JP2022170190A - Positive electrode for secondary battery - Google Patents

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Kazuhiro Yoshino
晴美 高田
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Abstract

To provide means for improving the cycle durability in a secondary battery such as an all-solid lithium secondary battery.SOLUTION: A surface of particles of a positive electrode active material is coated with particles of lithium ion conductive oxide at a coating rate of 50% or more, the positive electrode active material containing Li(Ni-Mn-Co)O2 and lithium transition metal composite oxide (NMC composite oxide) that has a composition in which some of these transition metals are substituted with the other elements. The resultant is blended into a positive electrode active material layer together with solid electrolyte.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、二次電池用正極に関する。 The present invention relates to a positive electrode for secondary batteries.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの非水電解質二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to cope with global warming, reduction of carbon dioxide emissions is earnestly desired. In the automobile industry, expectations are gathering for the reduction of carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). Development of electrolyte secondary batteries has been actively carried out.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、現実的な全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 Secondary batteries for motor driving are required to have extremely high output characteristics and high energy compared to consumer lithium-ion secondary batteries used in mobile phones, notebook computers, and the like. Therefore, lithium-ion secondary batteries, which have the highest theoretical energy among all practical batteries, have attracted attention and are being rapidly developed.

ここで、現在一般に普及しているリチウムイオン二次電池は、電解質に可燃性の有機電解液を用いている。このような液系リチウムイオン二次電池では、液漏れ、短絡、過充電などに対する安全対策が他の電池よりも厳しく求められる。 Lithium ion secondary batteries, which are currently in widespread use, use a combustible organic electrolyte as an electrolyte. Such a liquid type lithium ion secondary battery requires stricter safety measures against liquid leakage, short circuit, overcharge, etc. than other batteries.

そこで近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池等の全固体電池に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体リチウムイオン二次電池においては、従来の液系リチウムイオン二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度およびエネルギー密度の大幅な向上が図れる。 Therefore, in recent years, research and development on all-solid-state batteries such as all-solid-state lithium-ion secondary batteries using oxide-based or sulfide-based solid electrolytes have been actively carried out. A solid electrolyte is a material composed mainly of an ionic conductor capable of conducting ions in a solid. Therefore, in all-solid-state lithium ion secondary batteries, in principle, various problems due to combustible organic electrolytes do not occur unlike conventional liquid-type lithium ion secondary batteries. In general, the use of a high-potential, large-capacity positive electrode material and a large-capacity negative electrode material can significantly improve the output density and energy density of the battery.

ところで、リチウムイオン二次電池の正極活物質として、リチウム金属複合酸化物などが用いられることがあり、当該複合酸化物の粉末は、一次粒子と、一次粒子が凝集して形成された二次粒子とから構成されることがある。従来、コバルト、ニッケル、マンガンの群から選ばれる1種の元素と、リチウムとを主成分とする単分散の一次粒子(単粒子)の粉体状のリチウム遷移金属複合酸化物が、粒界がなく、正極材の成型時等に割れや破壊が起こりにくくなるという利点があることが提案されている。 As a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries, a lithium metal composite oxide or the like is sometimes used. It may consist of Conventionally, a powdery lithium-transition metal composite oxide of monodisperse primary particles (single particles) containing one element selected from the group of cobalt, nickel, and manganese as main components and lithium as a main component has a grain boundary. It has been proposed that there is an advantage that cracks and breakage are less likely to occur during molding of the positive electrode material.

一方、特に硫化物固体電解質を正極活物質層に含む全固体二次電池においてこのような複合酸化物を正極活物質として用いると、充放電の進行に伴って正極活物質と硫化物固体電解質とが反応してこれらの界面に高抵抗層が形成され、界面抵抗が上昇して電池容量が徐々に低下することが知られている。 On the other hand, when such a composite oxide is used as a positive electrode active material in an all-solid secondary battery that includes a sulfide solid electrolyte in the positive electrode active material layer, the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte are separated from each other as charging and discharging proceed. is known to react to form a high-resistance layer at the interface between them, increasing the interface resistance and gradually decreasing the battery capacity.

ここで、特許文献1では、リチウムおよびホウ素を必須に含有する酸化物から構成される被覆層をリチウム遷移金属酸化物からなる芯材粒子の表面に配置することにより、上述したような正極活物質と固体電解質との界面における高抵抗層の形成やそれに起因するサイクル耐久性の低下の抑制を図っている。 Here, in Patent Document 1, by arranging a coating layer composed of an oxide essentially containing lithium and boron on the surface of a core material particle composed of a lithium transition metal oxide, the positive electrode active material as described above The formation of a high-resistance layer at the interface between the solid electrolyte and the solid electrolyte and the resulting reduction in cycle durability are suppressed.

国際公開第2020/022305号パンフレットWO2020/022305 Pamphlet

しかしながら、本発明者らの検討によれば、上述した特許文献1に記載の技術を採用したとしても、十分なサイクル耐久性が得られない場合があることが判明した。 However, according to the studies of the present inventors, it has been found that sufficient cycle durability may not be obtained even if the technology described in Patent Document 1 is adopted.

そこで本発明は、全固体リチウム二次電池等の二次電池において、サイクル耐久性を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, an object of the present invention is to provide means for improving the cycle durability of a secondary battery such as an all-solid lithium secondary battery.

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意検討を行った。その結果、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組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物(NMC複合酸化物)を含む正極活物質の粒子の表面を、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子によって50%以上の被覆率で被覆し、これを固体電解質とともに正極活物質層に配合することで上記の課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present invention have made intensive studies in view of the above problems. As a result, positive electrode active materials containing Li(Ni—Mn—Co)O 2 and lithium transition metal composite oxides (NMC composite oxides) having a composition in which a portion of these transition metals are replaced by other elements The inventors have found that the above problems can be solved by coating the surface of the particles with particles of a lithium ion conductive oxide at a coverage rate of 50% or more and blending this together with the solid electrolyte into the positive electrode active material layer. I have completed my invention.

本発明の一形態によれば、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組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質と、固体電解質と、を含有する正極活物質層を備えた二次電池用正極であって、前記正極活物質の粒子の表面が、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子によって50%以上の被覆率で被覆されている、二次電池用正極が提供される。 According to one aspect of the present invention, a positive electrode active material containing Li(Ni—Mn—Co)O 2 and a lithium-transition metal composite oxide having a composition in which a part of these transition metals are replaced by other elements; A positive electrode for a secondary battery comprising a positive electrode active material layer containing a solid electrolyte, wherein the surfaces of the positive electrode active material particles are coated with lithium ion conductive oxide particles at a coverage rate of 50% or more. A coated positive electrode for a secondary battery is provided.

本発明の一形態に係る二次電池用正極によれば、全固体リチウム二次電池等の二次電池において、サイクル耐久性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the positive electrode for secondary batteries which concerns on one form of this invention, it is a secondary battery, such as an all-solid-state lithium secondary battery. WHEREIN: Cycle durability can be improved.

図1は、本発明に係る二次電池用正極を備えた二次電池の一実施形態である扁平積層型の全固体リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a flat laminated all-solid lithium ion secondary battery, which is one embodiment of a secondary battery provided with a positive electrode for a secondary battery according to the present invention. 図2は、図1に示す2-2線に沿う断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view along line 2-2 shown in FIG. 図3は、本発明の一形態に係る二次電池用正極において用いられる正極活物質の構造を模式的に表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing the structure of the positive electrode active material used in the positive electrode for secondary battery according to one embodiment of the present invention.

《二次電池》
本発明の一形態は、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組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質と、固体電解質と、を含有する正極活物質層を備えた二次電池用正極であって、
前記正極活物質の粒子の表面が、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子によって50%以上の被覆率で被覆されている、二次電池用正極である。
《Secondary battery》
One aspect of the present invention is a positive electrode active material containing Li(Ni—Mn—Co)O 2 and a lithium-transition metal composite oxide having a composition in which a portion of these transition metals are replaced by other elements; A positive electrode for a secondary battery comprising a positive electrode active material layer containing an electrolyte,
The positive electrode for a secondary battery, wherein the surfaces of the particles of the positive electrode active material are covered with the particles of the lithium ion conductive oxide at a coverage rate of 50% or more.

以下、図面を参照しながら、上述した本形態に係る二次電池用正極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。 Hereinafter, embodiments of the positive electrode for a secondary battery according to the present embodiment described above will be described with reference to the drawings. is not limited to only the form of Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios.

図1は、本発明に係る二次電池用正極を備えた二次電池の一実施形態である扁平積層型の全固体リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。図2は、図1に示す2-2線に沿う断面図である。積層型とすることで、電池をコンパクトにかつ高容量化することができる。なお、本明細書においては、図1および図2に示す扁平積層型の双極型でないリチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」とも称する)を例に挙げて詳細に説明する。ただし、本形態に係るリチウムイオン二次電池の内部における電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用しうるものである。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a flat laminated all-solid lithium ion secondary battery, which is one embodiment of a secondary battery provided with a positive electrode for a secondary battery according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view along line 2-2 shown in FIG. By using a laminate type, the battery can be made compact and have a high capacity. In the present specification, a flat laminated non-bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a "laminated battery") shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail as an example. However, when viewed from the electrical connection form (electrode structure) inside the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, it can be either a non-bipolar type (internal parallel connection type) battery or a bipolar type (internal series connection type) battery. It can also be applied to

図1に示すように、積層型電池10aは、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための負極集電板25、正極集電板27が引き出されている。発電要素21は、積層型電池10aの電池外装材(ラミネートフィルム29)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は、負極集電板25および正極集電板27を外部に引き出した状態で密封されている。 As shown in FIG. 1, the laminated battery 10a has a rectangular flat shape, and from both sides thereof, a negative electrode collector plate 25 and a positive electrode collector plate 27 for extracting electric power are pulled out. there is The power generation element 21 is wrapped by the battery exterior material (laminate film 29) of the laminated battery 10a, and the periphery thereof is heat-sealed. It is sealed in the pulled out state.

