JP2023015591A - Positive electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents

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俊介 川口
Shunsuke Kawaguchi
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Abstract

To provide means capable of improving an output characteristic in a lithium ion secondary battery.SOLUTION: A positive electrode for a lithium ion secondary battery includes a positive electrode active material layer including a positive electrode active material; a binder; and a conductive assistant. A value of a roughness factor defined as a value of a rate of a BET ratio surface area against a geometrical ratio surface area calculated from a mean particle diameter in the positive electrode active material is 3 or less. The binder is vinylidene fluoride- fluoride-hexafluoropropylene copolymer. At the time, a rate of a construction unit derived from fluoride-hexafluoropropylene against all of the construction unit numbers of the copolymer is 5 mol% or more. The content of the binder is greater than 0.31 mass% and is less than 4.85 mass% with respect to a total solid of the positive electrode active material layer.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明はリチウムイオン二次電池用正極に関する。 The present invention relates to a positive electrode for lithium ion secondary batteries.

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リチウムイオン二次電池等の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 such as a lithium ion secondary battery, which is expected to have high energy density and high output.

ここで、特許文献1には、リチウムイオン二次電池の安全性を向上させることを目的とした技術が開示されている。具体的に、特許文献1に記載の技術は、正極活物質層の結着剤として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とPTC(Positive Temperature Coefficient)機能付与成分(例えば、PVDF-HFP)とを含むコンポジットPTC結着剤を用いることを特徴とする。これにより、リチウムイオン二次電池の温度が上昇した際に結着剤が溶融し、正極活物質層の抵抗が増大することで、電池の発熱が抑制される。 Here, Patent Literature 1 discloses a technique aimed at improving the safety of lithium ion secondary batteries. Specifically, the technique described in Patent Document 1 is a composite containing polyvinylidene fluoride (PVDF) and a PTC (Positive Temperature Coefficient) functional imparting component (eg, PVDF-HFP) as a binder for the positive electrode active material layer. It is characterized by using a PTC binder. As a result, when the temperature of the lithium ion secondary battery rises, the binder melts and the resistance of the positive electrode active material layer increases, thereby suppressing the heat generation of the battery.

国際公開第2018/128139号WO2018/128139

しかしながら、本発明者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リチウムイオン二次電池は、出力特性が十分でないという問題があることが判明した。 However, as a result of investigation by the present inventor, it was found that the lithium-ion secondary battery using the technique described in Patent Document 1 has a problem of insufficient output characteristics.

そこで本発明は、リチウムイオン二次電池において、出力特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, it is an object of the present invention to provide means for improving the output characteristics of a lithium ion secondary battery.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その過程で、正極活物質層に含まれる正極活物質のラフネスファクターと、バインダの種類および含有量とを特定の範囲に制御することにより、リチウムイオン二次電池の出力特性を向上させることが可能なことを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventor of the present invention made earnest studies to solve the above problems. In this process, by controlling the roughness factor of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer and the type and content of the binder within a specific range, it is possible to improve the output characteristics of the lithium-ion secondary battery. We have found that and completed the present invention.

すなわち、本発明の一形態によれば、正極活物質と、バインダと、導電助剤とを含む正極活物質層を有するリチウムイオン二次電池用正極が提供される。そして、当該正極において、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以下であること;バインダは、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体であり、この際、当該共重合体の全構成単位数に対するヘキサフルオロプロピレン由来の構成単位数の割合が、5モル%以上であること;および、バインダの含有量は、正極活物質層の全固形分に対して、0.31質量%より大きく4.85質量%未満であること;を特徴とする。 That is, according to one aspect of the present invention, there is provided a positive electrode for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a binder, and a conductive aid. In the positive electrode, 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 of the positive electrode active material is 3 or less; the binder is vinylidene fluoride. - A hexafluoropropylene copolymer, in which the ratio of the number of structural units derived from hexafluoropropylene to the total number of structural units of the copolymer is 5 mol% or more; and the content of the binder is , being more than 0.31% by mass and less than 4.85% by mass with respect to the total solid content of the positive electrode active material layer;

本発明によれば、リチウムイオン二次電池において、出力特性を向上させることができる。 According to the present invention, output characteristics can be improved in a lithium ion secondary battery.

本発明の一実施形態である、積層型(扁平型)の非双極型(内部並列接続タイプ)二次電池を模式的に表した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a laminated (flat) non-bipolar (internal parallel connection type) secondary battery that is an embodiment of the present invention. FIG. 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、正極活物質と、バインダと、導電助剤とを含む正極活物質層を有するリチウムイオン二次電池用正極(以下、単に「正極」とも称する)に関する。本形態においては、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以下であること;バインダは、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下、「PVDF-HFP」とも称する)であり、この際、当該共重合体の全構成単位数に対するヘキサフルオロプロピレン(以下、「HFP」とも称する)由来の構成単位数の割合が、5モル%以上であること;バインダの含有量は、正極活物質層の全固形分に対して、0.31質量%より大きく4.85質量%未満であることを特徴とする。 One aspect of the present invention relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as "positive electrode") having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a binder, and a conductive aid. In this embodiment, 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 of the positive electrode active material is 3 or less; A hexafluoropropylene copolymer (hereinafter also referred to as "PVDF-HFP"), in which the number of structural units derived from hexafluoropropylene (hereinafter also referred to as "HFP") relative to the total number of structural units of the copolymer is 5 mol% or more; the content of the binder is more than 0.31% by mass and less than 4.85% by mass with respect to the total solid content of the positive electrode active material layer .

本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極によれば、リチウムイオン二次電池において、出力特性を向上させることが可能である。このような効果が奏されるメカニズムを、本発明者は以下のように推測している。 According to the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment, it is possible to improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery. The present inventor presumes the mechanism by which such an effect is exhibited as follows.

本形態において、ラフネスファクターの値が3以下である正極活物質は、表面積が小さい。また、バインダとしての、HFP由来の構成単位数の割合(以下、単に「HFPの割合」とも称する)が5モル%以上であるPVDF-HFPは、ゲル形成性ポリマーであり、フッ化ビニリデンのホモポリマーであるPVDFやHFPの割合が5モル%未満であるPVDF-HFPと比較して、柔軟性が高い。このような正極活物質とバインダとを組み合わせて使用することにより、従来の正極と比較して、正極活物質表面にバインダがより均一に被覆される。また、充放電により正極活物質の収縮膨張が繰り返された後でも均一な被覆を維持できる。さらに、上記のようなHFPの割合が高いPVDF-HFPは、電解液を保持することができる。そのため、正極活物質表面と電解液との接触が良好となり、リチウムイオン伝導性が向上する。その結果、本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極をリチウムイオン二次電池に適用することにより、リチウムイオン二次電池の出力特性を向上させることができる。 In this embodiment, the positive electrode active material having a roughness factor of 3 or less has a small surface area. In addition, PVDF-HFP, which has a ratio of the number of structural units derived from HFP (hereinafter also simply referred to as "proportion of HFP") of 5 mol% or more as a binder, is a gel-forming polymer and is a homopolymer of vinylidene fluoride. Flexibility is high compared to PVDF, which is a polymer, and PVDF-HFP, in which the proportion of HFP is less than 5 mol %. By using such a positive electrode active material and a binder in combination, the surface of the positive electrode active material is coated with the binder more uniformly than the conventional positive electrode. In addition, uniform coating can be maintained even after repeated contraction and expansion of the positive electrode active material due to charging and discharging. Furthermore, PVDF-HFP with a high HFP ratio as described above can retain electrolyte. Therefore, the contact between the surface of the positive electrode active material and the electrolytic solution is improved, and the lithium ion conductivity is improved. As a result, by applying the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment to the lithium ion secondary battery, the output characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved.

