JP2023021654A - Positive electrode, secondary battery, battery pack, and vehicle - Google Patents

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Arisa Yamada
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Tetsuya Sasagawa
康宏 原田
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Abstract

To provide a positive electrode having low resistance and capable of achieving a high capacity retention rate.SOLUTION: According to one embodiment, a positive electrode is provided. The positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer containing positive electrode active material particles and a water-soluble polymer. The positive electrode active material particles include lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher on the basis of metallic lithium, and a conductive polymer covering at least part of surfaces of the lithium composite oxide particles. A ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles is in a range of 0.5% by mass to 5.0% by mass.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、正極、二次電池、電池パック、及び車両に関する。 Embodiments of the present invention relate to positive electrodes, secondary batteries, battery packs, and vehicles.

リチウムイオンが電荷の担い手となるリチウムイオン電池に代表される非水電解質電池は、高エネルギー密度・高出力が得られる利点を生かし、携帯電子機器などの小型用途から電気自動車や電力需給調整などの大型用途まで広く適用が進められている。これまでに非水電解質電池として、その正極活物質にはコバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)などのリチウム遷移金属複合酸化物が用いられている。また、負極活物質に炭素材料が用いられているものが上市されている。 Non-aqueous electrolyte batteries, typified by lithium-ion batteries in which lithium ions are the carrier of electric charge, have the advantages of high energy density and high output. Widely applied to large-scale applications. Lithium transition metal composite oxides such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) have been used as positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte batteries. It is In addition, products using a carbon material as a negative electrode active material have been put on the market.

負極活物質としては、炭素材料の代わりに、リチウム吸蔵放出電位が金属リチウム基準で約1.55Vと高いリチウムチタン複合酸化物を用いた非水電解質電池も実用化されている。リチウムチタン複合酸化物は、充放電に伴う体積変化が少ないためサイクル特性に優れている。また、リチウムチタン複合酸化物を含む負極は、リチウム吸蔵・放出時にリチウム金属が析出しないため、この負極を備えた二次電池は大電流での充電が可能になる。 As a negative electrode active material, instead of a carbon material, a non-aqueous electrolyte battery using a lithium-titanium composite oxide having a high lithium absorption/desorption potential of about 1.55 V relative to metallic lithium has been put to practical use. Lithium-titanium composite oxides are excellent in cycle characteristics because their volume changes little during charging and discharging. In addition, a negative electrode containing a lithium-titanium composite oxide does not deposit lithium metal during lithium absorption/desorption, so a secondary battery equipped with this negative electrode can be charged with a large current.

正極活物質については、マンガン酸リチウム(LiMn)の資源が豊富で、安価且つ環境負荷も少なく、過充電状態の安全性が高いという利点がある。そのため、マンガン酸リチウムはコバルト酸リチウム(LiCoO)の代替材料として検討されている。一方で、マンガン酸リチウムの平均作動電位は、金属リチウム基準で4.0V程度である。そのため、高い電池電圧を達成するのが難しいという問題がある。 As for the positive electrode active material, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) has the advantages of abundant resources, low cost, low environmental impact, and high safety in an overcharged state. Therefore, lithium manganate is being studied as a substitute material for lithium cobaltate (LiCoO 2 ). On the other hand, the average operating potential of lithium manganate is about 4.0 V based on metallic lithium. Therefore, there is a problem that it is difficult to achieve a high battery voltage.

そこで、金属リチウム基準で4.5V~5.0V程度の高い正極電位を示す正極材料を用いて電池電圧を高める試みがなされている。しかしながら、高い正極電位を示す正極においては、ガス発生及びフッ酸発生に伴う金属の溶出が課題である。 Therefore, attempts have been made to increase the battery voltage by using a positive electrode material that exhibits a high positive electrode potential of about 4.5 V to 5.0 V relative to metallic lithium. However, in a positive electrode exhibiting a high positive electrode potential, there is a problem of elution of metal accompanying gas generation and hydrofluoric acid generation.

特開平7-263026号公報JP-A-7-263026

Hongyu Dong et al. "Improved High Temperature Performance of a Spinel LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode for High-Voltage Lithium-Ion Batteries by Surface Modification of a Flexible Conductive Nanolayer" ACS Omega 2019, 4, 185-194Hongyu Dong et al. "Improved High Temperature Performance of a Spinel LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode for High-Voltage Lithium-Ion Batteries by Surface Modification of a Flexible Conductive Nanolayer" ACS Omega 2019, 4, 185-194

本発明は、低抵抗であり且つ高い容量維持率を実現可能な正極、この正極を具備する二次電池、この二次電池を具備する電池パック、及び、この電池パックを備える車両を提供することを目的とする。 The present invention provides a positive electrode having a low resistance and capable of achieving a high capacity retention rate, a secondary battery comprising the positive electrode, a battery pack comprising the secondary battery, and a vehicle comprising the battery pack. With the goal.

実施形態によると、正極が提供される。正極は、正極活物質粒子及び水溶性ポリマーを含む正極活物質含有層を備える。正極活物質粒子は、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子と、リチウム複合酸化物粒子表面の少なくとも一部を被覆する導電性ポリマーとを含む。リチウム複合酸化物粒子の質量に対する導電性ポリマーの質量の割合は、0.5質量%~5.0質量%の範囲内にある。 According to embodiments, a positive electrode is provided. The positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer containing positive electrode active material particles and a water-soluble polymer. The positive electrode active material particles include lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium, and a conductive polymer covering at least a portion of the lithium composite oxide particle surfaces. The ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles is in the range of 0.5% by mass to 5.0% by mass.

他の実施形態によると、二次電池が提供される。二次電池は、実施形態に係る正極と、負極と、電解質とを具備する。 According to another embodiment, a secondary battery is provided. A secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte according to the embodiment.

他の実施形態によると、電池パックが提供される。電池パックは、実施形態に係る二次電池を含む。 According to another embodiment, a battery pack is provided. A battery pack includes a secondary battery according to an embodiment.

他の実施形態によると、車両が提供される。車両は、実施形態に係る電池パックを含む。 According to another embodiment, a vehicle is provided. A vehicle includes the battery pack according to the embodiment.

実施形態に係る正極の一例を概略的に示す断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing which shows schematically an example of the positive electrode which concerns on embodiment. 実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing which shows schematically an example of the secondary battery which concerns on embodiment. 図2に示す二次電池のA部を拡大した断面図。FIG. 3 is an enlarged sectional view of part A of the secondary battery shown in FIG. 2 ; 実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図。FIG. 3 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the secondary battery according to the embodiment; 図4に示す二次電池のB部を拡大した断面図。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the B portion of the secondary battery shown in FIG. 4 ; 実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図。The perspective view which shows roughly an example of the assembled battery which concerns on embodiment. 実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図。1 is an exploded perspective view schematically showing an example of a battery pack according to an embodiment; FIG. 図7に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図。FIG. 8 is a block diagram showing an example of an electric circuit of the battery pack shown in FIG. 7; 実施形態に係る車両の一例を概略的に示す部分透過図。1 is a partially transparent view schematically showing an example of a vehicle according to an embodiment; FIG. 実施形態に係る車両における電気系統に関する制御システムの一例を概略的に示した図。The figure which showed roughly an example of the control system regarding the electric system in the vehicle which concerns on embodiment.

以下、実施の形態について適宜図面を参照して説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings as appropriate. In addition, the same code|symbol shall be attached|subjected to the common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate|omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for explaining the embodiments and promoting understanding thereof, and there are places where the shapes, dimensions, ratios, etc. are different from the actual device, but these are the following explanations and known techniques. Consideration can be taken into consideration and the design can be changed as appropriate.

二次電池において、正極活物質として4.4V(vs.Li/Li+)以上の作動電位を有するリチウム複合酸化物を用いた場合、水素ガスをメインとするガスが発生する。或いは、バインダ及び電解質塩などにフッ素原子が含まれている場合、フッ酸が発生する。正極活物質では、水素ガス及びフッ酸の発生に伴って金属が溶出するため、充放電サイクルを繰り返すことにより放電容量が低下する問題がある。 In a secondary battery, when a lithium composite oxide having an operating potential of 4.4 V (vs. Li/Li + ) or more is used as a positive electrode active material, gas mainly composed of hydrogen gas is generated. Alternatively, if the binder and electrolyte salt contain fluorine atoms, hydrofluoric acid is generated. In the positive electrode active material, since metals are eluted with the generation of hydrogen gas and hydrofluoric acid, there is a problem that the discharge capacity decreases due to repeated charge-discharge cycles.

ポリアニリン等の導電性ポリマーを正極活物質粒子に被覆させることにより、正極活物質からの金属溶出を抑制できることが報告されている。しかしながら、高分子としての導電性ポリマー自体は水又は有機溶媒には溶けにくいため、導電性ポリマー自体を直接的に正極活物質粒子に被覆させることは困難である。また、導電性ポリマーを構成するモノマーを、重合開始剤を用いて重合させつつ活物質粒子表面を覆う手法も報告されている。しかしながら、この場合には、活物質粒子表面上に十分な量の導電性ポリマーをコートすることは困難である。 It has been reported that metal elution from the positive electrode active material can be suppressed by coating the positive electrode active material particles with a conductive polymer such as polyaniline. However, since the conductive polymer itself as a polymer is difficult to dissolve in water or an organic solvent, it is difficult to directly coat the positive electrode active material particles with the conductive polymer itself. Also, a method of covering the surface of active material particles while polymerizing a monomer constituting a conductive polymer using a polymerization initiator has been reported. However, in this case, it is difficult to coat the surface of the active material particles with a sufficient amount of conductive polymer.

本発明者らは、4.4V(vs.Li/Li+)以上の高い作動電位を有するリチウム複合酸化物粒子の表面上に導電性ポリマーをコートするに際して、粒子間に水溶性ポリマーが存在することにより、導電性ポリマーが活物質粒子表面上に保持され易いことを見出した。 The present inventors have found that when a conductive polymer is coated on the surface of lithium composite oxide particles having a high operating potential of 4.4 V (vs. Li/Li + ) or higher, water-soluble polymers are present between the particles. It has been found that the conductive polymer is easily retained on the surface of the active material particles.

(第1実施形態)
第1実施形態によると、正極が提供される。正極は、正極活物質粒子及び水溶性ポリマーを含む正極活物質含有層を備える。正極活物質粒子は、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子と、リチウム複合酸化物粒子表面の少なくとも一部を被覆する導電性ポリマーとを含む。リチウム複合酸化物粒子の質量に対する導電性ポリマーの質量の割合は、0.5質量%~5.0質量%の範囲内にある。
(First embodiment)
According to a first embodiment, a positive electrode is provided. The positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer containing positive electrode active material particles and a water-soluble polymer. The positive electrode active material particles include lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium, and a conductive polymer covering at least a portion of the lithium composite oxide particle surfaces. The ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles is in the range of 0.5% by mass to 5.0% by mass.