なお、本形態に係るリチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材にラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムを含むラミネートフィルムの内部に収容される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 Note that the lithium-ion secondary battery according to the present embodiment is not limited to a laminated flat shape. The wound type lithium ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may have a rectangular flat shape obtained by deforming such a cylindrical shape. etc. is not particularly limited. In the case of the above-mentioned cylindrical shape, a laminate film may be used as the exterior material, or a conventional cylindrical can (metal can) may be used, and there is no particular limitation. Preferably, the power generation element is housed inside a laminate film containing aluminum. Weight reduction can be achieved by this configuration.

また、図1に示す集電板(25、27)の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。負極集電板25と正極集電板27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、負極集電板25と正極集電板27をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図1に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 In addition, there are no particular restrictions on how the collector plates (25, 27) shown in FIG. 1 can be taken out. The negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 may be pulled out from the same side, or the negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 may be divided into a plurality of pieces and pulled out from each side. It is not limited to what is shown in FIG. 1, such as good. In a wound type lithium ion battery, terminals may be formed using, for example, cylindrical cans (metal cans) instead of tabs.

図2に示すように、本実施形態の積層型電池10aは、実際に充放電反応が進行する扁平略矩形の発電要素21が、電池外装材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。ここで、発電要素21は、正極と、固体電解質層17と、負極とを積層した構成を有している。正極は、正極集電体11”の両面に正極活物質を含有する正極活物質層15が配置された構造を有する。負極は、負極集電体11’の両面に負極活物質を含有する負極活物質層13が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、固体電解質層17を介して対向するようにして、正極、固体電解質層および負極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、固体電解質層および負極は、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。 As shown in FIG. 2, the laminate type battery 10a of the present embodiment has a structure in which a flat and 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 material. have Here, the power generation element 21 has a structure in which a positive electrode, a solid electrolyte layer 17, and a negative electrode are laminated. The positive electrode has a structure in which positive electrode active material layers 15 containing a positive electrode active material are arranged on both sides of a positive electrode current collector 11″. The negative electrode contains a negative electrode active material on both sides of a negative electrode current collector 11′. It has a structure in which active material layers 13 are arranged, specifically, one positive electrode active material layer 15 and an adjacent negative electrode active material layer 13 face each other with a solid electrolyte layer 17 interposed therebetween. A positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are stacked in this order, so that the adjacent positive electrode, solid electrolyte layer, and negative electrode constitute one single cell layer 19. Therefore, the stacked battery 10a shown in FIG. It can also be said that a plurality of unit cell layers 19 are stacked to have a configuration in which they are electrically connected in parallel.

図2に示すように、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層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、場合によっては、集電体(11’,11”)を用いることなく、負極活物質層13および正極活物質層15をそれぞれ負極および正極として用いてもよい。 As shown in FIG. 2, the outermost negative electrode current collectors positioned on both outermost layers of the power generating element 21 have the negative electrode active material layer 13 only on one side, but the active material layer is provided on both sides. may be 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 some cases, the negative electrode active material layer 13 and the positive electrode active material layer 15 may be used as the negative electrode and the positive electrode, respectively, without using the current collectors (11', 11'').

負極集電体11’および正極集電体11”は、各電極(正極および負極)と導通される負極集電板(タブ)25および正極集電板(タブ)27がそれぞれ取り付けられ、電池外装材である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27および負極集電板25はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11”および負極集電体11’に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。 The negative electrode current collector 11′ and the positive electrode current collector 11″ are attached with a negative electrode current collector plate (tab) 25 and a positive electrode current collector plate (tab) 27, which are electrically connected to the electrodes (positive electrode and negative electrode), respectively. It has a structure in which it is sandwiched between the ends of the laminate film 29, which is the material, and led out of the laminate film 29. The positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25 are respectively connected to the positive electrode as necessary. It may be attached 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 via a lead and a negative electrode lead (not shown).

以下、本形態に係る二次電池用正極が適用される二次電池の主要な構成部材について説明する。 Main constituent members of a secondary battery to which the positive electrode for a secondary battery according to the present embodiment is applied are described below.

[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 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。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 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). Such non-conductive polymeric materials can have excellent electrical potential or solvent resistance.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、およびSbからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。 Any electrically conductive filler can be used without particular limitation. Examples of materials having excellent conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking properties include metals and conductive carbon. The metal is not particularly limited, but includes at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, and Sb, or these metals. It preferably contains alloys or metal oxides. Also, the conductive carbon is not particularly limited. Preferably, it is selected from the group consisting of acetylene black, Vulcan (registered trademark), Black Pearl (registered trademark), carbon nanofiber, Ketjenblack (registered trademark), carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. At least one type is included.

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。さらに、後述する負極活物質層や正極活物質層がそれ自体で導電性を有し集電機能を発揮できるのであれば、これらの電極活物質層とは別の部材としての集電体を用いなくともよい。このような形態においては、後述する負極活物質層がそのまま負極を構成し、後述する正極活物質層がそのまま正極を構成することとなる。 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. Furthermore, if the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer to be described later themselves have conductivity and can exhibit a current collecting function, a current collector is used as a member separate from these electrode active material layers. No need. In such a form, the negative electrode active material layer to be described later constitutes the negative electrode as it is, and the positive electrode active material layer to be described later constitutes the positive electrode as it is.

[正極活物質層]
本形態に係る二次電池用正極において、正極活物質層は、正極活物質を含有する。そして、正極活物質層に含まれる正極活物質は、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組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)を必須に含む。
[Positive electrode active material layer]
In the positive electrode for a secondary battery according to this embodiment, the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material. The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer includes Li(Ni—Mn—Co) O 2 and a lithium-transition metal composite oxide ( hereinafter also simply referred to as "NMC composite oxide").

NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Ni、MnおよびCoが秩序正しく配置)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。 The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Ni, Mn and Co are arranged in an orderly manner) atomic layer are alternately stacked via an oxygen atomic layer. It contains one Li atom, and the amount of Li that can be extracted 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複合酸化物は、上述したように、遷移金属の一部が他の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。 NMC composite oxides also include composite oxides in which a portion of the transition metal is replaced with another 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.

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 (1)
で表される組成を有する。
Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferably represented by general formula (1):
LiaNibMncCodMxO2 ( 1 ) _ _
It has a composition represented by

一般式(1)において、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。また、a、b、c、d、xは、0.98≦a≦1.2、0.6≦b≦0.9、0<c≦0.4、0<d≦0.4、0≦x≦0.3、b+c+d+x=1を満たす。そして、Mは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる少なくとも1種の元素である。 In the general formula (1), 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 is Represents the atomic ratio of M. Further, a, b, c, d, and x are 0.98≦a≦1.2, 0.6≦b≦0.9, 0<c≦0.4, 0<d≦0.4, 0 ≦x≦0.3 and b+c+d+x=1 are satisfied. M is at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr.

正極活物質層は、NMC複合酸化物以外の正極活物質をさらに含んでもよい。NMC複合酸化物以外の正極活物質としては、NMC複合酸化物以外の金属酸化物のほか、硫黄単体などが挙げられる。NMC複合酸化物以外の金属酸化物としては、特に制限されないが、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO等の層状岩塩型活物質、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO等のオリビン型活物質、LiFeSiO、LiMnSiO等のSi含有活物質等が挙げられる。また上記以外の金属酸化物としては、例えば、LiTi12が挙げられる。 The positive electrode active material layer may further contain a positive electrode active material other than the NMC composite oxide. Examples of positive electrode active materials other than NMC composite oxides include metal oxides other than NMC composite oxides, elemental sulfur, and the like. Metal oxides other than NMC composite oxides are not particularly limited, but layered rock salt type active materials such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 and LiVO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , olivine-type active materials such as LiFePO 4 and LiMnPO 4 , and Si-containing active materials such as Li 2 FeSiO 4 and Li 2 MnSiO 4 . Moreover, as metal oxides other than the above, Li4Ti5O12 is mentioned , for example.

ここで、正極活物質の全量100質量%に占めるNMC複合酸化物の含有量の割合は、好ましくは50質量%以上であり、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。 Here, the ratio of the content of the NMC composite oxide to 100% by mass of the total amount of the positive electrode active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 80% by mass or more. , more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.