一方、後述の比較例3~5で示すように、ラフネスファクターの値が3よりも大きい正極活物質を用いた場合や、後述の比較例7~9および11で示すように、PVDFを用いた場合や、HFPの割合が5モル%未満であるPVDF-HFPを用いた場合は、出力特性が十分でない。これは、正極活物質の表面積が大きいこと、バインダの柔軟性が低いことから、正極活物質表面をバインダにより均一に被覆することができないといったことや、バインダの電解液保持力が低いといったことが理由であると考えられる。このような状態で充放電による正極活物質の収縮膨張が繰り返されることにより、正極活物質表面に電解液が存在しない空隙が生じ、リチウムイオン伝導性が低下する結果、十分な出力特性を発揮できなくなる。 On the other hand, as shown in Comparative Examples 3 to 5 below, when a positive electrode active material having a roughness factor greater than 3 is used, or when PVDF is used, as shown in Comparative Examples 7 to 9 and 11 below. In some cases, or in the case of using PVDF-HFP with an HFP ratio of less than 5 mol %, the output characteristics are not sufficient. This is because the surface area of the positive electrode active material is large and the flexibility of the binder is low, so that the surface of the positive electrode active material cannot be uniformly coated with the binder, and the binder has a low ability to retain the electrolyte. This is probably the reason. Repeated contraction and expansion of the positive electrode active material due to charging and discharging under such conditions creates voids in which the electrolyte does not exist on the surface of the positive electrode active material, and as a result, the lithium ion conductivity decreases, resulting in insufficient output characteristics. Gone.

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)を模式的に表した断面図である。 FIG. 1 schematically shows a flat (laminated) non-bipolar (internal parallel connection type) secondary battery (hereinafter also simply referred to as a “laminated secondary battery”) that is an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view.

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12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、正極、電解質層及び負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 12 It has the structure which laminated|stacked the negative electrode with which the negative electrode active material layer 15 was arrange|positioned. Specifically, the positive electrode, the electrolyte layer, and the negative electrode are laminated in this order such that one positive electrode active material layer 13 and the adjacent negative electrode active material layer 15 face each other with the electrolyte layer 17 interposed therebetween. .

これにより、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又は両面に負極活物質層が配置されるようにしてもよい。 Thereby, the positive electrode, the electrolyte layer, and the negative electrode form one 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12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12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 12 , respectively. It has a structure in which it is led out to the outside of the laminate film 29 so as to be The positive electrode current collector 25 and the negative electrode current collector 27 are connected to the positive electrode current collector 11′ and the negative electrode current collector 12 of each electrode via a positive electrode terminal lead and a negative electrode terminal lead (not shown), respectively, as necessary. It may be attached 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、本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極の主要な構成部材について説明する。本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極は、正極活物質と、バインダと、導電助剤とを含む正極活物質層を有する。正極活物質層は、任意に設けられる集電体の表面に形成されてなる。 Main constituent members of the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment will be described below. A positive electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment has a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a binder, and a conductive aid. The positive electrode active material layer is formed on the surface of an optionally provided current collector.

[集電体]
集電体は、後述する正極活物質層や負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 a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, which will be described later. 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。 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).

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種の金属またはこれらの金属を含む合金もしく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、5~80質量%程度である。 The amount of the conductive filler to be added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 80% by mass.

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、後述する正極活物質層や負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、後述する正極活物質層がそのまま負極を構成し、後述する負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 positive electrode active material layer and the negative 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 positive electrode active material layer to be described later constitutes the negative electrode as it is, and the negative electrode active material layer to be described later constitutes the positive electrode as it is.

[正極活物質層]
正極活物質層は、正極活物質、バインダおよび導電助剤を含む。正極活物質層は、これらの他に、電解液(液体電解質)等の任意成分を含みうる。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material, a binder and a conductive aid. In addition to these, the positive electrode active material layer may contain optional components such as an electrolytic solution (liquid electrolyte).

(正極活物質)
正極活物質は、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する機能を有する。本形態のリチウムイオン二次電池用正極において、正極活物質の種類は特に制限されないが、より高い容量を有することから、R3mの空間群からなるものであることが好ましい。空間群R3mに帰属される正極活物質は、リチウム原子層と遷移金属原子層が交互に積み重なった層状構造(層状岩塩型構造)を有する。したがって、このような正極活物質を用いることで、リチウムイオン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)
The positive electrode active material has a function of releasing ions such as lithium ions during charging and absorbing ions such as lithium ions during discharging. In the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present embodiment, the type of positive electrode active material is not particularly limited, but it preferably has a space group of R3m because it has a higher capacity. The positive electrode active material belonging to the space group R3m has a layered structure (layered rock salt structure) in which lithium atomic layers and transition metal atomic layers are alternately stacked. Therefore, by using such a positive electrode active material, the battery capacity of the lithium ion secondary battery can be improved.

空間群R3mに帰属され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。すなわち、本発明の好ましい一実施形態によると、正極活物質は、層状構造を有するリチウム-ニッケル-マンガン-コバルト複合酸化物である。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 materials belonging to space group R3m include, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , Li(Ni—Mn—Co)O 2 , Li(Ni—Co—Al)O 2 and their transition metals. Lithium-transition metal composite oxides such as those in which a part of is replaced 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. That is, according to a preferred embodiment of the present invention, the positive electrode active material is a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide having a layered structure. 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、遷移金属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 metal 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、単位質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、LiNi0.86Mn0.08Co0.06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 , the capacity per unit mass is large, and it is possible to improve the energy density, so it has the advantage that a compact and high-capacity battery can be produced, 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 O 2 , LiNi 0.86 Mn 0.08 Co 0.06 O 2 are 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 .

本形態に係るリチウムイオン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以下である点に特徴がある。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。本形態によれば、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、後述のバインダを正極活物質表面に均一に被覆することができる。当該バインダは電解液を保持する機能を有するため、バインダを均一に被覆することにより、正極活物質表面付近のリチウムイオン伝導性が向上すると考えられる。その結果、本形態によると、リチウムイオン二次電池において、出力特性を向上させることが可能となる。なお、ラフネスファクターの値は、好ましくは2.7以下であり、より好ましくは2.4以下である。一方、ラフネスファクターの下限値は、1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。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment is characterized in that the roughness factor of the positive electrode active material is 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 this embodiment, the surface of the positive electrode active material can be uniformly coated with the binder, which will be described later, by controlling the roughness factor to be 3 or less. Since the binder has a function of retaining the electrolyte, it is considered that uniform coating of the binder improves the lithium ion conductivity near the surface of the positive electrode active material. As a result, according to this embodiment, it is possible to improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery. The roughness factor value is preferably 2.7 or less, more preferably 2.4 or less. On the other hand, the lower limit of the roughness factor is 1 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.

また、上述したように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号公報、特許第5702289号公報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, as described above, 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 set in the above preferable range. As a method of controlling to, 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) A10458 (A10 2018) can be referred to.

