二次電池」とは、電荷担体として非水電解質を用い、正負極間の電荷担体の移動に伴って繰り返しの充放電が可能な電池一般をいう。非水電解質二次電池における電解質は、例えば、非水電解液、ゲル状電解質、固体電解質のいずれであってもよい。このような非水電解質二次電池には、一般にリチウムイオン電池やリチウム二次電池等と称される電池の他、リチウムポリマー電池、リチウムイオンキャパシタ等が包含される。以下、ここで開示される非水電解質二次電池の一例として、積層電極体をラミネートフィルム製の外装体に収容した非水電解液リチウムイオン二次電池を例に詳細に説明する。 As used herein, the term "non-aqueous electrolyte secondary battery" refers to a general battery that uses a non-aqueous electrolyte as a charge carrier and can be repeatedly charged and discharged as the charge carrier moves between the positive and negative electrodes. The electrolyte in the non-aqueous electrolyte secondary battery may be, for example, a non-aqueous electrolyte solution, a gel-like electrolyte, or a solid electrolyte. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery includes a battery generally called a lithium ion battery, a lithium secondary battery, or the like, a lithium polymer battery, a lithium ion capacitor, or the like. Hereinafter, as an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, a non-aqueous electrolyte liquid lithium ion secondary battery in which a laminated electrode body is housed in an outer body made of a laminated film will be described in detail.

図1は、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、リチウムイオン二次電池100は、外装体10の内部に電極体20と、非水電解液(図示せず)とを収容している。正極集電端子42の一端は外装体10の内部で正極50と電気的に接続されており、負極集電端子44の一端は、外装体10の内部で負極60と電気的に接続されている。また、正極集電端子42および負極集電端子44の他端は外装体10の外部に露出している。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a lithium ion secondary battery 100 according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 100 houses an electrode body 20 and a non-aqueous electrolytic solution (not shown) inside the exterior body 10. One end of the positive electrode current collecting terminal 42 is electrically connected to the positive electrode 50 inside the exterior body 10, and one end of the negative electrode current collecting terminal 44 is electrically connected to the negative electrode 60 inside the exterior body 10. .. Further, the other ends of the positive electrode current collecting terminal 42 and the negative electrode current collecting terminal 44 are exposed to the outside of the exterior body 10.

外装体10は、ラミネートフィルムによって袋状に形成されている。外装体10は電極体20と非水電解液とを内部に収容する収容空間を有しており、該収容空間の周縁を熱溶着(ヒートシール)することで封止することができる。
ラミネートフィルムを構成する材質には特に制限はなく、典型的には、箔状の金属と樹脂シートが貼り合わされる構成のものが使用され得る。例えば、熱溶着のための無延伸ポリプロピレンフィルム(CPP)の表面に、耐熱性、シール強度、耐衝撃性等を付与する目的で、アルミニウム等の金属層を設け、さらに該金属層の表面にポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリアミド(PA)、あるいはナイロン製フィルム等からなる外部樹脂層を設けた三層構造のラミネートフィルムを用いることができる。
The exterior body 10 is formed in a bag shape by a laminated film. The exterior body 10 has a storage space for accommodating the electrode body 20 and the non-aqueous electrolytic solution inside, and can be sealed by heat welding (heat sealing) the peripheral edge of the accommodation space.
The material constituting the laminated film is not particularly limited, and typically, a material in which a foil-shaped metal and a resin sheet are bonded to each other can be used. For example, a metal layer such as aluminum is provided on the surface of a non-stretched polypropylene film (CPP) for heat welding for the purpose of imparting heat resistance, sealing strength, impact resistance, etc., and polyethylene is further provided on the surface of the metal layer. A laminated film having a three-layer structure provided with an external resin layer made of terephthalate (PET), polyamide (PA), a nylon film, or the like can be used.

電極体20は、正極50および負極60の電極シートがセパレータ70を介して絶縁された状態で複数積層されて構成される。正極50および負極60の電極シートは矩形状の幅広面を備えており、該幅広面同士が対向するように積層されている。なお、ここでは電極体20の積層方向は厚み方向Tである。 The electrode body 20 is configured by laminating a plurality of electrode sheets of the positive electrode 50 and the negative electrode 60 in a state of being insulated by the separator 70. The electrode sheets of the positive electrode 50 and the negative electrode 60 have wide rectangular surfaces, and the wide surfaces are laminated so as to face each other. Here, the stacking direction of the electrode body 20 is the thickness direction T.

正極50の電極シート(正極シート)は、矩形状の幅広面を有するシート状の正極集電体52と、該正極集電体52の表面に塗工された正極合材層54と、を備えている。正極集電体52の幅方向(図1中のW方向)の片側の縁部には、正極合材層54が形成されていない正極集電体露出部が設けられている。積層された正極シートそれぞれの正極集電体露出部を上記積層方向(図1中T方向)から束状に接合することにより、正極端子接合部56が形成されている。
負極60の電極シート(負極シート)は、矩形状の幅広面を有するシート状の負極集電体62と、該負極集電体62の表面に塗工された負極合材層64と、を備えている。負極集電体62の幅方向(図1中のW方向)の片側の縁部には、負極合材層64が形成されていない負極集電体露出部が設けられている。積層された負極シートそれぞれの負極集電体露出部を上記積層方向(図1中T方向)から束状に接合することにより、負極端子接合部66が形成されている。
The electrode sheet (positive electrode sheet) of the positive electrode 50 includes a sheet-shaped positive electrode current collector 52 having a wide rectangular surface, and a positive electrode mixture layer 54 coated on the surface of the positive electrode current collector 52. ing. A positive electrode current collector exposed portion on which the positive electrode mixture layer 54 is not formed is provided on one edge of the positive electrode current collector 52 in the width direction (W direction in FIG. 1). The positive electrode terminal joining portion 56 is formed by joining the exposed portions of the positive electrode current collectors of each of the laminated positive electrode sheets in a bundle shape from the above-mentioned stacking direction (T direction in FIG. 1).
The electrode sheet (negative electrode sheet) of the negative electrode 60 includes a sheet-shaped negative electrode current collector 62 having a wide rectangular surface, and a negative electrode mixture layer 64 coated on the surface of the negative electrode current collector 62. ing. A negative electrode current collector exposed portion on which the negative electrode mixture layer 64 is not formed is provided on one edge of the negative electrode current collector 62 in the width direction (W direction in FIG. 1). The negative electrode terminal joint portion 66 is formed by joining the exposed negative electrode current collectors of each of the laminated negative electrode sheets in a bundle from the stacking direction (T direction in FIG. 1).

正極集電端子42は板状の導電部材であり、一端が外装体10の内部で正極端子接合部56と接合されており、他端が外装体10の外部に露出している。正極集電端子42が外装体10を貫通する部分では、厚み方向Tから正極集電端子42を挟むように2枚のラミネートフィルムが重ね合わされており、正極集電端子42の表面にラミネートフィルムが溶着している。なお、かかる溶着の強度を向上させるために、樹脂からなる溶着フィルムを正極集電端子42とラミネートフィルムとの間に介入させてもよい。
負極集電端子44については、一端が負極端子接合部66と接合されていること以外は上述した正極集電端子42と同様の構成であってよい。
The positive electrode current collecting terminal 42 is a plate-shaped conductive member, one end of which is joined to the positive electrode terminal joining portion 56 inside the exterior body 10, and the other end of which is exposed to the outside of the exterior body 10. At the portion where the positive electrode current collecting terminal 42 penetrates the exterior body 10, two laminated films are laminated so as to sandwich the positive electrode current collecting terminal 42 from the thickness direction T, and the laminated film is formed on the surface of the positive electrode current collecting terminal 42. It is welded. In addition, in order to improve the strength of such welding, a welding film made of resin may be intervened between the positive electrode current collecting terminal 42 and the laminated film.
The negative electrode current collector terminal 44 may have the same configuration as the positive electrode current collector terminal 42 described above, except that one end thereof is joined to the negative electrode terminal joint portion 66.