本形態に係る二次電池用正極において、正極活物質層に含まれるNMC複合酸化物は、一次粒子および当該一次粒子からなる二次粒子を含むものであることが好ましい。ここで「二次粒子」とは、一次粒子(単粒子)が凝集してなる凝集体を意味する。また、NMC複合酸化物が一次粒子および当該一次粒子からなる二次粒子を含む場合の好ましい実施形態において、NMC複合酸化物を構成する二次粒子の平均粒子径(算術平均径)は4.9μm以下に制御され、かつ、当該二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径(算術平均径)は1.2μm以上に制御される。このような構成を有するNMC複合酸化物の粒子は、単粒子の形状に近く充放電の進行に伴う膨張収縮も比較的大きい。このため、上記の粒子径プロファイルを有するNMC複合酸化物の粒子を用いることで、本形態の構成とすることによる作用効果がより顕著に発現しうるという利点がある。また、上記の粒子径プロファイルとすることで、電極(正極)の作製時に大きいプレス圧力が印加された場合であっても、正極活物質の粒子割れを抑制することができ、粒子割れに起因する電池容量の低下が防止されうる。なお、本明細書において、「粒子径」とは、観察される粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離を意味することとし、また、活物質の平均粒子径の値は、後述する実施例の欄に記載の手法により測定した値を採用するものとする。また、NMC複合酸化物を構成する二次粒子の平均粒子径の下限値について特に制限はないが、通常は3.0μm以上であり、好ましくは3.6μm以上である。また、上記二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径の上限値についても特に制限はなく、通常は2.7μm以下であり、好ましくは2.3μm以下である。 In the positive electrode for a secondary battery according to this embodiment, the NMC composite oxide contained in the positive electrode active material layer preferably contains primary particles and secondary particles composed of the primary particles. Here, "secondary particles" mean aggregates formed by aggregating primary particles (single particles). In a preferred embodiment in which the NMC composite oxide contains primary particles and secondary particles composed of the primary particles, the average particle diameter (arithmetic mean diameter) of the secondary particles constituting the NMC composite oxide is 4.9 μm. and the average particle diameter (arithmetic mean diameter) of the primary particles constituting the secondary particles is controlled to 1.2 μm or more. The particles of the NMC composite oxide having such a structure have a shape close to that of a single particle, and expand and contract relatively large with the progress of charging and discharging. Therefore, by using the NMC composite oxide particles having the above-described particle size profile, there is an advantage that the effects of the configuration of the present embodiment can be more remarkably exhibited. In addition, by adopting the above particle size profile, even when a large press pressure is applied during the production of the electrode (positive electrode), it is possible to suppress particle cracking of the positive electrode active material, resulting in particle cracking. A decrease in battery capacity can be prevented. In this specification, the term "particle diameter" means the maximum distance between any two points on the contour line of the observed particle, and the average particle diameter of the active material. As the value, the value measured by the method described in the section of Examples to be described later shall be adopted. Also, the lower limit of the average particle size of the secondary particles constituting the NMC composite oxide is not particularly limited, but it is usually 3.0 μm or more, preferably 3.6 μm or more. Also, the upper limit of the average particle size of the primary particles constituting the secondary particles is not particularly limited, and is usually 2.7 μm or less, preferably 2.3 μm or less.

ただし、本形態に係る二次電池用正極において、正極活物質層に含まれるNMC複合酸化物は、一次粒子のみからなる(すなわち、二次粒子を構成していない)ものであってもよい。この場合でも、好ましい実施形態においては、当該一次粒子の平均粒子径(算術平均径)は1.2μm以上に制御される。 However, in the positive electrode for a secondary battery according to the present embodiment, the NMC composite oxide contained in the positive electrode active material layer may consist only of primary particles (that is, do not constitute secondary particles). Even in this case, in a preferred embodiment, the average particle diameter (arithmetic mean diameter) of the primary particles is controlled to 1.2 μm or more.

また、上記二次粒子を構成する一次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。このような構成とすることにより、上述したような粒子径プロファイルを有するNMC複合酸化物が得られやすいため、好ましい。 In addition, the ratio of the number of particles composed of a single crystallite to the primary particles constituting the secondary particles is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and still more preferably 30% or more. be. Such a configuration is preferable because it facilitates obtaining an NMC composite oxide having a particle size profile as described above.

NMC複合酸化物の構成粒子の平均粒子径を上述したような構成に制御する手法については特に制限はなく、NMC複合酸化物の粒子の平均粒子径を制御しうる従来公知の知見が適宜参照されうる。具体的には、例えば、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。 The method of controlling the average particle size of the constituent particles of the NMC composite oxide to the configuration described above is not particularly limited, and conventionally known knowledge that can control the average particle size of the particles of the NMC composite oxide can be appropriately referred to. sell. Specifically, for example, 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-A1045 (20 Techniques disclosed in non-patent literature can be referred to.

本形態に係る二次電池用正極においては、正極活物質層に含まれるリチウム遷移金属複合酸化物(NMC複合酸化物)の粒子の表面が、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子によって50%以上の被覆率で被覆されている点に特徴がある。 In the positive electrode for a secondary battery according to the present embodiment, the surface of the particles of the lithium transition metal composite oxide (NMC composite oxide) contained in the positive electrode active material layer is 50% or more of the particles of the lithium ion conductive oxide. It is characterized in that it is covered with a coverage rate.

図3は、本形態に係る二次電池用正極において用いられる正極活物質の構造を模式的に表す模式図である。図3に示すように、本形態に係る二次電池用正極において用いられる正極活物質100は、リチウム遷移金属複合酸化物であるNMC複合酸化物の粒子110の表面が、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子120によって被覆されている。そして、その際の被覆率は50%以上である。ここで、「被覆率」とは、NMC複合酸化物の粒子110の表面積のうち、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子120によって被覆されている部分の面積の百分率を意味する。したがって、本形態に係る正極活物質100は、NMC複合酸化物の粒子110の表面の面積の半分以上がリチウムイオン伝導性酸化物の粒子120によって被覆されていることになる。なお、本発明の作用効果をよりいっそう効果的に発現させるという観点からは、上記被覆率の値は、好ましくは60%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。また、被覆率の値の上限値についても特に制限はないが、通常は99%以下であり、好ましくは95%以下である。上述した「被覆率」の値については、後述する実施例の欄に記載されているように、正極活物質を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したときの観察像から算出することが可能である。 FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing the structure of the positive electrode active material used in the positive electrode for a secondary battery according to this embodiment. As shown in FIG. 3 , in the positive electrode active material 100 used in the positive electrode for a secondary battery according to the present embodiment, the surfaces of particles 110 of NMC composite oxide, which is a lithium transition metal composite oxide, are lithium ion conductive oxides. are coated with particles 120 of And the coverage at that time is 50% or more. Here, the “coverage ratio” means the percentage of the area of the portion covered with the lithium ion conductive oxide particles 120 out of the surface area of the NMC composite oxide particles 110 . Therefore, in the positive electrode active material 100 according to the present embodiment, half or more of the surface area of the NMC composite oxide particles 110 is covered with the lithium ion conductive oxide particles 120 . From the viewpoint of more effectively expressing the effects of the present invention, the value of the coverage is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 80% or more. and particularly preferably 90% or more. Also, the upper limit of the coverage is not particularly limited, but it is usually 99% or less, preferably 95% or less. The value of the above-mentioned "coverage" can be calculated from an image observed when the positive electrode active material is observed using a scanning electron microscope (SEM), as described in the Examples section below. It is possible.

ここで、図3を参照しつつ上述したように、本形態に係る二次電池用正極においては、正極活物質層に含まれるリチウム遷移金属複合酸化物(NMC複合酸化物)の粒子の表面が、リチウムイオン伝導性酸化物の「粒子」によって被覆されていることが重要である。言い換えれば、NMC複合酸化物の粒子の表面が、リチウムイオン伝導性酸化物が連続的に延在した「被覆層」によって被覆されている部位が存在しても、そのような被覆部位については本形態に係る「被覆率」の算出においては考慮しない。したがって、このような「被覆層」の存在を完全に排除するものではないが、図3に示すようなリチウムイオン伝導性酸化物の「粒子」による被覆のみを考慮した被覆率が50%以上であれば本発明の範囲内のものであるとする。 Here, as described above with reference to FIG. 3, in the positive electrode for a secondary battery according to the present embodiment, the surfaces of the particles of the lithium transition metal composite oxide (NMC composite oxide) included in the positive electrode active material layer are , is coated with "particles" of lithium-ion-conducting oxide. In other words, even if the surfaces of the NMC composite oxide particles are coated with a "coating layer" in which the lithium ion conductive oxide is continuously extended, such coated portions are not covered by the present invention. It is not considered in the calculation of the "coverage" related to the form. Therefore, although the existence of such a "coating layer" is not completely excluded, a coverage rate of 50% or more considering only coating with "particles" of lithium ion conductive oxide as shown in FIG. If so, it is considered to be within the scope of the present invention.

本形態において、NMC複合酸化物の粒子の表面を被覆するリチウムイオン伝導性酸化物としては、リチウムイオン伝導性を有する酸化物であれば特に制限なく用いられうる。一例として、サイクル耐久性の向上効果の観点から、リチウムイオン伝導性酸化物は、下記一般式(2):
LiAO (2)
で表される組成を有するものであることが好ましい。
In this embodiment, as the lithium ion conductive oxide coating the surfaces of the particles of the NMC composite oxide, any oxide having lithium ion conductivity can be used without particular limitation. As an example, from the viewpoint of the effect of improving cycle durability, the lithium ion conductive oxide has the following general formula (2):
LixAOy ( 2)
It is preferable to have a composition represented by.