本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極においては、正極活物質は、Williamson-Hall法から算出される結晶子径をX(nm)、レーザー回折法から算出される平均粒子径(D50)をY(nm)とした際に、Y/X≦70を満たすことが好ましい。ここで、Y/Xは、正極活物質粒子を構成する結晶粒の数の指標であり、当該値が小さいほど、粒子を構成する結晶粒が少ないことを意味する。結晶子径X(nm)および平均粒子径(D50)は、それぞれ後述する実施例の欄に記載されている手法により測定できる。Y/Xは、より好ましくは50以下であり、さらに好ましくは40以下である。一方、Y/Xの下限値は、1以上である。Y/Xが上記範囲内であると、後述のバインダを正極活物質表面により均一に被覆することができる。当該バインダは電解液を保持する機能を有するため、バインダをより均一に被覆することにより、正極活物質表面付近のリチウムイオン伝導性がより向上すると考えられる。その結果、本形態に係る正極を用いたリチウムイオン二次電池において、出力特性をより一層向上させることが可能となる。 In the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode active material has a crystallite diameter calculated by the Williamson-Hall method of X (nm) and an average particle diameter (D50) calculated by the laser diffraction method. When Y (nm), it is preferable to satisfy Y/X≦70. Here, Y/X is an index of the number of crystal grains forming the positive electrode active material particles, and the smaller the value, the smaller the number of crystal grains forming the particles. The crystallite size X (nm) and the average particle size (D50) can be measured by the methods described in the Examples section below. Y/X is more preferably 50 or less, still more preferably 40 or less. On the other hand, the lower limit of Y/X is 1 or more. When Y/X is within the above range, the binder, which will be described later, can be more uniformly coated on the surface of the positive electrode active material. Since the binder has a function of retaining the electrolytic solution, it is considered that the lithium ion conductivity in the vicinity of the surface of the positive electrode active material is further improved by coating the binder more uniformly. As a result, it is possible to further improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery using the positive electrode according to the present embodiment.

本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極においては、正極活物質は、前述のR3mの空間群からなることに加え、X線回折測定により得られる(104)面の回折ピークに対する(003)面の回折ピークのピーク強度比((003)/(104))が1.35以上であることが好ましい。ピーク強度比((003)/(104))は、より好ましくは1.4以上であり、さらに好ましくは1.45以上であり、特に好ましくは1.48以上である。ピーク強度比((003)/(104))の上限値は、特に制限されないが、好ましくは2.1以下である。当該ピーク強度比は、正極活物質の結晶性の高さの指標であり、ピーク強度比の値が大きいほど、結晶性が高いことを意味する。ピーク強度比が上記範囲内であると、結晶内の欠陥が少なくなり、電池充放電容量の減少や耐久性の低下を抑えることができる。ピーク強度比は、原料、組成や焼成条件などによって制御されうる。なお、上記の正極活物質の結晶構造およびピーク強度比は、それぞれ後述の実施例に記載の測定方法により求められる。 In the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode active material is composed of the R3m space group described above, and in addition, the (003) plane for the diffraction peak of the (104) plane obtained by X-ray diffraction measurement The peak intensity ratio ((003)/(104)) of the diffraction peak of is preferably 1.35 or more. The peak intensity ratio ((003)/(104)) is more preferably 1.4 or more, still more preferably 1.45 or more, and particularly preferably 1.48 or more. Although the upper limit of the peak intensity ratio ((003)/(104)) is not particularly limited, it is preferably 2.1 or less. The peak intensity ratio is an index of the crystallinity of the positive electrode active material, and the larger the peak intensity ratio, the higher the crystallinity. When the peak intensity ratio is within the above range, the number of defects in the crystal is reduced, and a decrease in battery charge/discharge capacity and a decrease in durability can be suppressed. The peak intensity ratio can be controlled by raw materials, composition, firing conditions, and the like. The crystal structure and peak intensity ratio of the positive electrode active material described above can be determined by the measurement methods described in Examples below.

本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極においては、正極活物質のタップ密度が2g/cm以下であることが好ましく、1.9g/cm以下であることがより好ましく、1.8g/cm以下であることがさらに好ましい。タップ密度の下限値は、特に制限されないが、好ましくは1.2g/cm以上である。タップ密度の値が小さいほど、粒子表面の凹凸部の空間の体積や、粒子と粒子との隙間の体積が小さいことを意味する。タップ密度が上記範囲内であると、後述のバインダを正極活物質表面により均一に被覆することができる。当該バインダは電解液を保持する機能を有するため、バインダをより均一に被覆することにより、正極活物質表面付近のリチウムイオン伝導性がより向上すると考えられる。その結果、本形態に係る正極を用いたリチウムイオン二次電池において、出力特性をより一層向上させることが可能となる。 In the positive electrode for lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the tap density of the positive electrode active material is preferably 2 g/cm 3 or less, more preferably 1.9 g/cm 3 or less, and 1.8 g/cm 3 or less. cm 3 or less is more preferable. Although the lower limit of the tap density is not particularly limited, it is preferably 1.2 g/cm 3 or more. The smaller the tap density value, the smaller the volume of the space of the irregularities on the particle surface and the volume of the gap between the particles. When the tap density is within the above range, the binder, which will be described later, can be more uniformly coated on the surface of the positive electrode active material. Since the binder has a function of retaining the electrolytic solution, it is considered that the lithium ion conductivity in the vicinity of the surface of the positive electrode active material is further improved by coating the binder more uniformly. As a result, it is possible to further improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery using the positive electrode according to the present embodiment.

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.

(バインダ)
バインダ(結着剤)は、正極活物質層に含まれる部材を互いに結着することにより、正極活物質層の構造を維持する機能を有する。本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極においては、バインダはフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体であり、この際、当該共重合体の全構成単位数に対するヘキサフルオロプロピレン由来の構成単位数の割合が、5モル%以上であることを特徴とする。当該割合は、好ましくは6モル%以上20モル%以下であり、より好ましくは6.5モル%以上10モル%以下であり、さらに好ましくは6.9モル%以上8モル%以下である。当該割合が5モル%未満であると、バインダの柔軟性や電解液への膨潤性が不十分なため、正極活物質表面にバインダを均一に被覆できない場合や、電解液を保持量が低下する場合がある。その結果、正極活物質表面付近のリチウムイオン伝導性が低下し、十分な出力特性を発揮できないおそれがある。
(Binder)
The binder (binding agent) has a function of maintaining the structure of the positive electrode active material layer by binding together the members contained in the positive electrode active material layer. In the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the binder is a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and the number of structural units derived from hexafluoropropylene with respect to the total number of structural units of the copolymer is is 5 mol % or more. The ratio is preferably 6 mol % or more and 20 mol % or less, more preferably 6.5 mol % or more and 10 mol % or less, and still more preferably 6.9 mol % or more and 8 mol % or less. If the ratio is less than 5 mol%, the flexibility of the binder and the swelling property in the electrolyte are insufficient, so that the surface of the positive electrode active material cannot be uniformly coated with the binder, or the amount of electrolyte retained is reduced. Sometimes. As a result, the lithium ion conductivity in the vicinity of the surface of the positive electrode active material is lowered, and there is a possibility that sufficient output characteristics cannot be exhibited.