ここで開示されるリチウムイオン二次電池100の正極50および負極60の少なくとも一方では、ここで開示される構成の合材層を有している。ここでは、正極50を例にここで開示される合材層の構成について説明する。 At least one of the positive electrode 50 and the negative electrode 60 of the lithium ion secondary battery 100 disclosed here has a composite material layer having the configuration disclosed here. Here, the configuration of the mixture layer disclosed here will be described by taking the positive electrode 50 as an example.

正極50は、正極集電体52と、該正極集電体52の表面に形成された正極合材層54とを備えている。正極集電体52としては、例えばアルミニウム箔を使用することができる。 The positive electrode 50 includes a positive electrode current collector 52 and a positive electrode mixture layer 54 formed on the surface of the positive electrode current collector 52. As the positive electrode current collector 52, for example, an aluminum foil can be used.

正極合材層54は、少なくとも、正極活物質と、バインダと、導電助剤とを備えている。また、正極合材層54は、導電助剤の少なくとも一種としてカーボンナノチューブ(CNT)を含んでいる。また、正極合材層54は、導電助剤の導電性向上のために一般的に使用される分散剤(例えばポリビニルアルコール等)を含んでいてもよい。
The positive electrode mixture layer 54 includes at least a positive electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent. Further, the positive electrode mixture layer 54 contains carbon nanotubes (CNTs) as at least one kind of conductive auxiliary agent. Further, the positive electrode mixture layer 54 may contain a dispersant (for example, polyvinyl alcohol or the like) generally used for improving the conductivity of the conductive auxiliary agent.

正極活物質としては、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に使用される正極活物質を用いることができ、例えば層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNiO、LiCoO、LiFeO、LiMn、LiNi0.5Mn1.5,LiCrMnO、LiFePO等)が挙げられる。 As the positive electrode active material, a positive electrode active material used for the positive electrode of a general lithium ion secondary battery can be used, and for example, a lithium composite metal oxide having a layered structure or a spinel structure (for example, LiNi 1/3 Co) can be used. 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiFeO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCrMnO 4 , LiFePO 4 , etc.).

バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。例えば、正極合材層54をペースト供給により形成する場合には、かかるペーストを構成する溶媒に均一に溶解または分散され得る性状のポリマーをバインダとして用いることができる。非水性のペーストを用いる場合には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)等のハロゲン化ビニル樹脂、ポリエチレンオキサイド(PEO)等のポリアルキレンオキサイドなど、有機溶媒に溶解するポリマー材料を用いることができる。また、水性のペーストを用いる場合には、水溶性のポリマー材料または水分散性のポリマー材料を好ましく採用し得る。その例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンラバー(SBR)等が挙げられる。この中でも、フッ素を構成元素に含むポリマーをバインダとして用いることが好ましく、例えば、PVDFやPTFE等を用いることが好ましい。
正極合材層54におけるバインダの割合は、正極合材層54全体を100質量%としたとき、典型的には0.5質量%以上、好ましくは1質量%以上、例えば1.5質量%以上であり、典型的には10質量%以下、好ましくは8質量%以下、例えば5質量%以下とすることができる。
As the binder, the same binder as that used for the positive electrode of a general lithium ion secondary battery can be appropriately adopted. For example, when the positive electrode mixture layer 54 is formed by supplying a paste, a polymer having properties that can be uniformly dissolved or dispersed in the solvent constituting the paste can be used as a binder. When a non-aqueous paste is used, a polymer material that dissolves in an organic solvent such as vinyl halide resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylidene chloride (PVDC) and polyalkylene oxide such as polyethylene oxide (PEO) is used. Can be used. When a water-based paste is used, a water-soluble polymer material or a water-dispersible polymer material can be preferably adopted. Examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR) and the like. Among these, it is preferable to use a polymer containing fluorine as a constituent element as a binder, and for example, PVDF, PTFE or the like is preferably used.
The proportion of the binder in the positive electrode mixture layer 54 is typically 0.5% by mass or more, preferably 1% by mass or more, for example, 1.5% by mass or more, when the entire positive electrode mixture layer 54 is 100% by mass. It is typically 10% by mass or less, preferably 8% by mass or less, for example, 5% by mass or less.

図2は、正極合材層54と正極集電体52との積層方向(図中T方向)における正極合材層54の断面におけるバインダの分布を説明するための断面模式図である。なお、正極活物質および導電助剤は図示しておらず、また、バインダ80を模式的に粒状に示しているが、実際の形状を反映させたものではない。
図2に示すように、正極合材層54に含まれるバインダ80は、正極合材層54の表層部(即ち、正極集電体52から遠い側)に偏在している。具体的には、正極合材層54と正極集電体52との積層方向(図中T方向)における正極合材層54の断面を上記積層方向に6等分したとき(即ち、図中T方向において、同じ厚みの6層となるように等分したとき)、正極集電体52から最も遠い層(図2中、A部)におけるバインダ80の濃度aと、正極集電体52に最も近い層(図2中、B部)におけるバインダ80の濃度bとが、a>bを具備している。このようにバインダが表層部に偏在することによって、正極集電体付近における正極活物質の密度が高くなるため、正極活物質と正極集電体との電子伝導性が向上し、電気抵抗を低減することができる。また、正極集電体付近では相対的にバインダ濃度が低いことにより正極集電体付近の正極合材層の柔軟性が向上し、正極合材層が正極集電体から剥離し難くなる。これにより、サイクル特性が向上する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the distribution of binders in the cross section of the positive electrode mixture layer 54 in the stacking direction (T direction in the figure) of the positive electrode mixture layer 54 and the positive electrode current collector 52. The positive electrode active material and the conductive auxiliary agent are not shown, and the binder 80 is schematically shown in the form of particles, but it does not reflect the actual shape.
As shown in FIG. 2, the binder 80 included in the positive electrode mixture layer 54 is unevenly distributed on the surface layer portion (that is, the side far from the positive electrode current collector 52) of the positive electrode mixture layer 54. Specifically, when the cross section of the positive electrode mixture layer 54 in the stacking direction (T direction in the figure) of the positive electrode mixture layer 54 and the positive electrode current collector 52 is divided into six equal parts in the stacking direction (that is, T in the figure). When the layers are equally divided into 6 layers having the same thickness in the direction), the concentration a of the binder 80 in the layer farthest from the positive electrode current collector 52 (part A in FIG. 2) and the highest concentration a in the positive electrode current collector 52. The concentration b of the binder 80 in the near layer (part B in FIG. 2) comprises a> b. Since the binders are unevenly distributed on the surface layer in this way, the density of the positive electrode active material in the vicinity of the positive electrode current collector is increased, so that the electron conductivity between the positive electrode active material and the positive electrode current collector is improved and the electrical resistance is reduced. can do. Further, since the binder concentration is relatively low in the vicinity of the positive electrode current collector, the flexibility of the positive electrode mixture layer in the vicinity of the positive electrode current collector is improved, and the positive electrode mixture layer is less likely to be peeled off from the positive electrode current collector. This improves the cycle characteristics.