一般式(2)において、Aは、Al、Zr、Nb、Ti、Ta、La、P,B、C、Si、S、MoまたはWである。また、xおよびyは、それぞれ独立して正の整数を表す。 In general formula (2), A is Al, Zr, Nb, Ti, Ta, La, P, B, C, Si, S, Mo or W. Also, x and y each independently represent a positive integer.

一般式(2)で表されるリチウムイオン伝導性酸化物の具体例としては、例えば、LiZrO、LiNbO、LiAlO、LiTiO、LiTi12、LiTi、LiTaO、LiPO、LiBO、LiBO、LiCO、LiSiO、LiSiO、LiSO、LiMoOおよびLiWOなどが挙げられる。なかでも、サイクル耐久性の向上効果に特に優れるという観点からは、LiZrO、LiNbOおよびLiAlOの少なくとも1つが用いられることが好ましく、LiZrOまたはLiNbOの少なくともいずれかが用いられることがより好ましく、LiZrOが用いられることが特に好ましい。 Specific examples of the lithium ion conductive oxide represented by the general formula (2) include Li 2 ZrO 3 , LiNbO 3 , LiAlO 2 , Li 2 TiO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 2 O5 , LiTaO3 , Li3PO4 , Li3BO3 , LiBO2 , Li2CO3 , Li4SiO4 , Li2SiO3 , Li2SO4 , Li2MoO4 and Li2WO4 , etc. mentioned. Among them, at least one of Li 2 ZrO 3 , LiNbO 3 and LiAlO 2 is preferably used, and at least one of Li 2 ZrO 3 and LiNbO 3 is used from the viewpoint of particularly excellent effect of improving cycle durability. More preferably, Li 2 ZrO 3 is used.

NMC複合酸化物の粒子の表面を被覆するリチウムイオン伝導性酸化物の粒子の平均粒子径(算術平均径)について特に制限はないが、好ましくは2~20nmであり、より好ましくは2~15nmであり、さらに好ましくは2~10nmであり、特に好ましくは3~8nmである。リチウムイオン伝導性酸化物の粒子の平均粒子径がこのような範囲内の値であると、NMC複合酸化物の体積に対する被覆粒子の相対的な体積はごく小さいため、被覆粒子の配置に起因する二次電池の体積エネルギー密度の低下が最小限に抑制されうる。また、上記範囲の平均粒子径とすることにより、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子によってNMC複合酸化物の粒子の表面を高い被覆率で被覆しやすくなる。 The average particle diameter (arithmetic mean diameter) of the lithium ion conductive oxide particles covering the surfaces of the NMC composite oxide particles is not particularly limited, but is preferably 2 to 20 nm, more preferably 2 to 15 nm. more preferably 2 to 10 nm, particularly preferably 3 to 8 nm. When the average particle size of the particles of the lithium ion conductive oxide is within this range, the relative volume of the coated particles to the volume of the NMC composite oxide is very small. A decrease in the volumetric energy density of the secondary battery can be minimized. Further, by setting the average particle size within the above range, the surfaces of the particles of the NMC composite oxide can be easily coated with the particles of the lithium ion conductive oxide at a high coverage rate.

本形態に係る正極活物質を得るための、NMC複合酸化物の粒子の表面をリチウムイオン伝導性酸化物の粒子によって被覆する方法については、特に制限はなく、粒子の表面に多数の他の粒子を付着(添着)させるための従来公知の手法が適宜採用されうる。このような手法の一例としては、例えば、遊星ボールミル装置などのミリング装置が用いられうる。また、場合によっては、ホソカワミクロン株式会社によるメカノフュージョンシステムなどが用いられてもよい。 The method of coating the surface of the NMC composite oxide particles with the lithium ion conductive oxide particles to obtain the positive electrode active material according to the present embodiment is not particularly limited, and a large number of other particles are coated on the surface of the particles. A conventionally known method for attaching (attaching) can be appropriately adopted. As an example of such a technique, for example, a milling device such as a planetary ball mill device can be used. In some cases, a mechanofusion system manufactured by Hosokawa Micron Corporation may be used.

本発明者らの検討によれば、上述したようにNMC複合酸化物の粒子の表面がリチウムイオン伝導性酸化物の粒子によって所定値以上の被覆率で被覆されてなる正極活物質を用いて二次電池を構成することで、二次電池のサイクル耐久性を向上させうることが判明したのである。本形態に係る構成とすることにより本願所定の効果が奏されるメカニズムは完全には明らかとはなっていないが、以下のメカニズムが推定されている。すなわち、一般に、充電過程においては、NMC複合酸化物からリチウムイオンが放出されることによってNMC複合酸化物は収縮する。このとき、特許文献1に記載の技術のように、リチウムイオン伝導性酸化物の「被覆層」によってNMC複合酸化物の粒子が被覆されていると、当該被覆層はNMC複合酸化物の収縮に追従しようとする。しかしながら、リチウムイオン伝導性酸化物はNMC複合酸化物ほど収縮することはできないため、被覆層がNMC複合酸化物の粒子から浮き上がったり、場合によっては被覆層がNMC複合酸化物から剥離または脱落したりする。また、その後の放電過程においてNMC複合酸化物が膨張すると、被覆層に割れが生じたりする虞もある。このようにリチウムイオン伝導性酸化物からなる被覆層がNMC複合酸化物から剥離・脱落したり、被覆層に割れが生じたりすると、被覆層本来の役割であった正極活物質(NMC複合酸化物)と固体電解質との反応を抑制することができなくなる。その結果、充放電の進行に伴って正極活物質と固体電解質との反応が進行してこれらの界面に高抵抗層が形成され、電池容量の低下を招くこととなる。 According to the studies of the present inventors, as described above, the surface of the NMC composite oxide particles is coated with the lithium ion conductive oxide particles at a coverage rate of a predetermined value or more. It has been found that the cycle durability of the secondary battery can be improved by configuring the secondary battery. Although the mechanism by which the effects specified in the present application are exhibited by the configuration according to the present embodiment is not completely clear, the following mechanism is presumed. That is, generally, in the charging process, the NMC composite oxide contracts as lithium ions are released from the NMC composite oxide. At this time, as in the technique described in Patent Document 1, if the particles of the NMC composite oxide are coated with a "coating layer" of the lithium ion conductive oxide, the coating layer causes the shrinkage of the NMC composite oxide. try to follow. However, since the lithium ion conductive oxide cannot shrink as much as the NMC composite oxide, the coating layer may float from the particles of the NMC composite oxide, or in some cases, the coating layer may peel off or fall off from the NMC composite oxide. do. Further, if the NMC composite oxide expands during the subsequent discharge process, cracks may occur in the coating layer. In this way, if the coating layer made of the lithium ion conductive oxide peels off from the NMC composite oxide, or cracks occur in the coating layer, the positive electrode active material (NMC composite oxide), which is the original role of the coating layer, ) and the solid electrolyte cannot be suppressed. As a result, the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte progresses with the progress of charging and discharging, forming a high-resistance layer at the interface between them, resulting in a decrease in battery capacity.

これに対し、本形態に係る正極活物質においては、特許文献1のように「被覆層」による被覆を前提としておらず、リチウムイオン伝導性酸化物の「粒子」によってNMC複合酸化物の粒子を被覆している。したがって、充電過程においてNMC複合酸化物が収縮したとしても、これを被覆しているリチウムイオン伝導性酸化物の粒子はこの収縮に対して十分に追従することができる。その結果、被覆粒子の剥離や脱落の発生や、正極活物質と固体電解質との反応に起因する界面抵抗の上昇も抑制されることから、サイクル耐久性の改善に寄与するものと考えられる。ここで、正極活物質の粒子の表面に種々の材料からなる被覆層を設ける技術は、従来の液系のリチウムイオン二次電池においても提案されてきたが、このような液系のリチウムイオン二次電池においては、正極活物質と固体電解質との固体-固体接触による反応の問題がそもそも存在しないため、そのような反応を防止するという課題は存在していなかったといえる。なお、上述したメカニズムはあくまでも推測に基づくものであり、その正誤が本発明の技術的範囲に影響を及ぼすことはない。 On the other hand, in the positive electrode active material according to the present embodiment, unlike Patent Document 1, it is not premised to be coated with a "coating layer", but the particles of the NMC composite oxide are covered by the "particles" of the lithium ion conductive oxide. covered. Therefore, even if the NMC composite oxide shrinks during the charging process, the lithium ion conductive oxide particles covering it can sufficiently follow this shrinkage. As a result, peeling and falling off of the coated particles and an increase in interfacial resistance due to reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte are suppressed, which is considered to contribute to improvement of cycle durability. Techniques for providing a coating layer made of various materials on the surfaces of particles of a positive electrode active material have been proposed for conventional liquid-type lithium ion secondary batteries. In the secondary battery, since the problem of reaction due to solid-solid contact between the positive electrode active material and the solid electrolyte does not exist in the first place, it can be said that there was no problem of preventing such a reaction. It should be noted that the mechanism described above is purely based on speculation, and its correctness or wrongness does not affect the technical scope of the present invention.

