JP2022158172A - Manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Kazuki Arihara
俊介 川口
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Abstract

To provide means for further improving cycle durability in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having a layered rock salt structure.SOLUTION: In a manufacturing method of a non-aqueous electrolyte secondary battery including a power generation elements including a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a layered rock salt structure, a negative electrode, and an electrolyte layer containing an electrolytic solution, the electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and lithium ions having a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25°C, and conditioning is performed in the voltage range in which the power generation element has an upper limit voltage of 4.0 to 4.5 V.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水電解質二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の普及の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力が期待できる非水電解質二次電池に注目が集まっている。 2. Description of the Related Art In recent years, various electric vehicles are expected to spread toward solving environmental and energy problems. Development of a secondary battery is earnestly carried out as an in-vehicle power source such as a power source for driving a motor, which holds the key to popularization of these electric vehicles. As a secondary battery, attention is focused on a non-aqueous electrolyte secondary battery that can be expected to have high energy density and high output.

非水電解質二次電池の正極材料としては、高い容量を有しているリチウム-遷移金属複合酸化物などの層状岩塩型構造を有する正極活物質が用いられている。 As a positive electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a positive electrode active material having a layered rock salt structure such as a lithium-transition metal composite oxide having a high capacity is used.

一方で、非水電解質二次電池では、充放電サイクル特性を向上させるために、所定条件下で初回充放電を行うことや、初回充放電を行った後にエージング処理やコンディショニング処理を行うことが提案されている。例えば、特許文献1には、正極と、負極と、電解液と、これらを収容したケースとを備える電池の組付体に初回充放電を行った後、エージング処理を行い、次いで所定の電圧まで充電し、その後放電するコンディショニング処理を行うことが記載されている。 On the other hand, for non-aqueous electrolyte secondary batteries, in order to improve the charge-discharge cycle characteristics, it is proposed to perform the initial charge and discharge under predetermined conditions, and to perform aging treatment and conditioning treatment after the initial charge and discharge. It is For example, Patent Document 1 discloses that a battery assembly including a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a case containing them is subjected to initial charge and discharge, then subjected to aging treatment, and then to a predetermined voltage. It is described that a conditioning treatment of charging and then discharging is performed.

特開2015-153484号公報JP 2015-153484 A

しかしながら、本発明者らが検討を行ったところ、特許文献1に記載の技術を用いた電池であっても、セル電圧が高い充放電条件下においてはサイクル耐久性が低下する場合があることが判明した。 However, as a result of investigation by the present inventors, it has been found that even a battery using the technology described in Patent Document 1 may have poor cycle durability under charging/discharging conditions with a high cell voltage. found.

そこで本発明は、層状岩塩型構造を有する正極活物質を用いた非水電解質二次電池において、サイクル耐久性をよりいっそう向上させうる手段を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide means for further improving the cycle durability of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having a layered rock salt structure.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その過程で、セル電圧が高い充放電条件下におけるサイクル耐久性の低下は、高電圧下における正極活物質の構造損傷、正極活物質表面からの遷移金属の溶出、正極活物質表面の電解液の分解などが原因となっていることを見出した。そして、この知見に基づき、本発明者らは、所定の条件でコンディショニングを行うことで、正極活物質の表面に電解質であるリチウム塩に由来する被膜が均一に形成されることを見出した。そして、この被膜が均一に形成されることにより、セル電圧が高い充放電条件下であっても正極活物質の構造損傷、正極活物質表面からの遷移金属の溶出、正極活物質表面の電解液の分解が進行しにくくなり、サイクル耐久性の低下を抑制することが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made intensive studies to solve the above problems. In the process, the decrease in cycle durability under high cell voltage charging/discharging conditions causes structural damage to the positive electrode active material under high voltage, elution of transition metals from the surface of the positive electrode active material, and loss of electrolyte on the surface of the positive electrode active material. It was found that decomposition was the cause. Based on this knowledge, the present inventors found that a film derived from a lithium salt, which is an electrolyte, is uniformly formed on the surface of the positive electrode active material by performing conditioning under predetermined conditions. The uniform formation of this coating prevents structural damage to the positive electrode active material, elution of transition metals from the surface of the positive electrode active material, and electrolyte solution on the surface of the positive electrode active material even under high cell voltage charging/discharging conditions. The inventors have found that it is possible to suppress the deterioration of the cycle durability, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の一形態は、層状岩塩型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極と、電解液を含む電解質層と、を含む発電要素を備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、前記電解液が、非水溶媒と、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の50%以上の濃度のリチウムイオンとを含有し(すなわち、濃厚電解液である)、前記発電要素に上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲でコンディショニングを行うことを含む、方法を提供する。 That is, one embodiment of the present invention provides a non-aqueous power generating element including a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a layered rock salt structure, a negative electrode, and an electrolyte layer including an electrolytic solution. In the method for producing an electrolyte secondary battery, the electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and lithium ions at a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25 ° C. (i.e. , a concentrated electrolyte), and conditioning the power generation element in a voltage range in which the upper limit voltage is 4.0 to 4.5V.

また、本発明の一形態は、層状岩塩型構造を有する正極活物質および電解液を含有する正極活物質層を含む非水電解質二次電池用正極であって、前記電解液が、非水溶媒と、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の50%以上の濃度のリチウムイオンとを含有し、前記正極活物質の表面に、前記リチウム塩に由来する元素を含み、厚さが9~15nmであり被覆率が85%以上である被覆層を有する、非水電解質二次電池用正極を提供する。 Further, one embodiment of the present invention is a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a layered rock salt structure and an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution is a non-aqueous solvent and lithium ions at a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25 ° C., the surface of the positive electrode active material containing an element derived from the lithium salt, and the thickness Provided is a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which has a coating layer with a thickness of 9 to 15 nm and a coverage of 85% or more.

本発明によれば、層状岩塩型構造を有する正極活物質を用いた非水電解質二次電池において、濃厚電解液中で所定の電圧範囲でコンディショニングを行うことで、正極活物質の表面に電解質であるリチウム塩に由来する被覆層が均一に形成される。これにより、高電圧の充放電条件下であっても正極活物質の構造損傷、正極活物質表面からの遷移金属の溶出、正極活物質表面の電解液の分解が進行しにくくなる。そのため、層状岩塩型構造を有する正極活物質と濃厚電解液とを組み合わせて用いた非水電解質二次電池において、高電圧でも安定して作動され、サイクル耐久性をよりいっそう向上させることが可能である。 According to the present invention, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having a layered rock salt structure, conditioning is performed in a concentrated electrolytic solution in a predetermined voltage range, so that the surface of the positive electrode active material is coated with an electrolyte. A coating layer derived from a certain lithium salt is uniformly formed. As a result, structural damage to the positive electrode active material, elution of transition metals from the surface of the positive electrode active material, and decomposition of the electrolyte on the surface of the positive electrode active material are less likely to proceed even under high-voltage charge/discharge conditions. Therefore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery that uses a combination of a positive electrode active material having a layered rock salt structure and a concentrated electrolyte, it is possible to operate stably even at high voltages and further improve cycle durability. be.

図1は、本発明の一実施形態である扁平型(積層型)の非双極型(内部並列接続タイプ)二次電池(積層型二次電池)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the overall structure of a flat (laminated) non-bipolar (internal parallel connection type) secondary battery (laminated secondary battery) that is an embodiment of the present invention. is. 図2は、本発明の他の実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a bipolar secondary battery that is another embodiment of the present invention.

本発明の一形態は、層状岩塩型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極と、電解液を含む電解質層と、を含む発電要素を備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、前記電解液が、非水溶媒と、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の50%以上の濃度のリチウムイオンとを含有し、前記発電要素に上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲でコンディショニングを行うことを含む、方法である。 One embodiment of the present invention provides a non-aqueous electrolyte having a power generation element including a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a layered rock salt structure, a negative electrode, and an electrolyte layer including an electrolytic solution. A method for producing a secondary battery, wherein the electrolyte contains a non-aqueous solvent and lithium ions having a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25 ° C., and the power generation element and performing conditioning in a voltage range in which the upper limit voltage is 4.0 to 4.5V.

本形態に係る非水電解質二次電池の製造方法によれば、層状岩塩型構造を有する正極活物質を用いた非水電解質二次電池において、サイクル耐久性をよりいっそう向上させることが可能である。 According to the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, it is possible to further improve cycle durability in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having a layered rock salt structure. .

また、本発明の一形態は、層状岩塩型構造を有する正極活物質および電解液を含有する正極活物質層を含む非水電解質二次電池用正極であって、前記電解液が、非水溶媒と、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の50%以上の濃度のリチウムイオンとを含有し、前記正極活物質の表面に、前記リチウム塩に由来する元素を含み、厚さが9~15nmであり被覆率が85%以上である被覆層を有する、非水電解質二次電池用正極である。 Further, one embodiment of the present invention is a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a layered rock salt structure and an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution is a non-aqueous solvent and lithium ions at a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25 ° C., the surface of the positive electrode active material containing an element derived from the lithium salt, and the thickness is 9 to 15 nm and the coverage is 85% or more.

本形態に係る非水電解質二次電池用正極によれば、層状岩塩型構造を有する正極活物質を用いた非水電解質二次電池において、サイクル耐久性をよりいっそう向上させることが可能である。 According to the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, cycle durability can be further improved in a nonaqueous electrolyte secondary battery using a positive electrode active material having a layered rock salt structure.

以下、図面を参照しながら、上述した本形態の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。本明細書において、範囲を示す「X~Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20~25℃)、相対湿度40~50%RHの条件で行う。 Hereinafter, the embodiments of the present embodiment described above will be described with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the claims and is not limited to the following embodiments. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios. In this specification, "X to Y" indicating a range means "X or more and Y or less". Unless otherwise specified, operations and measurements of physical properties are performed at room temperature (20 to 25° C.) and relative humidity of 40 to 50% RH.

図1は、本発明の一実施形態である扁平型(積層型)の非双極型(内部並列接続タイプ)二次電池(以下、単に「積層型二次電池」とも称する)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。 FIG. 1 schematically shows the overall structure of a flat (stacked) non-bipolar (internal parallel connection type) secondary battery (hereinafter also simply referred to as a “stacked secondary battery”) that is an embodiment of the present invention. 1 is a schematic cross-sectional view schematically represented. FIG.

図1に示すように、本実施形態の積層型二次電池10aは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、ラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極集電体11’の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解液を含有するセパレータからなる電解質層17と、負極集電体11”の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層及び正極がこの順に積層されている。 As shown in FIG. 1, the laminated secondary battery 10a of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which charge/discharge reactions actually progress is sealed inside a laminate film 29. As shown in FIG. Here, the power generation element 21 includes a positive electrode in which the positive electrode active material layer 13 is arranged on both sides of the positive electrode current collector 11 ′, an electrolyte layer 17 made of a separator containing an electrolytic solution, and both sides of the negative electrode current collector 11 ″. Specifically, one positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 adjacent thereto are laminated, and the electrolyte layer 17 A negative electrode, an electrolyte layer, and a positive electrode are laminated in this order so as to face each other with the electrodes interposed therebetween.

これにより、隣接する正極、電解質層、及び負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型二次電池10aは、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層の正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極及び負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層の負極集電体が位置するようにし、該最外層の負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されるようにしてもよい。 As a result, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode form one single cell layer 19 . Therefore, it can be said that the stacked secondary battery 10a shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of cell layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. The positive electrode current collectors of the outermost layers located on both outermost layers of the power generating element 21 have the positive electrode active material layer 13 only on one side, but the active material layer may be provided on both sides. . That is, a current collector having active material layers on both sides may be used as it is as the current collector for the outermost layer, instead of using a current collector exclusively for the outermost layer having an active material layer on only one side. In addition, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode from FIG. 1, the outermost negative electrode current collector is positioned on both outermost layers of the power generation element 21, A negative electrode active material layer may be arranged on both sides.