実施形態に係る正極に含まれるリチウム複合酸化物粒子には、0.5質量%~5.0質量%の量で導電性ポリマーがコートされている。導電性ポリマーは、例えば膜状にリチウム複合酸化物粒子を被覆している。上記割合が0.5質量%以上であるため、高い作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子においても金属溶出を抑制することができる。これは、リチウム複合酸化物粒子と電解質とが直接接触しにくくなることが一因と考えられる。一方、この割合が5.0質量%を超えると、電池抵抗が過剰に高まる上に、重量エネルギー密度及び/又は体積エネルギー密度が低下するため好ましくない。リチウム複合酸化物粒子の質量に対する導電性ポリマーの質量の割合は、1.0質量%~4.0質量%の範囲内にあることが好ましい。 The lithium composite oxide particles contained in the positive electrode according to the embodiment are coated with a conductive polymer in an amount of 0.5% by mass to 5.0% by mass. The conductive polymer coats the lithium composite oxide particles, for example, in the form of a film. Since the above ratio is 0.5% by mass or more, metal elution can be suppressed even in lithium composite oxide particles exhibiting a high action potential. One reason for this is thought to be that the lithium composite oxide particles and the electrolyte are less likely to come into direct contact with each other. On the other hand, if this ratio exceeds 5.0% by mass, the battery resistance is excessively increased, and the weight energy density and/or the volume energy density are lowered, which is not preferable. The ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles is preferably in the range of 1.0% by mass to 4.0% by mass.

導電性ポリマーの電気伝導率は、例えば1S/cm~200S/cmの範囲内にあり、好ましくは10S/cm~200S/cmの範囲内にある。活物質粒子表面を導電性ポリマーにより被覆することによる電気抵抗の上昇を抑制するためには、導電性ポリマーの電気伝導率は高い方が好ましい。導電性ポリマーは、例えば、非水溶性である。 The electrical conductivity of the conductive polymer is, for example, in the range of 1 S/cm to 200 S/cm, preferably in the range of 10 S/cm to 200 S/cm. In order to suppress an increase in electrical resistance caused by coating the surface of the active material particles with the conductive polymer, the electrical conductivity of the conductive polymer is preferably high. Conductive polymers, for example, are water-insoluble.

導電性ポリマーは、電子伝導性を有するポリマーであれば特に制限されないが、例えば、ポリアニリン類、ポリピロール類及びポリチオフェン類からなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。ポリアニリン類の電気伝導率は、例えば、10S/cm~50S/cmの範囲内にある。ポリピロール類の電気伝導率は、例えば、50S/cm~100S/cmの範囲内にある。ポリチオフェン類の電気伝導率は、例えば、50S/cm~150S/cmの範囲内にある。 The conductive polymer is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, but is preferably at least one selected from the group consisting of polyanilines, polypyrroles and polythiophenes, for example. The electrical conductivity of polyanilines is, for example, in the range of 10 S/cm to 50 S/cm. The electrical conductivity of polypyrroles is, for example, in the range of 50 S/cm to 100 S/cm. The electrical conductivity of polythiophenes is, for example, in the range of 50 S/cm to 150 S/cm.

ポリアニリン類の例に、ポリアニリン、ポリ(2-メチルアニリン)、ポリ(3-イソブチルアニリン)、ポリ(2-アニリンスルホン酸)、及び、ポリ(3-アニリンスルホン酸)が含まれる。 Examples of polyanilines include polyaniline, poly(2-methylaniline), poly(3-isobutylaniline), poly(2-anilinesulfonic acid), and poly(3-anilinesulfonic acid).

ポリピロール類の例に、ポリピロール、ポリ(N-メチルピロール)、ポリ(3-メチルピロール)、ポリ(3-エチルピロール)、ポリ(3-n-プロピルピロール)、ポリ(3-ブチルピロール)、ポリ(3-オクチルピロール)、ポリ(3-デシルピロール)、ポリ(3-ドデシルピロール)、ポリ(3,4-ジメチルピロール)、ポリ(3,4-ジブチルピロール)、ポリ(3-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルピロール)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルピロール)、ポリ(3-ヒドロキシピロール)、ポリ(3-メトキシピロール)、ポリ(3-エトキシピロール)、ポリ(3-ブトキシピロール)、ポリ(3-ヘキシルオキシピロール)、及び、ポリ(3-メチル-4-ヘキシルオキシピロール)が含まれる。 Examples of polypyrroles include polypyrrole, poly(N-methylpyrrole), poly(3-methylpyrrole), poly(3-ethylpyrrole), poly(3-n-propylpyrrole), poly(3-butylpyrrole), Poly(3-octylpyrrole), Poly(3-decylpyrrole), Poly(3-dodecylpyrrole), Poly(3,4-dimethylpyrrole), Poly(3,4-dibutylpyrrole), Poly(3-carboxypyrrole) ), poly (3-methyl-4-carboxypyrrole), poly (3-methyl-4-carboxyethylpyrrole), poly (3-methyl-4-carboxybutylpyrrole), poly (3-hydroxypyrrole), poly ( 3-methoxypyrrole), poly(3-ethoxypyrrole), poly(3-butoxypyrrole), poly(3-hexyloxypyrrole), and poly(3-methyl-4-hexyloxypyrrole).

ポリチオフェン類の例に、ポリチオフェン、ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ(3-エチルチオフェン、ポリ(3-プロピルチオフェン)、ポリ(3-ブチルチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルチオフェン)、ポリ(3-オクチルチオフェン)、ポリ(3-デシルチオフェン)、ポリ(3-ドデシルチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルチオフェン)、ポリ(3-ブロモチオフェン)、ポリ(3-クロロチオフェン)、ポリ(3-ヨードチオフェン)、ポリ(3-シアノチオフェン)、ポリ(3-フェニルチオフェン)、ポリ(3,4-ジメチルチオフェン)、ポリ(3,4-ジブチルチオフェン)、ポリ(3-ヒドロキシチオフェン)、ポリ(3-メトキシチオフェン)、ポリ(3-エトキシチオフェン)、ポリ(3-ブトキシチオフェン)、ポリ(3-ヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクチルオキシチオフェン)、ポリ(3-デシルオキシチオフェン)、ポリ(3-ドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3-オクタデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヒドロキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジメトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジエトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジプロポキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジブトキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヘキシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジヘプチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジオクチルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ジドデシルオキシチオフェン)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-プロピレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4-ブチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-メトキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-エトキシチオフェン)、ポリ(3-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシエチルチオフェン)、ポリ(3-メチル-4-カルボキシブチルチオフェン)、ポリ(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-プロパンスルホン酸カリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-エチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-プロピル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-ブチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-ペンチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-ヘキシル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-イソプロピル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-イソブチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-イソペンチル-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-フルオロ-1-プロパンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-イルオキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸カリウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸アンモニウム)、ポリ(3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸トリエチルアンモニウム)、ポリ(4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-ブタンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-ブタンスルホン酸カリウム)、ポリ(4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-メチル-1-ブタンスルホン酸ナトリウム)、ポリ(4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-メチル-1-ブタンスルホン酸カリウム)、ポリ(4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-フルオロ-1-ブタンスルホン酸ナトリウム)、及び、ポリ(4-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b]-[1,4]ジオキセピン-3-イルオキシ]-1-フルオロ-1-ブタンスルホン酸カリウム)が含まれる。 Examples of polythiophenes include polythiophene, poly(3-methylthiophene), poly(3-ethylthiophene, poly(3-propylthiophene), poly(3-butylthiophene), poly(3-hexylthiophene), poly(3 -heptylthiophene), poly(3-octylthiophene), poly(3-decylthiophene), poly(3-dodecylthiophene), poly(3-octadecylthiophene), poly(3-bromothiophene), poly(3-chloro thiophene), poly(3-iodothiophene), poly(3-cyanothiophene), poly(3-phenylthiophene), poly(3,4-dimethylthiophene), poly(3,4-dibutylthiophene), poly(3 -hydroxythiophene), poly(3-methoxythiophene), poly(3-ethoxythiophene), poly(3-butoxythiophene), poly(3-hexyloxythiophene), poly(3-heptyloxythiophene), poly(3 -octyloxythiophene), poly(3-decyloxythiophene), poly(3-dodecyloxythiophene), poly(3-octadecyloxythiophene), poly(3,4-dihydroxythiophene), poly(3,4-dimethoxy thiophene), poly(3,4-diethoxythiophene), poly(3,4-dipropoxythiophene), poly(3,4-dibutoxythiophene), poly(3,4-dihexyloxythiophene), poly(3 ,4-diheptyloxythiophene), poly(3,4-dioctyloxythiophene), poly(3,4-didecyloxythiophene), poly(3,4-didodecyloxythiophene), poly(3,4- ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), poly(3,4-butylenedioxythiophene), poly(3-methyl-4-methoxythiophene), poly(3-methyl-4- ethoxythiophene), poly(3-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxythiophene), poly(3-methyl-4-carboxyethylthiophene), poly(3-methyl-4-carboxybutylthiophene), Poly(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-propanesulfonate), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4 Potassium b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-propanesulfonate mu), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-methyl-1-propanesulfonate), poly(3- [(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-ethyl-1-propanesulfonate sodium), poly(3-[(2,3-dihydrothieno Sodium [3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-propyl-1-propanesulfonate), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b] -[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-butyl-1-propanesulfonate), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin -3-yloxy]-1-pentyl-1-propanesulfonate), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1 -sodium hexyl-1-propanesulfonate), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-isopropyl-1-propanesulfone sodium acid), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-isobutyl-1-propanesulfonate), poly(3 -[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-isopentyl-1-propanesulfonate sodium), poly(3-[(2,3- Sodium dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-fluoro-1-propanesulfonate), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b) ]-[1,4]dioxepin-yloxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid potassium), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin- 3-yloxy]-1-methyl-1-propanesulfonic acid), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-methyl -1-ammonium propanesulfonate), poly(3-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-methyl-1-propanesulfonate triethyl ammonium), poly(4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-butanesulfonate), poly(4-[(2, 3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-butanesulfonic acid potassium), poly(4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]- [1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-methyl-1-butanesulfonate sodium), poly(4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin- 3-yloxy]-1-methyl-1-butanesulfonic acid potassium), poly(4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1- Sodium fluoro-1-butanesulfonate) and poly(4-[(2,3-dihydrothieno[3,4-b]-[1,4]dioxepin-3-yloxy]-1-fluoro-1-butane potassium sulfonate).

正極活物質含有層に含まれる水溶性ポリマーは、非水電解質に対して不溶性が高い。それ故、正極に対して非水電解質が含浸した場合であっても正極活物質含有層の構造を安定的に保つことができる。この結果、導電性ポリマーがコートされた活物質粒子は、充放電サイクルが繰り返された場合にも正極活物質含有層から脱落し難い。また、コートされたリチウム複合酸化物粒子表面又は導電性ポリマーコート表面が、非水電解質に対して過剰に晒されるのを防ぐことができるため、金属の溶出及びガス発生を抑制して優れた容量維持率を達成することができる。 The water-soluble polymer contained in the positive electrode active material-containing layer is highly insoluble in the non-aqueous electrolyte. Therefore, even when the positive electrode is impregnated with the non-aqueous electrolyte, the structure of the positive electrode active material-containing layer can be stably maintained. As a result, the active material particles coated with the conductive polymer are less likely to fall off from the positive electrode active material-containing layer even when charge-discharge cycles are repeated. In addition, since it is possible to prevent the coated lithium composite oxide particle surface or the conductive polymer coated surface from being excessively exposed to the non-aqueous electrolyte, it suppresses metal elution and gas generation, resulting in excellent capacity. Retention rate can be achieved.

水溶性ポリマーのHLB(Hydrophilic-Lipophilic Balance)値は、例えば8以上20以下の範囲内にあり、好ましくは10以上20以下の範囲内にある。水溶性ポリマーのHLB値は、15以上19以下の範囲内にあり得る。HLB値とは、界面活性剤の、親水性及び疎水性の比率を表す指標である。HLB値は0~20の間の値を取り、0に近いほど疎水性であることを示しており、20に近いほど親水性であることを示している。 The HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) value of the water-soluble polymer is, for example, in the range of 8 or more and 20 or less, preferably 10 or more and 20 or less. The HLB value of the water-soluble polymer can be in the range of 15-19. The HLB value is an index representing the ratio of hydrophilicity and hydrophobicity of surfactants. The HLB value takes a value between 0 and 20, and the closer to 0, the more hydrophobic it is, and the closer to 20, the more hydrophilic it is.