正極活物質層は、固体電解質をさらに含む。正極活物質層が固体電解質を含むことにより、正極活物質層のイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質や酸化物固体電解質が挙げられるが、イオン伝導性に優れ電池性能のよりいっそうの向上が図れるという観点からは硫化物固体電解質であることが好ましい。 The positive electrode active material layer further includes a solid electrolyte. By including the solid electrolyte in the positive electrode active material layer, the ion conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of solid electrolytes include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes, but sulfide solid electrolytes are preferable from the viewpoint of excellent ion conductivity and further improvement of battery performance.

硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、LiS-P、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS、LiPS、LiS-P-LiI、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z(ただし、m、nは正の数であり、Zは、Ge、Zn、Gaのいずれかである)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数であり、Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれかである)等が挙げられる。なお、「LiS-P」の記載は、LiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質を意味し、他の記載についても同様である。 Examples of sulfide solid electrolytes include LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 , LiI - Li3PS4 , LiI - LiBr - Li3PS4 , Li3PS4 , Li2SP2S5 - LiI , Li2SP2S5 - Li2O , Li2SP 2S5 - Li2O - LiI, Li2S - SiS2 , Li2S - SiS2 - LiI, Li2S - SiS2 - LiBr, Li2S - SiS2-LiCl, Li2S - SiS2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5 -Z m S n (where m, n is a positive number and Z is one of Ge, Zn and Ga), Li 2 S—GeS 2 , Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 , Li 2 S—SiS 2 —Li x MO y (where x and y are positive numbers and M is any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga and In) and the like. The description of “Li 2 SP 2 S 5 ” means a sulfide solid electrolyte using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions.

硫化物固体電解質は、例えば、LiPS骨格を有していてもよく、Li骨格を有していてもよく、Li骨格を有していてもよい。LiPS骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS、LiPSが挙げられる。また、Li骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LPSと称されるLi-P-S系固体電解質(例えば、Li11)が挙げられる。また、硫化物固体電解質として、例えば、Li(4-x)Ge(1-x)(xは、0<x<1を満たす)で表されるLGPS等を用いてもよい。なかでも、硫化物固体電解質は、P元素を含む硫化物固体電解質であることが好ましく、硫化物固体電解質は、LiS-Pを主成分とする材料であることがより好ましい。さらに、硫化物固体電解質は、ハロゲン(F、Cl、Br、I)を含有していてもよい。ハロゲンを含有する硫化物固体電解質としては、アルジロダイト型固体電解質(LiPSClやLiPSBr)が挙げられ、これもまた好ましく用いられうる材料である。 The sulfide solid electrolyte may have, for example, a Li 3 PS 4 skeleton, a Li 4 P 2 S 7 skeleton, or a Li 4 P 2 S 6 skeleton. . Examples of sulfide solid electrolytes having a Li 3 PS 4 skeleton include LiI--Li 3 PS 4 , LiI--LiBr--Li 3 PS 4 and Li 3 PS 4 . Examples of sulfide solid electrolytes having a Li 4 P 2 S 7 skeleton include Li—P—S solid electrolytes called LPS (eg, Li 7 P 3 S 11 ). As the sulfide solid electrolyte, for example, LGPS represented by Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 (where x satisfies 0<x<1) may be used. Among them, the sulfide solid electrolyte is preferably a sulfide solid electrolyte containing the element P, and more preferably a material containing Li 2 SP 2 S 5 as a main component. Furthermore, the sulfide solid electrolyte may contain halogens (F, Cl, Br, I). Halogen-containing sulfide solid electrolytes include aldirodite-type solid electrolytes (Li 6 PS 5 Cl and Li 6 PS 5 Br), which are also materials that can be preferably used.

また、硫化物固体電解質がLiS-P系である場合、LiSおよびPの割合は、モル比で、LiS:P=50:50~100:0の範囲内であることが好ましく、なかでもLiS:P=70:30~80:20であることが好ましい。 When the sulfide solid electrolyte is Li 2 S—P 2 S 5 system, the molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is Li 2 S:P 2 S 5 =50:50 to 100. :0, and more preferably Li 2 S:P 2 S 5 =70:30 to 80:20.

また、硫化物固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラスであってもよく、固相法により得られる結晶質材料であってもよい。なお、硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング(ボールミル等)を行うことにより得ることができる。また、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行うことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質の常温(25℃)におけるイオン伝導度(例えば、Liイオン伝導度)は、例えば、1×10-5S/cm以上であることが好ましく、1×10-4S/cm以上であることがより好ましい。なお、固体電解質のイオン伝導度の値は、交流インピーダンス法により測定することができる。 The sulfide solid electrolyte may be sulfide glass, crystallized sulfide glass, or a crystalline material obtained by a solid phase method. The sulfide glass can be obtained, for example, by subjecting the raw material composition to mechanical milling (such as a ball mill). Crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by heat-treating sulfide glass at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. Further, the ionic conductivity (eg, Li ion conductivity) of the sulfide solid electrolyte at room temperature (25° C.) is, for example, preferably 1×10 −5 S/cm or more, and 1×10 −4 S/cm. cm or more is more preferable. Incidentally, the value of the ionic conductivity of the solid electrolyte can be measured by the AC impedance method.

酸化物固体電解質としては、例えば、NASICON型構造を有する化合物等が挙げられる。NASICON型構造を有する化合物の一例としては、一般式Li1+xAlGe2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LAGP)、一般式Li1+xAlTi2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LATP)等が挙げられる。また、酸化物固体電解質の他の例としては、LiLaTiO(例えば、Li0.34La0.51TiO)、LiPON(例えば、Li2.9PO3.30.46)、LiLaZrO(例えば、LiLaZr12)等が挙げられる。 Examples of oxide solid electrolytes include compounds having a NASICON structure. Examples of compounds having a NASICON structure include compounds represented by the general formula Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2) (LAGP) and general formula Li 1+x Al x Ti 2 -x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2) (LATP) and the like. Other examples of oxide solid electrolytes include LiLaTiO (e.g., Li 0.34 La 0.51 TiO 3 ), LiPON (e.g., Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ), LiLaZrO (e.g., , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) and the like.

固体電解質の形状は、例えば、真球状、楕円球状等の粒子形状である。また、正極活物質層に含まれる固体電解質の一次粒子の平均粒子径(算術平均径)について特に制限はないが、好ましくは0.8μm以下である。一方、固体電解質の一次粒子の平均粒子径の下限値についても特に制限はなく、通常は0.5μm以上である。 The shape of the solid electrolyte is, for example, a particle shape such as a perfect sphere or an ellipsoid. The average particle size (arithmetic mean size) of the primary particles of the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 0.8 μm or less. On the other hand, the lower limit of the average particle size of the primary particles of the solid electrolyte is not particularly limited, and is usually 0.5 μm or more.

正極活物質層は、上述した正極活物質および固体電解質に加えて、導電助剤およびバインダの少なくとも1つをさらに含有していてもよい。 The positive electrode active material layer may further contain at least one of a conductive aid and a binder in addition to the positive electrode active material and solid electrolyte described above.

導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物;炭素繊維(具体的には、気相成長炭素繊維(VGCF)、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、活性炭素繊維等)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンブラック(具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。 Examples of conductive aids include metals such as aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, and titanium, alloys containing these metals, and metal oxides; carbon fibers (specifically, vapor-grown carbon fibers (VGCF), polyacrylonitrile-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, rayon-based carbon fiber, activated carbon fiber, etc.), carbon nanotubes (CNT), carbon black (specifically, acetylene black, Ketjenblack (registered trademark) , furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), but are not limited thereto. In addition, a particulate ceramic material or resin material coated with the above metal material by plating or the like can also be used as a conductive aid. Among these conductive aids, from the viewpoint of electrical stability, it is preferable to include at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, silver, gold, copper, titanium, and carbon. , silver, gold, and carbon, and more preferably at least one carbon. These conductive aids may be used alone or in combination of two or more.

導電助剤の形状は、粒子状または繊維状であることが好ましい。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。 The shape of the conductive aid is preferably particulate or fibrous. When the conductive agent is particulate, the shape of the particles is not particularly limited, and may be powdery, spherical, rod-like, needle-like, plate-like, columnar, amorphous, scaly, spindle-like, or the like. I don't mind.

導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径(一次粒子径)は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μmであることが好ましい。 The average particle size (primary particle size) of the conductive additive in the form of particles is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery.

正極活物質層が導電助剤を含む場合、当該正極活物質層における導電助剤の含有量は特に制限されないが、正極活物質層の合計質量に対して、好ましくは0~10質量%であり、より好ましくは2~8質量%であり、さらに好ましくは4~7質量%である。このような範囲であれば、正極活物質層においてより強固な電子伝導パスを形成することが可能となり、電池特性の向上に有効に寄与することが可能である。 When the positive electrode active material layer contains a conductive aid, the content of the conductive aid in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 0 to 10% by mass with respect to the total weight of the positive electrode active material layer. , more preferably 2 to 8% by mass, more preferably 4 to 7% by mass. Within such a range, it is possible to form a stronger electron conduction path in the positive electrode active material layer, which can effectively contribute to the improvement of battery characteristics.

一方、バインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。 On the other hand, the binder is not particularly limited, but includes, for example, the following materials.