従来であれば、バインダが表層部に偏在することによって、電解質が正極合材層中に供給される効率が低下するため、電気抵抗の低減効果およびサイクル特性の向上効果は得られなかった。しかしながら、本発明者により、バインダが正極合材層の表面に偏在していても、正極合材層中にカーボンナノチューブが含まれることで、正極合材層中への電解質の供給効率が向上する効果が見出され、優れた電池抵抗低減効果と優れたサイクル特性とを実現している。また、正極合材層がカーボンナノチューブを含むことによって、内部短絡が生じたときに、導電性の高いカーボンナノチューブに電流が集中し、カーボンナノチューブ付近が高温となるため、カーボンナノチューブに接している正極集電体(例えば、アルミニウム箔)をより早期に溶断することができる。これにより、短絡電流を遮断することができるため、安全性の高い非水電解質二次電池を実現することができる。また、バインダが表層部に偏在することにより、正極集電体付近に存在するカーボンナノチューブ量が増加するため、内部短絡時により早く正極集電体を溶断することができる。 Conventionally, since the binder is unevenly distributed on the surface layer portion, the efficiency of supplying the electrolyte into the positive electrode mixture layer is lowered, so that the effect of reducing the electric resistance and the effect of improving the cycle characteristics cannot be obtained. However, according to the present invention, even if the binder is unevenly distributed on the surface of the positive electrode mixture layer, the carbon nanotubes are contained in the positive electrode mixture layer, so that the efficiency of supplying the electrolyte into the positive electrode mixture layer is improved. The effect has been found, and excellent battery resistance reduction effect and excellent cycle characteristics have been realized. In addition, when the positive electrode mixture layer contains carbon nanotubes, when an internal short circuit occurs, the current concentrates on the carbon nanotubes with high conductivity, and the temperature near the carbon nanotubes becomes high, so that the positive electrode in contact with the carbon nanotubes. The current collector (eg, aluminum foil) can be fused earlier. As a result, the short-circuit current can be cut off, so that a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery can be realized. Further, since the binders are unevenly distributed on the surface layer portion, the amount of carbon nanotubes existing in the vicinity of the positive electrode current collector increases, so that the positive electrode current collector can be blown out more quickly when an internal short circuit occurs.

上記正極集電体52から最も遠い層(図2中、A部)におけるバインダ80の濃度aと、上記正極集電体52に最も近い層(図2中、B部)におけるバインダ80の濃度bの比(a/b)は1より大きければよいが、正極合材層54の形状保持の観点から、正極集電体に最も近い層にバインダが適量存在していることが好ましいため、例えばa/bは10以下であることが好ましい。また、a/bは1.2以上4以下(1.2≦a/b≦4)であることがより好ましく、かかる範囲によると、優れた電気抵抗低減効果とサイクル特性とを実現することができる。
なお、上記正極合材層54断面におけるバインダの濃度は、例えば電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)を用いて測定することができる。EPMAによりバインダが備える特有の構成元素(例えば、PVDFのフッ素)を検出し、正極合材層54断面にマッピングすることにより、正極集電体52から最も遠い層(図2中、A部)におけるバインダ80の濃度aと、正極集電体52に最も近い層(図2中、B部)におけるバインダ80の濃度bとの比(a/b)を求めることができる。なお、上記比(a/b)を求めるためのEPMAによる測定は、定性分析、半定量分析、定量分析のいずれであってもよい。
The concentration a of the binder 80 in the layer farthest from the positive electrode current collector 52 (part A in FIG. 2) and the concentration b of the binder 80 in the layer closest to the positive electrode current collector 52 (part B in FIG. 2). The ratio (a / b) may be larger than 1, but from the viewpoint of maintaining the shape of the positive electrode mixture layer 54, it is preferable that an appropriate amount of binder is present in the layer closest to the positive electrode current collector, so for example, a. / B is preferably 10 or less. Further, it is more preferable that a / b is 1.2 or more and 4 or less (1.2 ≦ a / b ≦ 4), and according to this range, an excellent electric resistance reduction effect and cycle characteristics can be realized. can.
The concentration of the binder in the cross section of the positive electrode mixture layer 54 can be measured using, for example, an electron probe microanalyzer (EPMA). By detecting the unique constituent elements (for example, fluorine of PVDF) contained in the binder by EPMA and mapping them to the cross section of the positive electrode mixture layer 54, the layer farthest from the positive electrode current collector 52 (part A in FIG. 2). The ratio (a / b) of the concentration a of the binder 80 to the concentration b of the binder 80 in the layer closest to the positive electrode current collector 52 (part B in FIG. 2) can be obtained. The measurement by EPMA for obtaining the above ratio (a / b) may be any of qualitative analysis, semi-quantitative analysis, and quantitative analysis.

正極合材層54に含まれるカーボンナノチューブとしては、例えば、単層カーボンナノチューブ(Single-walled Carbon Nanotube : SWCN)、二層カーボンナノチューブ(Double-walled Carbon Nanotube : DWCN)、多層カーボンナノチューブ(Multi-walled Carbon Nanotube : MWCN)等を用いることができる。これらは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザアブレーション法、化学気相成長法等により製造されたものであってよい。
Examples of the carbon nanotubes contained in the positive electrode mixture layer 54 include single-walled carbon nanotubes (SWCN), double-walled carbon nanotubes (DWCN), and multi-walled carbon nanotubes (Multi-walled). Carbon Nanotube: MWCN) etc. can be used. These can be used alone or in combination of two or more.
The carbon nanotubes may be manufactured by an arc discharge method, a laser ablation method, a chemical vapor deposition method, or the like.

カーボンナノチューブの平均長さは特に限定されるものではないが、典型的には0.1μm以上であり、例えば1μm以上または2μm以上であり得る。また、カーボンナノチューブの平均長さが長いと、カーボンナノチューブが凝集し、電子伝導性向上効果が得られにくい傾向があるため、カーボンナノチューブの平均長さは、典型的には、100μm以下であり、75μm以下または50μm以下であり得る。
カーボンナノチューブの平均外径(直径)は、特に限定されるものではないが、典型的には0.1nm以上100nm以下であり、例えば1nm以上20nm以下である。
The average length of the carbon nanotubes is not particularly limited, but is typically 0.1 μm or more, and can be, for example, 1 μm or more or 2 μm or more. Further, if the average length of the carbon nanotubes is long, the carbon nanotubes tend to aggregate and it tends to be difficult to obtain the effect of improving the electron conductivity. Therefore, the average length of the carbon nanotubes is typically 100 μm or less. It can be 75 μm or less or 50 μm or less.
The average outer diameter (diameter) of the carbon nanotube is not particularly limited, but is typically 0.1 nm or more and 100 nm or less, for example, 1 nm or more and 20 nm or less.