本願明細書及び特許請求の範囲において、水に溶解するポリマーを水溶性ポリマーと呼ぶ。正極が水溶性ポリマーを含んでいるか否かは、以下の手順で調べる。まず、正極を水に晒して正極活物質含有層が溶解するか否かを調べる。次に、正極活物質含有層が水に溶解した場合には、その溶液を、GC-MS(Gas Chromatography - Mass Spectrometry:ガスクロマトグラフィー質量分析法)、LC-MS(Liquid Chromatography - Mass Spectrometry:液体クロマトグラフィー質量分析法)、FT-IR(Fourier Transform - Infrared Spectroscopy:フーリエ変換赤外分光法)、NMR(Nuclear Magnetic Resonance:核磁気共鳴装置)等により分析して、水溶性ポリマーの種類を同定することができる。 Polymers that dissolve in water are referred to herein as water-soluble polymers. Whether or not the positive electrode contains a water-soluble polymer is examined by the following procedure. First, the positive electrode is exposed to water to examine whether or not the layer containing the positive electrode active material dissolves. Next, when the positive electrode active material-containing layer is dissolved in water, the solution is subjected to GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry), LC-MS (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry). chromatography mass spectrometry), FT-IR (Fourier Transform - Infrared Spectroscopy), NMR (Nuclear Magnetic Resonance), etc. to identify the type of water-soluble polymer be able to.

水溶性ポリマーのHLB値は、例えば、8以上20以下の範囲内にある。水溶性ポリマーは、後述する正極の製造時において水系バインダとして用いられる材料である。正極活物質含有層に含まれる水溶性ポリマーのHLB値を測定する方法は後述する。水溶性ポリマーのHLB値は10以上であることが好ましい。この場合、正極活物質含有層に非水電解質が含浸した場合であっても、正極活物質含有層を構成する電極材料が分解せず安定に存在し易い。 The HLB value of the water-soluble polymer is, for example, within the range of 8 or more and 20 or less. The water-soluble polymer is a material used as a water-based binder when manufacturing the positive electrode, which will be described later. A method for measuring the HLB value of the water-soluble polymer contained in the positive electrode active material-containing layer will be described later. The HLB value of the water-soluble polymer is preferably 10 or more. In this case, even when the positive electrode active material-containing layer is impregnated with the non-aqueous electrolyte, the electrode material constituting the positive electrode active material-containing layer tends to exist stably without being decomposed.

水溶性ポリマーは、例えば、アクリルポリマー、ウレタンポリマー、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アルギン酸ポリマー、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、水溶性ポリエステル、及び、ジカルボキシル化多糖類からなる群より選択される少なくとも1種である。中でも、集電体から正極活物質含有層が剥がれないように高いピール強度を保つ観点から、アクリルポリマー、CMC及びアルギン酸ポリマーからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。 The water-soluble polymer is, for example, at least one selected from the group consisting of acrylic polymer, urethane polymer, carboxymethylcellulose (CMC), alginic acid polymer, polyether, polyvinyl alcohol, water-soluble polyester, and dicarboxylated polysaccharide. be. Among them, at least one selected from the group consisting of acrylic polymer, CMC and alginic acid polymer is preferable from the viewpoint of maintaining high peel strength so that the positive electrode active material-containing layer does not peel off from the current collector.

正極活物質含有層に占める水溶性ポリマーの質量の割合は、例えば1質量%~10質量%の範囲内にあり、好ましくは2質量%~8質量%の範囲内にある。正極活物質含有層に含まれる水溶性ポリマーの質量が過剰に少ない場合、当該層を構成する電極材料同士の結着力が不足し、電極強度が不足する可能性がある。その結果、充放電中に正極活物質含有層が集電体から剥がれ、容量が低下する恐れがある。一方、正極活物質含有層に含まれる水溶性ポリマーの質量が過剰に多い場合、内部抵抗が上昇するため好ましくない。 The mass ratio of the water-soluble polymer in the positive electrode active material-containing layer is, for example, within the range of 1% by mass to 10% by mass, preferably within the range of 2% by mass to 8% by mass. When the mass of the water-soluble polymer contained in the positive electrode active material-containing layer is excessively small, the bonding strength between the electrode materials constituting the layer may be insufficient, resulting in insufficient electrode strength. As a result, the positive electrode active material-containing layer may peel off from the current collector during charging and discharging, resulting in a decrease in capacity. On the other hand, when the mass of the water-soluble polymer contained in the positive electrode active material-containing layer is excessively large, the internal resistance increases, which is not preferable.

以下、実施形態に係る正極について詳細に説明する。 Hereinafter, positive electrodes according to embodiments will be described in detail.

正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを含むことができる。正極活物質含有層は、正極集電体の片面又は両面に形成され得る。正極活物質含有層は、結着材として、少なくとも上記水溶性ポリマーを含有する。正極活物質含有層は、任意に導電材を含むことができる。 The positive electrode can include a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode active material-containing layer may be formed on one side or both sides of the positive electrode current collector. The positive electrode active material-containing layer contains at least the water-soluble polymer as a binder. The positive electrode active material-containing layer can optionally contain a conductive material.

実施形態に係る正極は、例えば、電池用正極、二次電池用正極、非水電解質二次電池用正極又はリチウム二次電池用正極である。 The positive electrode according to the embodiment is, for example, a battery positive electrode, a secondary battery positive electrode, a non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode, or a lithium secondary battery positive electrode.

正極活物質粒子は、活物質として、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子を含む。リチウム複合酸化物粒子の数は、1個又は複数個でありうる。正極活物質粒子は、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子のみで構成され得る。但し、1個又は複数個の当該リチウム複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部は、導電性ポリマーにより被覆されている。正極活物質粒子は、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子を、1種類のみ含んでいてもよく、複数種類含んでいてもよい。 The positive electrode active material particles contain, as an active material, lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium. The number of lithium composite oxide particles may be one or more. The positive electrode active material particles may be composed only of lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium. However, at least part of the surface of one or more lithium composite oxide particles is coated with a conductive polymer. The positive electrode active material particles may contain only one type or plural types of lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium.

金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物の一例として、例えば、下記一般式(A)で表される酸化物が挙げられる。
LiuM1xMn2-x4・・・(A)
一般式(A)において、M1は、Mn,Ni,Fe,Co,Cr,Mg,Zn,Al及びCuからなる群より選択される少なくとも1種であり、uは0<u≦1を満たし、xは0<x≦1を満たす。
An example of a lithium composite oxide exhibiting an operating potential of 4.4 V or more based on metallic lithium is an oxide represented by the following general formula (A).
LiuM1xMn2 - xO4 ( A)
In general formula (A), M1 is at least one selected from the group consisting of Mn, Ni, Fe, Co, Cr, Mg, Zn, Al and Cu, u satisfies 0<u≦1, x satisfies 0<x≦1.

一般式(A)で表されるリチウム複合酸化物の具体例として、例えば、LiNi0.5Mn1.54及びLiCu0.5Mn1.54を挙げることができる。 Specific examples of the lithium composite oxide represented by formula (A) include LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and LiCu 0.5 Mn 1.5 O 4 .

金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物は、例えば、リチウムニッケルマンガン酸化物及びリチウムリン酸化合物からなる群より選択される少なくとも一種を含む。上記リチウム複合酸化物のうち、電子伝導性が高く、5V付近まで電圧を高くしても構造が安定している理由から、正極活物質粒子は、リチウムニッケルマンガン酸化物を含むことが好ましい。リチウムニッケルマンガン酸化物は、例えばスピネル構造の結晶構造を有する。 The lithium composite oxide exhibiting an operating potential of 4.4 V or more based on metallic lithium includes, for example, at least one selected from the group consisting of lithium nickel manganese oxide and lithium phosphate compound. Among the above lithium composite oxides, the positive electrode active material particles preferably contain lithium nickel manganese oxide because of its high electron conductivity and stable structure even when the voltage is increased to around 5V. Lithium nickel manganese oxide has, for example, a spinel crystal structure.

リチウムニッケルマンガン酸化物は、例えば、下記一般式(I)で表される。この場合、上述の通り、電圧を高くしても構造が安定していることから、高い作動電圧を維持しつつ優れたサイクル寿命特性が得られやすい。
LiuNixMn2-x4・・・(I)
一般式(I)において、uは0<u≦1を満たし、xは0<x≦1を満たす。
Lithium nickel manganese oxide is represented, for example, by the following general formula (I). In this case, as described above, the structure is stable even if the voltage is increased, so it is easy to obtain excellent cycle life characteristics while maintaining a high operating voltage.
LiuNixMn2 - xO4 ( I)
In general formula (I), u satisfies 0<u≦1, and x satisfies 0<x≦1.

リチウムリン酸化合物は、例えば、下記一般式(II)で表される。 A lithium phosphate compound is represented, for example, by the following general formula (II).

LiwM2yCo1-yPO4・・・(II)
一般式(II)において、M2は、Ni及びCuからなる群より選択される少なくとも1種であり、wは0<w≦1を満たし、yは0≦y≦1を満たす。リチウムリン酸化合物は、例えばオリビン構造の結晶構造を有する。
LiwM2yCo1 - yPO4 ( II)
In general formula (II), M2 is at least one selected from the group consisting of Ni and Cu, w satisfies 0<w≦1, and y satisfies 0≦y≦1. A lithium phosphate compound has, for example, an olivine crystal structure.

一般式(II)で表されるリチウムリン酸化合物の具体例として、例えば、LiNiPO4及びLiCoPO4を挙げることができる。 Specific examples of the lithium phosphate compound represented by formula (II) include LiNiPO 4 and LiCoPO 4 .

実施形態に係る正極活物質粒子は、金属リチウム基準で4.4V未満の作動電位を示す、他の活物質を含んでいてもよい。正極活物質粒子全体に占める他の活物質の割合は、20質量%以下であってもよく、10質量%以下であってもよく、0質量%であってもよい。 Positive electrode active material particles according to embodiments may include other active materials that exhibit an operating potential of less than 4.4 V relative to lithium metal. The ratio of the other active material to the entire positive electrode active material particles may be 20% by mass or less, 10% by mass or less, or 0% by mass.

他の活物質として、例えば酸化物又は硫化物が挙げられる。このような化合物として、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLixMn24又はLixMnO2;0<x≦1)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLixNiO2;0<x≦1)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLixCoO2;0<x≦1)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLixNi1-yCoy2;0<x≦1、0<y<1)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLixMnyCo1-y2;0<x≦1、0<y<1)、硫酸鉄(Fe2(SO4)3)、バナジウム酸化物(例えばV25)、及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi1-y-zCoyMnz2;0<x≦1、0<y<1、0<z<1、y+z<1)が含まれる。 Other active materials include oxides or sulfides, for example. Examples of such compounds include manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide (e.g. Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ; 0<x≦1), lithium nickel Composite oxides (e.g. Li x NiO 2 ; 0<x≤1), lithium cobalt composite oxides (e.g. Li x CoO 2 ; 0 < x ≤ 1), lithium nickel cobalt composite oxides (e.g. Li x Ni 1-y Co y O 2 ; 0<x≦1, 0<y<1), lithium-manganese-cobalt composite oxide (for example, Li x Mny Co 1-y O 2 ; 0<x≦1, 0<y<1), iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), vanadium oxide (eg V 2 O 5 ), and lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2 ; 0<x≦ 1, 0<y<1, 0<z<1, y+z<1).