正極集電体11’及び負極集電体11”には、各電極(正極及び負極)と導通される正極集電板25及び負極集電板27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム29の端部に挟まれるようにしてラミネートフィルム29の外部に導出される構造を有している。正極集電板25及び負極集電板27は、それぞれ必要に応じて正極端子リード及び負極端子リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11’及び負極集電体11”に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 A positive electrode current collector 25 and a negative electrode current collector 27 electrically connected to each electrode (positive electrode and negative electrode) are attached to the positive electrode current collector 11 ′ and the negative electrode current collector 11 ″, respectively. It has a structure in which it is sandwiched and led out to the outside of the laminate film 29. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are connected to a positive electrode terminal lead and a negative electrode terminal lead (not shown), respectively, as necessary. ) to the positive electrode current collector 11′ and the negative electrode current collector 11″ of each electrode by ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

図2は、本発明の他の実施形態である双極型二次電池を模式的に表した断面図である。図2に示す双極型二次電池10bは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装体であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。なお、本明細書では、双極型リチウムイオン二次電池を単に「双極型二次電池」とも称し、双極型リチウムイオン二次電池用電極を単に「双極型電極」と称することがある。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a bipolar secondary battery that is another embodiment of the present invention. A bipolar secondary battery 10b shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which charge/discharge reactions actually progress is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior body. In this specification, a bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as a "bipolar secondary battery", and an electrode for a bipolar lithium ion secondary battery may be simply referred to as a "bipolar electrode".

図2に示すように、本形態の双極型二次電池10bの発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。 As shown in FIG. 2, in the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10b of the present embodiment, the positive electrode active material layer 13 electrically coupled to one surface of the current collector 11 is formed. It has a plurality of bipolar electrodes 23 with a negative electrode active material layer 15 electrically coupled to the opposite surface. Each bipolar electrode 23 is laminated via the electrolyte layer 17 to form the power generating element 21 . At this time, the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of the other bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 face each other with the electrolyte layer 17 interposed therebetween. Each bipolar electrode 23 and electrolyte layer 17 are alternately stacked. That is, the electrolyte layer 17 is sandwiched between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of the other bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 . ing.

隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型二次電池10bは、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。これにより、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止し、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止している。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。 Adjacent positive electrode active material layer 13 , electrolyte layer 17 , and negative electrode active material layer 15 constitute one cell layer 19 . Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10b has a structure in which the cell layers 19 are stacked. A sealing portion (insulating layer) 31 is arranged on the outer peripheral portion of the cell layer 19 . This prevents a liquid junction due to leakage of the electrolyte from the electrolyte layer 17, contact between adjacent current collectors 11 in the battery, and slight unevenness at the end of the cell layer 19 in the power generation element 21. This prevents short circuits caused by The positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the outermost current collector 11 a on the positive electrode side located in the outermost layer of the power generating element 21 . In addition, the negative electrode active material layer 15 is formed only on one side of the outermost current collector 11b on the negative electrode side located in the outermost layer of the power generating element 21 .

さらに、図2に示す双極型二次電池10bでは、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板(正極タブ)25が配置され、これが延長されて電池外装体であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板(負極タブ)27が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム29から導出している。 Furthermore, in the bipolar secondary battery 10b shown in FIG. 2, a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 25 is arranged adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a battery outer package. It is led out from the laminate film 29 . On the other hand, a negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 27 is arranged adjacent to the outermost layer current collector 11 b on the negative electrode side, and is similarly extended to lead out from the laminate film 29 .

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10bでは、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10bでも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装体であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。 Note that the number of times the cell layers 19 are stacked is adjusted according to the desired voltage. Further, in the bipolar secondary battery 10b, the number of stacking of the cell layers 19 may be reduced if sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. In the bipolar secondary battery 10b as well, in order to prevent external shocks and environmental deterioration during use, the power generation element 21 is enclosed under reduced pressure in a laminate film 29, which is a battery outer body, and a positive electrode collector plate 25 and a negative electrode collector are enclosed. A structure in which the electric plate 27 is taken out of the laminate film 29 is preferable.

以下、本形態に係る非水電解質二次電池用正極の主要な構成部材について説明する。本形態に係る非水電解質二次電池用正極は、集電体および正極活物質層を含む。また、正極活物質層は、層状岩塩型構造を有する正極活物質および電解液を必須に含み、必要に応じて、導電助剤、導電部材、バインダなどのその他の添加剤をさらに含む。そして、電解液は、非水溶媒および高濃度の電解質(ここでは、リチウム塩)を含む。 Main constituent members of the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment will be described below. A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment includes a current collector and a positive electrode active material layer. In addition, the positive electrode active material layer essentially contains a positive electrode active material having a layered rock salt structure and an electrolytic solution, and if necessary, further contains other additives such as a conductive aid, a conductive member, and a binder. And the electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and a high-concentration electrolyte (here, a lithium salt).

[集電体]
集電体は、電極活物質層からの電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はない。集電体の構成材料としては、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector has a function of mediating transfer of electrons from the electrode active material layer. There are no particular restrictions on the material that constitutes the current collector. As the constituent material of the current collector, for example, a metal or a conductive resin can be used.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材などが用いられてもよい。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specifically, examples of metals include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or the like may be used. Alternatively, a foil in which a metal surface is coated with aluminum may be used. Among them, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoint of electronic conductivity, battery operating potential, adhesion of the negative electrode active material to the current collector by sputtering, and the like.

また、後者の導電性を有する樹脂としては、非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。 As the latter conductive resin, a resin obtained by adding a conductive filler to a non-conductive polymeric material as necessary can be used.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。 Examples of non-conductive polymer materials include polyethylene (PE; high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethernitrile (PEN), and polyimide. (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethylacrylate (PMA), polymethylmethacrylate (PMMA) , polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), or polystyrene (PS).

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、導電性フィラーが必須となる。 Conductive fillers may be added to the conductive polymer material or non-conductive polymer material as necessary. In the case where the resin that serves as the base material of the current collector consists only of a non-conductive polymer, a conductive filler is essential.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、集電体の全質量100質量%に対して5~80質量%である。 The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount that can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally 5 to 80% by mass with respect to 100% by mass of the total mass of the current collector. is.

なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。 The current collector may have a single-layer structure made of a single material, or may have a laminated structure in which layers made of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include at least a conductive resin layer made of a resin having conductivity. Moreover, from the viewpoint of blocking movement of lithium ions between the single cell layers, a metal layer may be provided on a part of the current collector.

[正極活物質層]
正極活物質層は、充電時にリチウムイオン等のイオンを放出し、放電時にリチウムイオン等のイオンを吸蔵できる正極活物質を含む。具体的には、上述したように、正極活物質層は、層状岩塩型構造を有する正極活物質を含む。層状岩塩型構造を有する正極活物質は一般に高い容量を有している。したがって、層状岩塩型構造を有する正極活物質を用いることで、非水電解質二次電池の電池容量を向上させることができる。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material that can release ions such as lithium ions during charging and can occlude ions such as lithium ions during discharging. Specifically, as described above, the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material having a layered rock salt structure. A positive electrode active material having a layered rock salt structure generally has a high capacity. Therefore, the battery capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be improved by using the positive electrode active material having the layered rock salt structure.

(層状岩塩型構造を有する正極活物質)
層状岩塩型構造を有する正極活物質としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnO、Li(Ni-Mn-Co)O、Li(Ni-Co-Al)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム-遷移金属複合酸化物が挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられ、さらに好ましくはLi(Ni-Mn-Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)またはLi(Ni-Co-Al)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NCA複合酸化物」とも称する)が用いられ、特に好ましくはNMC複合酸化物が用いられる。NMC複合酸化物およびNCA複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
(Positive electrode active material having a layered rock salt structure)
Examples of positive electrode active materials having a layered rock salt structure include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , Li(Ni—Mn—Co)O 2 , Li(Ni—Co—Al)O 2 and transition metals thereof. Examples include lithium-transition metal composite oxides such as those partially substituted with other elements. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used together. More preferably, a composite oxide containing lithium and nickel is used, and more preferably Li(Ni--Mn--Co) O 2 and those in which a portion of these transition metals are replaced with other elements (hereinafter referred to as Also simply referred to as "NMC composite oxide") or Li (Ni-Co-Al) O 2 and those in which a part of these transition metals are replaced by other elements (hereinafter simply referred to as "NCA composite oxide" ) is used, and NMC composite oxide is particularly preferably used. NMC composite oxides and NCA composite oxides have a layered crystal structure in which lithium atomic layers and transition metal atomic layers are alternately stacked via oxygen atomic layers, and one Li atom per transition metal M atom is The amount of Li that can be contained and taken out is twice that of the spinel-based lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物およびNCA複合酸化物には、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。ただし、NCA複合酸化物の遷移金属元素を置換しうる他の金属元素はAl以外のものである。 NMC composite oxides and NCA composite oxides also include composite oxides in which a portion of the transition metal element is replaced with another metal element, as described above. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, and Cu. , Ag, Zn, etc., preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, Cr, more preferably Ti, Zr, Al, Mg, or Cr from the viewpoint of improving cycle characteristics. However, other metal elements that can substitute for the transition metal elements of the NCA composite oxide are those other than Al.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d+x=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.92であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferably represented by the general formula (1): LiaNibMncCodMxO2 ( wherein a, b , c , d , x satisfies 0.9≦a≦1.2, 0<b<1, 0<c≦0.5, 0<d≦0.5, 0≦x≦0.3, and b+c+d+x=1. at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr). Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. represents From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4≦b≦0.92 in general formula (1). The composition of each element can be measured, for example, by plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点から、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていてもよい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。 Nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are generally known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving material purity and electronic conductivity. Ti or the like partially replaces the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, part of the transition element may be substituted with another metal element. Since at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr dissolves in a solid solution, the crystal structure is stabilized. It is considered that the battery capacity can be prevented from decreasing even if the cycle is repeated, and excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.44≦b≦0.92、0.05≦c≦0.31、0.03≦d≦0.26であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位重量あたりの容量が大きく、エネルギー密度の向上が可能となることでコンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しており、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1やLiNi0.8Mn0.1Co0.1、LiNi0.88Mn0.06Co0.06がより有利である。他方、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有している。 As a more preferred embodiment, in general formula (1), b, c and d are 0.44≦b≦0.92, 0.05≦c≦0.31, and 0.03≦d≦0.26. is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 etc. which have been proven in general consumer batteries. Compared to , it has the advantage of being able to produce a compact and high-capacity battery because the capacity per unit weight is large and the energy density can be improved, and it is also preferable from the viewpoint of cruising distance. LiNi0.8Co0.1Al0.1O2 , LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 , and LiNi0.88Mn0.06Co0.88Mn0.06Co0 . _ _ _ _ 06 O2 is more preferred. On the other hand, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has life characteristics as excellent as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .

なお、本形態に係る非水電解質二次電池用正極において、正極活物質は、層状岩塩型構造を有する正極活物質以外の正極活物質(例えば、リチウム-遷移金属リン酸化合物、リチウム-遷移金属硫酸化合物など)をさらに含んでもよい。ただし、本形態において、正極活物質100質量%に占める層状岩塩型構造を有する正極活物質の含有量は、例えば50質量%以上であり、好ましくは50質量%超であり、より好ましくは70質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上であり、いっそう好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。 In the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode active material is a positive electrode active material other than a positive electrode active material having a layered rock salt structure (for example, lithium-transition metal phosphate compound, lithium-transition metal sulfate compounds, etc.). However, in this embodiment, the content of the positive electrode active material having a layered rock salt structure in 100% by mass of the positive electrode active material is, for example, 50% by mass or more, preferably more than 50% by mass, and more preferably 70% by mass. % or more, more preferably 80 mass % or more, still more preferably 90 mass % or more, particularly preferably 95 mass % or more, most preferably 100 mass %.