また、本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極においては、バインダの含有量は、正極活物質層の全固形分に対して、0.31質量%より大きく4.85質量%未満であることを特徴とする。バインダの含有量は、好ましくは0.50質量%以上2.97質量%以下であり、より好ましくは1.01質量%以上2.00質量%以下である。バインダの含有量が0.31質量%以下であると、結着性が不十分なため、電極構造が維持できない場合がある。一方、バインダの含有量が4.85質量%以上であると、バインダによる正極活物質表面の被覆が不均一となり、出力特性の向上効果が得られない場合がある。 Further, in the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the content of the binder is more than 0.31% by mass and less than 4.85% by mass with respect to the total solid content of the positive electrode active material layer. characterized by The binder content is preferably 0.50% by mass or more and 2.97% by mass or less, more preferably 1.01% by mass or more and 2.00% by mass or less. If the binder content is 0.31% by mass or less, the electrode structure may not be maintained due to insufficient binding properties. On the other hand, if the binder content is 4.85% by mass or more, the coating of the surface of the positive electrode active material with the binder may become uneven, and the output characteristics may not be improved.

(導電助剤)
導電助剤は、正極活物質層中で電子伝導パス(導電通路)を形成する機能を有する。このような電子伝導パスが正極活物質層中に形成されると、電池の内部抵抗が低減し、高レートでの出力特性が向上しうる。本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極においては、正極活物質の表面はバインダにより均一に被覆されるため、隣り合う正極活物質間や集電体と正極活物質との間の電子伝導パスを確保する観点から、導電助剤が必須となる。
(Conductivity aid)
The conductive aid has a function of forming an electron conductive path (conductive path) in the positive electrode active material layer. When such electron conducting paths are formed in the positive electrode active material layer, the internal resistance of the battery can be reduced and the output characteristics at a high rate can be improved. In the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the surface of the positive electrode active material is uniformly coated with the binder, so that the electronic conduction paths between adjacent positive electrode active materials and between the current collector and the positive electrode active material From the viewpoint of ensuring the conductivity aid is essential.

導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック(登録商標)等の粒子状炭素材料、およびカーボンナノチューブ(単層カーボンナノチューブおよび複層カーボンナノチューブ)、カーボンナノファイバー、気相成長炭素繊維、電界紡糸法炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の繊維状炭素材料が挙げられる。導電助剤は、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。中でも、良好な電子伝導パスを形成できることから、導電助剤は、繊維状炭素材料であることが好ましく、カーボンナノチューブであることがより好ましい。 Examples of conductive aids include particulate carbon materials such as acetylene black, carbon black, channel black, thermal black, Ketjenblack (registered trademark), carbon nanotubes (single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes), and carbon nanofibers. , vapor-grown carbon fiber, electrospun carbon fiber, polyacrylonitrile-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, and other fibrous carbon materials. Only one type of conductive aid may be used alone, or two or more types may be used in combination. Among them, the conductive aid is preferably a fibrous carbon material, more preferably a carbon nanotube, because it can form a good electron conduction path.

正極活物質層に含まれる導電助剤の含有量(2種以上を含む場合はその合計量)は、正極活物質層の全固形分100質量%に対して、2質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。かような上限値であると、導電助剤同士の凝集が抑制されることにより電子伝導パスが良好に形成されるため、出力特性をより向上することができる。また、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度をより向上させることが可能となる。なお、導電助剤の含有量の下限値は特に制限されないが、0質量%を超え、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがさらに好ましい。かような下限値であると、電子伝導パスを形成するための十分な導電助剤が存在することから、出力特性をより向上することができる。 The content of the conductive aid contained in the positive electrode active material layer (the total amount when two or more are included) is 2% by mass or less with respect to 100% by mass of the total solid content of the positive electrode active material layer. It is preferably 1% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less. At such an upper limit value, the aggregation of the conductive aids is suppressed, whereby an electron conduction path is favorably formed, so that the output characteristics can be further improved. Moreover, it becomes possible to further improve the energy density of the lithium ion secondary battery. Although the lower limit of the content of the conductive aid is not particularly limited, it exceeds 0% by mass, preferably 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, and 0.3 % by mass or more is more preferable. At such a lower limit, there is a sufficient amount of the conductive aid to form an electron conduction path, so the output characteristics can be further improved.

本形態のリチウムイオン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 lithium ion 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.

正極活物質層の空孔率は、好ましくは20~50%であり、より好ましくは20~45%である。正極活物質層の空孔率が上記範囲内であると、正極活物質層中の電子伝導性材料(導電助剤、正極活物質等)同士の接触を十分に維持することができ、電子移動抵抗の増大が防止できる。また、正極活物質粒子間に十分な電解液が存在するため、リチウムイオン移動抵抗の増大が防止できる。その結果、リチウムイオン二次電池における出力特性をより向上させることが可能となる。 The porosity of the positive electrode active material layer is preferably 20-50%, more preferably 20-45%. When the porosity of the positive electrode active material layer is within the above range, it is possible to maintain sufficient contact between the electron conductive materials (conductive aid, positive electrode active material, etc.) in the positive electrode active material layer, and electron transfer An increase in resistance can be prevented. Moreover, since sufficient electrolyte exists between the positive electrode active material particles, an increase in lithium ion transfer resistance can be prevented. As a result, it is possible to further improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery.

正極活物質層の密度は、好ましくは2.10~3.00g/cmであり、より好ましくは2.15~2.85g/cmであり、さらに好ましくは2.20~2.80g/cmである。正極活物質層の密度が上述した下限値以上の値であれば、十分なエネルギー密度を有する電池を得ることができる。一方、正極活物質層の密度が上述した上限値以下の値であれば、空隙を満たす電解液が十分に確保され、正極活物質層におけるリチウムイオン移動抵抗の増大が防止できる。その結果、リチウムイオン二次電池における出力特性をより向上させることが可能となる。なお、本明細書において、正極活物質層の密度は、以下の方法により測定するものとする。 The density of the positive electrode active material layer is preferably 2.10 to 3.00 g/cm 3 , more preferably 2.15 to 2.85 g/cm 3 , still more preferably 2.20 to 2.80 g/cm 3 . cm3 . If the density of the positive electrode active material layer is equal to or higher than the above lower limit, a battery with sufficient energy density can be obtained. On the other hand, if the density of the positive electrode active material layer is equal to or lower than the above-mentioned upper limit value, the electrolytic solution that fills the voids is sufficiently secured, and an increase in lithium ion transfer resistance in the positive electrode active material layer can be prevented. As a result, it is possible to further improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery. In addition, in this specification, the density of the positive electrode active material layer shall be measured by the following method.

正極活物質層の密度は、下記式に従って算出する。
正極活物質層密度(g/cm)=固体材料質量(g)÷正極活物質層体積(cm)。
The density of the positive electrode active material layer is calculated according to the following formula.
Positive electrode active material layer density (g/cm 3 )=solid material mass (g)/positive electrode active material layer volume (cm 3 ).

なお、固体材料質量は、正極活物質層中の各材料の質量のうち、固体材料の質量のみを足し合わせることにより算出する。正極活物質層体積は正極活物質層の厚みと塗布面積から算出する。 The solid material mass is calculated by adding only the mass of the solid material among the masses of the materials in the positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer volume is calculated from the thickness and application area of the positive electrode active material layer.