正極活物質の一次粒径は、100nm以上10μm以下であることが好ましい。一次粒径が100nm以上の正極活物質は、工業生産上の取り扱いが容易である。一次粒径が10μm以下の正極活物質は、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることが可能である。 The primary particle size of the positive electrode active material is preferably 100 nm or more and 10 μm or less. A positive electrode active material having a primary particle size of 100 nm or more is easy to handle in industrial production. A positive electrode active material having a primary particle size of 10 μm or less can facilitate diffusion of lithium ions in a solid.

正極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下であることが好ましい。0.1m2/g以上の比表面積を有する正極活物質は、Liイオンの吸蔵・放出サイトを十分に確保できる。10m2/g以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。 The specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m 2 /g or more and 10 m 2 /g or less. A positive electrode active material having a specific surface area of 0.1 m 2 /g or more can sufficiently secure Li ion intercalation/deintercalation sites. A positive electrode active material having a specific surface area of 10 m 2 /g or less is easy to handle in industrial production and can ensure good charge-discharge cycle performance.

前述した水溶性ポリマーは、結着材として正極活物質含有層に含まれている。結着材は、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させることができる。正極結着材としては、前述した水溶性ポリマーであれば、その種類は制限無く使用することができる。正極活物質含有層は、結着材として水溶性ポリマーのみを含んでいてもよく、他の結着材を更に含んでいてもよい。他の結着材の例として、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、及び、イミド化合物などが挙げられる。正極結着材に含まれる水溶性ポリマーの量は、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、100質量%であってもよい。 The aforementioned water-soluble polymer is contained in the positive electrode active material-containing layer as a binder. The binder can fill the gaps between the dispersed positive electrode active materials and bind the positive electrode active material and the positive electrode current collector. As the positive electrode binder, any type of water-soluble polymer can be used without limitation. The positive electrode active material-containing layer may contain only a water-soluble polymer as a binder, or may further contain another binder. Examples of other binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluororubber, and imide compounds. The amount of the water-soluble polymer contained in the positive electrode binder may be 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 100% by mass.

導電材は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電材の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノファイバー及びカーボンナノチューブのような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電材として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電材として用いてもよい。また、導電材を省略することもできる。 The conductive material is blended in order to improve the current collection performance and to suppress the contact resistance between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Examples of conductive materials include vapor grown carbon fibers (VGCF), carbon blacks such as acetylene black, graphite, carbonaceous materials such as carbon nanofibers and carbon nanotubes. One of these may be used as the conductive material, or two or more may be combined and used as the conductive material. Also, the conductive material can be omitted.

正極活物質含有層において、正極活物質粒子及び正極結着材は、それぞれ、80質量%以上98質量%以下、及び1質量%以上20質量%以下の割合で配合することが好ましい。 In the positive electrode active material containing layer, the positive electrode active material particles and the positive electrode binder are preferably blended at a ratio of 80% by mass or more and 98% by mass or less and 1% by mass or more and 20% by mass or less.

結着材の量を1質量%以上にすることにより、十分な電極強度が得られる。また、結着材は、絶縁体として機能し得る。そのため、結着材の量を20質量%以下にすると、電極に含まれる絶縁体の量が減るため、内部抵抗を減少できる。 Sufficient electrode strength can be obtained by setting the amount of the binder to 1% by mass or more. Also, the binder can function as an insulator. Therefore, if the amount of the binder is 20% by mass or less, the amount of the insulator contained in the electrode is reduced, so the internal resistance can be reduced.

導電材を加える場合には、正極活物質、結着材及び導電材は、それぞれ、77質量%以上95質量%以下、1質量%以上20質量%以下、及び3質量%以上15質量%以下の割合で配合することが好ましい。 When a conductive material is added, the positive electrode active material, the binder, and the conductive material each contain 77% by mass or more and 95% by mass or less, 1% by mass or more and 20% by mass or less, and 3% by mass or more and 15% by mass or less. It is preferable to blend them in proportions.

導電材の量を3質量%以上にすることにより、上述した効果を発揮することができる。また、導電材の量を15質量%以下にすることにより、電解質と接触する導電材の割合を低くすることができる。この割合が低いと、高温保存下において、電解質の分解を低減することができる。 By setting the amount of the conductive material to 3% by mass or more, the above effects can be exhibited. Also, by setting the amount of the conductive material to 15% by mass or less, the proportion of the conductive material in contact with the electrolyte can be reduced. When this ratio is low, decomposition of the electrolyte can be reduced under high-temperature storage.

正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。 The positive electrode current collector is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu and Si.

アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は99質量%以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、1質量%以下であることが好ましい。 The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 5 μm or more and 20 μm or less, more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by mass or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 1% by mass or less.

また、正極集電体は、その表面に正極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、正極集電タブとして働くことができる。 In addition, the positive electrode current collector can include a portion where the positive electrode active material-containing layer is not formed on the surface thereof. This portion can serve as a positive current collecting tab.

正極の電極密度(集電体を含まず)は、2.0g/cm3以上4.0g/cm3以下であることが好ましい。正極活物質含有層の密度がこの範囲内にある正極は、エネルギー密度と電解質の保持性とに優れている。正極の電極密度は、2.5g/cm3以上3.5g/cm3以下であることがより好ましい。 The electrode density of the positive electrode (not including the current collector) is preferably 2.0 g/cm 3 or more and 4.0 g/cm 3 or less. A positive electrode in which the density of the positive electrode active material-containing layer is within this range is excellent in energy density and electrolyte retention. More preferably, the electrode density of the positive electrode is 2.5 g/cm 3 or more and 3.5 g/cm 3 or less.

実施形態に係る正極の一例を、図面を参照しながら説明する。 An example of the positive electrode according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は、一例に係る正極を概略的に示す断面図である。正極5は、正極集電体5aと正極集電体5a上に設けられた正極活物質含有層5bとを備える。ここでは、正極集電体5aの片面上に正極活物質含有層5bが設けられた例を示しているが、正極活物質含有層5bは、正極集電体5aの両面上に設けられていてもよい。正極活物質含有層5bの厚さは特に制限されないが、例えば、10μm~100μmの範囲内にある。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a positive electrode according to one example. The positive electrode 5 includes a positive electrode current collector 5a and a positive electrode active material-containing layer 5b provided on the positive electrode current collector 5a. Here, an example in which the positive electrode active material-containing layer 5b is provided on one side of the positive electrode current collector 5a is shown, but the positive electrode active material-containing layer 5b is provided on both sides of the positive electrode current collector 5a. good too. Although the thickness of the positive electrode active material containing layer 5b is not particularly limited, it is, for example, within the range of 10 μm to 100 μm.

正極活物質含有層5bは、1つ以上の正極活物質粒子5cと水溶性ポリマー5dとを含む。正極活物質粒子5cは、4.4V(vs.Li/Li+)以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子51と、リチウム複合酸化物粒子51表面の少なくとも一部を被覆する導電性ポリマー52とを備える。図1では、正極活物質含有層5bが正極導電材5eを含む場合を記載しているが、正極導電材5eは必ずしも添加される必要は無い。 Positive electrode active material-containing layer 5b includes one or more positive electrode active material particles 5c and water-soluble polymer 5d. The positive electrode active material particles 5c include lithium composite oxide particles 51 exhibiting an operating potential of 4.4 V (vs. Li/Li + ) or higher, and a conductive polymer 52 covering at least a portion of the surface of the lithium composite oxide particles 51. and FIG. 1 shows the case where the positive electrode active material containing layer 5b contains the positive electrode conductive material 5e, but the positive electrode conductive material 5e does not necessarily need to be added.

正極活物質含有層5b全体は、結着材として機能する水溶性ポリマー5dで結着されている。それ故、リチウム複合酸化物粒子51が非水電解質(図示せず)と直接的に接触するのが抑制されて、リチウム複合酸化物粒子51からの金属溶出及び/又はガス発生が抑制される。その結果、充放電サイクルによる正極劣化を抑制することができる。また、リチウム複合酸化物粒子51の質量に対する導電性ポリマー52の質量の割合は、0.5質量%~5.0質量%の範囲内にある。それ故、実施形態に係る正極を備える二次電池は、低抵抗であり且つ高い容量維持率を実現できる。 The entire positive electrode active material containing layer 5b is bound with a water-soluble polymer 5d that functions as a binder. Therefore, direct contact of the lithium composite oxide particles 51 with a non-aqueous electrolyte (not shown) is suppressed, and metal elution and/or gas generation from the lithium composite oxide particles 51 is suppressed. As a result, deterioration of the positive electrode due to charge-discharge cycles can be suppressed. Also, the ratio of the mass of the conductive polymer 52 to the mass of the lithium composite oxide particles 51 is within the range of 0.5% by mass to 5.0% by mass. Therefore, the secondary battery including the positive electrode according to the embodiment has low resistance and can achieve a high capacity retention rate.

<導電性ポリマーのコート量測定>
金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子の質量に対する、導電性ポリマーの質量の割合は、以下のように測定することができる。
<Measurement of coating amount of conductive polymer>
The ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or more based on metallic lithium can be measured as follows.

正極をプロピレンカーボネートで洗浄し、乾燥後、集電体から正極活物質含有層を剥がす。剥がした正極活物質含有層を純水で十分に洗浄し、水溶性ポリマーを除去する。洗浄後の残渣について遠心分離を行って導電材を取り除いた後、真空乾燥する。その後得られた固体の質量を測定する。当該固体は、例えば、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子と、この粒子表面の少なくとも一部を被覆する導電性ポリマーとを含む正極活物質粒子である。次に、得られた固体に対して、800℃の温度で10時間以上に亘って燃焼処理を施す。この燃焼により導電性ポリマーが分解して、リチウム複合酸化物粒子のみを得ることができる。その後、得られた粒子の質量を測定し、前述の固体の質量から、粒子の質量を差し引くことにより、導電性ポリマーの質量が判明する。また、リチウム複合酸化物粒子の質量に対する導電性ポリマーの質量の割合を算出することができる。 The positive electrode is washed with propylene carbonate, dried, and then the positive electrode active material-containing layer is peeled off from the current collector. The removed positive electrode active material-containing layer is sufficiently washed with pure water to remove the water-soluble polymer. The residue after washing is centrifuged to remove the conductive material, and then dried in a vacuum. The mass of the solid obtained is then determined. The solid is, for example, a positive electrode active material particle containing lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium and a conductive polymer covering at least part of the particle surface. Next, the obtained solid is subjected to combustion treatment at a temperature of 800° C. for 10 hours or longer. The combustion decomposes the conductive polymer to obtain only lithium composite oxide particles. The mass of the resulting particles is then measured and the mass of the conductive polymer is found by subtracting the mass of the particles from the mass of the solid. Also, the ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles can be calculated.

<導電性ポリマーの電気伝導率測定>
上記コート量測定において記載したのと同様に、正極活物質含有層を純水で十分に洗浄し、遠心分離によって導電材を取り除いて粒子を得る。得られた粒子を酸で処理し、活物質を溶解除去する。こうして得られたポリマー成分を交流インピーダンス法で測定することで、活物質粒子表面の少なくとも一部を被覆していた導電性ポリマーの電気伝導率を求めることができる。
<Electrical conductivity measurement of conductive polymer>
The positive electrode active material-containing layer is thoroughly washed with pure water, and the conductive material is removed by centrifugal separation to obtain particles in the same manner as described in the measurement of the coat amount. The obtained particles are treated with an acid to dissolve and remove the active material. By measuring the polymer component thus obtained by the AC impedance method, the electrical conductivity of the conductive polymer covering at least part of the surface of the active material particles can be obtained.