本形態に係る非水電解質二次電池用正極においては、正極活物質の表面に、リチウム塩に由来する元素を含み、厚さが9~15nmであり被覆率が85%以上である被覆層を有する。正極活物質の表面に電解質に由来する膜が均一に形成されることで、正極活物質の構造損傷、正極活物質表面からの遷移金属の溶出、正極活物質表面の電解液の分解が進行しにくくなる。そのため高電圧でも安定に作動され、電池の耐久性が向上しうる。 In the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, a coating layer containing an element derived from a lithium salt and having a thickness of 9 to 15 nm and a coverage of 85% or more is formed on the surface of the positive electrode active material. have. The uniform formation of a film derived from the electrolyte on the surface of the positive electrode active material promotes structural damage to the positive electrode active material, elution of the transition metal from the surface of the positive electrode active material, and decomposition of the electrolyte on the surface of the positive electrode active material. become difficult. Therefore, it can operate stably even at a high voltage, and the durability of the battery can be improved.

上記の被覆層の厚さや被覆率は、後述する実施例の欄に記載されている手法により測定することができる。なお、上記の被覆層の厚さは、実施例に記載の手法により測定される厚さの平均値を意味する。 The thickness and coverage of the coating layer can be measured by the method described in the section of Examples described later. In addition, the thickness of the above coating layer means the average value of the thickness measured by the method described in the Examples.

また、被覆層の厚さの最大値、最小値は、厚さの平均値に対して±10nmの範囲内である(最大値と平均値との差の絶対値および最小値と平均値との差の絶対値がそれぞれ10nm以下である)であることが好ましく、±7nmの範囲内であることがより好ましく、±5nmの範囲内であることがさらに好ましい。当該形態により本発明の効果がより顕著に得られうる。 In addition, the maximum and minimum values of the thickness of the coating layer are within a range of ±10 nm with respect to the average thickness (the absolute value of the difference between the maximum value and the average value and the difference between the minimum value and the average value). The absolute value of each difference is 10 nm or less), more preferably within the range of ±7 nm, and even more preferably within the range of ±5 nm. The effects of the present invention can be obtained more remarkably by this form.

所定の厚さおよび被覆率を有する被覆層を形成する方法は特に制限されない。一例として、後述の非水電解質二次電池の製造方法に説明するように、層状岩塩型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極と、濃厚電解液を含む電解質層と、を含む発電要素に上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲でコンディショニングを行う方法が挙げられる。 A method for forming a coating layer having a predetermined thickness and coverage is not particularly limited. As an example, as described in the manufacturing method of a non-aqueous electrolyte secondary battery described later, a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a layered rock salt structure, a negative electrode, and an electrolyte including a concentrated electrolyte A method of conditioning a power generation element including a layer in a voltage range in which the upper limit voltage is 4.0 to 4.5V.

本形態に係る非水電解質二次電池用正極においては、正極活物質のラフネスファクターが3以下であることが好ましい。ここで、「ラフネスファクター」とは、正極活物質の表面の平滑性の指標となるパラメータであり、後述する実施例の欄に記載されている手法により、正極活物質の「平均粒子径から算出される幾何比表面積」に対する「BET比表面積」の比の値(=BET比表面積/幾何比表面積)として算出される。本形態に係る非水電解質二次電池用正極を用いた非水電解質二次電池によれば、正極活物質のラフネスファクターが3以下に制御されていることにより、層状岩塩型構造を有する正極活物質および後述する濃厚電解液を用い、かつ、セル電圧が高い条件下で充放電を行った場合であっても、サイクル耐久性の低下を抑制することができるという利点がある。なお、ラフネスファクターの値は、より好ましくは2.7以下であり、さらに好ましくは2.4以下であり、さらにより好ましくは2.3以下であり、いっそう好ましくは2.2以下である。一方、ラフネスファクターの下限値は、1.0以上である。また、正極活物質が2種以上の混合物からなる場合には、まず、当該混合物を構成する各正極活物質について上記の手法によりBET比表面積および幾何比表面積をそれぞれ測定し、得られた値を混合比で足し合わせることにより当該混合物のBET比表面積および幾何比表面積を算出する。そして、これらの算出値から上記と同様の手法によりラフネスファクターを算出するものとする。 In the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment, the positive electrode active material preferably has a roughness factor of 3 or less. Here, the "roughness factor" is a parameter that serves as an index of the smoothness of the surface of the positive electrode active material. It is calculated as a value of the ratio of "BET specific surface area" to "geometric specific surface area" (= BET specific surface area/geometric specific surface area). According to the non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, the roughness factor of the positive electrode active material is controlled to be 3 or less, so that the positive electrode active material having a layered rock salt structure There is an advantage that deterioration of cycle durability can be suppressed even when charging/discharging is performed under conditions of high cell voltage using the substance and a concentrated electrolytic solution described later. The roughness factor value is more preferably 2.7 or less, still more preferably 2.4 or less, even more preferably 2.3 or less, and still more preferably 2.2 or less. On the other hand, the lower limit of the roughness factor is 1.0 or more. In addition, when the positive electrode active material is a mixture of two or more kinds, first, the BET specific surface area and the geometric specific surface area of each positive electrode active material constituting the mixture are measured by the above method, and the obtained values are The BET specific surface area and the geometric specific surface area of the mixture are calculated by summing the mixture ratios. Then, the roughness factor is calculated from these calculated values by the same method as described above.

正極活物質粒子の表面の平滑性が高いと、その表面により均一な被覆層が形成されるため、サイクル耐久性の向上の効果により優れる。 When the surface of the positive electrode active material particles is highly smooth, a more uniform coating layer is formed on the surface, which is more effective in improving cycle durability.

正極活物質のラフネスファクターの値を3以下に制御する手法については特に制限はなく、正極活物質粒子の表面の平滑性を制御しうる従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、NMC複合酸化物を製造する手法の一例として、まず、(1)前駆体である(NiCoMn)(OH)を共沈法により合成する。具体的には目的とする化学量論比の硫酸ニッケル、硫酸コバルト、硫酸マンガン、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム等の原料を含む水溶液を所定の時間撹拌する。沈殿析出物をろ過分離した後、例えば80℃程度の温度で8~15時間程度乾燥して前駆体を得る。次いで、(2)得られた前駆体を600~800℃程度の温度条件下にて3~7時間程度焼成すると、NiCoMnが得られる。その後、(3)得られた酸化物に1~1.2倍の量論比となるようにリチウム塩(例えば、炭酸リチウム)を加え、ボールミルで粉砕・混合する。そして、(4)大気中または酸素雰囲気下、600~800℃程度の温度条件下で3~5時間程度焼成した後、さらに750~1000℃程度の温度で2~12時間程度焼成を行う。最後に、(5)このようにして焼成した粉末を水洗して残留したリチウム塩を除去した後、80℃程度の温度で10~15時間程度乾燥することにより、NMC複合酸化物を得ることができる。なお、(6)必要に応じて、ボールミルでサンプルを粉砕した後、大気中または酸素雰囲気下で500~1000℃、3~5時間の再焼成を行ってもよい。この際、NMC複合酸化物のラフネスファクターの値を制御するためには、(2)の焼成温度や時間、(3)の粉砕の程度、(4)の焼成時間・温度、(6)の粉砕の程度を調整することで、一次粒子のサイズを制御可能である。また、(6)の再焼成を長時間・高温で行うことにより、粉砕後の表面がより平滑となりラフネスファクターが低下しうる。 The technique for controlling the roughness factor of the positive electrode active material to be 3 or less is not particularly limited, and conventionally known knowledge capable of controlling the smoothness of the surface of the positive electrode active material particles can be appropriately referred to. For example, as an example of a technique for producing an NMC composite oxide, first, (1) the precursor ( NixCoyMnz )( OH ) 2 is synthesized by a coprecipitation method. Specifically, an aqueous solution containing raw materials such as nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, sodium hydroxide, and ammonium hydroxide in a desired stoichiometric ratio is stirred for a predetermined time. After separating the precipitate by filtration, it is dried at a temperature of about 80° C. for about 8 to 15 hours to obtain a precursor. Next, (2) the obtained precursor is calcined at a temperature of about 600 to 800° C. for about 3 to 7 hours to obtain Ni x Co y Mn z O 2 . Then, (3) a lithium salt (for example, lithium carbonate) is added to the obtained oxide so as to have a stoichiometric ratio of 1 to 1.2 times, and the mixture is pulverized and mixed with a ball mill. (4) After firing at a temperature of about 600 to 800° C. for about 3 to 5 hours in the air or in an oxygen atmosphere, firing is further performed at a temperature of about 750 to 1000° C. for about 2 to 12 hours. Finally, (5) the fired powder is washed with water to remove the remaining lithium salt, and then dried at a temperature of about 80° C. for about 10 to 15 hours to obtain an NMC composite oxide. can. In addition, (6) if necessary, after pulverizing the sample with a ball mill, it may be refired at 500 to 1000° C. for 3 to 5 hours in the air or in an oxygen atmosphere. At this time, in order to control the value of the roughness factor of the NMC composite oxide, (2) firing temperature and time, (3) degree of pulverization, (4) firing time and temperature, (6) pulverization By adjusting the degree of , the size of the primary particles can be controlled. Further, by performing the re-baking in (6) at a high temperature for a long time, the surface after pulverization becomes smoother and the roughness factor can be lowered.

正極活物質層に含まれる正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1~10μmであり、より好ましくは1.5~6μmであり、さらに好ましくは2~5μmである。なお、正極活物質の平均粒子径の値としては、後述する実施例の欄に記載の手法により測定された値を採用するものとする。 Although the average particle size of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited, it is preferably 1 to 10 μm, more preferably 1.5 to 6 μm, and even more preferably 1.5 to 6 μm from the viewpoint of increasing output. 2 to 5 μm. In addition, as the value of the average particle size of the positive electrode active material, the value measured by the method described in the section of Examples described later is adopted.

よりいっそうサイクル耐久性を向上させるという観点からは、本形態に係る非水電解質二次電池用正極において、正極活物質の結晶子径は、好ましくは1μm以上である。ここで、正極活物質の結晶子径が1μm以上であるか否かについては、後述する実施例の欄に記載の手法により判定することができる。また、結晶子径の値をより正確に測定することが可能であれば、そのようにして測定された結晶子径の値から判定してもよい。また、上記と同様の理由から、正極活物質を構成する粒子に占める単一の結晶子からなる粒子の個数割合は、好ましくは10%以上であり、より好ましくは20%以上であり、さらに好ましくは30%以上である。 From the viewpoint of further improving the cycle durability, in the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, the crystallite size of the positive electrode active material is preferably 1 μm or more. Here, whether or not the crystallite size of the positive electrode active material is 1 μm or more can be determined by the method described in the section of Examples described later. If it is possible to measure the crystallite size more accurately, the determination may be made from the crystallite size thus measured. For the same reason as described above, the ratio of the number of particles composed of a single crystallite to the particles constituting the positive electrode active material is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and even more preferably. is 30% or more.

また、正極活物質の結晶子径を例えば1μm以上と大きい値に制御したり、正極活物質を構成する粒子に占める単一の結晶子からなる粒子の個数割合を上記の好ましい範囲に制御したりする手法として、特許第6574222号、特許第5702289号といった特許文献や、Solid State Ionics,Volume 345,February 2020,115200、Journal of The Electrochemical Society,165(5)A1038-A1045(2018)といった非特許文献に開示された手法を参照することができる。 In addition, the crystallite diameter of the positive electrode active material is controlled to a large value such as 1 μm or more, or the number ratio of particles composed of a single crystallite in the particles constituting the positive electrode active material is controlled within the above preferable range. As a method to do, patent documents such as Patent No. 6574222 and Patent No. 5702289, Solid State Ionics, Volume 345, February 2020, 115200, Journal of The Electrochemical Society, 165 (5) A1038-A1048) non-patent documents such as 5 (2018) The method disclosed in can be referred to.