カーボンナノチューブのアスペクト比(長さ/外径)は、特に限定されるものではないが150以上であることが好ましい。かかるアスペクト比であれば、正極合材層中への電解質の供給効率および電子伝導性が向上し、電気抵抗をより低減することができる。また、かかるアスペクト比のカーボンナノチューブを含むことにより、正極合材層と正極集電体との界面における剥離強度が向上するため、サイクル特性が向上する。また、カーボンナノチューブの凝集を抑制する観点から、アスペクト比は例えば6300以下であることが好ましい。また、アスペクト比が200以上5000以下であることがより好ましく、200以上3030以下であることがさらに好ましい。かかる範囲によると、電解質の供給効率および電子伝導性がより向上し、正極合材層と正極集電体との界面の剥離強度もさらに向上するため、より優れた電気抵抗低減効果およびサイクル特性を実現することができる。 The aspect ratio (length / outer diameter) of the carbon nanotubes is not particularly limited, but is preferably 150 or more. With such an aspect ratio, the efficiency of supplying the electrolyte into the positive electrode mixture layer and the electron conductivity can be improved, and the electric resistance can be further reduced. Further, by including the carbon nanotubes having such an aspect ratio, the peel strength at the interface between the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector is improved, so that the cycle characteristics are improved. Further, from the viewpoint of suppressing aggregation of carbon nanotubes, the aspect ratio is preferably 6300 or less, for example. Further, the aspect ratio is more preferably 200 or more and 5000 or less, and further preferably 200 or more and 3030 or less. According to this range, the supply efficiency and electron conductivity of the electrolyte are further improved, and the peel strength at the interface between the positive electrode mixture layer and the positive electrode current collector is further improved, so that a better electric resistance reduction effect and cycle characteristics can be obtained. It can be realized.

正極合材層54には、導電助剤として、カーボンナノチューブの他に一種以上の導電助剤が組み合わされて使用され得る。例えば、かかる導電助剤としては、例えばカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャネルブラック等)、グラファイト等の炭素材料を用いることができる。
正極合材層54における導電助剤全体の割合は、正極合材層54全体を100質量%としたとき、典型的には1質量%以上、好ましくは8質量%以上、例えば16質量%以上であり、典型的には20質量%以下、例えば18質量%以下とすることができる。
In the positive electrode mixture layer 54, one or more conductive aids may be used in combination in addition to the carbon nanotubes as the conductive auxiliary agent. For example, as the conductive auxiliary agent, a carbon material such as carbon black (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, etc.), graphite, or the like can be used.
The ratio of the entire conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture layer 54 is typically 1% by mass or more, preferably 8% by mass or more, for example, 16% by mass or more, when the entire positive electrode mixture layer 54 is 100% by mass. Yes, typically 20% by mass or less, for example 18% by mass or less.

正極合材層54に含まれる導電助剤全体に対するカーボンナノチューブの割合は、特に制限されるものではないが、2質量%以上80質量%以下であることが好ましく、3質量%以上70質量%以下であることがより好ましい。かかる割合であれば、カーボンナノチューブと他の導電助剤の電子伝導性向上効果が好適に発揮される。
また、正極合材層54におけるカーボンナノチューブの割合は、正極合材層54全体を100質量%としたとき、典型的には0.1質量%以上、好ましくは0.32質量%以上、例えば0.48質量%以上であり、典型的には16質量%以下、好ましくは、12.8質量%以下、例えば、11.2質量%以下とすることができる。
The ratio of carbon nanotubes to the entire conductive auxiliary agent contained in the positive electrode mixture layer 54 is not particularly limited, but is preferably 2% by mass or more and 80% by mass or less, and 3% by mass or more and 70% by mass or less. Is more preferable. At such a ratio, the effect of improving the electron conductivity of the carbon nanotube and other conductive auxiliary agents is suitably exhibited.
The proportion of carbon nanotubes in the positive electrode mixture layer 54 is typically 0.1% by mass or more, preferably 0.32% by mass or more, for example, 0, when the entire positive mixture layer 54 is 100% by mass. It can be .48% by mass or more, typically 16% by mass or less, preferably 12.8% by mass or less, for example 11.2% by mass or less.

ここで開示される構成の正極合材層54の製造方法としては、まず、正極活物質と、カーボンナノチューブを含む導電助剤と、バインダと、必要に応じて用いられる材料(分散剤等)とを適当な溶媒(例えばN-メチル-2-ピロリドン:NMP)に分散させ、ペースト状(またはスラリー状)の組成物を調製し、該組成物の適当量を正極集電体52の表面に塗工する。その後、例えば、200℃の乾燥炉でドライエアーを当てながら1分~5分間乾燥させた後、150℃の乾燥炉で1分~10分間乾燥させ、さらに110℃で20分間乾燥させることにより正極合材層54を製造することができる。 As a method for producing the positive electrode mixture layer 54 having the configuration disclosed here, first, a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent containing carbon nanotubes, a binder, and a material (dispersant or the like) used as necessary are used. Is dispersed in a suitable solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to prepare a paste-like (or slurry-like) composition, and an appropriate amount of the composition is applied to the surface of the positive electrode current collector 52. Work. Then, for example, it is dried in a drying oven at 200 ° C. for 1 to 5 minutes while being exposed to dry air, then dried in a drying oven at 150 ° C. for 1 to 10 minutes, and further dried at 110 ° C. for 20 minutes to obtain a positive electrode. The mixed material layer 54 can be manufactured.

以上、正極50を例にここで開示される構成の電極について説明したが、負極60がここで開示される構成の電極を有する場合は、上述した正極50と同様の構成であればよい。ただし、各種材料は一般的にリチウムイオン二次電池の負極に使用され得るものに変更する。 The electrodes having the configuration disclosed here have been described above by taking the positive electrode 50 as an example. However, when the negative electrode 60 has the electrodes having the configuration disclosed here, the same configuration as the positive electrode 50 described above may be used. However, various materials are generally changed to those that can be used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery.

負極60が備える負極集電体62としては、例えば銅箔を使用することができる。負極60が備える負極合材層64は、負極活物質を含んでおり、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料等を使用し得る。また、負極合材層64は、バインダ、増粘剤等をさらに含んでいてもよい。バインダとしては、上述した正極50に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができ、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等を使用し得る。なお、負極60がここで開示される電極の構成を有する場合、導電助剤として少なくともカーボンナノチューブを含み、かかるカーボンナノチューブは、上述した正極50に使用されるカーボンナノチューブと同様であればよい。
負極合材層64は、負極活物質と必要に応じて用いられる材料(バインダ等)とを適当な溶媒(例えばイオン交換水)に分散させ、ペースト状(またはスラリー状)の組成物を調製し、該組成物の適当量を負極集電体62の表面に塗工し、乾燥することによって形成することができる。
As the negative electrode current collector 62 included in the negative electrode 60, for example, a copper foil can be used. The negative electrode mixture layer 64 included in the negative electrode 60 contains a negative electrode active material, and for example, a carbon material such as graphite, hard carbon, or soft carbon can be used. Further, the negative electrode mixture layer 64 may further contain a binder, a thickener and the like. As the binder, the same binder as that used for the positive electrode 50 described above can be appropriately adopted, and for example, styrene butadiene rubber (SBR) or the like can be used. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used. When the negative electrode 60 has the electrode configuration disclosed here, it may contain at least carbon nanotubes as a conductive auxiliary agent, and the carbon nanotubes may be the same as the carbon nanotubes used for the positive electrode 50 described above.
In the negative electrode mixture layer 64, a negative electrode active material and a material (binder or the like) used as needed are dispersed in an appropriate solvent (for example, ion-exchanged water) to prepare a paste-like (or slurry-like) composition. , An appropriate amount of the composition can be applied to the surface of the negative electrode current collector 62 and dried.