<水溶性ポリマーのHLB値の測定>
水溶性ポリマーのHLB値は、デイビス法にて求めることができる。まず、以下に説明するように、正極が含む水溶性ポリマーの種類を同定して、親水基と疎水基とを特定する必要がある。
<Measurement of HLB value of water-soluble polymer>
The HLB value of the water-soluble polymer can be determined by the Davis method. First, as described below, it is necessary to identify the type of water-soluble polymer contained in the positive electrode and specify the hydrophilic group and the hydrophobic group.

正極活物質含有層から、水溶性ポリマーのみを溶解する溶媒により水溶性ポリマーを溶解抽出し、濾過して活物質及び導電剤などを除去する。水溶性ポリマーのみを溶解する溶媒としては、例えば、純水が上げられる。その後、濾液をGC-MS(Gas Chromatography - Mass Spectrometry:ガスクロマトグラフィー質量分析法)、LC-MS(Liquid Chromatography - Mass Spectrometry:液体クロマトグラフィー質量分析法)又はFT-IR(Fourier Transform - Infrared Spectroscopy:フーリエ変換赤外分光法)などで分析することにより水溶性ポリマーの種類を同定することができる。或いは、正極表面を赤外分光法(ATR:Attenuated Total Reflectance)にて分析することにより水溶性ポリマーの種類を同定してもよい。 The water-soluble polymer is dissolved and extracted from the positive electrode active material-containing layer with a solvent that dissolves only the water-soluble polymer, and filtered to remove the active material, the conductive agent, and the like. Pure water, for example, is an example of the solvent that dissolves only the water-soluble polymer. After that, the filtrate is subjected to GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry), LC-MS (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry) or FT-IR (Fourier Transform-Infrared Spectroscopy: The type of water-soluble polymer can be identified by analysis such as Fourier transform infrared spectroscopy. Alternatively, the type of water-soluble polymer may be identified by analyzing the surface of the positive electrode with infrared spectroscopy (ATR: Attenuated Total Reflectance).

デイビス法では、化合物が含む親水基及び疎水基に応じて、所定の基数が定められている。例えば、水酸基は親水基であり、その基数は1.9である。また、例えば、メチル基及びメチレン基は疎水基であり、その基数は-0.475である。対象の水溶性ポリマーのHLB値は、下記式(1)より算出する。
式(1): [HLB値]=7+SUM1-SUM2
式(1)中、SUM1は親水基の基数の総和を表し、SUM2は疎水基の基数の総和を表す。
In the Davis method, a predetermined base number is determined according to the hydrophilic group and hydrophobic group contained in the compound. For example, a hydroxyl group is a hydrophilic group and its base number is 1.9. Further, for example, a methyl group and a methylene group are hydrophobic groups, and their base number is -0.475. The HLB value of the target water-soluble polymer is calculated from the following formula (1).
Formula (1): [HLB value] = 7 + SUM 1 - SUM 2
In formula (1), SUM 1 represents the total number of hydrophilic groups, and SUM 2 represents the total number of hydrophobic groups.

<水溶性ポリマー量の測定>
測定対象の活物質含有層を準備する。例えば、正極からスパチュラ等を用いて、一定量の活物質含有層を得る。得られた活物質含有層の質量を測定する。その後、前述のHLB値測定における前処理と同様に、純水等による水溶性ポリマーの溶解抽出及びろ過を行う。得られた溶液中の溶媒を蒸発させることで、固化した水溶性ポリマーが得られる。この水溶性ポリマーの質量を測定する。そして、水溶性ポリマーの質量を、先に測定した活物質含有層の質量で除して100を乗じることにより、正極活物質含有層に占める水溶性ポリマーの質量の割合を算出する。
<Measurement of amount of water-soluble polymer>
An active material-containing layer to be measured is prepared. For example, a certain amount of active material-containing layer is obtained from the positive electrode using a spatula or the like. The mass of the obtained active material-containing layer is measured. After that, the water-soluble polymer is dissolved, extracted, and filtered with pure water or the like in the same manner as the pretreatment in the HLB value measurement described above. By evaporating the solvent in the resulting solution, a solidified water-soluble polymer is obtained. Measure the mass of this water-soluble polymer. Then, the mass ratio of the water-soluble polymer in the positive electrode active material-containing layer is calculated by dividing the mass of the water-soluble polymer by the previously measured mass of the active material-containing layer and multiplying by 100.

正極活物質の結晶構造及び元素組成は、例えば、以下に説明する粉末X線回折(XRD:X-ray diffraction)測定及び誘導結合プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)発光分光法により確認することができる。また、後述する負極活物質の結晶構造及び元素組成も、以下に説明する方法で分析できる。 The crystal structure and elemental composition of the positive electrode active material can be confirmed, for example, by powder X-ray diffraction (XRD) measurement and inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy described below. . In addition, the crystal structure and elemental composition of the negative electrode active material, which will be described later, can also be analyzed by the methods described below.

<活物質の粉末X線回折測定>
活物質の粉末X線回折測定は、例えば次のように行うことができる。
まず、対象試料を平均粒子径が5μm程度となるまで粉砕する。粉砕した試料を、ガラス試料板上に形成された深さ0.2mmのホルダー部分に充填する。このとき、試料が十分にホルダー部分に充填されるように留意する。また、ひび割れ、空隙等が生じないように、過不足ない量の試料を充填するように注意する。次いで、外部から別のガラス板を押し付けて、ホルダー部分に充填された試料の表面を平らにする。充填量の過不足により、ホルダーの基準面より凹凸が生じることのないように注意する。
<Powder X-ray diffraction measurement of active material>
Powder X-ray diffraction measurement of the active material can be performed, for example, as follows.
First, the target sample is pulverized until the average particle size becomes about 5 μm. The pulverized sample is packed into a holder portion with a depth of 0.2 mm formed on a glass sample plate. At this time, care should be taken so that the sample is sufficiently filled in the holder portion. Also, be careful to fill the sample in just the right amount so that cracks, voids, etc. do not occur. Next, another glass plate is pressed from the outside to flatten the surface of the sample filled in the holder portion. Be careful not to cause unevenness from the reference surface of the holder due to excessive or insufficient filling.

次いで、試料が充填されたガラス板を粉末X線回折装置に設置し、Cu-Kα線を用いて回折パターン(XRDパターン;X‐Ray Diffraction pattern)を取得する。 Next, the glass plate filled with the sample is placed in a powder X-ray diffractometer, and a diffraction pattern (X-Ray Diffraction pattern) is obtained using Cu-Kα rays.

なお、試料の粒子形状により粒子の配向が大きくなる場合がある。試料の配向性が高い場合は、試料の充填の仕方によってピークの位置がずれたり、強度比が変化したりする可能性がある。このように配向性が著しく高い試料は、ガラスキャピラリを用いて測定する。具体的には、試料をキャピラリに挿入し、このキャピラリを回転式試料台に載置して測定する。このような測定方法により、配向性を緩和することができる。ガラスキャピラリとしては、直径1mm~6mmφのリンデマンガラス製キャピラリを用いることが好ましい。 Note that the orientation of the particles may become large depending on the particle shape of the sample. If the orientation of the sample is high, there is a possibility that the position of the peak will shift or the intensity ratio will change depending on how the sample is packed. Such highly oriented samples are measured using a glass capillary. Specifically, a sample is inserted into a capillary, and the capillary is placed on a rotating sample stage for measurement. Such a measurement method can relax the orientation. As the glass capillary, it is preferable to use a Lindemann glass capillary having a diameter of 1 mm to 6 mmφ.

二次電池又は電極に含まれる活物質について粉末X線回折測定を行う場合は、例えば以下のように行うことができる。
まず、活物質の結晶状態を把握するために、活物質からリチウムイオンが完全に離脱した状態にする。例えば、活物質が負極において用いられている場合、電池を完全に放電状態にする。例えば、電池を25℃環境において0.1C電流で定格終止電圧又は電池電圧が1.0Vに到達するまで放電させることを複数回繰り返し、放電時の電流値が定格容量の1/100以下となるようにすることで、電池を放電状態にすることができる。放電状態でも残留したリチウムイオンが存在することもある。
When powder X-ray diffraction measurement is performed on the active material contained in the secondary battery or electrode, it can be performed, for example, as follows.
First, in order to grasp the crystal state of the active material, the active material is brought into a state in which lithium ions are completely detached. For example, if an active material is used in the negative electrode, the battery is fully discharged. For example, the battery is repeatedly discharged at 0.1 C current at 25° C. until the rated final voltage or battery voltage reaches 1.0 V, and the current value during discharge is 1/100 or less of the rated capacity. By doing so, the battery can be discharged. Remaining lithium ions may be present even in the discharged state.

次に、アルゴンを充填したグローブボックス中で電池を分解し、電極を取り出して、適切な溶媒で洗浄する。適切な溶媒としては、例えばエチルメチルカーボネートを用いることができる。電極の洗浄が不十分であると、電極中に残留したリチウムイオンの影響で、炭酸リチウムやフッ化リチウムなどの不純物相が混入することがある。その場合は測定雰囲気を不活性ガス中で行える気密容器を用いるとよい。このとき、集電体である金属箔、導電剤及びバインダなどに由来するピークを、EDXを用いてあらかじめ測定して把握しておく。もちろん、これらを事前に把握できているのであれば、この操作は省略することができる。集電体のピークと活物質のピークとが重なる場合、集電体から活物質含有層を剥離して測定することが望ましい。これは、ピーク強度を定量的に測定する際、重なったピークを分離するためである。活物質含有層を物理的に剥離しても良い。活物質含有層は、適切な溶媒中で超音波をかけると剥離しやすい。集電体から活物質含有層を剥離するのに超音波処理を行った場合、溶媒を揮発させることで、電極体粉末(活物質、導電剤、バインダを含む)を回収することができる。回収した電極体粉末を、例えばリンデマンガラス製キャピラリ等に充填して測定することで、活物質の粉末X線回折測定を行うことができる。なお、超音波処理を行って回収した電極体粉末は、粉末X線回折測定以外の各種分析に供することもできる。 The cell is then disassembled in an argon-filled glovebox and the electrodes are removed and washed with a suitable solvent. As a suitable solvent eg ethyl methyl carbonate can be used. Insufficient cleaning of the electrode may result in contamination with an impurity phase such as lithium carbonate or lithium fluoride due to the influence of lithium ions remaining in the electrode. In that case, it is preferable to use an airtight container in which the measurement atmosphere can be an inert gas. At this time, the peaks derived from the metal foil, which is the current collector, the conductive agent, the binder, and the like are measured in advance using EDX and grasped. Of course, if these are known in advance, this operation can be omitted. When the peak of the current collector and the peak of the active material overlap, it is desirable to peel the active material-containing layer from the current collector for measurement. This is to separate overlapping peaks when quantitatively measuring peak intensities. The active material-containing layer may be physically peeled off. The active material-containing layer is easily exfoliated by applying ultrasonic waves in an appropriate solvent. When ultrasonic treatment is performed to peel the active material-containing layer from the current collector, the electrode body powder (including the active material, the conductive agent, and the binder) can be recovered by volatilizing the solvent. Powder X-ray diffraction measurement of the active material can be performed by filling the recovered electrode body powder in, for example, a Lindemann glass capillary or the like and performing measurement. The electrode body powder collected by ultrasonic treatment can be subjected to various analyzes other than the powder X-ray diffraction measurement.