正極活物質層における正極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、60~99質量%の範囲内であることが好ましく、80~98質量%の範囲内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 not particularly limited. more preferred.

本形態に係る非水電解質二次電池用正極において、正極活物質層は、上述したように、層状岩塩型構造を有する正極活物質に加えて、電解液を含む。 In the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment, the positive electrode active material layer contains an electrolytic solution in addition to the positive electrode active material having the layered rock salt structure, as described above.

電解液(液体電解質)は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する電解液(液体電解質)は、非水溶媒(有機溶媒)にリチウム塩が溶解した形態を有し、当該リチウム塩に由来するリチウムイオンを含有する。用いられる非水溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸メチル(MA)、ギ酸メチル(MF)、4-メチルジオキソラン(4MeDOL)、ジオキソラン(DOL)、2-メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメトキシエタン(DME)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、およびγ-ブチロラクトン(GBL)などが挙げられる。中でも、非水溶媒は、急速充電特性および出力特性をより向上できるとの観点から、好ましくは鎖状カーボネートであり、より好ましくはジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)からなる群から選択される少なくとも1種であり、さらに好ましくはエチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)から選択される。 The electrolytic solution (liquid electrolyte) functions as a carrier for lithium ions. The electrolytic solution (liquid electrolyte) forming the electrolytic solution layer has a form in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent), and contains lithium ions derived from the lithium salt. Non-aqueous solvents used include, for example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), methyl acetate (MA), formic acid Methyl (MF), 4-methyldioxolane (4MeDOL), dioxolane (DOL), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), tetrahydrofuran (THF), dimethoxyethane (DME), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl sulfoxide (DMSO), γ-butyrolactone (GBL), and the like. Among them, the non-aqueous solvent is preferably a chain carbonate, more preferably diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC ), more preferably selected from ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC).

リチウム塩としては、Li(FSON(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド;LiFSI)、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。中でも、リチウム塩は、電池出力および充放電サイクル特性の観点から、好ましくはリチウムイオンの対アニオンとしてイミド基含有アニオンを含むものであり、より好ましくはLi(FSON(LiFSI)である。 Lithium salts include Li(FSO 2 ) 2 N (lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI), Li(C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO3 and the like. Among them, the lithium salt preferably contains an imide group-containing anion as a counter anion for the lithium ion, more preferably Li(FSO 2 ) 2 N (LiFSI), from the viewpoint of battery output and charge-discharge cycle characteristics. .

電解液は、上述した成分以外の添加剤をさらに含有してもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2-ジビニルエチレンカーボネート、1-メチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-メチル-2-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-2-ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1-ジメチル-2-メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。これらの添加剤は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。また、添加剤を電解液に使用する場合の使用量は、適宜調整することができる。 The electrolytic solution may further contain additives other than the components described above. Specific examples of such compounds include ethylene carbonate, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, phenylvinylene carbonate, diphenylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, diethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, 1,2- Divinylethylene carbonate, 1-methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinylethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinylethylene carbonate, vinyl vinylene carbonate, allyl ethylene carbonate, vinyloxymethylethylene carbonate, allyloxymethylethylene carbonate, acryloxymethylethylene carbonate, methacryloxymethylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, propargylethylene carbonate, ethynyloxymethylethylene carbonate, propargyloxyethylene carbonate, methyleneethylene carbonate, 1 , 1-dimethyl-2-methylene ethylene carbonate and the like. These additives may be used alone or in combination of two or more. In addition, when the additive is used in the electrolytic solution, the amount used can be appropriately adjusted.

なお、本実施形態の非水電解質二次電池は、高電圧で動作させた場合であっても、優れた耐久性を有する。そのため、高電圧で電池を安定に動作させるために正極界面保護膜を形成する公知の添加剤(例えば、ビニレンカーボネート、ジフェニルエーテル、N-メチルピロールなど)を電解液に加える必要がない。その結果、低コスト化を図ることができるため好適である。 Note that the non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment has excellent durability even when operated at a high voltage. Therefore, it is not necessary to add known additives (for example, vinylene carbonate, diphenyl ether, N-methylpyrrole, etc.) that form a positive electrode interfacial protective film to the electrolytic solution in order to stably operate the battery at high voltage. As a result, the cost can be reduced, which is preferable.

本形態に係る非水電解質二次電池は、電解質としてのリチウム塩を高い濃度で含有している(すなわち、濃厚電解液である)点に特徴がある。すなわち、本形態に係る非水電解質二次電池用正極は、濃度が高い電解液を用いることを特徴とするものである。具体的に、本形態に係る非水電解質二次電池用正極を構成する正極活物質層に含まれる電解液は、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の50%以上の濃度のリチウムイオンを含有するものである。なお、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度は、25℃において非水溶媒にリチウム塩を溶解させてゆき、溶けきれなくなって析出が生じる時点を指標として測定することができる。また、上記電解液は、好ましくは25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の53%以上の濃度のリチウムイオンを含有し、より好ましくは電解液は、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の56%以上の濃度のリチウムイオンを含有し、さらに好ましくは電解液は、25℃におけるリチウムイオンの飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の60%以上の濃度のリチウムイオンを含有する。この濃度の上限値について特に制限はないが、通常は95%以下であり、好ましくは90%以下であり、さらに好ましくは85%以下である。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is characterized in that it contains a high concentration of lithium salt as an electrolyte (that is, it is a concentrated electrolytic solution). That is, the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is characterized by using a high-concentration electrolytic solution. Specifically, the electrolyte contained in the positive electrode active material layer constituting the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment has a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of lithium salt at 25 ° C. of lithium ions. The saturated concentration of the lithium salt at 25° C. can be measured by using the time point at which the lithium salt is dissolved in the non-aqueous solvent at 25° C. and precipitated when the lithium salt is no longer dissolved. Further, the electrolytic solution preferably contains lithium ions at a concentration of 53% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25°C. Lithium ions with a concentration of 56% or more of the lithium ion concentration corresponding to the concentration, more preferably the electrolyte contains lithium ions with a concentration of 60% or more of the lithium ion concentration corresponding to the lithium ion saturation concentration at 25 ° C. contains Although the upper limit of this concentration is not particularly limited, it is usually 95% or less, preferably 90% or less, and more preferably 85% or less.

なお、本形態において、電池のレート特性やサイクル耐久性といった電池特性を向上させるという観点から、電解液におけるリチウム塩の濃度は、好ましくは3モル/L以上であり、より好ましくは3.5モル/L以上であり、さらに好ましくは4モル/L以上である。一方、電解液におけるリチウム塩の濃度の上限値について特に制限はないが、通常は6モル/L以下であればよい。 In this embodiment, the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 3 mol/L or more, more preferably 3.5 mol, from the viewpoint of improving battery characteristics such as rate characteristics and cycle durability of the battery. /L or more, more preferably 4 mol/L or more. On the other hand, the upper limit of the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is not particularly limited, but is usually 6 mol/L or less.

正極活物質層は上述したような正極活物質を含み、必要に応じて、導電助剤、導電部材、バインダなどのその他の添加剤をさらに含む。 The positive electrode active material layer contains the positive electrode active material as described above, and if necessary, further contains other additives such as a conductive aid, a conductive member, and a binder.

導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラックなどの炭素材料が挙げられる。正極活物質層が導電助剤を含むと、正極活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。 A conductive aid is an additive compounded to improve the conductivity of the active material layer. Examples of conductive aids include carbon materials such as carbon black such as acetylene black. When the positive electrode active material layer contains a conductive aid, an electronic network is effectively formed inside the positive electrode active material layer, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

導電部材は、正極活物質層中で電子伝導パスを形成する機能を有する。特に、導電部材の少なくとも一部が、正極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成していることが好ましい。このような形態を有することで、正極活物質層中の厚さ方向の電子移動抵抗がさらに低減される。その結果、電池の高レートでの出力特性がよりいっそう向上しうる。なお、導電部材の少なくとも一部が、正極活物質層の電解質層側に接触する第1主面から集電体側に接触する第2主面までを電気的に接続する導電通路を形成しているか否かは、SEMや光学顕微鏡を用いて正極活物質層の断面を観察することにより確認することができる。 The conductive member has a function of forming an electron conduction path in the positive electrode active material layer. In particular, at least part of the conductive member forms a conductive path that electrically connects the first main surface in contact with the electrolyte layer side of the positive electrode active material layer to the second main surface in contact with the current collector side. is preferred. By having such a form, the electron migration resistance in the thickness direction in the positive electrode active material layer is further reduced. As a result, the output characteristics of the battery at a high rate can be further improved. At least part of the conductive member forms a conductive path that electrically connects the first main surface in contact with the electrolyte layer side of the positive electrode active material layer to the second main surface in contact with the current collector side. Whether or not it can be confirmed by observing the cross section of the positive electrode active material layer using an SEM or an optical microscope.

導電部材は、繊維状の形態を有する導電性繊維であることが好ましい。具体的には、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。なかでも、導電性に優れ、軽量であることから炭素繊維が好ましい。 The conductive member is preferably a conductive fiber having a fibrous form. Specifically, carbon fibers such as PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, conductive fibers made by uniformly dispersing highly conductive metals and graphite in synthetic fibers, and metals such as stainless steel fibers. conductive fibers obtained by coating the surface of organic fibers with a metal, conductive fibers obtained by coating the surfaces of organic fibers with a resin containing a conductive substance, and the like. Among them, carbon fiber is preferable because of its excellent conductivity and light weight.

正極活物質層に用いられる任意成分のバインダとしては、特に限定されないが、例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(水素原子が他のハロゲン元素にて置換された化合物を含む)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、ポリエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。 The optional component binder used for the positive electrode active material layer is not particularly limited, but examples include polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, and polyvinylidene fluoride (PVDF) (including compounds in which hydrogen atoms are replaced with other halogen elements). ), polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polybutene, polyethernitrile, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene- Thermoplastic polymers such as propylene-diene copolymers, styrene-butadiene-styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, styrene-isoprene-styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene Copolymer (FEP), tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene/tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene/chlorotrifluoroethylene copolymer Polymer (ECTFE), fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber (VDF-HFP fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-HFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluororubber (VDF-PFP fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFMVE-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluororubber (VDF-CTFE fluororubber) and vinylidene fluoride-based fluororubbers, epoxy resins, and the like. Among them, polyimide, styrene-butadiene rubber, carboxymethylcellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable.

また、本形態において、正極活物質層に含まれうる、導電助剤、導電部材、バインダなどのその他の添加剤の配合比は、特に限定されない。それらの配合比は、非水電解質二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。 Moreover, in this embodiment, the compounding ratio of other additives such as a conductive aid, a conductive member, and a binder that can be contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited. Their compounding ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about non-aqueous electrolyte secondary batteries.

本形態の非水電解質二次電池用正極において、正極活物質層の厚さは特に制限されず、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、正極活物質層の厚さは、通常1~1000μm程度、好ましくは20~800μmであり、より好ましくは30~500μmであり、さらに好ましくは40~200μmである。正極活物質層の厚さが大きいほど、十分な容量(エネルギー密度)を発揮するための正極活物質を保持することが可能となる。一方、正極活物質層の厚さが小さいほど、放電レート特性が向上しうる。 In the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment, the thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about batteries can be appropriately referred to. For example, the thickness of the positive electrode active material layer is usually about 1 to 1000 μm, preferably 20 to 800 μm, more preferably 30 to 500 μm, still more preferably 40 to 200 μm. As the thickness of the positive electrode active material layer increases, it becomes possible to hold the positive electrode active material for exhibiting a sufficient capacity (energy density). On the other hand, the smaller the thickness of the positive electrode active material layer, the better the discharge rate characteristics.