セパレータ70としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様の各種微多孔質シートを用いることができ、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂から成る微多孔質樹脂シートが挙げられる。かかる微多孔質樹脂シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。また、セパレータ70の表面には、耐熱層(HRL)を備えていてもよい。 As the separator 70, various microporous sheets similar to those conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used, and for example, a microporous resin made of a resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). The sheet is mentioned. The microporous resin sheet may have a single-layer structure or a multi-layer structure having two or more layers (for example, a three-layer structure in which PP layers are laminated on both sides of a PE layer). Further, the surface of the separator 70 may be provided with a heat resistant layer (HRL).

非水電解液は従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用可能であり、典型的には非水溶媒中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒を用いることができる。なかでも、カーボネート類、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等を好適に採用し得る。あるいは、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(F-DMC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)のようなフッ素化カーボネート等のフッ素系溶媒を好ましく用いることができる。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。支持塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO等のリチウム塩を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、特に限定されるものではないが、0.7mol/L以上1.3mol/L以下程度が好ましい。
なお、上記非水電解質は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒、支持塩以外の成分を含んでいてもよく、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含み得る。
As the non-aqueous electrolyte solution, the same one as that of the conventional lithium ion secondary battery can be used, and typically, a non-aqueous solvent containing a supporting salt can be used. As the non-aqueous solvent, an aprotic solvent such as carbonates, esters, ethers and the like can be used. Among them, carbonates such as ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and the like can be preferably adopted. Alternatively, a fluorinated solvent such as a fluorinated carbonate such as monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), monofluoromethyldifluoromethyl carbonate (F-DMC) and trifluorodimethylcarbonate (TFDMC) is preferably used. be able to. As such a non-aqueous solvent, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination as appropriate. As the supporting salt, for example, lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 can be preferably used. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but is preferably about 0.7 mol / L or more and 1.3 mol / L or less.
The non-aqueous electrolyte may contain components other than the above-mentioned non-aqueous solvent and supporting salt as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. It may contain various additives such as thickeners.

リチウムイオン二次電池100は、各種用途に利用可能である。例えば、車両に搭載されるモーター用の高出力動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、典型的には自動車、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等が挙げられる。リチウムイオン二次電池100は、複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。 The lithium ion secondary battery 100 can be used for various purposes. For example, it can be suitably used as a high-output power source (driving power source) for a motor mounted on a vehicle. The type of vehicle is not particularly limited, but typically examples thereof include automobiles, for example, plug-in hybrid vehicles (PHVs), hybrid vehicles (HVs), electric vehicles (EVs), and the like. The lithium ion secondary battery 100 can also be used in the form of an assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries 100 are electrically connected.

以上、一例として積層電極体を備えたラミネート型のリチウムイオン二次電池について詳細に説明したが、これは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に記載した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、積層電極体の代わりに、正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して捲回した捲回電極体を備えていてもよい。また、外装体10の代わりに、アルミニウム等の金属材料で構成された電池ケースを用いてもよい。また、電解質として固体電解質を使用する全固体電池や、ポリマー電解質を使用するポリマー電池であってもよい。 As described above, a laminated lithium ion secondary battery provided with a laminated electrode body has been described in detail as an example, but this is merely an example and does not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the above-described embodiments. For example, instead of the laminated electrode body, a wound electrode body in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are wound via a separator sheet may be provided. Further, instead of the exterior body 10, a battery case made of a metal material such as aluminum may be used. Further, an all-solid-state battery using a solid electrolyte as an electrolyte or a polymer battery using a polymer electrolyte may be used.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such examples.

[実験1]
<正極シートの作製>
(例1)
正極活物質として、LiFePOの粉末と、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、分散剤としてのポリビニルアルコールを、正極活物質:導電助剤:バインダ:分散剤=80:16:3.8:0.2の質量比となるように準備し、固形分が46質量%となるように分散媒であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に加え、プラネタリーミキサーを用いて混合した。このようにして、正極合材層形成用ペーストを調製した。
次に、上記正極合材形成用ペーストを、ダイコータを用いて帯状のアルミニウム箔の両面に塗布した。そして、120℃の乾燥炉で12時間乾燥させた。乾燥した正極合材層形成用ペーストを備えたアルミニウム箔をプレス処理することにより、正極シートを作製した。
[Experiment 1]
<Manufacturing of positive electrode sheet>
(Example 1)
LiFePO 4 powder as the positive electrode active material, acetylene black (AB) as the conductive auxiliary agent, polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder, polyvinyl alcohol as the dispersant, positive electrode active material: conductive auxiliary agent: binder: Prepare to have a mass ratio of dispersant = 80: 16: 3.8: 0.2, and add to the dispersion medium N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) so that the solid content is 46% by mass. , Mixed using a planetary mixer. In this way, a paste for forming a positive electrode mixture layer was prepared.
Next, the paste for forming the positive electrode mixture was applied to both sides of the strip-shaped aluminum foil using a die coater. Then, it was dried in a drying oven at 120 ° C. for 12 hours. A positive electrode sheet was produced by pressing an aluminum foil provided with a dry paste for forming a positive electrode mixture layer.

(例2)
例1の正極シートの作製方法のうち、乾燥条件を変更した。例1と同一の正極合材形成用ペーストを、ダイコータを用いて帯状のアルミニウム箔の両面に塗布した。そして、200℃の乾燥炉でドライエアーを当てながら1分~5分間乾燥させた後、150℃の乾燥炉で1分~10分間乾燥させた。その後、さらに110℃で20分間乾燥させた。乾燥した正極合材層形成用ペーストを備えたアルミニウム箔をプレス処理することにより、正極シートを作製した。
(例3~4)
例1の正極合材層形成用ペーストのうち、導電助剤をAB:カーボンナノチューブ(CNT)=50:50の質量比となるように変更し、これ以外は例1と同様にして正極合材層形成用ペーストおよび正極シートを調製した。なお、ここで用いたCNTのアスペクト比は150である。
(例5~11)
例1の正極合材層形成用ペーストのうち、導電助剤をAB:カーボンナノチューブ(CNT)=50:50の質量比となるように変更し、これ以外は同様にして正極合材層形成用ペーストを調製した。そして、ダイコータを用いて帯状のアルミニウム箔の両面に塗布した後、例2と同様に、200℃の乾燥炉でドライエアーを当てながら1分~5分間乾燥させた後、150℃の乾燥炉で1分~10分間乾燥させた。その後、さらに110℃で20分間乾燥させた。乾燥した正極合材層形成用ペーストを備えたアルミニウム箔をプレス処理することにより、正極シートを作製した。なお、例5~11においては、乾燥時間を上記範囲内でそれぞれ異なるように実施した。また、ここで用いたCNTのアスペクト比は150である。
(Example 2)
Among the methods for producing the positive electrode sheet of Example 1, the drying conditions were changed. The same positive electrode mixture forming paste as in Example 1 was applied to both sides of the strip-shaped aluminum foil using a die coater. Then, it was dried in a drying oven at 200 ° C. for 1 minute to 5 minutes while being exposed to dry air, and then dried in a drying oven at 150 ° C. for 1 minute to 10 minutes. Then, it was further dried at 110 ° C. for 20 minutes. A positive electrode sheet was produced by pressing an aluminum foil provided with a dry paste for forming a positive electrode mixture layer.
(Examples 3-4)
Of the paste for forming the positive electrode mixture layer of Example 1, the conductive auxiliary agent was changed so that the mass ratio was AB: carbon nanotube (CNT) = 50: 50, and other than that, the positive electrode mixture was the same as in Example 1. A layer-forming paste and a positive electrode sheet were prepared. The aspect ratio of the CNT used here is 150.
(Examples 5 to 11)
Among the pastes for forming the positive electrode mixture layer of Example 1, the conductive auxiliary agent was changed so that the mass ratio was AB: carbon nanotube (CNT) = 50: 50, and other than that, the same was applied for forming the positive electrode mixture layer. The paste was prepared. Then, after applying it to both sides of the strip-shaped aluminum foil using a die coater, it is dried in a drying oven at 200 ° C. for 1 to 5 minutes while applying dry air, and then in a drying oven at 150 ° C. It was dried for 1 to 10 minutes. Then, it was further dried at 110 ° C. for 20 minutes. A positive electrode sheet was produced by pressing an aluminum foil provided with a dry paste for forming a positive electrode mixture layer. In Examples 5 to 11, the drying time was set to be different within the above range. The aspect ratio of the CNT used here is 150.