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)、カルボキシメチルセルロース、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。 Polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride (PVDF) (including compounds in which hydrogen atoms are replaced with other halogen elements), carboxymethylcellulose, polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polybutene, polyethernitrile, polytetra Fluoroethylene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene-propylene-diene copolymer, styrene-butadiene-styrene block copolymer and its Hydrogenated products, thermoplastic polymers such as styrene/isoprene/styrene block copolymers and their hydrogenated products, tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymers (FEP), tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymers (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF) and other fluorine resins, 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 Vinylidene fluoride fluororubbers such as fluororubbers (VDF-PFMVE-TFE fluororubbers), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluororubbers (VDF-CTFE fluororubbers), epoxy resins, and the like. Among them, polyimide, styrene-butadiene rubber, carboxymethylcellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable.

正極活物質層の厚さは、目的とする全固体電池の構成によっても異なるが、例えば、0.1~1000μmの範囲内であることが好ましい。 Although the thickness of the positive electrode active material layer varies depending on the configuration of the intended all-solid-state battery, it is preferably in the range of 0.1 to 1000 μm, for example.

[負極(負極活物質層)]
本形態に係る二次電池において、負極活物質層13は、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。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。負極活物質は、金属リチウムもしくはリチウム含有合金、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く、金属リチウムまたはリチウム含有合金を含むことが特に好ましい。なお、負極活物質が金属リチウムまたはリチウム含有合金を用いる場合、電気デバイスとしてのリチウム二次電池は、充電過程において負極集電体上に負極活物質としてのリチウム金属を析出させる、いわゆるリチウム析出型のものでありうる。したがって、このような形態では、充電過程の進行に伴って負極活物質層の厚さは大きくなり、放電過程の進行に伴って負極活物質層の厚さは小さくなる。完全放電時には負極活物質層は存在していなくともよいが、場合によってはある程度のリチウム金属からなる負極活物質層を完全放電時において配置しておいてもよい。
[Negative electrode (negative electrode active material layer)]
In the secondary battery according to this embodiment, the negative electrode active material layer 13 contains a negative electrode active material. The types of negative electrode active materials are not particularly limited, but include carbon materials, metal oxides and metal active materials. 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 negative electrode active material preferably contains metallic lithium or a lithium-containing alloy, a silicon-based negative electrode active material, or a tin-based negative electrode active material, and particularly preferably contains metallic lithium or a lithium-containing alloy. When metal lithium or a lithium-containing alloy is used as the negative electrode active material, the lithium secondary battery as an electrical device deposits lithium metal as the negative electrode active material on the negative electrode current collector during the charging process, a so-called lithium deposition type. can be of Therefore, in such a form, the thickness of the negative electrode active material layer increases as the charging process progresses, and the thickness of the negative electrode active material layer decreases as the discharging process progresses. Although the negative electrode active material layer does not have to exist at the time of complete discharge, depending on the situation, a certain amount of the negative electrode active material layer made of lithium metal may be arranged at the time of complete discharge.

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、その平均粒子径は、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。 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 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, and even more preferably in the range of 100 nm to 20 μm. within the range of 1 to 20 μm.

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、40~99質量%の範囲内であることが好ましく、50~90質量%の範囲内であることがより好ましい。なお、負極活物質層は、固体電解質や、導電助剤および/またはバインダをさらに含んでもよく、これらの具体的な形態および好ましい形態については、上述した正極活物質層の欄において説明したものが同様に採用されうる。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is not particularly limited. more preferred. The negative electrode active material layer may further contain a solid electrolyte, a conductive aid and/or a binder, and specific forms and preferred forms thereof are described in the section on the positive electrode active material layer above. can be adopted as well.

負極活物質層の厚さは、目的とする全固体電池の構成によっても異なるが、例えば、0.1~1000μmの範囲内であることが好ましい。 Although the thickness of the negative electrode active material layer varies depending on the configuration of the intended all-solid-state battery, it is preferably in the range of 0.1 to 1000 μm, for example.

[固体電解質層]
本形態に係る二次電池において、固体電解質層は、上述した正極活物質層と負極活物質層との間に介在し、固体電解質を必須に含有する層である。固体電解質層に含有される固体電解質の具体的な形態について特に制限はなく、正極活物質層の欄において説明した例示および好ましい形態が同様に採用される。すなわち、イオン伝導性に優れ電池性能のよりいっそうの向上が図れるという観点から、固体電解質層は硫化物固体電解質を含有することが好ましいが、この場合にはその他の固体電解質をさらに含有してもよいし、硫化物固体電解質以外の固体電解質のみを含んでもよい。
[Solid electrolyte layer]
In the secondary battery according to the present embodiment, the solid electrolyte layer is a layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and essentially containing a solid electrolyte. The specific form of the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited, and the exemplified and preferred forms described in the column of the positive electrode active material layer are similarly employed. That is, the solid electrolyte layer preferably contains a sulfide solid electrolyte from the viewpoint of excellent ion conductivity and further improvement of battery performance. Alternatively, it may contain only a solid electrolyte other than the sulfide solid electrolyte.

固体電解質層は、上述した固体電解質に加えて、バインダをさらに含有していてもよい。固体電解質層に含有されうるバインダについても、正極活物質層の欄において説明した例示および好ましい形態が同様に採用されうる。 The solid electrolyte layer may further contain a binder in addition to the solid electrolyte described above. As for the binder that can be contained in the solid electrolyte layer, the examples and preferred forms described in the column of the positive electrode active material layer can be similarly adopted.

固体電解質層の厚みは、目的とするリチウムイオン二次電池の構成によっても異なるが、電池の体積エネルギー密度を向上させうるという観点からは、好ましくは600μm以下であり、より好ましくは500μm以下であり、さらに好ましくは400μm以下である。一方、固体電解質層の厚みの下限値について特に制限はないが、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは50μm以上であり、さらに好ましくは100μm以上である。 The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the intended configuration of the lithium ion secondary battery, but from the viewpoint of improving the volume energy density of the battery, it is preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less. , and more preferably 400 μm or less. On the other hand, the lower limit of the thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more, more preferably 50 μm or more, and still more preferably 100 μm or more.

[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、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27と負極集電板25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 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 electrode collector plate 27 and the negative electrode collector plate 25 .

[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(11”、11’)と集電板(27、25)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 collectors (11″, 11′) and the current collector plates (27, 25) may be electrically connected via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As the constituent material of the negative electrode lead, materials used in known lithium-ion secondary batteries can be similarly employed.The portion taken out from the exterior may contact peripheral devices, wiring, etc. and cause electric leakage. It is preferable to cover with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like so as not to affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices).

[電池外装材]
電池外装材としては、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、外装材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 material]
As the battery exterior material, 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. Further, the exterior material is more preferably a laminate film containing aluminum, since the group pressure applied to the power generating element from the outside can be easily adjusted.

本形態に係る積層型電池は、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電池は、EV、HEVの駆動用電源として好適に使用される。 The stacked battery according to this embodiment has a structure in which a plurality of single cell layers are connected in parallel, so that it has a high capacity and excellent cycle durability. Therefore, the stacked battery according to this embodiment is suitably used as a power source for driving EVs and HEVs.

以上、リチウムイオン二次電池の一実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。 Although one embodiment of the lithium ion secondary battery has been described above, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and can be appropriately modified based on the description of the claims. It is possible.

例えば、本発明に係るリチウムイオン二次電池が適用される電池の種類として、集電体の一方の面に電気的に結合した正極活物質層と、集電体の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層とを有する双極型電極を含む、双極型(バイポーラ型)の電池も挙げられる。 For example, as a type of battery to which the lithium ion secondary battery according to the present invention is applied, a positive electrode active material layer electrically coupled to one surface of the current collector and an electrically Bipolar batteries are also included, which include a bipolar electrode having a negative electrode active material layer bonded to a cathode.

また、本形態に係る二次電池は、全固体型でなくてもよい。すなわち、固体電解質層は、従来公知の液体電解質(電解液)をさらに含有していてもよい。固体電解質層に含まれうる液体電解質(電解液)の量について特に制限はないが、固体電解質により形成された固体電解質層の形状が保持され、液体電解質(電解液)の液漏れが生じない程度の量であることが好ましい。 Further, the secondary battery according to this embodiment does not have to be an all-solid-state battery. That is, the solid electrolyte layer may further contain a conventionally known liquid electrolyte (electrolytic solution). The amount of the liquid electrolyte (electrolyte solution) that can be contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but the amount is such that the shape of the solid electrolyte layer formed by the solid electrolyte is maintained and the liquid electrolyte (electrolyte solution) does not leak. is preferably the amount of

用いられうる液体電解質(電解液)は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、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、有機溶媒は、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、より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。 A liquid electrolyte (electrolytic solution) that can be used has a form in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent. Examples of organic solvents used include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), methyl acetate (MA), and methyl formate. (MF), 4-methyldioxolane (4MeDOL), dioxolane (DOL), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), tetrahydrofuran (THF), dimethoxyethane (DME), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl sulfoxide (DMSO), and γ-butyrolactone (GBL). Among them, the organic solvent is preferably a chain carbonate, more preferably diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC), from the viewpoint that the rapid charging characteristics and output characteristics can be further improved. It is at least one selected from the group consisting of, 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 is preferably Li(FSO 2 ) 2 N (LiFSI) from the viewpoint of battery output and charge/discharge cycle characteristics.