本形態に係る非水電解質二次電池用正極は、非水電解質二次電池の構成部材として用いられる。すなわち、本発明の他の形態によれば、上述した本発明の一形態に係る非水電解質二次電池用正極を有する発電要素を備えた、非水電解質二次電池が提供される。非水電解質二次電池の正極以外の構成要素について、以下に簡単に説明する。 A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment is used as a constituent member of a non-aqueous electrolyte secondary battery. That is, according to another aspect of the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery including a power generation element having the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one aspect of the present invention described above. Components other than the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery will be briefly described below.

[負極活物質層]
負極活物質層は、放電時にリチウムイオン等のイオンを放出し、充電時にリチウムイオン等のイオンを吸蔵できる負極活物質を含む。負極活物質の種類としては、特に制限されないが、炭素材料、金属酸化物および金属活物質が挙げられる。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。また、金属酸化物としては、例えば、Nb、LiTi12等が挙げられる。さらに、ケイ素系負極活物質やスズ系負極活物質が用いられてもよい。ここで、ケイ素およびスズは第14族元素に属し、非水電解質二次電池の容量を大きく向上させうる負極活物質であることが知られている。これらの単体は単位体積(質量)あたり多数の電荷担体(リチウムイオン等)を吸蔵および放出しうることから、高容量の負極活物質となる。ここで、ケイ素系負極活物質としては、Si単体を用いることが好ましい。また同様に、Si相とケイ素酸化物相との2相に不均化されたSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素酸化物を用いることも好ましい。この際、xの範囲は0.5≦x≦1.5であることがより好ましく、0.7≦x≦1.2であることがさらに好ましい。さらには、ケイ素を含有する合金(ケイ素含有合金系負極活物質)が用いられてもよい。一方、スズ元素を含む負極活物質(スズ系負極活物質)としては、Sn単体、スズ合金(Cu-Sn合金、Co-Sn合金)、アモルファススズ酸化物、スズケイ素酸化物等が挙げられる。このうち、アモルファススズ酸化物としてはSnB0.40.63.1が例示される。また、スズケイ素酸化物としてはSnSiOが例示される。また、負極活物質として、リチウムを含有する金属を用いてもよい。このような負極活物質は、リチウムを含有する活物質であれば特に限定されず、金属リチウムのほか、リチウム含有合金が挙げられる。リチウム含有合金としては、例えば、Liと、In、Al、SiおよびSnの少なくとも1種との合金が挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。本発明は、充放電時の負極活物質の膨張収縮が大きい場合に特に優れた効果を奏するものである。このような観点と、高容量であるという点で、負極活物質は、炭素材料、金属リチウム、ケイ素系負極活物質またはスズ系負極活物質を含むことが好ましい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material that can release ions such as lithium ions during discharge and can occlude ions such as lithium ions during charge. The types of negative electrode active materials are not particularly limited, but include carbon materials, metal oxides and metal active materials. Examples of carbon materials include natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, soft carbon, and the like. Moreover, as a metal oxide , Nb2O5 , Li4Ti5O12 etc. are mentioned , for example. Furthermore, a silicon-based negative electrode active material or a tin-based negative electrode active material may be used. Here, silicon and tin belong to Group 14 elements and are known to be negative electrode active materials capable of greatly improving the capacity of non-aqueous electrolyte secondary batteries. Since these simple substances can occlude and release a large number of charge carriers (lithium ions, etc.) per unit volume (mass), they become high-capacity negative electrode active materials. Here, it is preferable to use simple Si as the silicon-based negative electrode active material. Similarly, it is also preferable to use a silicon oxide such as SiO x (0.3≦x≦1.6) disproportionated into two phases of Si phase and silicon oxide phase. At this time, the range of x is more preferably 0.5≦x≦1.5, and more preferably 0.7≦x≦1.2. Furthermore, an alloy containing silicon (silicon-containing alloy-based negative electrode active material) may be used. On the other hand, examples of negative electrode active materials containing a tin element (tin-based negative electrode active materials) include Sn alone, tin alloys (Cu—Sn alloys, Co—Sn alloys), amorphous tin oxides, tin silicon oxides, and the like. Among these, SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 is exemplified as an amorphous tin oxide. SnSiO 3 is exemplified as tin silicon oxide. A metal containing lithium may also be used as the negative electrode active material. Such a negative electrode active material is not particularly limited as long as it is an active material containing lithium, and examples thereof include metallic lithium and lithium-containing alloys. Lithium-containing alloys include, for example, alloys of Li and at least one of In, Al, Si and Sn. In some cases, two or more kinds of negative electrode active materials may be used together. Needless to say, negative electrode active materials other than those described above may be used. The present invention exhibits particularly excellent effects when the expansion and contraction of the negative electrode active material during charging and discharging are large. From this point of view and high capacity, the negative electrode active material preferably contains a carbon material, metallic lithium, a silicon-based negative electrode active material, or a tin-based negative electrode active material.

負極活物質の形状は、例えば、粒子状(球状、繊維状)、薄膜状等が挙げられる。負極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、例えば、1nm~100μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは10nm~50μmの範囲内であり、さらに好ましくは100nm~20μmの範囲内であり、特に好ましくは1~20μmの範囲内である。なお、本明細書において、活物質の平均粒径(D50)の値は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。 Examples of the shape of the negative electrode active material include particulate (spherical, fibrous), thin film, and the like. When the negative electrode active material is in the form of particles, the average particle size (D50) thereof is, for example, preferably in the range of 1 nm to 100 μm, more preferably in the range of 10 nm to 50 μm, still more preferably 100 nm to 100 μm. It is in the range of 20 μm, particularly preferably in the range of 1 to 20 μm. In addition, in this specification, the value of the average particle size (D50) of the active material can be measured by a laser diffraction scattering method.

負極活物質層における負極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、60~99質量%の範囲内であることが好ましく、80~98質量%の範囲内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 not particularly limited. more preferred.

また、負極活物質層は、正極活物質層について上述したのと同様に電解液をさらに含み、必要に応じて、導電助剤、導電部材、バインダなどのその他の添加剤をさらに含む。 In addition, the negative electrode active material layer further contains an electrolytic solution in the same manner as described above for the positive electrode active material layer, and if necessary, further contains other additives such as a conductive aid, a conductive member, and a binder.

本形態の非水電解質二次電池において、負極活物質層の厚さは特に制限されず、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、負極活物質層の厚さは、通常1~1000μm程度、好ましくは10~800μmであり、より好ましくは15~600μmであり、さらに好ましくは20~200μmである。負極活物質層の厚さが大きいほど、十分な容量(エネルギー密度)を発揮するための負極活物質を保持することが可能となる。一方、負極活物質層の厚さが小さいほど、放電レート特性が向上しうる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, the thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about batteries can be appropriately referred to. For example, the thickness of the negative electrode active material layer is usually about 1 to 1000 μm, preferably 10 to 800 μm, more preferably 15 to 600 μm, still more preferably 20 to 200 μm. As the thickness of the negative electrode active material layer increases, it becomes possible to hold the negative electrode active material for exhibiting a sufficient capacity (energy density). On the other hand, the smaller the thickness of the negative electrode active material layer, the better the discharge rate characteristics.

[電解質層]
本形態に係る非水電解質二次電池の電解質層は、セパレータに電解液が含浸されてなる構成を有することが好ましい。電解液(液体電解質)の具体的な構成および好ましい実施形態については、正極の欄において上述した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment preferably has a structure in which a separator is impregnated with an electrolytic solution. The specific configuration and preferred embodiments of the electrolytic solution (liquid electrolyte) are as described above in the section on the positive electrode, and thus detailed description thereof is omitted here.

本形態に係る非水電解質二次電池において、電解質層にはセパレータが用いられうる。セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to this embodiment, a separator may be used for the electrolyte layer. The separator has a function of retaining the electrolyte to ensure lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function of a partition wall between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解液を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。 Examples of the form of the separator include porous sheet separators and non-woven fabric separators made of a polymer or fiber that absorbs and retains the electrolytic solution.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVDF-HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。 As a porous sheet separator made of polymer or fiber, for example, a microporous (microporous membrane) can be used. Specific forms of the porous sheet made of the polymer or fiber include, for example, polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); structural laminates, etc.), hydrocarbon resins such as polyimide, aramid, and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), and microporous (microporous membrane) separators made of glass fibers.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4~60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。 The thickness of the microporous (microporous membrane) separator cannot be defined uniquely because it varies depending on the intended use. As an example, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV), the single layer or multiple layers should be 4 to 60 μm. is desirable. The fine pore size of the microporous (microporous membrane) separator is desirably 1 μm or less at maximum (usually, the pore size is about several tens of nanometers).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5~200μmであり、特に好ましくは10~100μmである。 As the non-woven fabric separator, conventionally known materials such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefins such as PP and PE; polyimide and aramid are used singly or in combination. The thickness of the non-woven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm.

また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。 The separator is preferably a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate (separator with a heat-resistant insulating layer). A heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, one having high heat resistance with a melting point or thermal softening point of 150° C. or higher, preferably 200° C. or higher is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator, which increases when the temperature rises, is relieved, so that the effect of suppressing thermal shrinkage can be obtained. As a result, it is possible to prevent the induction of short-circuiting between the electrodes of the battery, so that the battery structure is such that the deterioration in performance due to the temperature rise is less likely to occur. Moreover, the presence of the heat-resistant insulating layer improves the mechanical strength of the separator with the heat-resistant insulating layer, and the separator is less likely to break. Furthermore, due to the effect of suppressing heat shrinkage and high mechanical strength, the separator is less likely to curl during the battery manufacturing process.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、
ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。
The inorganic particles in the heat-resistant insulating layer contribute to the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer and the effect of suppressing thermal shrinkage. Materials used as inorganic particles are not particularly limited. For example, silicon, aluminum,
Zirconium, titanium oxides ( SiO2 , Al2O3 , ZrO2, TiO2 ), hydroxides, and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, and mica, or may be artificially produced. In addition, these inorganic particles may be used alone or in combination of two or more. Among these, silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ) is preferably used from the viewpoint of cost, and alumina (Al 2 O 3 ) is more preferably used.

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5~15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g/m 2 . Within this range, sufficient ionic conductivity is obtained and heat resistance strength is maintained, which is preferable.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子同士や、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。 The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of bonding the inorganic particles to each other and bonding the inorganic particles to the resin porous substrate layer. The binder stably forms the heat-resistant insulating layer and prevents separation between the porous substrate layer and the heat-resistant insulating layer.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited, and examples thereof include carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), and isoprene rubber. , butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), methyl acrylate, and other compounds can be used as binders. Among these, it is preferable to use carboxymethyl cellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVDF). These compounds may be used alone or in combination of two or more.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100質量%に対して、2~20質量%であることが好ましい。バインダの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。 The content of the binder in the heat-resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the heat-resistant insulating layer. When the content of the binder is 2% by mass or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous substrate layer can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the content of the binder is 20% by mass or less, the gaps between the inorganic particles are appropriately maintained, so sufficient lithium ion conductivity can be ensured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The heat shrinkage rate of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less in both MD and TD after holding for 1 hour under conditions of 150° C. and 2 gf/cm 2 . By using such a highly heat-resistant material, the shrinkage of the separator can be effectively prevented even when the heat value increases and the internal temperature of the battery reaches 150°C. As a result, it is possible to prevent the induction of short-circuiting between the electrodes of the battery, so that the battery structure is such that the deterioration in performance due to the temperature rise is less likely to occur.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive collector plate and negative collector plate]
The material constituting the current collectors (25, 27) is not particularly limited, and known highly conductive materials conventionally used as current collectors for lithium ion secondary batteries can be used. Metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable as the constituent material of the current collector plate. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance and high conductivity, aluminum and copper are more preferred, and aluminum is particularly preferred. The same material or different materials may be used for the positive collector plate 25 and the negative collector plate 27 .