<評価用リチウムイオン二次電池の作製>
負極活物質として天然黒鉛(C)と、バインダとしてスチレンブタジエンラバー(SBR)と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を準備し、C:SBR:CMC=94:4:4の質量比となるように秤量し、固形分率が66質量%となるようにイオン交換水と混合した。このようにして負極合材層形成用ペーストを調製した。
そして、ダイコータを用いて帯状の銅箔の両面に塗布した後、100℃の乾燥炉で10時間乾燥させた。乾燥した負極合材層形成用ペーストを備えた銅箔をプレス処理することにより、負極シートを作製した。
<Manufacturing of lithium-ion secondary battery for evaluation>
Natural graphite (C) is prepared as the negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) is prepared as the binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) is prepared as the thickener, and the mass ratio is C: SBR: CMC = 94: 4: 4. Weighed in this manner and mixed with ion-exchanged water so that the solid content ratio was 66% by mass. In this way, a paste for forming a negative electrode mixture layer was prepared.
Then, after applying to both sides of the strip-shaped copper foil using a die coater, it was dried in a drying oven at 100 ° C. for 10 hours. A negative electrode sheet was produced by pressing a copper foil provided with a dried paste for forming a negative electrode mixture layer.

また、セパレータシートとしてPP/PE/PPの三層構造を有する多孔性ポリオレフィンシートを用意した。 Further, as a separator sheet, a porous polyolefin sheet having a three-layer structure of PP / PE / PP was prepared.

上記作製した正極シートと負極シートとを上記セパレータシートを介して対向させて積層し、積層型電極体を作製した。該積層型電極体に集電端子を取り付け、アルミラミネート型袋に収容した。そして、積層電極体に非水電解液を含浸させ、アルミラミネート袋の開口部を封止し密閉することによって各例の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)をを1:3の体積比で混合した混合溶媒に、支持塩としてのLiPFを1.0mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。 The positive electrode sheet and the negative electrode sheet produced above were laminated so as to face each other via the separator sheet to produce a laminated electrode body. A current collector terminal was attached to the laminated electrode body and housed in an aluminum laminated bag. Then, the laminated electrode body was impregnated with a non-aqueous electrolytic solution, and the opening of the aluminum laminated bag was sealed and sealed to prepare a lithium ion secondary battery for evaluation of each example. As the non-aqueous electrolytic solution, LiPF 6 as a supporting salt was dissolved at a concentration of 1.0 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 3. I used the one that was made to.

<正極合材層のバインダ分布の評価>
上記製造した各例の正極シートを、アルミニウム箔と正極合材層との積層方向に切断し、その切断面におけるフッ素原子(F)濃度をEPMAにより測定した。そして、かかる正極合材層の切断面を正極合材層とアルミニウム箔の積層方向に6等分し、最もアルミニウム箔から遠い層(A部)におけるフッ素原子濃度aと、最もアルミニウム箔に近い層(B部)におけるフッ素原子濃度bとの比(a/b)を求めた。フッ素原子濃度はバインダであるPVDFの濃度と比例するため、上記フッ素原子濃度aとbとの比(a/b)はバインダ濃度の比を示している。結果を表1に示す。また、図3に代表図として、例7の正極合材層の切断面におけるEPMAによるフッ素原子のマッピング図を示す。図3において、白と黒の濃淡によってフッ素原子の濃度を示しており、白色が濃い部分ほどフッ素原子濃度が高いことを示す。なお、フッ素原子濃度aは、A部に存在する原子全体に対するフッ素原子の質量%の値を示し、フッ素原子濃度bは、B部に存在する原子全体に対するフッ素原子の質量%の値を示す。
<Evaluation of binder distribution in positive electrode mixture layer>
The positive electrode sheet of each of the above-mentioned manufactured examples was cut in the stacking direction of the aluminum foil and the positive electrode mixture layer, and the fluorine atom (F) concentration on the cut surface was measured by EPMA. Then, the cut surface of the positive electrode mixture layer is divided into six equal parts in the layering direction of the positive electrode mixture layer and the aluminum foil, and the fluorine atom concentration a in the layer (part A) farthest from the aluminum foil and the layer closest to the aluminum foil. The ratio (a / b) to the fluorine atom concentration b in (part B) was determined. Since the fluorine atom concentration is proportional to the concentration of PVDF which is a binder, the ratio (a / b) of the fluorine atom concentration a and b indicates the ratio of the binder concentration. The results are shown in Table 1. Further, as a representative diagram, FIG. 3 shows a mapping diagram of fluorine atoms by EPMA on the cut surface of the positive electrode mixture layer of Example 7. In FIG. 3, the concentration of fluorine atoms is shown by the shades of white and black, and the darker the white part, the higher the concentration of fluorine atoms. The fluorine atom concentration a indicates the value of the mass% of the fluorine atom with respect to the whole atom existing in the part A, and the fluorine atom concentration b indicates the value of the mass% of the fluorine atom with respect to the whole atom existing in the part B.

<活性化処理と初期容量測定>
上記作製した各評価用リチウムイオン二次電池を25℃の環境下に置いた。初回充電電量は定電流-定電圧方式とし、各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、電流値が1/50Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態にした。その後、各評価用リチウムイオン二次電池を1/3Cの電流値で3.0Vまで定電流放電した。このときの放電容量を測定して初期容量を求めた。なお、ここで「1C」とは、1時間でSOC(state of charge)を0%から100%まで充電できる電流の大きさのことをいう。
<Activation treatment and initial volume measurement>
Each of the prepared lithium ion secondary batteries for evaluation was placed in an environment of 25 ° C. The initial charge power is a constant current-constant voltage method, and each evaluation lithium ion secondary battery is constantly charged to 4.2 V with a current value of 1 / 3C, and then fixed until the current value reaches 1 / 50C. The voltage was charged and the battery was fully charged. Then, each evaluation lithium ion secondary battery was constantly discharged to 3.0 V at a current value of 1 / 3C. The discharge capacity at this time was measured to obtain the initial capacity. Here, "1C" means the magnitude of the current that can charge the SOC (state of charge) from 0% to 100% in one hour.

<規格化電池抵抗の測定>
上記活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を、3.70Vの開放電圧に調整し、-5℃の温度環境下に置いた。3Cの電流値で8秒間放電し、このときの電圧変化量ΔVを求めた。また、20Cの電流値を求めた。そして、20Cの電流値とΔVとを用いて電池抵抗を算出した。例1の評価用リチウムイオン二次電池の抵抗を1.0とした場合の、各例の評価用リチウムイオン二次電池の抵抗の比を求めた。結果を表1に示す。
<Measurement of standardized battery resistance>
Each of the activated lithium ion secondary batteries for evaluation was adjusted to an open circuit voltage of 3.70 V and placed in a temperature environment of −5 ° C. The battery was discharged at a current value of 3C for 8 seconds, and the voltage change amount ΔV at this time was obtained. Moreover, the current value of 20C was obtained. Then, the battery resistance was calculated using the current value of 20C and ΔV. When the resistance of the evaluation lithium ion secondary battery of Example 1 was 1.0, the ratio of the resistance of the evaluation lithium ion secondary battery of each example was determined. The results are shown in Table 1.