<ICP発光分光法>
活物質の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光法を用いて分析することができる。このとき、各元素の存在比(モル比)は、使用する分析装置の感度に依存する。従って、測定されるモル比が、実際のモル比から測定装置の誤差分だけ数値がずれることがある。しかしながら、分析装置の誤差範囲で数値が逸脱したとしても、実施形態に係る活物質の性能を十分に発揮することができる。
<ICP emission spectroscopy>
The composition of the active material can be analyzed using, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. At this time, the abundance ratio (molar ratio) of each element depends on the sensitivity of the analyzer used. Therefore, the measured molar ratio may deviate from the actual molar ratio by the error of the measuring device. However, even if the numerical value deviates within the error range of the analyzer, the performance of the active material according to the embodiment can be sufficiently exhibited.

電池に組み込まれている活物質の組成をICP発光分光法により測定するには、具体的には以下の手順により行う。 In order to measure the composition of the active material incorporated in the battery by ICP emission spectroscopy, specifically, the following procedure is performed.

まず、粉末X線回折測定の項で説明した手順により、二次電池から、測定対象たる活物質を含んだ電極を取り出し、洗浄する。洗浄した電極から、活物質含有層など電極活物質が含まれている部分を剥離する。例えば、超音波を照射することにより電極活物質が含まれている部分を剥離することができる。具体例として、例えば、ガラスビーカー中に入れたエチルメチルカーボネートに電極を入れ、超音波洗浄機中で振動させることで、電極集電体から電極活物質を含む活物質含有層を剥離させることができる。 First, the electrode containing the active material to be measured is taken out from the secondary battery and washed according to the procedure described in the section of powder X-ray diffraction measurement. A portion containing an electrode active material such as an active material containing layer is peeled off from the washed electrode. For example, the portion containing the electrode active material can be peeled off by irradiating ultrasonic waves. As a specific example, for example, an electrode can be placed in ethyl methyl carbonate placed in a glass beaker, and vibrated in an ultrasonic cleaner to separate the active material-containing layer containing the electrode active material from the electrode current collector. can.

次に、剥離した部分を大気中で短時間加熱して(例えば、500℃で1時間程度)、バインダ成分やカーボンなど不要な成分を焼失させる。この残渣を酸で溶解することで、活物質を含む液体サンプルを作成できる。このとき、酸としては塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素などを使用できる。この液体サンプルをICP分析に供することで、活物質中の組成を知ることができる。 Next, the peeled portion is heated in the air for a short period of time (for example, at 500° C. for about 1 hour) to burn off unnecessary components such as the binder component and carbon. By dissolving this residue with an acid, a liquid sample containing an active material can be prepared. At this time, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrogen fluoride, etc. can be used as the acid. By subjecting this liquid sample to ICP analysis, the composition in the active material can be known.

<正極の製造方法>
実施形態に係る正極は、例えば次の方法により作製することができる。
<Manufacturing method of positive electrode>
The positive electrode according to the embodiment can be produced, for example, by the following method.

正極の製造方法は、
電解重合可能な、導電性ポリマーのモノマーを溶媒に溶解して、モノマー含有溶液を調製する工程と、
前記モノマー含有溶液中に、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子を添加した後、乾燥させて前記モノマーによりコートされた前記リチウム複合酸化物粒子を得る工程と、
前記モノマーによりコートされた前記リチウム複合酸化物粒子、及び、水を含む水系バインダを混合してスラリーを得る工程と、
前記スラリーを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥及びプレスに供して、未初充電状態の正極を得る工程と、
負極及び電解質を準備する工程と、
前記未初充電状態の正極の正極電位が、金属リチウム基準で4.4V以上となるように初充電を行う工程とを含む。
The manufacturing method of the positive electrode is
dissolving an electropolymerizable monomer of a conductive polymer in a solvent to prepare a monomer-containing solution;
a step of adding lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or more based on metallic lithium to the monomer-containing solution, followed by drying to obtain the lithium composite oxide particles coated with the monomer;
a step of mixing the lithium composite oxide particles coated with the monomer and an aqueous binder containing water to obtain a slurry;
a step of applying the slurry to one or both sides of a current collector, followed by drying and pressing to obtain a positive electrode in a non-initial charged state;
preparing a negative electrode and an electrolyte;
and performing initial charging so that the positive electrode potential of the positive electrode in the non-initial charged state is 4.4 V or more based on metallic lithium.

正極作製用のスラリーを調製するのに先立ち、4.4V(vs.Li/Li+)以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子を、予め、電解重合可能な、導電性ポリマーのモノマーで被覆する。電解重合可能な、導電性ポリマーのモノマーは、重合することにより導電性ポリマーを構成するモノマーである。電解重合可能な、導電性ポリマーのモノマーの例として、例えば、アニリン類、ピロール類及びチオフェン類が挙げられる。アニリン類として、上述したポリアニリン類の少なくとも1つを構成するモノマーを使用できる。ピロール類として、上述したポリピロール類の少なくとも1つを構成するモノマーを使用できる。チオフェン類として、上述したポリチオフェン類の少なくとも1つを構成するモノマーを使用できる。 Lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V (vs. Li/Li + ) or more are coated in advance with a conductive polymer monomer that can be electropolymerized prior to preparing a slurry for producing a positive electrode. do. The electropolymerizable monomer of the conductive polymer is a monomer that forms the conductive polymer by polymerizing. Examples of electropolymerizable monomers for conductive polymers include, for example, anilines, pyrroles and thiophenes. As anilines, a monomer that constitutes at least one of the polyanilines described above can be used. As pyrroles, a monomer that constitutes at least one of the polypyrroles described above can be used. As thiophenes, a monomer that constitutes at least one of the polythiophenes described above can be used.

モノマー含有溶液に含まれる溶媒としては、使用するモノマーを溶解させることができれば、その種類は特に制限されない。しかしながら、リチウム複合酸化物粒子の表面上にモノマー含有溶液を塗布した後、溶媒を蒸発させる観点では、当該溶媒は有機溶媒であることが好ましい。モノマー含有溶液に含まれる溶媒として、例えばアセトンを使用することができる。 The type of solvent contained in the monomer-containing solution is not particularly limited as long as the solvent can dissolve the monomers used. However, from the viewpoint of evaporating the solvent after coating the surface of the lithium composite oxide particles with the monomer-containing solution, the solvent is preferably an organic solvent. Acetone, for example, can be used as a solvent in the monomer-containing solution.

モノマー含有溶液に含まれる、電解重合可能なモノマーの質量を調節することで、リチウム複合酸化物粒子にコートされるモノマーの質量を調節することができる。モノマー含有溶液中のモノマー質量は、目的とするコート量に応じて適宜変更することができるが、例えば0.5質量%~5.0質量%の範囲内とする。モノマー含有溶液に含まれるモノマーの全て又はほぼ全ては、リチウム複合酸化物粒子表面にコートされる。つまり、仕込み量としてのモノマー量を、作製される正極活物質におけるリチウム複合酸化物粒子表面上の導電性ポリマーコート量と見なすことができる。 By adjusting the mass of the electrolytically polymerizable monomer contained in the monomer-containing solution, it is possible to adjust the mass of the monomer that coats the lithium composite oxide particles. The mass of the monomer in the monomer-containing solution can be appropriately changed according to the desired coating amount, and is, for example, within the range of 0.5 mass % to 5.0 mass %. All or almost all of the monomers contained in the monomer-containing solution are coated on the surfaces of the lithium composite oxide particles. In other words, the amount of the monomer charged can be regarded as the amount of conductive polymer coating on the surface of the lithium composite oxide particles in the positive electrode active material to be produced.

モノマー含有溶液が塗布されたリチウム複合酸化物粒子は、例えば、ホットプレート上で乾燥される。この乾燥は、例えば、80℃~120℃の温度に設定されたホットプレートで5分~60分に亘り行う。モノマー含有溶液が塗布されたリチウム複合酸化物粒子が乾燥されることで、溶媒が蒸発して、モノマーでコートされた複合粒子が得られる。乾燥方法は加熱に限定されるものではなく、例えば真空乾燥などを行っても構わない。 The lithium composite oxide particles coated with the monomer-containing solution are dried, for example, on a hot plate. This drying is performed, for example, on a hot plate set at a temperature of 80.degree. C. to 120.degree. C. for 5 to 60 minutes. By drying the lithium composite oxide particles coated with the monomer-containing solution, the solvent is evaporated to obtain composite particles coated with the monomer. The drying method is not limited to heating, and for example, vacuum drying may be performed.

次に、水系バインダを準備する。水系バインダは、溶媒としての水と、水溶性ポリマーとを含む。水溶性ポリマーは水に対して溶解しているため、水系バインダは、例えばエマルジョンの状態であり得る。 Next, a water-based binder is prepared. The water-based binder contains water as a solvent and a water-soluble polymer. Since the water-soluble polymer is dissolved in water, the water-based binder may be in the state of emulsion, for example.

先に作製した、モノマーでコートされたリチウム複合酸化物粒子を水系バインダ中に添加して、正極作製用スラリーを得る。スラリー中には、導電材を更に分散させてもよい。電解重合可能なモノマーは、水系バインダを構成する水に対して溶解し難い。従って、モノマーコートを備えるリチウム複合酸化物粒子は、コートされたままの状態でスラリー中に存在することができる。言い換えると、水系バインダは、正極活物質含有層を構成する材料を適切に結着させながらも、モノマーコートを備えるリチウム複合酸化物粒子のモノマーコートの保持性に優れている。仮に、水系バインダの代わりに有機溶媒系バインダを使用した場合には、モノマーコートが有機溶媒に溶出する。その場合、リチウム複合酸化物粒子が備えるモノマーコートを保持したまま正極を製造するのは困難である。 The previously prepared lithium composite oxide particles coated with a monomer are added to an aqueous binder to obtain a positive electrode preparation slurry. A conductive material may be further dispersed in the slurry. The electrolytically polymerizable monomer is difficult to dissolve in the water constituting the water-based binder. Therefore, the lithium composite oxide particles provided with a monomer coat can exist in the slurry as they are coated. In other words, the water-based binder is excellent in retaining the monomer coat of the lithium composite oxide particles provided with the monomer coat while appropriately binding the material constituting the positive electrode active material-containing layer. If an organic solvent-based binder were used instead of the water-based binder, the monomer coat would be eluted into the organic solvent. In that case, it is difficult to manufacture the positive electrode while retaining the monomer coat of the lithium composite oxide particles.

正極作製用スラリーに含まれるリチウム複合酸化物粒子、導電材及び水系バインダ(水溶性ポリマー)の配合量は、製造される正極活物質含有層に含まれる各材料について、例えば前述した数値範囲内で適宜調節する。 The amounts of the lithium composite oxide particles, the conductive material, and the water-based binder (water-soluble polymer) contained in the positive electrode preparation slurry are within the numerical ranges described above, for example, for each material contained in the positive electrode active material-containing layer to be produced. Adjust accordingly.

調製したスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、正極活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、未初充電状態の正極を作製する。別途、例えば後述する方法に従って負極及び電解質を準備する。 The prepared slurry is applied to one side or both sides of the current collector. Next, the applied slurry is dried to obtain a laminate of the positive electrode active material-containing layer and the current collector. After that, the laminate is pressed. Thus, a positive electrode in a non-initial charged state is produced. Separately, a negative electrode and an electrolyte are prepared, for example, according to the method described later.