液体電解質(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 liquid electrolyte (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.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、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 an object configured by connecting a plurality of batteries. Specifically, at least two or more are used, and serialization or parallelization or both of them are used. By connecting in series and in parallel, it is 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、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

《正極の作製例》
[比較例1]
(被覆正極活物質の調製)
まず、正極活物質であるリチウム遷移金属酸化物(組成=LiNi0.8Mn0.1Co0.1O)を準備した。また、リチウムイオン伝導性酸化物粒子であるLiNbOの微粉末を別途準備した。次いで、転動流動造粒コーティング装置を用いて、NMC複合酸化物の粒子の表面にLiNbOを均一に付着させて乾燥し、NMC複合酸化物の粒子の表面にLiNbOからなる被覆層を形成して、被覆正極活物質を調製した。
<<Preparation example of positive electrode>>
[Comparative Example 1]
(Preparation of coated positive electrode active material)
First, a lithium transition metal oxide (composition=LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O) was prepared as a positive electrode active material. In addition, fine powder of LiNbO 3 , which is lithium ion conductive oxide particles, was separately prepared. Next, using a tumbling fluidized granulation coating apparatus, LiNbO 3 is uniformly deposited on the surface of the NMC composite oxide particles and dried to form a coating layer of LiNbO 3 on the surface of the NMC composite oxide particles. Then, a coated positive electrode active material was prepared.

ここで、上記のようにして得られた被覆正極活物質の二次粒子の平均粒子径、当該二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径、および上記被覆層の厚さを下記の手法により測定したところ、それぞれ4.9μm、2.3μmおよび5nmであった。 Here, the average particle size of the secondary particles of the coated positive electrode active material obtained as described above, the average particle size of the primary particles constituting the secondary particles, and the thickness of the coating layer are measured by the following method. Measurements were 4.9 μm, 2.3 μm and 5 nm, respectively.

(平均粒子径の測定方法)
上記で調製した被覆正極活物質の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察、評価した。
(Method for measuring average particle size)
A cross section of the coated positive electrode active material prepared above was observed and evaluated using a scanning electron microscope (SEM).

正極活物質の一次粒子の平均粒子径(算術平均径)は、正極活物質の断面より確認できる粒界の存在しない粒子50個以上について粒子径(観察される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)をそれぞれ測定し、その算術平均値を算出することにより求めた。また、正極活物質の二次粒子の平均粒子径(算術平均径)は、間に他の物質が存在しない一次粒子群50個以上について粒子径をそれぞれ測定し、その算術平均値を算出することにより求めた。さらに、被覆層の厚さは、観察像における被覆層の50箇所以上について厚さをそれぞれ測定し、その算術平均値を算出することにより求めた。 The average particle diameter (arithmetic mean diameter) of the primary particles of the positive electrode active material is the particle diameter of 50 or more particles without grain boundaries that can be confirmed from the cross section of the positive electrode active material (any two points on the observed particle contour line Among the distances between the two, the maximum distance) was measured, and the arithmetic mean value was calculated. In addition, the average particle diameter (arithmetic mean diameter) of the secondary particles of the positive electrode active material is obtained by measuring the particle diameters of 50 or more primary particle groups in which there is no other substance between them, and calculating the arithmetic mean value. obtained by Furthermore, the thickness of the coating layer was obtained by measuring the thickness of each of 50 or more locations of the coating layer in the observed image and calculating the arithmetic mean value.

(正極の作製)
次いで、リチウムイオン伝導性の硫化物固体電解質であるアルジロダイト型固体電解質(LiPSCl)を準備した。また、導電助剤であるアセチレンブラックを準備した。そして、上記で調製した被覆正極活物質、硫化物固体電解質および導電助剤のそれぞれ所定量を秤量し、ビーズをさらに添加してローラー混合することにより、正極合剤を得た。なお、各成分の配合比(質量比)は、被覆正極活物質:硫化物固体電解質:導電助剤=60:34:6とした。
(Preparation of positive electrode)
Next, an aldirodite-type solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl), which is a lithium ion conductive sulfide solid electrolyte, was prepared. Also, acetylene black, which is a conductive agent, was prepared. Predetermined amounts of the coated positive electrode active material, the sulfide solid electrolyte, and the conductive aid prepared above were weighed, and beads were further added and roller-mixed to obtain a positive electrode mixture. The compounding ratio (mass ratio) of each component was set to coated positive electrode active material:sulfide solid electrolyte:conductive aid=60:34:6.

(評価用セルの作製)
上記で調製した正極合剤と、負極集電体とを対向させ、この間に固体電解質層を介在させることで、評価用セル(リチウム析出型の全固体リチウム二次電池)を作製した。
(Preparation of cell for evaluation)
An evaluation cell (lithium precipitation type all-solid lithium secondary battery) was produced by placing the positive electrode mixture prepared above and the negative electrode current collector opposite to each other and interposing a solid electrolyte layer therebetween.

具体的には、上記と同様の硫化物固体電解質(LiPSCl)100mgを秤量し、セラミック管内に入れ、表面を平滑にならした上で、締結治具を用いて200[MPa]で加圧して、固体電解質ペレット(φ10mm)を作製した。 Specifically, 100 mg of the same sulfide solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl) as above was weighed, placed in a ceramic tube, smoothed on the surface, and subjected to a pressure of 200 [MPa] using a fastening jig. A solid electrolyte pellet (φ10 mm) was produced by pressing.

その後、締結治具を抜き、ペレットの片面に上記で得られた正極合剤の所定量を配置し、締結治具を用いて200[MPa]で加圧して、正極活物質層(厚み25μm)を作製した。また、ペレットのもう片面に、負極集電体としてニッケル箔を配置し、締結治具を用いて100[MPa]で加圧して、本比較例の評価用セルを作製した。 After that, the fastening jig is pulled out, a predetermined amount of the positive electrode mixture obtained above is placed on one side of the pellet, and a pressure of 200 [MPa] is applied using the fastening jig to form a positive electrode active material layer (thickness: 25 μm). was made. On the other side of the pellet, a nickel foil was placed as a negative electrode current collector and pressed at 100 [MPa] using a fastening jig to prepare an evaluation cell of this comparative example.

[比較例2]
リチウムイオン伝導性酸化物粒子であるLiNbOの被覆層の厚さが10nmとなるように、被覆正極活物質を調製する際のLiNbOの添加量を調節したこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、本比較例の正極および評価用セルを作製した。
[Comparative Example 2]
Comparative Example 1 described above , except that the amount of LiNbO3 added when preparing the coated positive electrode active material was adjusted so that the thickness of the coating layer of LiNbO3 , which is the lithium ion conductive oxide particles, was 10 nm. A positive electrode and an evaluation cell of this comparative example were produced in the same manner as in .

[実施例1]
(被覆正極活物質の調製)
まず、正極活物質であるリチウム遷移金属酸化物(組成=LiNi0.8Mn0.1Co0.1O)を準備した。また、リチウムイオン伝導性酸化物粒子であるLiNbOの微粉末を別途準備した。次いで、遊星ボールミル装置を用いて、NMC複合酸化物の粒子の表面にLiNbOの粒子を多数付着させて、被覆正極活物質を調製した。
[Example 1]
(Preparation of coated positive electrode active material)
First, a lithium transition metal oxide (composition=LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O) was prepared as a positive electrode active material. In addition, fine powder of LiNbO 3 , which is lithium ion conductive oxide particles, was separately prepared. Next, using a planetary ball mill, a large number of LiNbO 3 particles were attached to the surfaces of the NMC composite oxide particles to prepare a coated positive electrode active material.

ここで、上記のようにして得られた被覆正極活物質の二次粒子の平均粒子径、当該二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径、および上記LiNbOの粒子の平均粒子径を上記と同様の手法により測定したところ、それぞれ4.9μm、2.3μmおよび5nmであった。なお、LiNbOの粒子の平均粒子径(算術平均径)は、正極活物質の断面より確認できる粒子50個以上について粒子径(観察される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)をそれぞれ測定し、その算術平均値を算出することにより求めた。 Here, the average particle diameter of the secondary particles of the coated positive electrode active material obtained as described above, the average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles, and the average particle diameter of the LiNbO 3 particles are calculated as above. When measured by the same method as described above, they were 4.9 μm, 2.3 μm and 5 nm, respectively. The average particle diameter (arithmetic mean diameter) of the LiNbO 3 particles is the particle diameter of 50 or more particles that can be confirmed from the cross section of the positive electrode active material (out of the distance between any two points on the observed particle contour line) , maximum distance) were measured, and the arithmetic mean was calculated.

また、上述した平均粒子径の測定に用いたSEMの観察像から、LiNbOの粒子によるNMC複合酸化物の粒子の表面の被覆率を測定したところ、80%であった。 In addition, when the surface coverage of the NMC composite oxide particles with the LiNbO 3 particles was measured from the SEM observation image used for the measurement of the average particle size described above, it was 80%.

このようにして調製した被覆正極活物質を用いたこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、本実施例の正極および評価用セルを作製した。 A positive electrode and an evaluation cell of this example were produced in the same manner as in Comparative Example 1 described above, except that the coated positive electrode active material thus prepared was used.