<容量保持率の測定>
上記活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を3.3Vの開放電圧に調整し、60℃の環境下に置いた。充放電は定電流方式とし、1Cの電流値で4.2Vまで充電し、その後1Cの電流値で3.3Vまで放電した。この充放電を1サイクルとして、200サイクル繰り返した。その後、200サイクル後の放電容量を上記初期容量と同様の方法で測定した。そして、(200サイクル後の放電容量/初期容量)×100の値を算出することにより、容量保持率(%)を求めた。結果を表1に示す。
<Measurement of capacity retention rate>
Each of the activated lithium ion secondary batteries for evaluation was adjusted to an open circuit voltage of 3.3 V and placed in an environment of 60 ° C. The charge / discharge was a constant current method, and the battery was charged to 4.2 V at a current value of 1 C and then discharged to 3.3 V at a current value of 1 C. This charge / discharge was set as one cycle, and 200 cycles were repeated. Then, the discharge capacity after 200 cycles was measured by the same method as the above initial capacity. Then, the capacity retention rate (%) was obtained by calculating the value of (discharge capacity after 200 cycles / initial capacity) × 100. The results are shown in Table 1.

<安全性試験による安全性評価>
上記活性化した各評価用リチウムイオン二次電池を、1/3Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、電流値が1/10Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態にした。その後、満充電状態になった各評価用リチウムイオン二次電池を25℃の環境下に置いた。次に、各評価用リチウムイオン二次電池の中央付近に直径3mmの鉄製の釘を10mm/secの速度で貫通させた。このときの各評価用リチウムイオン二次電池の外表面温度を熱電対で測定し、最高温度を測定した。このときの最高温度が250℃未満であった場合を「〇」、250℃以上であった場合を「×」として、表1に示す。
<Safety evaluation by safety test>
Each of the activated lithium-ion secondary batteries for evaluation is charged with a constant current of 4.2 V at a current value of 1 / 3C, and then charged with a constant voltage until the current value reaches 1 / 10C to be fully charged. I made it into a state. Then, each evaluation lithium ion secondary battery in a fully charged state was placed in an environment of 25 ° C. Next, an iron nail having a diameter of 3 mm was passed through the vicinity of the center of each evaluation lithium ion secondary battery at a speed of 10 mm / sec. At this time, the outer surface temperature of each evaluation lithium ion secondary battery was measured with a thermocouple, and the maximum temperature was measured. Table 1 shows the case where the maximum temperature at this time is less than 250 ° C. as “◯” and the case where the maximum temperature is 250 ° C. or higher as “x”.

Figure 2022100812000002
Figure 2022100812000002

例1、例3および例4は、従来実施される乾燥方法(例、120℃で2時間~12時間)により正極シートを作製した場合である。これによると、表1に示すように、正極合材層に含まれるバインダは、アルミニウム箔から最も遠いA部に偏在することはなく、アルミニウム箔に最も近いB部に、より多く分布することがわかる。また、例1と例3および例4を比較すると、正極合材層にカーボンナノチューブ(CNT)含まれることにより、電池抵抗がわずかに低減し、容量保持率もわずかに向上していることがわかる。しかしながら、例1、例3および例4は、いずれも安全性試験の評価は良好ではなかった。
また、例2では、正極合材層にCNTを含んでおらず、例1の乾燥条件よりも高温で短時間の乾燥を行い、正極シートを作製した。この方法によると、正極合材層に含まれるバインダは、アルミニウム箔から最も遠いA部に偏在することがわかる。電池性能の評価試験では、例1よりも規格化電池抵抗(電池の内部抵抗)が増加し、容量維持率も低下することから、CNTを含まず、バインダがA部に偏在する正極合材層は好ましくないことがわかる。
Examples 1, 3 and 4 are cases where a positive electrode sheet is prepared by a conventional drying method (eg, 2 hours to 12 hours at 120 ° C.). According to this, as shown in Table 1, the binder contained in the positive electrode mixture layer is not unevenly distributed in the A portion farthest from the aluminum foil, but is more distributed in the B portion closest to the aluminum foil. Recognize. Further, comparing Example 1 with Example 3 and Example 4, it can be seen that the inclusion of carbon nanotubes (CNT) in the positive electrode mixture layer slightly reduces the battery resistance and slightly improves the capacity retention rate. .. However, in Example 1, Example 3 and Example 4, the evaluation of the safety test was not good.
Further, in Example 2, the positive electrode mixture layer did not contain CNTs, and was dried at a higher temperature for a shorter time than the drying conditions of Example 1 to prepare a positive electrode sheet. According to this method, it can be seen that the binder contained in the positive electrode mixture layer is unevenly distributed in the A portion farthest from the aluminum foil. In the battery performance evaluation test, the standardized battery resistance (internal resistance of the battery) increases and the capacity retention rate also decreases compared to Example 1. Therefore, the positive electrode mixture layer does not contain CNTs and the binder is unevenly distributed in the A part. Turns out to be unfavorable.

その一方で、CNTを含み、バインダがA部に偏在する(即ち、B部よりもA部の方がバインダ濃度が高い)例5~11では、例1よりも規格化電池抵抗が低く、容量保持率が向上した。さらに、安全性試験においても良好な結果であった。したがって、CNTを含み、かつ、バインダがA部に偏在する(即ち、a>b)正極合材層を備えるリチウムイオン二次電池は、優れた電池抵抗低減効果および優れたサイクル特性を備え、さらに、安全性の高い非水電解質二次電池を実現できることがわかる。なかでも、1.2≦a/b≦4を具備する例6~9では、特に優れた電気抵抗低減効果およびサイクル特性向上効果を実現できることがわかる。 On the other hand, in Examples 5 to 11 including CNTs and the binders are unevenly distributed in the A part (that is, the binder concentration is higher in the A part than in the B part), the standardized battery resistance is lower and the capacity is lower than in the example 1. The retention rate has improved. Furthermore, the safety test also gave good results. Therefore, a lithium ion secondary battery containing a CNT and having a positive electrode mixture layer in which the binder is unevenly distributed in the A portion (that is, a> b) has an excellent battery resistance reducing effect and excellent cycle characteristics, and further. It can be seen that a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery can be realized. Among them, it can be seen that in Examples 6 to 9 having 1.2 ≦ a / b ≦ 4, a particularly excellent electric resistance reducing effect and cycle characteristic improving effect can be realized.

[実験2]
(例12~17)
例7の正極合材層形成用ペーストに含まれるアスペクト比が150のCNTを、アスペクト比が200~6300のCNTに変更した。これ以外は例7と同様にして評価用リチウムイオン二次電池を製造した。また、上述した正極合材層のバインダ分布の評価、活性化処理と初期容量測定、規格化電池抵抗の測定、容量保持率の測定および安全性試験による安全性評価を同様に行った。例1~2、例7、例12~17の結果を表2に示す。
[Experiment 2]
(Examples 12 to 17)
The CNTs having an aspect ratio of 150 contained in the paste for forming the positive electrode mixture layer of Example 7 were changed to CNTs having an aspect ratio of 200 to 6300. Except for this, a lithium ion secondary battery for evaluation was manufactured in the same manner as in Example 7. In addition, the above-mentioned evaluation of the binder distribution of the positive electrode mixture layer, the activation treatment and the initial capacity measurement, the measurement of the standardized battery resistance, the measurement of the capacity retention rate, and the safety evaluation by the safety test were carried out in the same manner. The results of Examples 1 to 2, Examples 7, and Examples 12 to 17 are shown in Table 2.