本形態に係るリチウムイオン二次電池用正極は、リチウムイオン二次電池に適用されることにより、リチウムイオン二次電池の出力特性を向上することができる。よって、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リチウムイオン二次電池用正極を有する発電要素を備えた、リチウムイオン二次電池が提供される。リチウムイオン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。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment can improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery by being applied to the lithium ion secondary battery. Therefore, according to another aspect of the present invention, there is provided a lithium ion secondary battery including a power generation element having the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention described above. Components of the lithium ion secondary battery other than the positive electrode will be briefly described below.

[負極活物質層]
(負極活物質)
負極活物質は、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する機能を有する。
[Negative electrode active material layer]
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material has a function of releasing ions such as lithium ions during discharging and absorbing ions such as lithium ions during charging.

負極活物質としては、例えば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム-遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料(スズ、シリコン)、ケイ素含有合金系負極材料(例えば、Si60Sn10Ti30)、リチウム合金系負極材料(例えばリチウム-スズ合金、リチウム-シリコン合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-アルミニウム-マンガン合金等)などが挙げられる。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。好ましくは、容量、出力特性の観点から、ケイ素含有合金系負極材料、炭素材料、リチウム-遷移金属複合酸化物、リチウム合金系負極材料が、負極活物質として好ましく用いられる。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。 Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite (graphite), soft carbon and hard carbon, lithium-transition metal composite oxides (eg, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials (tin, silicon), silicon containing alloy-based negative electrode materials (eg, Si 60 Sn 10 Ti 30 ), lithium alloy-based negative electrode materials (eg, lithium-tin alloys, lithium-silicon alloys, lithium-aluminum alloys, lithium-aluminum-manganese alloys, etc.), and the like. . In some cases, two or more kinds of negative electrode active materials may be used together. Silicon-containing alloy negative electrode materials, carbon materials, lithium-transition metal composite oxides, and lithium alloy negative electrode materials are preferably used as negative electrode active materials from the viewpoint of capacity and output characteristics. Needless to say, negative electrode active materials other than those described above may be used.

負極活物質の平均粒子径(D50)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1~100μm、より好ましくは1~20μmである。 Although the average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode active material is not particularly limited, it is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoint of high output.

負極活物質層における負極活物質の含有量は、全固形分100質量%に対して、例えば60質量%以上100質量%未満であり、好ましくは80質量%以上99.5%以下であり、より好ましくは95質量%を超えて99.0質量%以下であり、さらに好ましくは97質量%以上98.5質量%以下である。負極活物質の含有量が上記範囲であれば、電池容量と出力特性とを両立させることができる。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is, for example, 60% by mass or more and less than 100% by mass, preferably 80% by mass or more and 99.5% or less, relative to 100% by mass of the total solid content. It is preferably more than 95% by mass and 99.0% by mass or less, more preferably 97% by mass or more and 98.5% by mass or less. If the content of the negative electrode active material is within the above range, both battery capacity and output characteristics can be achieved.

また、負極活物質層は、必要に応じて、正極活物質層について上述したのと同様の、導電助剤、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 other additives such as conductive aids and binders similar to those described above for the positive electrode active material layer, if necessary.

負極活物質層の厚さは特に制限されず、正極活物質層について上述したのと同様の厚さが採用されうる。 The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, and the same thickness as described above for the positive electrode active material layer can be adopted.

[電解質層]
電解質層は、セパレータに電解液(液体電解質)が含浸されてなる構成を有することが好ましい。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer preferably has a structure in which a separator is impregnated with an electrolytic solution (liquid electrolyte).

(電解液)
電解液は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液は、非水溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。
(Electrolyte)
The electrolyte has a function as a carrier of lithium ions. The electrolytic solution has a form in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent.

非水溶媒は、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。なかでも、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、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。 Non-aqueous solvents include, for example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propionate (MP), methyl acetate (MA), 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 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。なかでも、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 from the viewpoint of battery output and charge/discharge cycle characteristics.

電解液中におけるリチウム塩の濃度は、0.1~3.0mol/Lであることが好ましく、0.8~2.2mol/Lであることがより好ましい。 The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.1-3.0 mol/L, more preferably 0.8-2.2 mol/L.

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.

(セパレータ)
電解質層を構成するセパレータは、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。
(separator)
The separator that constitutes the electrolyte layer 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。一例を示せば、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 may have a thickness of 4 to 60 μm. 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。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、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. Also, the bulk density of the non-woven fabric is not particularly limited as long as the impregnated polymer gel electrolyte provides sufficient battery characteristics. Furthermore, the thickness of the nonwoven 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.

[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 .

[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と集電板(25、27)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、外装体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 11 and the current collector plates (25, 27) 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 part taken out from the exterior body should be heat-resistant and insulative so that it does not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic equipment, etc.) by contacting peripheral equipment or wiring and causing electric leakage. Covering with a shrinkable tube or the like is preferable.

[シール部]
シール部(絶縁層)31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。また、シール部31は、集電体同士の接触や単電池層の端部における短絡を防止する機能を有する。シール部を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよい。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム(エチレン-プロピレン-ジエンゴム:EPDM)等が用いられうる。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いてもよく、ホットメルト接着剤(ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂)などを用いてもよい。なかでも、耐食性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性等の観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、シール部の構成材料として好ましく用いられ、非結晶性ポリプロピレン樹脂を主成分とするエチレン、プロピレン、ブテンを共重合した樹脂を用いることがより好ましい。
[Seal part]
The sealing portion (insulating layer) 31 is a member unique to a bipolar secondary battery (series stacked battery) and has a function of preventing leakage of electrolyte from the electrolyte layer. In addition, the sealing portion 31 has a function of preventing contact between current collectors and short circuiting at the ends of the cell layers. The material constituting the sealing portion should have insulating properties, sealing properties against dropout of the solid electrolyte, sealing properties (sealing properties) against permeation of moisture from the outside, and heat resistance under the battery operating temperature. good. For example, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, rubber (ethylene-propylene-diene rubber: EPDM), and the like can be used. Alternatively, an isocyanate-based adhesive, an acrylic resin-based adhesive, a cyanoacrylate-based adhesive, or the like may be used, or a hot-melt adhesive (urethane resin, polyamide resin, polyolefin resin) or the like may be used. Among them, from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, ease of production (film forming property), economic efficiency, etc., polyethylene resin and polypropylene resin are preferably used as the constituent material of the seal part, and amorphous polypropylene resin is the main component. It is more preferable to use a resin obtained by copolymerizing ethylene, propylene, and butene.

[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、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
[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. Further, the exterior body is more preferably an aluminate laminate because the group pressure applied to the power generating element from the outside can be easily adjusted, and the thickness of the electrolytic solution layer can be easily adjusted to a desired thickness.

本形態に係るリチウムイオン二次電池は、優れた出力特性を発揮することができる。したがって、本形態に係るリチウムイオン二次電池は、EV、HEVの駆動用電源として好適に使用される。 The lithium ion secondary battery according to this embodiment can exhibit excellent output characteristics. Therefore, the lithium ion secondary battery according to this embodiment is suitably used as a power source for driving EVs and HEVs.

[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 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]
本形態のリチウムイオン二次電池は、出力特性に優れたものである。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大電流が必要となる。したがって、上記リチウムイオン二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The lithium ion secondary battery of this embodiment has excellent output characteristics. Furthermore, it has a high volumetric energy density. Vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles require high capacity and large current compared to electrical and portable electronic device applications. Therefore, the lithium-ion secondary battery can be suitably used as a power source for vehicles, for example, a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source.