[シール部]
シール部は、双極型二次電池(直列積層型電池)に特有の部材であり、電解質層からの電解液の漏れを防止する機能を有する。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。
[Seal part]
The sealing portion is a member unique to bipolar secondary batteries (series stacked batteries) and has a function of preventing leakage of electrolyte from the electrolyte layer. In addition, it is also possible to prevent contact between adjacent current collectors in the battery and short circuits due to slight irregularities in the ends of the laminated electrodes.

シール部の構成材料としては、特に制限されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミド等が用いられうる。これらのうち、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。 The material constituting the sealing portion is not particularly limited, but polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, epoxy resins, rubbers, polyimides, and the like can be used. Among these, polyolefin resins are preferably used from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, film formability, economy, and the like.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体と集電板との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Although not shown, the current collector and the current collector plate may be electrically connected via a positive lead or a negative lead. Materials used in known lithium-ion secondary batteries can also be employed as the constituent materials of the positive and negative electrode leads. In addition, the parts taken out from the exterior should be heat-shrunk with heat-resistant insulation so that they do not come into contact with peripheral equipment or wiring and cause electric leakage and affect the product (for example, automobile parts, especially electronic equipment, etc.). Covering with a tube or the like is preferred.

[電池外装体]
電池外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図1および図2に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム29を用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができることから、外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
[Battery exterior body]
As the battery exterior body, a known metal can case can be used, and as shown in FIGS. 1 and 2, a bag-like case using a laminate film 29 containing aluminum that can cover the power generation element is used. can be The laminated film may be, for example, a laminated film having a three-layer structure in which PP, aluminum and nylon are laminated in this order, but is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high power output and cooling performance and can be suitably used for batteries for large equipment for EV and HEV. Moreover, since the group pressure applied to the power generating element from the outside can be easily adjusted, the outer package is more preferably a laminate film containing aluminum.

本形態に係る非水電解質二次電池は、複数の単電池層が並列に接続された構成を有することにより、高容量でサイクル耐久性に優れるものである。したがって、本形態に係る積層型二次電池は、EV、HEVの駆動用電源として好適に使用される。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment has a structure in which a plurality of cell layers are connected in parallel, and thus has a high capacity and excellent cycle durability. Therefore, the stacked secondary battery according to this embodiment is suitably used as a power source for driving EVs and HEVs.

特に、本形態に係る非水電解質二次電池は、層状岩塩型構造を有する正極活物質および濃厚電解液を用いているにもかかわらず、高いセル電圧の条件下であってもサイクル耐久性を向上させることができるという利点を有している。したがって、本発明の一形態に係る非水電解質二次電池は、セル電圧として好ましくは4.4V以上、より好ましくは4.5V以上、さらに好ましくは4.6V以上の作動電圧を示すものである。言い換えれば、本発明のさらに他の形態によれば、セル電圧として好ましくは4.4V以上、より好ましくは4.5V以上、さらに好ましくは4.6V以上の作動電圧を経るように、本発明の一形態に係る非水電解質二次電池を運転する方法もまた、提供される。このように高いセル電圧の条件下で電池を運転することができれば、層状岩塩型構造を有する正極活物質が本来有している高い容量を十分に取り出すことが可能となるため、非常に好適である。 In particular, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, despite using a positive electrode active material having a layered rock salt structure and a concentrated electrolyte, exhibits poor cycle durability even under high cell voltage conditions. It has the advantage of being able to improve Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one aspect of the present invention exhibits an operating voltage of preferably 4.4 V or higher, more preferably 4.5 V or higher, and even more preferably 4.6 V or higher as a cell voltage. . In other words, according to yet another aspect of the present invention, the cell voltage of the present invention is preferably 4.4 V or higher, more preferably 4.5 V or higher, and still more preferably 4.6 V or higher, so as to undergo an operating voltage of 4.6 V or higher. A method of operating a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one aspect is also provided. If the battery can be operated under such a high cell voltage condition, it is possible to fully extract the high capacity originally possessed by the positive electrode active material having a layered rock salt structure, which is very suitable. be.

[非水電解質二次電池の製造方法]
本形態に係る非水電解質二次電池の製造方法は、層状岩塩型構造を有する正極活物質を含む正極および上記の濃厚電解液を有する発電要素に上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲でコンディショニングを行う工程を含むものであれば特に制限されない。本発明においては、前記コンディショニングは、発電要素を4.0~4.5Vとなる電圧範囲に連続して30分以上維持することをいう。
[Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery]
In the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode containing the positive electrode active material having a layered rock salt structure and the power generating element having the above concentrated electrolyte have an upper limit voltage of 4.0 to 4.5 V. There is no particular limitation as long as it includes a step of conditioning within a voltage range. In the present invention, the conditioning means maintaining the power generating element in the voltage range of 4.0 to 4.5 V continuously for 30 minutes or longer.

一例としては、まず、電極(正極および負極)を作製する。電極の作製方法としては、電極活物質スラリーを調製し、前記電極活物質スラリーを集電体の表面に塗工し、乾燥させた後にプレス処理を施すことにより電極活物質層を作製するという手法が挙げられる。そして、得られた正極および負極をセパレータを介して積層し、外装体であるアルミラミネートフィルム等からなるパックの内部に入れる。その後、電解液を注液し、真空に封止することにより、外装体に封入された発電要素を準備することができる。 As an example, first, electrodes (a positive electrode and a negative electrode) are produced. As a method for producing an electrode, an electrode active material slurry is prepared, the electrode active material slurry is applied to the surface of a current collector, dried, and then pressed to produce an electrode active material layer. is mentioned. Then, the obtained positive electrode and negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween, and placed inside a pack made of an aluminum laminate film or the like, which is an exterior body. After that, by injecting an electrolytic solution and sealing in a vacuum, the power generating element enclosed in the exterior body can be prepared.

前記コンディショニングは、上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲で行われる。4.0Vを下回ると、正極活物質表面に所定の厚さの均一な被膜が形成されず、十分なサイクル耐久性向上の効果が得られない場合がある。4.5Vを超えると、正極活物質表面に均一な被膜が形成されない場合がある。また、電解液の分解、活物質の溶出被膜自身の酸化分解が生じやすくなる。その結果、十分なサイクル耐久性向上の効果を得られない場合がある。好ましくは、前記コンディショニングは、上限電圧が4.0~4.3Vとなる電圧範囲で行われる。 The conditioning is performed in a voltage range with an upper limit voltage of 4.0 to 4.5V. If the voltage is less than 4.0 V, a uniform film having a predetermined thickness may not be formed on the surface of the positive electrode active material, failing to obtain a sufficient effect of improving cycle durability. If it exceeds 4.5 V, a uniform film may not be formed on the surface of the positive electrode active material. In addition, decomposition of the electrolytic solution and oxidative decomposition of the eluted active material film itself tend to occur. As a result, the effect of sufficient cycle durability improvement may not be obtained. Preferably, the conditioning is performed in a voltage range in which the upper limit voltage is 4.0-4.3V.

前記コンディショニングの条件は特に制限されない。例えば、発電要素に上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲を含む充放電サイクルを2~30サイクル行うことができる。サイクル数を2~30サイクルとすることで、被膜が厚くなりすぎたり、不均一となることを抑制できる。また、被膜自身の分解反応が生じにくい。そのため、本発明の効果がより顕著に得られうる。好ましくは、上限電圧が4.0~4.3Vとなる電圧範囲で充放電サイクルを行う。サイクル数は2~10サイクルであることがより好ましい。この際、4.0~4.5Vとなる電圧範囲で保持する時間は、発電要素を4.0~4.5Vとなる電圧範囲に連続して30分以上維持する工程を少なくとも1回含むものであれば特に制限されない。 Conditions for the conditioning are not particularly limited. For example, 2 to 30 charge/discharge cycles including a voltage range in which the upper limit voltage is 4.0 to 4.5V can be applied to the power generation element. By setting the number of cycles to 2 to 30, it is possible to prevent the coating from becoming too thick or uneven. In addition, the decomposition reaction of the film itself is less likely to occur. Therefore, the effects of the present invention can be obtained more remarkably. Preferably, charge/discharge cycles are performed in a voltage range in which the upper limit voltage is 4.0 to 4.3V. More preferably, the number of cycles is 2-10 cycles. At this time, the time to maintain the voltage range of 4.0 to 4.5 V includes at least one step of maintaining the power generation element in the voltage range of 4.0 to 4.5 V continuously for 30 minutes or more. is not particularly limited.

好ましい実施形態において、前記コンディショニングは、4.0~4.5Vの電圧範囲で1~30時間保持する工程を含む。保持時間を1~30時間とすることで、被膜が厚くなりすぎたり、不均一となることを抑制できる。また、被膜自身の分解反応が生じにくい。そのため、本発明の効果がより顕著に得られうる。より好ましくは保持時間は2~30時間であり、さらに好ましくは2~10時間である。 In a preferred embodiment, said conditioning comprises holding at a voltage range of 4.0-4.5V for 1-30 hours. By setting the holding time to 1 to 30 hours, it is possible to prevent the coating from becoming too thick or uneven. In addition, the decomposition reaction of the film itself is less likely to occur. Therefore, the effects of the present invention can be obtained more remarkably. More preferably, the holding time is 2-30 hours, more preferably 2-10 hours.

コンディショニングの際の温度条件は特に制限されないが、例えば20~30℃である。 Although the temperature conditions for conditioning are not particularly limited, they are, for example, 20 to 30.degree.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成したものである。詳しくは電池を少なくとも2つ用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方により構成されるものである。直列化または並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Assembled battery]
An assembled battery is configured by connecting a plurality of batteries. More specifically, at least two batteries are used and connected in series or in parallel, or both. By connecting in series or in parallel, it becomes possible to freely adjust the capacity and voltage.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列にまたは並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池(電池モジュール、電池パックなど)を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 A plurality of batteries can be connected in series or in parallel to form a small detachable assembled battery. A plurality of these detachable small battery packs are further connected in series or in parallel to form a large-capacity, large-capacity battery suitable for vehicle drive power sources and auxiliary power sources that require high volumetric energy density and high volumetric output density. It is also possible to form assembled batteries (battery modules, battery packs, etc.) with output. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many stages of small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery, depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) in which it is installed. It should be decided according to the output.

[車両]
電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
A battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries can be mounted on the vehicle. In the present invention, since a long-life battery with excellent long-term reliability can be configured, a plug-in hybrid electric vehicle with a long EV driving range and an electric vehicle with a long driving range per charge can be configured by mounting such a battery. Batteries or assembled batteries made by combining a plurality of these, for example, in the case of automobiles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, buses, light vehicles, etc.) , two-wheeled vehicles (motorcycles) and three-wheeled vehicles) will provide a long-lasting and highly reliable automobile. However, the application is not limited to automobiles, for example, it can be applied to various power sources for other vehicles, such as moving bodies such as trains, and power sources for installation such as uninterruptible power supplies. It can also be used as

以下、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples below.

《正極活物質の準備》
正極活物質として、以下の2種類の市販品を購入することにより準備した。
<<Preparation of positive electrode active material>>
As a positive electrode active material, the following two commercial products were purchased and prepared.

・正極活物質(1):LiNi0.88Mn0.06Co0.06、平均粒子径4.4μm、結晶子径1μm以上、ラフネスファクター3.0、単一の結晶子からなる粒子の個数割合は30%以上
・正極活物質(2):LiNi0.80Mn0.10Co0.10、平均粒子径10.2μm、結晶子径1μm未満、ラフネスファクター4.3、単一の結晶子からなる粒子の個数割合は10%未満。
Positive electrode active material (1): LiNi 0.88 Mn 0.06 Co 0.06 O 2 , average particle diameter 4.4 μm, crystallite diameter 1 μm or more, roughness factor 3.0, particles consisting of a single crystallite is 30% or more Positive electrode active material (2): LiNi 0.80 Mn 0.10 Co 0.10 O 2 , average particle size 10.2 μm, crystallite size less than 1 μm, roughness factor 4.3, single The number ratio of particles consisting of one crystallite is less than 10%.