Figure 2022100812000003
Figure 2022100812000003

表2に示すように、例7、例12~17の結果から、CNTのアスペクト比に関わらず、正極合材層にCNTが含まれ、かつ、集電箔から最も遠いA部にバインダが偏在することにより、優れた電気抵抗低減効果と容量保持率が実現され、さらに、高い安全性が実現されることがわかる。また、例7、例12~17を比較すると、CNTのアスペクト比が200以上5000以下であるとき、特に優れた電気抵抗低減効果および優れた容量保持率を実現できることがわかる。 As shown in Table 2, from the results of Examples 7 and 12 to 17, CNTs are contained in the positive electrode mixture layer regardless of the aspect ratio of CNTs, and the binder is unevenly distributed in the A portion farthest from the current collector foil. By doing so, it can be seen that an excellent electric resistance reduction effect and capacity retention ratio are realized, and further, high safety is realized. Further, comparing Examples 7 and 12 to 17, it can be seen that when the aspect ratio of CNT is 200 or more and 5000 or less, a particularly excellent electric resistance reduction effect and an excellent capacity retention rate can be realized.

[実験3]
(例18~23)
例7の正極合材層形成用ペーストに含まれるABとCNT(アスペクト比150)の質量比をAB:CNT=98:2~20:80に変更した。これ以外は例7と同様にして評価用リチウムイオン二次電池を製造した。また、上述した正極合材層のバインダ分布の評価、活性化処理と初期容量測定、規格化電池抵抗の測定、容量保持率の測定および安全性試験による安全性評価を同様に行った。例1~2、例7、例18~23の結果を表3に示す。
[Experiment 3]
(Examples 18-23)
The mass ratio of AB and CNT (aspect ratio 150) contained in the paste for forming the positive electrode mixture layer of Example 7 was changed to AB: CNT = 98: 2 to 20:80. Except for this, a lithium ion secondary battery for evaluation was manufactured in the same manner as in Example 7. In addition, the above-mentioned evaluation of the binder distribution of the positive electrode mixture layer, the activation treatment and the initial capacity measurement, the measurement of the standardized battery resistance, the measurement of the capacity retention rate, and the safety evaluation by the safety test were carried out in the same manner. The results of Examples 1 to 2, Examples 7, and Examples 18 to 23 are shown in Table 3.

Figure 2022100812000004
Figure 2022100812000004

表3に示すように、例2と、例7および例18~23とを比較すると、導電助剤全体に対するCNTの質量比(質量%)に関わらず、優れた電気抵抗低減効果および容量保持率を実現され、さらに、高い安全性が実現されることがわかる。また、例7、例18~23を比較すると、導電助剤全体に対するCNTの質量割合が、3質量%以上70質量%以下であるとき、特に優れた電気抵抗低減効果および容量保持率を実現できることがわかる。 As shown in Table 3, when Example 2 is compared with Examples 7 and 18 to 23, excellent electric resistance reduction effect and capacity retention rate are obtained regardless of the mass ratio (mass%) of CNTs to the entire conductive auxiliary agent. It can be seen that high safety is realized. Further, comparing Examples 7 and 18 to 23, when the mass ratio of CNT to the entire conductive auxiliary agent is 3% by mass or more and 70% by mass or less, a particularly excellent electric resistance reduction effect and capacity retention rate can be realized. I understand.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above.

10 外装体
20 電極体
42 正極集電端子
44 負極集電端子
50 正極
52 正極集電体
54 正極合材層
60 負極
62 負極集電体
64 負極合材層
70 セパレータ
80 バインダ
100 リチウムイオン二次電池
10 Exterior body 20 Electrode body 42 Positive electrode current collector terminal 44 Negative electrode current collector terminal 50 Positive electrode 52 Positive electrode current collector 54 Positive electrode mixture layer 60 Negative electrode 62 Negative electrode collector 64 Negative electrode mixture layer 70 Separator 80 Binder 100 Lithium ion secondary battery

Claims (7)

正極と、負極と、非水電解質とを備える非水電解質二次電池であって、
前記正極および負極は、集電体と、該集電体の表面に形成された合材層とを備えており、
前記正極および負極の少なくとも一方の電極において、
前記合材層は、
活物質と、導電助剤と、バインダとを含み、
前記導電助剤の少なくとも一種としてカーボンナノチューブを含んでおり、
前記合材層と前記集電体との積層方向における該合材層の断面において、
前記合材層の断面を、前記積層方向に6等分したとき、前記集電体から最も遠い層における前記バインダの濃度aと、前記集電体に最も近い層における前記バインダの濃度bとが、a>bを具備する、非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte.
The positive electrode and the negative electrode include a current collector and a mixture layer formed on the surface of the current collector.
In at least one of the positive electrode and the negative electrode,
The mixture layer is
Contains active material, conductive aid, and binder,
Carbon nanotubes are contained as at least one of the conductive aids, and
In the cross section of the mixture layer in the stacking direction of the mixture layer and the current collector.
When the cross section of the mixture layer is divided into six equal parts in the stacking direction, the concentration a of the binder in the layer farthest from the current collector and the concentration b of the binder in the layer closest to the current collector are obtained. , A> b, a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記aおよび前記bにおいて、1.2≦a/b≦4を具備する、請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the a and the b have 1.2 ≦ a / b ≦ 4. 前記カーボンナノチューブのアスペクト比が150以上である、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the carbon nanotube has an aspect ratio of 150 or more. 前記カーボンナノチューブのアスペクト比が200以上5000以下である、請求項3に記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the carbon nanotube has an aspect ratio of 200 or more and 5000 or less. 前記カーボンナノチューブを含む合材層において、該合材層に含まれる前記導電助剤全体の質量に対する前記カーボンナノチューブの質量の割合が、2質量%以上である、請求項1~4の何れか一項に記載の非水電解質二次電池。 One of claims 1 to 4, wherein in the mixture layer containing the carbon nanotubes, the ratio of the mass of the carbon nanotubes to the total mass of the conductive auxiliary agent contained in the mixture layer is 2% by mass or more. The non-aqueous electrolyte secondary battery described in the section. 前記カーボンナノチューブを含む合材層において、該合材層に含まれる前記導電助剤全体の質量に対する前記カーボンナノチューブの質量の割合が、3質量%以上70質量%以下である、請求項5に記載の非水電解質二次電池。 The fifth aspect of claim 5, wherein in the mixture layer containing the carbon nanotubes, the ratio of the mass of the carbon nanotubes to the total mass of the conductive auxiliary agent contained in the mixture layer is 3% by mass or more and 70% by mass or less. Non-water electrolyte secondary battery. 前記カーボンナノチューブを含む合材層を備える電極が正極であって、該合材層は、前記バインダとして、フッ素を構成元素に含むポリマーを含む、請求項1~6の何れか一項に記載の非水電解質二次電池。 The invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrode provided with the mixture layer containing the carbon nanotubes is a positive electrode, and the mixture layer contains a polymer containing fluorine as a constituent element as the binder. Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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