[実施例2]
リチウムイオン伝導性酸化物として、LiNbOに代えてLiAlOを用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の正極および評価用セルを作製した。
[Example 2]
A positive electrode and an evaluation cell of this example were produced in the same manner as in Example 1 described above, except that LiAlO 2 was used instead of LiNbO 3 as the lithium ion conductive oxide.

[実施例3]
リチウムイオン伝導性酸化物として、LiNbOに代えてLiZrOを用いたこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の正極および評価用セルを作製した。
[Example 3]
A positive electrode and an evaluation cell of this example were produced in the same manner as in Example 1 , except that Li2ZrO3 was used instead of LiNbO3 as the lithium ion conductive oxide.

[実施例4]
LiZrOの粒子によるNMC複合酸化物の粒子の表面の被覆率が50%となるように、被覆正極活物質を調製する際のLiZrOの添加量を調節したこと以外は、上述した実施例3と同様の手法により、本比較例の正極および評価用セルを作製した。
[Example 4]
Except that the amount of Li 2 ZrO 3 added in preparing the coated positive electrode active material was adjusted so that the coverage of the surface of the NMC composite oxide particles with the Li 2 ZrO 3 particles was 50%. A positive electrode and an evaluation cell of this comparative example were produced in the same manner as in Example 3.

《正極の評価例》
上述した実施例および比較例において作製した評価用セルを用いて、以下の充放電試験条件でサイクル充放電試験を実施し、上記で作製したそれぞれの正極についての評価を行った。
<<Evaluation example of positive electrode>>
Cycle charge-discharge tests were carried out under the following charge-discharge test conditions using the evaluation cells produced in the examples and comparative examples described above, and the respective positive electrodes produced above were evaluated.

(充放電試験条件)
1)充放電条件
[電圧範囲]2.5~4.3V
[充電過程]CCCV
[放電過程]CCCV
[充放電レート]0.05C
(充放電後、それぞれ30分休止)
[充放電サイクル]50サイクル
2)評価温度:298K(25℃)。
(Charge/discharge test conditions)
1) Charging and discharging conditions [Voltage range] 2.5 to 4.3 V
[Charging process] CCCV
[Discharge process] CCCV
[Charging and discharging rate] 0.05C
(Pause for 30 minutes each after charging and discharging)
[Charging/discharging cycle] 50 cycles 2) Evaluation temperature: 298K (25°C).

評価用セルは、充放電試験機を使用して、上記評価温度に設定された恒温槽中にて、充電過程(負極集電体上へリチウム金属が析出する)では、定電流・定電圧(CCCV)モードとし、0.05Cにて2.5Vから4.3Vまで充電した。その後、放電過程(負極集電体上のリチウム金属が溶解する)では、定電流・定電圧(CCCV)モードとし、0.05Cにて4.3Vから2.5Vまで放電した。ここで、1Cとは、その電流値で1時間充電すると、ちょうどその電池が満充電(100%充電)状態になる電流値のことである。 Using a charge/discharge tester, the evaluation cell was placed in a constant temperature bath set at the above evaluation temperature, and during the charging process (lithium metal was deposited on the negative electrode current collector), constant current and constant voltage ( CCCV) mode, and charged from 2.5V to 4.3V at 0.05C. After that, in the discharge process (lithium metal on the negative electrode current collector is dissolved), the battery was discharged from 4.3V to 2.5V at 0.05C in a constant current/constant voltage (CCCV) mode. Here, 1C is a current value at which the battery is fully charged (100% charged) when charged for one hour at that current value.

上記のサイクル充放電試験の終了後、放電容量維持率として、1サイクル目の放電容量に対する50サイクル目の放電容量の百分率[%]を算出し、サイクル耐久性の指標とした。結果を下記の表1に示す。 After completion of the cycle charge/discharge test, the percentage [%] of the discharge capacity at the 50th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle was calculated as the discharge capacity retention rate, and used as an index of cycle durability. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2022170190000001
Figure 2022170190000001

表1に示す結果から、本発明の一形態に係る正極を用いることで、サイクル耐久性の向上が図られることがわかる。また、被覆率が50%である実施例4と比較して、被覆率が80%と高い実施例3では、特に高い放電容量維持率が達成されていることもわかる。これに対し、同様のリチウムイオン伝導性酸化物を用いながらもその粒子をNMC複合酸化物の粒子の表面に付着させるのではなくこれによる被覆層を形成している比較例1および比較例2では、十分な放電容量維持率を得ることができなかったこともわかる。これは、充電過程におけるNMC複合酸化物の粒子の収縮に対して被覆層が十分に追従することができず、活物質粒子の表面から被覆層が剥離・脱落してしまい、二次電池の内部抵抗が上昇したことによるものと考えられる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that the use of the positive electrode according to one embodiment of the present invention improves the cycle durability. Moreover, it can be seen that a particularly high discharge capacity retention rate is achieved in Example 3, which has a high coverage rate of 80%, compared to Example 4, which has a coverage rate of 50%. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which a similar lithium ion conductive oxide is used, but the particles are not adhered to the surface of the NMC composite oxide particles, but a coating layer is formed therefrom. , it can also be seen that a sufficient discharge capacity retention rate could not be obtained. This is because the coating layer cannot sufficiently follow the contraction of the NMC composite oxide particles during the charging process, and the coating layer peels off and falls off from the surface of the active material particles. This is considered to be due to the increase in resistance.

10a 積層型電池、
11’ 負極集電体、
11” 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 固体電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29 ラミネートフィルム、
100 正極活物質、
110 NMC複合酸化物の粒子
120 リチウムイオン伝導性酸化物の粒子。
10a laminated battery,
11' negative electrode current collector,
11″ cathode current collector,
13 negative electrode active material layer,
15 positive electrode active material layer,
17 solid electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generation element,
25 negative electrode current collector,
27 positive current collector,
29 laminate film,
100 positive electrode active material,
110 Particles of NMC composite oxide 120 Particles of lithium ion conductive oxide.

Claims (9)

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組成を有するリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極活物質と、固体電解質と、を含有する正極活物質層を備えた二次電池用正極であって、
前記リチウム遷移金属複合酸化物の粒子の表面が、リチウムイオン伝導性酸化物の粒子によって50%以上の被覆率で被覆されている、二次電池用正極。
A positive electrode containing a positive electrode active material containing Li(Ni—Mn—Co)O 2 and a lithium-transition metal composite oxide having a composition in which a portion of these transition metals are replaced with other elements, and a solid electrolyte. A positive electrode for a secondary battery comprising an active material layer,
A positive electrode for a secondary battery, wherein the surfaces of the particles of the lithium-transition metal composite oxide are coated with the particles of the lithium-ion conductive oxide at a coverage rate of 50% or more.
前記被覆率が80%以上である、請求項1に記載の二次電池用正極。 2. The positive electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein said coverage is 80% or more. 前記リチウム遷移金属複合酸化物が一次粒子および前記一次粒子からなる二次粒子を含み、前記二次粒子の平均粒子径が4.9μm以下であり、前記二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径が1.2μm以上である、請求項1または2に記載の二次電池用正極。 The lithium-transition metal composite oxide contains primary particles and secondary particles composed of the primary particles, the average particle size of the secondary particles is 4.9 μm or less, and the average particle size of the primary particles constituting the secondary particles. 3. The positive electrode for a secondary battery according to claim 1, having a diameter of 1.2 [mu]m or more. 前記リチウムイオン伝導性酸化物は、下記一般式(2):
LiAO (2)
一般式(2)において、
Aは、Al、Zr、Nb、Ti、Ta、La、P,B、C、Si、S、MoまたはWであり、
xおよびyは、それぞれ独立して正の整数を表す、
で表される組成を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池用正極。
The lithium ion conductive oxide has the following general formula (2):
LixAOy ( 2)
In general formula (2),
A is Al, Zr, Nb, Ti, Ta, La, P, B, C, Si, S, Mo or W;
x and y each independently represent a positive integer;
The positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3, having a composition represented by:
前記リチウムイオン伝導性酸化物は、LiZrO、LiNbO、LiAlO、LiTiO、LiTi12、LiTi、LiTaO、LiPO、LiBO、LiBO、LiCO、LiSiO、LiSiO、LiSO、LiMoOまたはLiWOである、請求項4に記載の二次電池用正極。 The lithium ion conductive oxides include Li2ZrO3 , LiNbO3 , LiAlO2 , Li2TiO3 , Li4Ti5O12 , Li2Ti2O5 , LiTaO3 , Li3PO4 , Li3BO . 5. The positive electrode for a secondary battery according to claim 4 , which is LiBO2 , Li2CO3 , Li4SiO4 , Li2SiO3 , Li2SO4 , Li2MoO4 or Li2WO4 . 前記リチウムイオン伝導性酸化物の粒子の平均粒子径が2~20nmである、請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池用正極。 The positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the particles of the lithium ion conductive oxide have an average particle size of 2 to 20 nm. 前記固体電解質が硫化物固体電解質を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の二次電池用正極。 The positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein said solid electrolyte contains a sulfide solid electrolyte. 請求項1~7のいずれか1項に記載の二次電池用正極を備えた、二次電池。 A secondary battery comprising the positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 7. 全固体リチウム二次電池である、請求項8に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 8, which is an all-solid lithium secondary battery.
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