少なくとも、上述した未初充電状態の正極、負極及び電解質を用いて、電池を組み立てる。その後、未初充電状態の正極の正極電位が金属リチウム基準で4.4V以上となるように初充電を行う。この初充電により、リチウム複合酸化物粒子表面上にコートされたモノマーが電解重合して導電性ポリマーとなる。こうして、実施形態に係る正極を製造することができる。 A battery is assembled using at least the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte in the uninitially charged state described above. After that, initial charging is performed so that the positive electrode potential of the positive electrode in the non-initial charged state becomes 4.4 V or more based on metallic lithium. By this initial charge, the monomers coated on the surfaces of the lithium composite oxide particles are electrolytically polymerized to form a conductive polymer. Thus, the positive electrode according to the embodiment can be manufactured.

電解重合可能なモノマーを適切に重合させて導電性ポリマーコートを作製するためには、二次電池の初充電の際に、正極を、少なくとも4.0V(vs.Li/Li+)以上、望ましくは4.4V(vs.Li/Li+)以上の作動電位で作動させる必要がある。初充電時の正極作動電位が4.4V(vs.Li/Li+)未満の場合、均一な導電性ポリマーコートを作製できない可能性がある。ここで、正極活物質に含まれるリチウム複合酸化物粒子として平均作動電位が4.4V(vs.Li/Li+)未満のものを使用すると、モノマーを重合させるための電池電圧にリチウム複合酸化物粒子が耐えられず、その結晶構造が壊れ、充放電できない構造に変化してしまう。 In order to appropriately polymerize the electrolytically polymerizable monomers to produce a conductive polymer coat, the positive electrode is desirably at least 4.0 V (vs. Li/Li + ) or more during the initial charge of the secondary battery. should operate at a working potential of 4.4 V (vs. Li/Li + ) or higher. If the positive electrode operating potential at the time of initial charge is less than 4.4 V (vs. Li/Li + ), it may not be possible to form a uniform conductive polymer coat. Here, if the lithium composite oxide particles contained in the positive electrode active material have an average operating potential of less than 4.4 V (vs. Li/Li + ), the battery voltage for polymerizing the monomer will be the lithium composite oxide. The particles can't withstand it, and their crystal structure breaks down, changing to a structure that can't be charged or discharged.

初充電条件は、正極の作動電位が4.4V(vs.Li/Li+)以上であれば特に制限されないが、例えば、下記の条件とする。二次電池を25℃にて0.1C~2.0Cの電流値で、電池電圧が2.5V~4.0Vに達するまで充電する。なお、充電時の電流値は、二次電池をSOCが100%の状態から放電した場合に、1時間でSOCが0%になる電流値を1Cとして表す単位で示している。 The conditions for the initial charge are not particularly limited as long as the working potential of the positive electrode is 4.4 V (vs. Li/Li + ) or more, but for example, the conditions are as follows. The secondary battery is charged at 25° C. with a current value of 0.1C to 2.0C until the battery voltage reaches 2.5V to 4.0V. Note that the current value during charging is shown in units of 1C, which represents the current value at which the SOC becomes 0% in 1 hour when the secondary battery is discharged from a 100% SOC state.

第1実施形態によると、正極が提供される。正極は、正極活物質粒子及び水溶性ポリマーを含む正極活物質含有層を備える。正極活物質粒子は、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子と、リチウム複合酸化物粒子表面の少なくとも一部を被覆する導電性ポリマーとを含む。リチウム複合酸化物粒子の質量に対する導電性ポリマーの質量の割合は、0.5質量%~5.0質量%の範囲内にある。この正極は、低抵抗であり且つ高い容量維持率を実現できる。 According to a first embodiment, a positive electrode is provided. The positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer containing positive electrode active material particles and a water-soluble polymer. The positive electrode active material particles include lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium, and a conductive polymer covering at least a portion of the lithium composite oxide particle surfaces. The ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles is in the range of 0.5% by mass to 5.0% by mass. This positive electrode has a low resistance and can achieve a high capacity retention rate.

(第2実施形態)
第2実施形態によると、第1実施形態に係る正極と、負極と、電解質とを含む二次電池が提供される。二次電池は、例えばリチウム二次電池であり得る。また、二次電池は、非水電解質を含んだ非水電解質二次電池であり得る。
(Second embodiment)
According to a second embodiment, a secondary battery is provided that includes the positive electrode, negative electrode, and electrolyte according to the first embodiment. The secondary battery can be, for example, a lithium secondary battery. Also, the secondary battery may be a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a non-aqueous electrolyte.

二次電池は、正極と負極との間に配されたセパレータを更に具備することができる。負極、正極及びセパレータは、電極群を構成することができる。電解質は、電極群に保持され得る。 A secondary battery can further comprise a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The negative electrode, positive electrode and separator can constitute an electrode group. An electrolyte may be retained on the electrodes.

また、二次電池は、電極群及び電解質を収容する外装部材を更に具備することができる。 In addition, the secondary battery can further include an exterior member that accommodates the electrode group and the electrolyte.

さらに、二次電池は、負極に電気的に接続された負極端子及び正極に電気的に接続された正極端子を更に具備することができる。 Furthermore, the secondary battery may further comprise a negative terminal electrically connected to the negative electrode and a positive terminal electrically connected to the positive electrode.

以下、正極、負極、電解質、セパレータ、外装部材、負極端子及び正極端子について詳細に説明する。 The positive electrode, negative electrode, electrolyte, separator, exterior member, negative electrode terminal, and positive electrode terminal will be described in detail below.

(1)正極
第2実施形態に係る二次電池が備える正極として、第1実施形態に係る正極を使用することができる。
(1) Positive Electrode The positive electrode according to the first embodiment can be used as the positive electrode provided in the secondary battery according to the second embodiment.

(2)負極
負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを含むことができる。負極活物質含有層は、負極集電体の片面又は両面に形成され得る。負極活物質含有層は、負極活物質と、任意に導電材及び結着材を含むことができる。
(2) Negative Electrode The negative electrode can include a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer. The negative electrode active material-containing layer may be formed on one side or both sides of the negative electrode current collector. The negative electrode active material-containing layer may contain a negative electrode active material, and optionally a conductive material and a binder.

負極活物質は、例えば、チタン酸化物、リチウムチタン複合酸化物、ニオブチタン複合酸化物及びナトリウムニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも一種のチタン含有酸化物を含む。チタン含有酸化物としては、具体的には、ラムスデライト構造を有するチタン酸リチウム(例えばLi2+yTi37、0≦y≦3)、スピネル構造を有するチタン酸リチウム(例えば、Li4+xTi512、0≦x≦3)、単斜晶型二酸化チタン(TiO2)、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン、ホランダイト型チタン複合酸化物、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物、及び直方晶型(orthorhombic)チタン含有複合酸化物が挙げられる。中でも、高い容量と高いレート性能を両立できる観点から、負極活物質は、リチウムチタン複合酸化物及びニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。リチウムチタン複合酸化物は、スピネル型の結晶構造を有し得る。ニオブチタン複合酸化物は、単斜晶型の結晶構造を有し得る。 The negative electrode active material includes, for example, at least one titanium-containing oxide selected from the group consisting of titanium oxides, lithium-titanium composite oxides, niobium-titanium composite oxides, and sodium-niobium-titanium composite oxides. Specific examples of titanium-containing oxides include lithium titanate having a ramsdellite structure (e.g., Li 2+y Ti 3 O 7 , 0≦y≦3) and lithium titanate having a spinel structure (e.g., Li 4 +x Ti 5 O 12 , 0≦x≦3), monoclinic titanium dioxide (TiO 2 ), anatase titanium dioxide, rutile titanium dioxide, hollandite titanium composite oxide, monoclinic niobium titanium composite oxide , and orthorhombic titanium-containing composite oxides. Above all, from the viewpoint of achieving both high capacity and high rate performance, the negative electrode active material preferably contains at least one selected from the group consisting of lithium-titanium composite oxides and niobium-titanium composite oxides. The lithium-titanium composite oxide can have a spinel-type crystal structure. The niobium-titanium composite oxide can have a monoclinic crystal structure.

上記単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の例として、LixTi1-yM1yNb2-zM2z7+δで表される化合物が挙げられる。ここで、M1は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つである。M2は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦x≦5、0≦y<1、0≦z<2、-0.3≦δ≦0.3である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の具体例として、LixNb2TiO7(0≦x≦5)が挙げられる。 Examples of the monoclinic niobium-titanium composite oxide include compounds represented by Li x Ti 1-y M1 y Nb 2-z M2 z O 7+δ . Here, M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn. M2 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi. Each subscript in the composition formula is 0≦x≦5, 0≦y<1, 0≦z<2, −0.3≦δ≦0.3. A specific example of the monoclinic niobium-titanium composite oxide is Li x Nb 2 TiO 7 (0≦x≦5).

単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の他の例として、Ti1-yM3y+zNb2-z7-δで表される化合物が挙げられる。ここで、M3は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoより選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦y<1、0≦z≦2、-0.3≦δ≦0.3である。 Another example of the monoclinic niobium-titanium composite oxide is a compound represented by Ti1 -yM3y + zNb2- zO7-[delta] . Here, M3 is at least one selected from Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo. Each subscript in the composition formula is 0≦y<1, 0≦z≦2, −0.3≦δ≦0.3.

直方晶型チタン含有複合酸化物の例として、Li2+aM(I)2-bTi6-cM(II)d14+σで表される化合物が挙げられる。ここで、M(I)は、Sr,Ba,Ca,Mg,Na,Cs,Rb及びKからなる群より選択される少なくとも1つでる。M(II)はZr,Sn,V,Nb,Ta,Mo,W,Y,Fe,Co,Cr,Mn,Ni,及びAlからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦a≦6、0≦b<2、0≦c<6、0≦d<6、-0.5≦σ≦0.5である。直方晶型チタン含有複合酸化物の具体例として、Li2+aNa2Ti614(0≦a≦6)が挙げられる。 An example of the orthogonal titanium-containing composite oxide is a compound represented by Li 2+a M(I) 2-b Ti 6-c M(II) d O 14+σ . Here, M(I) is at least one selected from the group consisting of Sr, Ba, Ca, Mg, Na, Cs, Rb and K; M(II) is at least one selected from the group consisting of Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Y, Fe, Co, Cr, Mn, Ni, and Al. Each subscript in the composition formula is 0≦a≦6, 0≦b<2, 0≦c<6, 0≦d<6, −0.5≦σ≦0.5. A specific example of the orthogonal titanium-containing composite oxide is Li 2+a Na 2 Ti 6 O 14 (0≦a≦6).

導電材は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電材の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電材として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電材として用いてもよい。あるいは、導電材を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。 The conductive material is blended in order to improve the current collection performance and suppress the contact resistance between the active material and the current collector. Examples of conductive materials include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, and carbonaceous materials such as graphite. One of these may be used as the conductive material, or two or more may be combined and used as the conductive material. Alternatively, instead of using a conductive material, the surface of the active material particles may be coated with a carbon coating or an electronically conductive inorganic material.

結着材は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と負極集電体を結着させるために配合される。結着材の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシルメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着材として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着材として用いてもよい。 The binder is blended to fill the gaps between the dispersed active materials and to bind the active material and the negative electrode current collector. Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene-butadiene rubber, polyacrylic acid compounds, imide compounds, carboxymethyl cellulose. ; CMC), and salts of CMC. One of these may be used as the binding material, or two or more may be combined and used as the binding material.