具体的には、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、大容量で出力特性に優れた電池を構成できることから、こうした電池を車両に搭載すると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。車両としては、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池自動車、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)が挙げられる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、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。 Specifically, a battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries can be mounted on a vehicle. In the present invention, a battery having a large capacity and excellent output characteristics can be configured. Therefore, when such a battery is mounted on a vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle with a long EV driving range or an electric vehicle with a long driving distance per charge can be configured. Examples of vehicles include hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and electric vehicles (both of which include four-wheeled vehicles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, and buses, light vehicles, etc.), as well as two-wheeled vehicles (motorcycles) and three-wheeled vehicles. ). However, the application is not limited to automobiles, and it can be applied to various power sources for other vehicles such as trains and other moving bodies, and can be used as a power source for installation such as an uninterruptible power supply. It is also possible to

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

<正極活物質>
正極活物質として、以下の2種類の市販品を準備した。
<Positive electrode active material>
As the positive electrode active material, the following two commercial products were prepared.

単結晶NMC複合酸化物(Easpring製、ME88SC、LiNi0.86Mn0.08Co0.06、ラフネスファクター:2.4、結晶子径(X):110nm、平均粒子径(D50)(Y):4000nm、Y/X:36.4、結晶構造:空間群R3m、ピーク強度比(003)/(104):1.48、タップ密度:1.76g/cm)。 Single crystal NMC composite oxide (manufactured by Eastspring, ME88SC, LiNi 0.86 Mn 0.08 Co 0.06 O 2 , roughness factor: 2.4, crystallite diameter (X): 110 nm, average particle diameter (D50) ( Y): 4000 nm, Y/X: 36.4, crystal structure: space group R3m, peak intensity ratio (003)/(104): 1.48, tap density: 1.76 g/cm 3 ).

多結晶NMC複合酸化物(Ecopro製、NMC811、LiNi0.8Mn0.1Co0.1、ラフネスファクター:16.5、結晶子径(X):80nm、平均粒子径(D50)(Y):11500nm、Y/X:144、結晶構造:空間群R3m、ピーク強度比(003)/(104):1.29、タップ密度:2.68g/cm)。 Polycrystalline NMC composite oxide (manufactured by Ecopro, NMC811, LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 , roughness factor: 16.5, crystallite diameter (X): 80 nm, average particle diameter (D50) ( Y): 11500 nm, Y/X: 144, crystal structure: space group R3m, peak intensity ratio (003)/(104): 1.29, tap density: 2.68 g/cm 3 ).

なお、各正極活物質の物性値は、以下の手法により測定した。 In addition, the physical property value of each positive electrode active material was measured by the following methods.

[ラフネスファクター]
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。
[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.

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、上記真球状の粒子質量[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質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 volume of particles [m 3 ] and the surface area [m 2 ] of a true sphere having the average particle diameter as the particle diameter are calculated. By multiplying the specific gravity of the substance (here, 4.78 [g/cm 3 ]), the spherical particle mass [g] was calculated. 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 mass 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).

[Y/X]
(結晶子径X)
正極活物質の結晶子径XをWilliamson-Hall法(Williamson-Hall法、Hall,W.II.,J.Inst.Met.,75,1127(1950);idem,Proc.Phys.Soc.,A62,741(1949))を用いることで算出した。測定には、CuKα線を用いたX線回折(XRD)装置(理学製)を使用した。Williamson-Hall法によると、正極活物質のX線回折測定により得られる回折ピークのθと、その積分値βとの間には、以下の関係が成り立つ。
[Y/X]
(Crystallite diameter X)
The crystallite diameter X of the positive electrode active material is determined by the Williamson-Hall method (Williamson-Hall method, Hall, W.II., J.Inst.Met., 75, 1127 (1950); idem, Proc.Phys.Soc., A62 , 741 (1949)). An X-ray diffraction (XRD) apparatus (manufactured by Rigaku) using CuKα rays was used for the measurement. According to the Williamson-Hall method, the following relationship holds between the diffraction peak θ obtained by X-ray diffraction measurement of the positive electrode active material and its integrated value β.

βcosθ/λ=2η(sinθ/λ)+(1/ε)
ここで、εは結晶子径、λはCuKα線の波長、ηは正極活物質の歪に相当する。X軸にsinθ、Y軸にβcosθを取り、得られた正極活物質の回折ピ-クのθとその積分幅βをX軸とY軸にプロットしてゆき、最小二乗法を用いて近似直線を引く。Y軸との交点から結晶子サイズεを求める。
βcos θ/λ=2η(sin θ/λ)+(1/ε)
Here, ε corresponds to the crystallite diameter, λ corresponds to the wavelength of the CuKα ray, and η corresponds to the strain of the positive electrode active material. Take sin θ on the X axis and β cos θ on the Y axis, plot the diffraction peak θ of the obtained positive electrode active material and its integral width β on the X axis and the Y axis, and use the least squares method to obtain an approximate straight line. pull. Obtain the crystallite size ε from the intersection with the Y axis.

(平均粒子径(D50))
正極活物質の平均粒子径(D50)をレーザー回折法により測定した。なお、D50は、体積基準における粒度分布の累積値が50%の時の粒子径を表す。
(Average particle size (D50))
The average particle size (D50) of the positive electrode active material was measured by a laser diffraction method. D50 represents the particle diameter when the cumulative value of the particle size distribution on a volume basis is 50%.

[結晶構造、ピーク強度比(003)/(104)]
正極活物質の結晶構造およびピーク強度比(I(003)/I(104))を算出するための粉末X線回折測定には、CuKα線を用いたX線回折装置(理学製)を使用し、Fundamental Parameterを採用して解析を行った。回折角2θ=15~120°の範囲より得られたX線回折パターンを用いて、解析用ソフトウエアTopas Version 3を用いて解析を行った。
[Crystal structure, peak intensity ratio (003)/(104)]
Powder X-ray diffraction measurement for calculating the crystal structure and peak intensity ratio (I(003)/I(104)) of the positive electrode active material was performed using an X-ray diffractometer using CuKα rays (manufactured by Rigaku). , Fundamental Parameters were employed for the analysis. Analysis was performed using analysis software Topas Version 3 using X-ray diffraction patterns obtained from a range of diffraction angles 2θ = 15 to 120°.

[タップ密度]
正極活物質を10mLのガラス製メスシリンダーに入れ、200回タップした後の粉体充填密度を測定し、これを正極活物質のタップ密度とした。
[Tap density]
The positive electrode active material was placed in a 10 mL glass graduated cylinder, and the powder packing density after tapping 200 times was measured and taken as the tap density of the positive electrode active material.