なお、各正極活物質の平均粒子径およびラフネスファクターの値は、以下の手法により測定した。 The average particle size and roughness factor of each positive electrode active material were measured by the following methods.

[ラフネスファクターの測定方法]
まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて正極活物質の粉末を観察し、得られたSEM画像から、活物質粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち最大の距離を粒子径として測定し、数十視野中に観察される粒子の粒子径の算術平均値を平均粒子径として算出した。なお、結晶子径が1μm以上であるか否かついては、SEM画像から判断した。
[Measurement method of roughness factor]
First, the powder of the positive electrode active material was observed using a scanning electron microscope (SEM). , and the arithmetic average value of the particle diameters of the particles observed in several tens of fields was calculated as the average particle diameter. Whether or not the crystallite diameter was 1 μm or more was judged from the SEM image.

次いで、上記で算出された平均粒子径の値から、当該平均粒子径を粒子径とする真球状の粒子の粒子体積[m]および粒子表面積[m]を算出し、得られた粒子体積に活物質の比重(ここでは、4.78[g/cm])を乗じることにより、上記真球状の粒子の粒子重量[g]を算出した。そして、上記で算出した粒子表面積を、同じく上記で算出した粒子重量で除することにより、「平均粒子径から算出される幾何比表面積[m/g]」を算出した。 Next, from the value of the average particle diameter calculated above, the particle volume [m 3 ] and the particle surface area [m 2 ] of the spherical particles having the average particle diameter as the particle diameter are calculated, and the obtained particle volume was multiplied by the specific gravity of the active material (here, 4.78 [g/cm 3 ]) to calculate the particle weight [g] of the spherical particles. Then, the "geometric specific surface area [m 2 /g] calculated from the average particle diameter" was calculated by dividing the particle surface area calculated above by the particle weight calculated above.

一方、JIS Z8830:2013(ISO 9277:2010)に記載の「ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法」に準じて、静的容量法により窒素ガスを吸着ガスとして測定を行い、多点法により解析することによりBET比表面積[m/g]を算出した。そして、上記で算出された「平均粒子径から算出される幾何比表面積」に対する「BET比表面積」の比の値(=BET比表面積/幾何比表面積)として、ラフネスファクターを算出した。 On the other hand, according to JIS Z8830: 2013 (ISO 9277: 2010) "Method for measuring specific surface area of powder (solid) by gas adsorption", measurement was performed using nitrogen gas as an adsorption gas by a static volumetric method. The BET specific surface area [m 2 /g] was calculated by analyzing by the point method. Then, the roughness factor was calculated as the ratio of the "BET specific surface area" to the "geometric specific surface area calculated from the average particle diameter" calculated above (=BET specific surface area/geometric specific surface area).

《電池の作製》
[実施例1]
<電解液の調製>
非水溶媒であるジメチルカーボネート(DMC)に、リチウム塩であるLi(FSON(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド;LiFSI)を4mol/L(4M)の濃度で溶解させて、本実施例の電解液を調製した。なお、飽和溶解量(ここでは5.5M)を100%としたときの当該電解液におけるリチウム塩の溶解量は73%であった。
《Production of batteries》
[Example 1]
<Preparation of electrolytic solution>
Li(FSO 2 ) 2 N (lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI), which is a lithium salt, was dissolved in dimethyl carbonate (DMC), which is a non-aqueous solvent, at a concentration of 4 mol/L (4 M), and Example electrolytes were prepared. The amount of dissolved lithium salt in the electrolytic solution was 73% when the saturated dissolved amount (here, 5.5 M) was 100%.

<正極の作製>
上記で準備した正極活物質(2)95質量%、導電助剤である導電性カーボンブラック3質量%、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)2質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量添加し、混合して、正極活物質スラリーを作製した。次に、得られた正極活物質スラリーを、集電体であるアルミニウム箔(厚み20μm)の片面にドクターブレードを用いて塗布し、80℃のホットプレート上で1時間乾燥させた。その後、得られた積層体を、ロールプレス機を用いてプレスすることにより、正極活物質層の空孔率を25%に制御した。そして、真空乾燥機に入れ、真空条件下、130℃にて8時間乾燥させて、本実施例の正極(厚さ80μm)を作製した。
<Preparation of positive electrode>
A solid content of 95% by mass of the positive electrode active material (2) prepared above, 3% by mass of conductive carbon black as a conductive aid, and 2% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder was prepared. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content and mixed to prepare a cathode active material slurry. Next, the resulting positive electrode active material slurry was applied to one side of an aluminum foil (20 μm thick) as a current collector using a doctor blade, and dried on a hot plate at 80° C. for 1 hour. After that, the porosity of the positive electrode active material layer was controlled to 25% by pressing the obtained laminate using a roll press. Then, it was placed in a vacuum dryer and dried at 130° C. for 8 hours under vacuum conditions to prepare a positive electrode (thickness: 80 μm) of this example.

<負極の作製>
負極活物質である黒鉛(平均粒子径:20μm)95.5質量%、導電助剤であるカーボンブラック0.5質量%、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)4質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量添加し、混合して、負極活物質スラリーを作製した。次に、得られた負極活物質スラリーを、集電体である銅箔(厚み20μm)の片面に塗布し、上記と同様にして乾燥およびプレス処理を施して、本実施例の負極(厚さ60μm)を作製した。
<Production of negative electrode>
A solid content consisting of 95.5% by mass of graphite (average particle size: 20 μm) as a negative electrode active material, 0.5% by mass of carbon black as a conductive aid, and 4% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder. prepared. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content and mixed to prepare a negative electrode active material slurry. Next, the obtained negative electrode active material slurry was applied to one side of a copper foil (20 μm thick) as a current collector, dried and pressed in the same manner as described above, and the negative electrode of this example (thickness: 60 μm).

<試験用セルの作製>
(セルの組み立て)
上記で得られた正極を12.4cm、負極を13.8cmのサイズに裁断した。そして、正極の集電体(アルミニウム箔)にはアルミニウム端子を溶接した。一方、負極の集電体(銅箔)にはニッケル端子を溶接した。
<Preparation of test cell>
(Cell assembly)
The positive electrode obtained above was cut into a size of 12.4 cm 2 and the negative electrode was cut into a size of 13.8 cm 2 . Then, an aluminum terminal was welded to the current collector (aluminum foil) of the positive electrode. On the other hand, a nickel terminal was welded to the current collector (copper foil) of the negative electrode.

次いで、セパレータ(セルガード社製、セルガード(登録商標)3501、ポリプロピレン(PP)製、厚さ25μm)を正極および負極の電極活物質層側に挿入して、積層体とした。この積層体を外装体である熱融着型アルミラミネートフィルム(厚み150μm)に挟み、上記で調製した電解液を注入後、真空シーラーを用いて外装体の内部を真空まで減圧し、いったん減圧を解除して大気圧まで戻した後、再度真空度99.7%まで減圧して封止することにより、正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して対向するように積層された発電要素を有するパウチ型リチウムイオン電池(試験用セル)を作製した。 Next, a separator (Celgard (registered trademark) 3501, polypropylene (PP), thickness 25 μm, manufactured by Celgard) was inserted between the electrode active material layers of the positive electrode and the negative electrode to form a laminate. This laminate is sandwiched between heat-sealable aluminum laminate films (thickness 150 μm) that are the exterior body, and after injecting the electrolytic solution prepared above, the interior of the exterior body is evacuated to a vacuum using a vacuum sealer. After releasing and returning to atmospheric pressure, the pressure is reduced to 99.7% again and sealed, so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are laminated so as to face each other with the separator interposed. A pouch-type lithium ion battery (test cell) having elements was fabricated.

(コンディショニング)
電極反応面内に均一に圧力を印加するため、ゴム板でセルの電極部分を挟み、さらにアルミニウムの平板で挟んでボルトで固定した。
(conditioning)
In order to apply a uniform pressure to the electrode reaction surface, the electrode part of the cell was sandwiched between rubber plates, further sandwiched between flat aluminum plates, and fixed with bolts.

25℃で、1C=220mAh/gとし、充放電サイクルを0.1Cのレートで行った。この際、セル電圧として下限電圧を2.5Vとし、上限電圧を4.3Vとして、10サイクル実施した。充電をCC-CVモードで、放電をCCモードで実施した。この際、充電後、放電開始までの間、および放電後、充電開始までの間の休止時間をそれぞれ1時間とした(充電・放電間の休止時間1時間)。 At 25°C, 1C = 220 mAh/g and the charge-discharge cycle was performed at a rate of 0.1C. At this time, the cell voltage was set to 2.5 V as the lower limit voltage and 4.3 V as the upper limit voltage, and 10 cycles were performed. Charging was carried out in CC-CV mode and discharging in CC mode. At this time, rest times between charging and starting of discharging and after discharging and starting of charging were each set to 1 hour (rest time between charging and discharging: 1 hour).

<試験用セルの評価(サイクル耐久性の測定)>
上記で作製し、コンディショニングを行った試験用セルについて、充放電サイクル耐久性試験を行った。具体的には、0.33Cのレートで2.5~4.6Vのセル電圧の範囲で100サイクルの充放電を実施した。そして、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を容量維持率[%]として算出した。結果を下記の表1に示す。
<Evaluation of test cell (measurement of cycle durability)>
A charge-discharge cycle durability test was performed on the test cell prepared and conditioned as described above. Specifically, 100 cycles of charging and discharging were performed at a rate of 0.33 C and a cell voltage range of 2.5 to 4.6 V. Then, the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle was calculated as the capacity retention rate [%]. The results are shown in Table 1 below.

<正極活物質表面の被覆層の観察>
上記で作製し、コンディショニングを行った試験用セルについて、収束イオンビーム加工装置(FEI社製 Nova200 NanoLab)で正極を薄片化し、TEM-DEX(JEOL社製 JEM-F200)によりその断面観察及び組成分析を実施した。数視野の粒子の断面画像から、正極活物質の表面を覆っている被覆層の厚さを求めた。EDXでFとSが検出された部位を被覆層により被覆されている部位とした。被覆層の厚さは、被覆層によって被覆されている部位について20点測定し、その平均値と最大値、最小値を求めた。被覆率は、被覆層により被覆されている部位と露出している部位とを判別し、その割合から求めた。結果を下記表1に示す。表1中、被覆層の厚さは、平均値と、平均値に対する±の値として最大値および最小値とを示す。
<Observation of the coating layer on the surface of the positive electrode active material>
For the test cell prepared and conditioned as described above, the positive electrode is thinned with a focused ion beam processing device (Nova200 NanoLab manufactured by FEI), and its cross section is observed and composition analyzed by TEM-DEX (JEM-F200 manufactured by JEOL). carried out. The thickness of the coating layer covering the surface of the positive electrode active material was obtained from cross-sectional images of the particles in several fields of view. A site where F and S were detected by EDX was defined as a site covered with the coating layer. The thickness of the coating layer was measured at 20 points on the portion covered with the coating layer, and the average, maximum and minimum values were obtained. The coverage rate was obtained by distinguishing between the portion covered with the coating layer and the exposed portion, and from the ratio thereof. The results are shown in Table 1 below. In Table 1, the thickness of the coating layer shows the average value and the maximum and minimum values as ± values with respect to the average value.

[実施例2~17、比較例1~6]
電解液、正極活物質、およびコンディショニング条件を下記表1のように変更した以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例のパウチ型リチウムイオン電池(試験用セル)を作製した。得られた電池についてサイクル耐久性試験を行い、別途、正極活物質表面の被覆層を観察した。結果を下記の表1に示す。
[Examples 2 to 17, Comparative Examples 1 to 6]
A pouch-type lithium ion battery (test cell) of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the electrolyte solution, positive electrode active material, and conditioning conditions were changed as shown in Table 1 below. . The obtained battery was subjected to a cycle durability test, and separately, the coating layer on the surface of the positive electrode active material was observed. The results are shown in Table 1 below.

なお、コンディショニングは、25℃で、以下のサイクルまたは保持のいずれかを実施した:
サイクル:1C=220mAh/gとし、コンディショニングを0.1Cのレートで行った。この際、セル電圧として下限電圧を2.5Vとし、上限電圧が4.0~4.6Vの範囲で所定回数(1~50サイクル)実施した。充電をCC-CVモードで、放電をCCモードで(充電・放電間の休止時間1時間)実施した:
保持:1C=220mAh/gとし、コンディショニングを0.1Cのレートで行った。初回充電時、4.3Vに達したのち、その電圧にて所定時間(1~50時間)保持した。その後、放電をCCモードで下限電圧2.5Vまで実施した。
Conditioning was performed at 25° C. with either the following cycle or hold:
Cycle: 1C = 220 mAh/g with conditioning at a rate of 0.1C. At this time, the lower limit voltage was set to 2.5V and the upper limit voltage was set to 4.0 to 4.6V as the cell voltage, and the test was performed a predetermined number of times (1 to 50 cycles). Charging was carried out in CC-CV mode and discharging in CC mode (1 hour rest time between charging and discharging):
Holding: 1C = 220 mAh/g, conditioning at a rate of 0.1C. After reaching 4.3 V during the initial charge, the voltage was maintained for a predetermined time (1 to 50 hours). Thereafter, discharge was performed in CC mode to a lower limit voltage of 2.5V.

また、比較例1、2の電解液は、非水溶媒であるエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との等体積混合液に、添加剤であるビニレンカーボネート(VC)を前記混合液100質量%に対して0.5質量%の濃度で溶解させ、リチウム塩であるLiPFを1mol/L(1M)の濃度で溶解させて、比較例1、2の電解液を調製した。なお、リチウム塩の飽和溶解量(ここでは3.0M)を100%としたときの当該電解液におけるリチウム塩の溶解量は33%であった。 The electrolytic solutions of Comparative Examples 1 and 2 consisted of an equal volume mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC), which are non-aqueous solvents, and vinylene carbonate (VC), which is an additive. Electrolytic solutions of Comparative Examples 1 and 2 were prepared by dissolving at a concentration of 0.5 mass % with respect to mass % and dissolving lithium salt LiPF 6 at a concentration of 1 mol/L (1 M). The amount of dissolved lithium salt in the electrolytic solution was 33% when the saturated dissolved amount of lithium salt (here, 3.0 M) was taken as 100%.

比較例3の電解液は、非水溶媒である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)との等体積混合液に、添加剤であるビニレンカーボネート(VC)を前記混合液100質量%に対して0.5質量%の濃度で溶解させ、リチウム塩であるLi(FSON(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド;LiFSI)を2mol/L(2M)の濃度で溶解させて、本比較例の電解液を調製した。なお、リチウム塩の飽和溶解量(ここでは5.2M)を100%としたときの当該電解液におけるリチウム塩の溶解量は38%であった。 The electrolytic solution of Comparative Example 3 is an equal volume mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC), which are nonaqueous solvents, and vinylene carbonate (VC), which is an additive, to 100% by mass of the mixture. Lithium salt Li(FSO 2 ) 2 N (lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI) was dissolved at a concentration of 2 mol/L (2M), and the present A comparative electrolytic solution was prepared. The amount of dissolved lithium salt in the electrolytic solution was 38% when the saturated dissolved amount of lithium salt (here, 5.2 M) was taken as 100%.

Figure 2022158172000001
Figure 2022158172000001

表1に示す結果から、層状岩塩型構造を有する正極活物質を用い、濃厚電解液を用いた電池において、上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲でのコンディショニングを行った実施例1~17ではサイクル耐久性に優れることがわかる。 From the results shown in Table 1, in a battery using a positive electrode active material having a layered rock salt structure and using a concentrated electrolyte, an example in which conditioning was performed in a voltage range in which the upper limit voltage was 4.0 to 4.5 V. It can be seen that 1 to 17 are excellent in cycle durability.

また、実施例1、実施例5の電池では、正極活物質の表面に厚さの平均値が9~15nmの範囲内であり、電解質に由来する被覆層が形成されており、被覆率が85%以上の均一な膜になっていることがわかる。正極活物質の表面に電解質に由来する被膜が均一に形成されることで、正極活物質の構造損傷、正極活物質表面からの遷移金属の溶出、正極活物質表面における電解液の分解が進行しにくくなるものと考えられる。その結果、高電圧でも電池が安定して作動され、電池の耐久性が向上したものと考えられる。 In addition, in the batteries of Examples 1 and 5, the average thickness of the surface of the positive electrode active material was within the range of 9 to 15 nm, and a coating layer derived from the electrolyte was formed, and the coverage was 85. % or more. The uniform formation of a film derived from the electrolyte on the surface of the positive electrode active material promotes structural damage to the positive electrode active material, elution of the transition metal from the surface of the positive electrode active material, and decomposition of the electrolyte on the surface of the positive electrode active material. It is thought that it will become difficult. As a result, it is believed that the battery operates stably even at high voltages and the durability of the battery is improved.

なかでも、所定の電圧範囲での充放電サイクルを2~30回行った実施例1~10は、50回行った実施例16よりも耐久性が高かった。また、所定の電圧での保持時間を1~30時間とした実施例11~15は、50時間保持した実施例17よりも耐久性が高かった。 Among them, Examples 1 to 10, in which charge/discharge cycles were performed 2 to 30 times in a predetermined voltage range, exhibited higher durability than Example 16, in which 50 cycles were performed. Further, Examples 11 to 15, in which the retention time at the predetermined voltage was 1 to 30 hours, were higher in durability than Example 17, in which the retention time was 50 hours.

これに対し、低濃度の電解液を用いた比較例1~3では、本発明の電圧範囲でコンディショニングを行っても、サイクル耐久性の改善がみられなかった。また、十分な厚さの均一な被覆層は形成されなかった。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3 using low-concentration electrolytes, no improvement in cycle durability was observed even when conditioning was performed in the voltage range of the present invention. Also, a uniform coating layer of sufficient thickness was not formed.

また、濃厚電解液を用い、コンディショニングを行わなかった比較例4、5、コンディショニングの際の電圧が4.5Vを超える比較例6でも、耐久性が不十分であり、被覆層が不均一であった。 Also, in Comparative Examples 4 and 5 in which the concentrated electrolyte solution was used without conditioning, and in Comparative Example 6 in which the voltage during conditioning exceeded 4.5 V, the durability was insufficient and the coating layer was uneven. rice field.

10a 積層型二次電池、
10b 双極型二次電池
11 集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
11’ 正極集電体
11” 負極集電体
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板(正極タブ)、
27 負極集電板(負極タブ)、
29 ラミネートフィルム、
31 シール部。
10a stacked secondary battery,
10b bipolar secondary battery 11 current collector,
11a outermost current collector on the positive electrode side,
11b outermost current collector on the negative electrode side,
11′ positive electrode current collector 11″ negative electrode current collector 13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation element,
23 bipolar electrodes,
25 positive collector plate (positive tab),
27 negative electrode current collector (negative electrode tab),
29 laminate film,
31 seal.

Claims (14)

層状岩塩型構造を有する正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極と、電解液を含む電解質層と、を含む発電要素を備えた非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記電解液が、非水溶媒と、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の50%以上の濃度のリチウムイオンとを含有し、
前記発電要素に上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲でコンディショニングを行うことを含む、方法。
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery having a power generation element including a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material having a layered rock salt structure, a negative electrode, and an electrolyte layer including an electrolytic solution. hand,
The electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and lithium ions at a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25 ° C.,
A method, comprising conditioning the power generation element in a voltage range in which the upper limit voltage is 4.0 to 4.5V.
前記コンディショニングは、上限電圧が4.0~4.5Vとなる電圧範囲で充放電サイクルを2~30サイクル行うことを含む、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, wherein said conditioning includes performing 2 to 30 charge/discharge cycles in a voltage range with an upper limit voltage of 4.0 to 4.5V. 前記コンディショニングは、4.0~4.5Vの範囲で1~30時間保持することを含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein said conditioning comprises holding in the range of 4.0-4.5V for 1-30 hours. 前記リチウム塩が、リチウムイオンの対アニオンとしてイミド基含有アニオンを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium salt comprises an imide group-containing anion as a counter anion to the lithium ion. 前記正極活物質の、平均粒子径から算出される幾何比表面積に対するBET比表面積の比の値として定義されるラフネスファクターの値が3以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 The positive electrode active material according to any one of claims 1 to 4, wherein the roughness factor defined as the ratio of the BET specific surface area to the geometric specific surface area calculated from the average particle size is 3 or less. the method of. 前記正極活物質の結晶子径が1μm以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode active material has a crystallite diameter of 1 µm or more. 前記正極活物質を構成する粒子に占める単一の結晶子からなる粒子の個数割合が10%以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the number ratio of particles composed of a single crystallite to the particles constituting the positive electrode active material is 10% or more. 層状岩塩型構造を有する正極活物質および電解液を含有する正極活物質層を含む非水電解質二次電池用正極であって、
前記電解液が、非水溶媒と、25℃におけるリチウム塩の飽和濃度に相当するリチウムイオン濃度の50%以上の濃度のリチウムイオンとを含有し、
前記正極活物質の表面に、前記リチウム塩に由来する元素を含み、厚さが9~15nmであり被覆率が85%以上である被覆層を有する、非水電解質二次電池用正極。
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode active material layer having a layered rock salt structure and a positive electrode active material layer containing an electrolytic solution,
The electrolytic solution contains a non-aqueous solvent and lithium ions at a concentration of 50% or more of the lithium ion concentration corresponding to the saturated concentration of the lithium salt at 25 ° C.,
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a coating layer containing an element derived from the lithium salt, having a thickness of 9 to 15 nm and a coverage of 85% or more, on the surface of the positive electrode active material.
前記正極活物質の、平均粒子径から算出される幾何比表面積に対するBET比表面積の比の値として定義されるラフネスファクターの値が3以下である、請求項8に記載の非水電解質二次電池用正極。 9. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the positive electrode active material has a roughness factor of 3 or less, which is defined as the ratio of the BET specific surface area to the geometric specific surface area calculated from the average particle size. positive electrode. 前記正極活物質の結晶子径が1μm以上である、請求項8または9に記載の非水電解質二次電池用正極。 10. The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in accordance with claim 8, wherein said positive electrode active material has a crystallite diameter of 1 μm or more. 前記正極活物質を構成する粒子に占める単一の結晶子からなる粒子の個数割合が10%以上である、請求項8~10のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極。 The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 8 to 10, wherein the number ratio of particles composed of a single crystallite to the particles constituting said positive electrode active material is 10% or more. 前記正極活物質が、Li(Ni-Mn-Co)Oまたはこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換された組成を有するNMC複合酸化物を含む、請求項8~11のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極。 12. Any one of claims 8 to 11, wherein the positive electrode active material comprises Li(Ni-Mn-Co)O 2 or an NMC composite oxide having a composition in which a portion of these transition metals are replaced with other elements. 2. The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to item 1. 前記リチウム塩が、リチウムイオンの対アニオンとしてイミド基含有アニオンを含む、請求項8~12のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極。 The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 8 to 12, wherein the lithium salt contains an imide group-containing anion as a counter anion for the lithium ion. 請求項8~13のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用正極を有する発電要素を備えた、非水電解質二次電池。 A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a power generation element having the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 8 to 13.
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