<正極の作製>
[実施例1]
正極活物質として上記単結晶NMC複合酸化物97質量部(97.98質量%)、導電助剤としてカーボンナノチューブ(略号:CNT、繊維径:10nm、繊維長:20μm、アスペクト比:2000)1質量部(1.01質量%)、バインダとしてPVDF-HFP(Arkema製、Kyner Flex 2501、ヘキサフルオロプロピレン由来の構成単位数の割合:6.9モル%)1質量部(1.01質量%)からなる固形分を用意した。この固形分に対し、溶媒であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を添加し、混合することにより、固形分濃度が70質量%である正極スラリーを得た。目付量が2.5g/cmとなるようにギャップを調節したドクターブレードと塗工機(テスター産業製)とを用いて、厚さ20μmのアルミニウム箔上に正極スラリーを塗工した後、塗膜を80℃に調節したホットプレート上で1時間乾燥させた。乾燥させた塗膜を、卓上小型ロールプレス機(テスター産業製)を用い、空孔率20%となるようにプレスした。その後、これを真空乾燥機に入れ、真空引きした状態で130℃、8時間乾燥させることで、本実施例の正極を得た。
<Preparation of positive electrode>
[Example 1]
97 parts by mass (97.98% by mass) of the above single-crystal NMC composite oxide as a positive electrode active material, and 1 mass of carbon nanotubes (abbreviation: CNT, fiber diameter: 10 nm, fiber length: 20 μm, aspect ratio: 2000) as a conductive aid. part (1.01% by mass), PVDF-HFP as a binder (manufactured by Arkema, Kyner Flex 2501, ratio of number of structural units derived from hexafluoropropylene: 6.9 mol%) from 1 part by mass (1.01% by mass) A solid content was prepared. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was added to this solid content and mixed to obtain a positive electrode slurry having a solid content concentration of 70% by mass. Using a doctor blade and a coating machine (manufactured by Tester Sangyo) whose gap is adjusted so that the basis weight is 2.5 g/cm 3 , the positive electrode slurry is applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and then coated. The membrane was dried for 1 hour on a hot plate adjusted to 80°C. The dried coating film was pressed using a tabletop small roll press machine (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) so as to have a porosity of 20%. After that, this was placed in a vacuum dryer and dried at 130° C. for 8 hours in a vacuumed state to obtain the positive electrode of this example.

[実施例2]
バインダとしてのPVDF-HFPの配合量を2質量部(2.00質量%)としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、本実施例の正極を得た。
[Example 2]
A positive electrode of this example was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of PVDF-HFP used as a binder was changed to 2 parts by mass (2.00% by mass).

[実施例3]
バインダとしてのPVDF-HFPの配合量を3質量部(2.97質量%)としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、本実施例の正極を得た。
[Example 3]
A positive electrode of this example was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of PVDF-HFP as a binder was changed to 3 parts by mass (2.97% by mass).

[比較例1]
バインダとしてのPVDF-HFPの配合量を0.3質量部(0.31質量%)としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 1]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of PVDF-HFP used as a binder was changed to 0.3 parts by mass (0.31% by mass).

[比較例2]
バインダとしてのPVDF-HFPの配合量を5質量部(4.85質量%)としたこと以外は、実施例1と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 2]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of PVDF-HFP as a binder was changed to 5 parts by mass (4.85% by mass).

[比較例3]
正極活物質として上記多結晶NMC複合酸化物97質量部(97.98質量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 3]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 1, except that 97 parts by mass (97.98% by mass) of the polycrystalline NMC composite oxide was used as the positive electrode active material.

[比較例4]
バインダとしてのPVDF-HFPの配合量を2質量部(2.00質量%)としたこと以外は、比較例3と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 4]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that the amount of PVDF-HFP as a binder was changed to 2 parts by mass (2.00% by mass).

[比較例5]
バインダとしてのPVDF-HFPの配合量を3質量部(2.97質量%)としたこと以外は、比較例3と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 5]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that the amount of PVDF-HFP as a binder was changed to 3 parts by mass (2.97% by mass).

[比較例6]
バインダとしてのPVDF-HFPの配合量を5質量部(4.85質量%)としたこと以外は、比較例3と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 6]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that the amount of PVDF-HFP as a binder was changed to 5 parts by mass (4.85% by mass).

[比較例7]
バインダとしてPVDF(クレハKFポリマーW#7200、クレハ製)1質量部(1.01質量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 7]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Example 1, except that 1 part by mass (1.01% by mass) of PVDF (Kureha KF Polymer W#7200, manufactured by Kureha) was used as the binder.

[比較例8]
バインダとしてのPVDFの配合量を2質量部(2.00質量%)としたこと以外は、比較例7と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 8]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Comparative Example 7, except that the amount of PVDF as a binder was changed to 2 parts by mass (2.00% by mass).

[比較例9]
バインダとしてのPVDFの配合量を3質量部(2.97質量%)としたこと以外は、比較例7と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 9]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Comparative Example 7, except that the amount of PVDF as a binder was changed to 3 parts by mass (2.97% by mass).

[比較例10]
バインダとしてのPVDFの配合量を5質量部(4.85質量%)としたこと以外は、比較例7と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 10]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Comparative Example 7, except that the amount of PVDF as a binder was changed to 5 parts by mass (4.85% by mass).

[比較例11]
バインダとしてPVDF-HFP(Kyner Flex 2851、Arkema製、ヘキサフルオロプロピレン由来の構成単位数の割合:2.4モル%)3質量部(2.97質量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 11]
Example 1 except that 3 parts by mass (2.97% by mass) of PVDF-HFP (Kyner Flex 2851, manufactured by Arkema, ratio of number of structural units derived from hexafluoropropylene: 2.4 mol%) was used as the binder. A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as above.

[比較例12]
バインダとしてPVDF(クレハKFポリマーW#7200、クレハ製)1質量部(1.01質量%)を用いたこと以外は、比較例3と同様の方法で、本比較例の正極を得た。
[Comparative Example 12]
A positive electrode of this comparative example was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that 1 part by mass (1.01% by mass) of PVDF (Kureha KF Polymer W#7200, manufactured by Kureha) was used as the binder.

<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%、導電助剤であるアセチレンブラック0.5質量%、およびバインダであるPVDF4質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)を添加し、混合することにより、固形分濃度が70%である負極スラリーを得た。目付量が2.5g/cmとなるようにギャップを調節したドクターブレードと塗工機(テスター産業製)とを用いて、厚さ20μmの銅箔上に負極スラリーを塗工した後、塗膜を80℃に調節したホットプレート上で1時間乾燥させた。乾燥させた塗膜を、卓上小型ロールプレス機(テスター産業製)を用い、空孔率20%となるようにプレスした。その後、これを真空乾燥機に入れ、真空引きした状態で130℃、8時間乾燥させることで、負極を得た。
<Production of negative electrode>
A solid content of 95.5% by mass of graphite (average particle size: 20 μm) as a negative electrode active material, 0.5% by mass of acetylene black as a conductive aid, and 4% by mass of PVDF as a binder was prepared. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to this solid content and mixed to obtain a negative electrode slurry having a solid content concentration of 70%. Using a doctor blade and a coating machine (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) with a gap adjusted so that the basis weight is 2.5 g/cm 3 , the negative electrode slurry is applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm, and then coated. The membrane was dried for 1 hour on a hot plate adjusted to 80°C. The dried coating film was pressed using a tabletop small roll press machine (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) so as to have a porosity of 20%. Then, this was placed in a vacuum dryer and dried at 130° C. for 8 hours in a vacuumed state to obtain a negative electrode.

<リチウムイオン二次電池の作製>
得られた正極を12cm、負極を13cmとなるように裁断した。正極では、Al端子付きアルミニウム箔を裁断した正極の集電箔側に積層した。負極では、Ni端子付き銅箔を裁断した負極の集電箔側に積層した。セパレータ(セルガード製、PP製)を正極、負極の電極活物質層側に挿入し、積層体とした。この積層体を熱融着型アルミニウムラミネートフィルムに挟み、3辺を封止した。溶媒としてエチレンカーボネート(EC)エチルメチルカーボネート(EMC)(体積比3:7(EC:EMC))の混合溶媒にLi(FSON(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド;LiFSI) 2mol/Lを溶解させて得られた電解液280μLを残りの1辺から注入後、真空シーラー(TOSPACK製)にて真空度99.7%で真空封止した。このようにして、正極と負極とがセパレータを介して対向するように積層されたパウチ型リチウムイオン電池を作製した。
<Production of lithium ion secondary battery>
The obtained positive electrode was cut into 12 cm 2 pieces, and the negative electrode into 13 cm 2 pieces. In the positive electrode, an aluminum foil with an Al terminal was laminated on the current collector foil side of the cut positive electrode. For the negative electrode, a copper foil with a Ni terminal was laminated on the collector foil side of the cut negative electrode. A separator (manufactured by Celgard, manufactured by PP) was inserted into the electrode active material layer side of the positive electrode and the negative electrode to form a laminate. This laminate was sandwiched between heat-sealable aluminum laminate films, and three sides were sealed. 2 mol/L of Li(FSO 2 ) 2 N (lithium bis(fluorosulfonyl)imide; LiFSI) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio 3:7 (EC:EMC)) as a solvent. 280 μL of the electrolytic solution obtained by dissolving was injected from the remaining one side, and then vacuum-sealed with a vacuum sealer (manufactured by TOSPACK) at a degree of vacuum of 99.7%. In this way, a pouch-type lithium ion battery was produced in which the positive electrode and the negative electrode were laminated so as to face each other with the separator interposed therebetween.

[直流抵抗(DCR)の測定]
25℃の条件下において、1C=220mAh/gとし、初回および2回目の充放電を0.1C、電圧範囲2.5~4.6Vで充電CC-CVモード、放電CCモード(充電・放電間の休止時間8時間)で実施した。SOC50%(電圧3.9V)において、0.1C、0.5C、1Cで放電を実施し、その時に流れる電流値(1sec、10sec、30sec)から直流抵抗(DCR;Direct Current Resistance)の値(Ωcm)を計算した。そして、比較例12におけるDCR値をXとし、各例におけるDCR値をXとし、Xを基準とした際のXの減少率(%)を式:{(X-X)/X}×100より算出した。
[Measurement of direct current resistance (DCR)]
Under the conditions of 25 ° C., 1 C = 220 mAh / g, the first and second charge and discharge are 0.1 C, the voltage range is 2.5 to 4.6 V, charging CC-CV mode, discharging CC mode (between charging and discharging rest time of 8 hours). At SOC 50% (voltage 3.9 V), discharge is performed at 0.1 C, 0.5 C, and 1 C, and the current value (1 sec, 10 sec, 30 sec) flowing at that time is used to obtain the direct current resistance (DCR) value ( Ωcm) was calculated. Then, the DCR value in Comparative Example 12 is X 0 , the DCR value in each example is X 1 , and the reduction rate (%) of X 1 when X 0 is used as a reference is expressed by the formula: {(X 0 −X 1 ) /X 0 }×100.

結果を下記表1に示す。 The results are shown in Table 1 below.

Figure 2023015591000001
Figure 2023015591000001

表1の結果より、本発明のリチウムイオン二次電池用正極によると、比較例12と比較して直流抵抗(DCR)が有意に低下することが分かる。よって、当該正極をリチウムイオン二次電池に適用することにより、リチウムイオン二次電池の出力特性を向上させることが可能となる。 As can be seen from the results in Table 1, the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention has a significantly lower DC resistance (DCR) than Comparative Example 12. Therefore, by applying the positive electrode to a lithium ion secondary battery, it is possible to improve the output characteristics of the lithium ion secondary battery.

一方、比較例1では、バインダの含有量が少ないため、正極活物質層の構造を維持できず、電極割れが生じた。比較例2では、バインダの含有量が多いため、却って直流抵抗が上昇した。 On the other hand, in Comparative Example 1, since the content of the binder was small, the structure of the positive electrode active material layer could not be maintained, and electrode cracks occurred. In Comparative Example 2, since the content of the binder was large, the direct current resistance increased.

比較例3~5の多結晶NMC複合酸化物を用いた例では、比較例12と比較して直流抵抗の減少効果がみられないか、減少幅が僅かであった。 In Comparative Examples 3 to 5, in which the polycrystalline NMC composite oxide was used, the effect of reducing the DC resistance was not observed, or the extent of reduction was slight, as compared with Comparative Example 12.

比較例7~9のPVDFを用いた例および比較例11のHFP割合が低いPVDF-HFPを用いた例では、比較例12と比較して直流抵抗の減少効果がみられるものの、その減少幅は十分なものとは言えなかった。 In Comparative Examples 7 to 9 using PVDF and Comparative Example 11 using PVDF-HFP with a low HFP ratio, the effect of reducing the direct current resistance is seen compared to Comparative Example 12, but the reduction width is I couldn't say enough.

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
12 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 12 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 (7)

正極活物質と、バインダと、導電助剤とを含む正極活物質層を有するリチウムイオン二次電池用正極であって、
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以下であり、
前記バインダは、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体であり、この際、当該共重合体の全構成単位数に対するヘキサフルオロプロピレン由来の構成単位数の割合が、5モル%以上であり、
前記バインダの含有量は、前記正極活物質層の全固形分に対して、0.31質量%より大きく4.85質量%未満である、リチウムイオン二次電池用正極。
A positive electrode for a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a binder, and a conductive aid,
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 of the positive electrode active material is 3 or less,
The binder is a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, wherein the ratio of the number of structural units derived from hexafluoropropylene to the total number of structural units of the copolymer is 5 mol% or more,
A positive electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the content of the binder is more than 0.31% by mass and less than 4.85% by mass with respect to the total solid content of the positive electrode active material layer.
前記正極活物質は、Williamson-Hall法から算出される結晶子径をX(nm)、レーザー回折法から算出される平均粒子径(D50)をY(nm)とした際に、Y/X≦70を満たす、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 In the positive electrode active material, when X (nm) is the crystallite diameter calculated by the Williamson-Hall method and Y (nm) is the average particle diameter (D50) calculated by the laser diffraction method, Y/X ≤ 70. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, which satisfies 70. 前記正極活物質は、R3mの空間群からなり、X線回折測定により得られる(104)面の回折ピークに対する(003)面の回折ピークのピーク強度比(003)/(104)が1.35以上である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode active material has a space group of R3m, and the peak intensity ratio (003)/(104) of the diffraction peak of the (003) plane to the diffraction peak of the (104) plane obtained by X-ray diffraction measurement is 1.35. 3. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, comprising the above. 前記正極活物質のタップ密度が2g/cm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 4. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein said positive electrode active material has a tap density of 2 g/cm 3 or less. 前記正極活物質は、層状構造を有するリチウム-ニッケル-マンガン-コバルト複合酸化物である、請求項1~4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 5. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein said positive electrode active material is a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide having a layered structure. 前記導電助剤は、カーボンナノチューブである、請求項1~5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein said conductive aid is a carbon nanotube. 請求項1~6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極を有する発電要素を備えた、リチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a power generation element having the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6.
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