負極活物質含有層中の負極活物質、導電材及び結着材の配合割合は、負極の用途に応じて適宜変更することができる。例えば、負極活物質、導電材及び結着材を、それぞれ、70質量%以上96質量%以下、2質量%以上28質量%以下及び2質量%以上28質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電材の量を2質量%以上とすることにより、負極活物質含有層の集電性能を向上させることができる。また、結着材の量を2質量%以上とすることにより、負極活物質含有層と集電体との結着性が十分となり、優れたサイクル性能を期待できる。一方、導電材及び結着材はそれぞれ28質量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。 The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder in the negative electrode active material-containing layer can be appropriately changed depending on the application of the negative electrode. For example, it is preferable to mix the negative electrode active material, the conductive material, and the binder at a ratio of 70% by mass or more and 96% by mass or less, 2% by mass or more and 28% by mass or less, and 2% by mass or more and 28% by mass or less. . By setting the amount of the conductive material to 2% by mass or more, the current collection performance of the negative electrode active material-containing layer can be improved. Moreover, by setting the amount of the binder to 2% by mass or more, the binding between the negative electrode active material-containing layer and the current collector becomes sufficient, and excellent cycle performance can be expected. On the other hand, it is preferable that the conductive material and the binder each be 28% by mass or less in order to increase the capacity.

負極集電体は、活物質にリチウム(Li)が挿入及び脱離される電位、例えば、1.0V(vs.Li/Li)よりも貴である電位において、電気化学的に安定である材料が用いられる。例えば、集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiから選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 The negative electrode current collector is a material that is electrochemically stable at a potential at which lithium (Li) is inserted into and extracted from the active material, for example, a potential nobler than 1.0 V (vs. Li/Li + ). is used. For example, the current collector is preferably made of copper, nickel, stainless steel or aluminum, or an aluminum alloy containing one or more elements selected from Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si. The thickness of the current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. A current collector having such a thickness can balance the strength and lightness of the electrode.

また、負極集電体は、その表面に負極活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、負極集電タブとして働くことができる。 In addition, the negative electrode current collector can include a portion where the negative electrode active material-containing layer is not formed on the surface thereof. This portion can serve as a negative electrode current collecting tab.

負極活物質含有層の密度(集電体を含まず)は、1.8g/cm3以上2.8g/cm3以下であることが好ましい。負極活物質含有層の密度がこの範囲内にある負極は、エネルギー密度と電解質の保持性とに優れている。負極活物質含有層の密度は、2.1g/cm3以上2.6g/cm3以下であることがより好ましい。 The density of the negative electrode active material-containing layer (not including the current collector) is preferably 1.8 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less. A negative electrode in which the density of the negative electrode active material-containing layer is within this range is excellent in energy density and electrolyte retention. More preferably, the density of the negative electrode active material-containing layer is 2.1 g/cm 3 or more and 2.6 g/cm 3 or less.

負極は、例えば次の方法により作製することができる。まず、活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁してスラリーを調製する。このスラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布したスラリーを乾燥させて、活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。このようにして、負極を作製する。 A negative electrode can be produced, for example, by the following method. First, an active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare a slurry. This slurry is applied to one side or both sides of the current collector. Next, the applied slurry is dried to obtain a laminate of the active material-containing layer and the current collector. After that, the laminate is pressed. Thus, a negative electrode is produced.

或いは、負極は、次の方法により作製してもよい。まず、活物質、導電剤及び結着剤を混合して、混合物を得る。次いで、この混合物をペレット状に成形する。次いで、これらのペレットを集電体上に配置することにより、負極を得ることができる。 Alternatively, the negative electrode may be produced by the following method. First, an active material, a conductive agent and a binder are mixed to obtain a mixture. The mixture is then formed into pellets. A negative electrode can then be obtained by placing these pellets on a current collector.

(3)電解質
電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、0.5mol/L以上2.5mol/L以下であることが好ましい。
(3) Electrolyte As the electrolyte, for example, a liquid nonaqueous electrolyte or a gelled nonaqueous electrolyte can be used. A liquid non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt as a solute in an organic solvent. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol/L or more and 2.5 mol/L or less.

電解質塩の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。 Examples of electrolyte salts include lithium perchlorate ( LiClO4 ), lithium hexafluorophosphate ( LiPF6 ), lithium tetrafluoroborate ( LiBF4 ), lithium arsenic hexafluoride ( LiAsF6 ), trifluoromethane Included are lithium salts such as lithium sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 ), and mixtures thereof. The electrolyte salt is preferably one that is difficult to oxidize even at high potentials, and most preferably LiPF 6 .

有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate;VC)のような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(diethyl carbonate;DEC)、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methyl ethyl carbonate;MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran;THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2-methyl tetrahydrofuran;2MeTHF)、ジオキソラン(dioxolane;DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(dimethoxy ethane;DME)、ジエトキシエタン(diethoxy ethane;DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、及びスルホラン(sulfolane;SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。 Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate (VC); diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate; Chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC); tetrahydrofuran (THF), 2-methyl tetrahydrofuran (2MeTHF), dioxolane (DOX) linear ethers such as dimethoxy ethane (DME), diethoxy ethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), and sulfolane (sulfolane; SL). These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、アクリルポリマー、ポリアミド及びポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種を使用することができる。電解質としてゲル状電解質を使用することにより、正極からの金属溶出を抑えると共に水素等のガス発生を抑制することができる。その結果、優れたサイクル寿命特性が得られる。 A gel nonaqueous electrolyte is prepared by combining a liquid nonaqueous electrolyte and a polymer material. As the polymeric material, for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, acrylic polymer, polyamide and polyvinyl alcohol can be used. By using a gel electrolyte as the electrolyte, it is possible to suppress metal elution from the positive electrode and suppress generation of gas such as hydrogen. As a result, excellent cycle life characteristics are obtained.

或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、及び無機固体電解質等を用いてもよい。 Alternatively, as the non-aqueous electrolyte, in addition to a liquid non-aqueous electrolyte and a gel non-aqueous electrolyte, a room temperature molten salt (ionic melt) containing lithium ions, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, etc. good too.

常温溶融塩(イオン性融体)は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩の内、常温(15℃以上25℃以下)で液体として存在し得る化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質塩と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩、又はこれらの混合物が含まれる。一般に、二次電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4級アンモニウム骨格を有する。 Room-temperature molten salt (ionic melt) refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (15° C. or higher and 25° C. or lower) among organic salts composed of a combination of organic cations and anions. The room-temperature molten salt includes a room-temperature molten salt that exists as a liquid by itself, a room-temperature molten salt that becomes liquid when mixed with an electrolyte salt, a room-temperature molten salt that becomes liquid when dissolved in an organic solvent, or a mixture thereof. be In general, the melting point of room-temperature molten salt used in secondary batteries is 25° C. or less. Also, organic cations generally have a quaternary ammonium skeleton.

高分子固体電解質は、電解質塩を高分子材料に溶解し、固体化することによって調製される。 A polymer solid electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt in a polymer material and solidifying it.

無機固体電解質は、Liイオン伝導性を有する固体物質である。 An inorganic solid electrolyte is a solid substance having Li ion conductivity.

(4)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、若しくはポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)を含む多孔質フィルム、又は合成樹脂製不織布から形成される。安全性の観点からは、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムを用いることが好ましい。これらの多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能なためである。
(4) Separator The separator is formed of, for example, a porous film containing polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. . From the viewpoint of safety, it is preferable to use a porous film made of polyethylene or polypropylene. This is because these porous films can melt at a certain temperature and cut off the electric current.

セパレータとして、固体電解質粒子を含む固体電解質層を使用することもできる。固体電解質層は、1種類の固体電解質粒子を含んでいても良く、複数種類の固体電解質粒子を含んでいてもよい。固体電解質層は、固体電解質粒子を含む固体電解質複合膜であってもよい。固体電解質複合膜は、例えば、固体電解質粒子を、高分子材料を用いて膜状に成形したものである。固体電解質層は、可塑剤及び電解質塩からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいても良い。固体電解質層が電解質塩を含んでいると、例えば、固体電解質層のアルカリ金属イオン伝導性をより高めることができる。 A solid electrolyte layer containing solid electrolyte particles can also be used as a separator. The solid electrolyte layer may contain one type of solid electrolyte particles, or may contain a plurality of types of solid electrolyte particles. The solid electrolyte layer may be a solid electrolyte composite membrane containing solid electrolyte particles. A solid electrolyte composite membrane is, for example, formed by molding solid electrolyte particles into a membrane using a polymer material. The solid electrolyte layer may contain at least one selected from the group consisting of a plasticizer and an electrolyte salt. If the solid electrolyte layer contains an electrolyte salt, for example, the alkali metal ion conductivity of the solid electrolyte layer can be further enhanced.

高分子材料の例は、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリアミン系、ポリエチレン系、シリコーン系及びポリスルフィド系を含む。 Examples of polymeric materials include polyethers, polyesters, polyamines, polyethylenes, silicones and polysulfides.

固体電解質のリチウムイオン伝導率は、25℃において1×10-10S/cm以上であることが好ましい。固体電解質の25℃におけるリチウムイオン伝導率が1×10-10S/cm以上であることで、固体電解質表面近傍のリチウムイオン濃度が高くなりやすいため、レート性能及び寿命特性を高めることができる。固体電解質の25℃におけるリチウムイオン伝導率は、1×10-6S/cm以上であることがより好ましい。固体電解質のリチウムイオン伝導率の上限値は、一例によれば2×10-2S/cmである。 The lithium ion conductivity of the solid electrolyte is preferably 1×10 −10 S/cm or more at 25° C. When the solid electrolyte has a lithium ion conductivity of 1×10 −10 S/cm or more at 25° C., the lithium ion concentration in the vicinity of the surface of the solid electrolyte tends to increase, so that rate performance and life characteristics can be improved. More preferably, the lithium ion conductivity of the solid electrolyte at 25° C. is 1×10 −6 S/cm or more. The upper limit of the lithium ion conductivity of the solid electrolyte is, according to one example, 2×10 −2 S/cm.

固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、及び窒化物固体電解質、ポリマー固体電解質等が挙げられる。固体電解質は、具体的には、硫化物系のLiSeP系ガラスセラミックス、ペロブスカイト型構造を有する無機化合物であるリチウムランタンチタン複合酸化物(例えば、Li0.5La0.5TiO)、LISICON型構造を有する無機化合物(例えば、Li3.6Si0.60.4)、NASICON型骨格を有する無機化合物、アモルファス状のLIPON(Li2.9PO3.30.46)、リチウムカルシウムジルコニウム酸化物(Li1.2Zr1.9Ca0.1(PO)、及び、ガーネット型構造を有する無機化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。被覆層は、1種類の固体電解質を含んでいてもよく、2種類以上の固体電解質を含んでいてもよい。 Examples of solid electrolytes include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, nitride solid electrolytes, and polymer solid electrolytes. Specifically, the solid electrolyte is a sulfide-based Li 2 SeP 2 S 5 -based glass ceramics, or a lithium-lanthanum-titanium composite oxide (for example, Li 0.5 La 0.5 TiO) which is an inorganic compound having a perovskite structure. 3 ), an inorganic compound having a LISICON-type structure (e.g., Li3.6Si0.6P0.4O4 ) , an inorganic compound having a NASICON-type skeleton, an amorphous LIPON ( Li2.9PO3.3 N 0.46 ), lithium calcium zirconium oxide (Li 1.2 Zr 1.9 Ca 0.1 (PO 4 ) 3 ), and at least one selected from the group consisting of inorganic compounds having a garnet structure include. The coating layer may contain one type of solid electrolyte, or may contain two or more types of solid electrolytes.

NASICON型骨格を有する無機化合物としては、一般式LiM2(PO43(Mは、Ti、Ge、Sr、Zr、Sn及びAlから選ばれる一種以上である)で表される無機化合物であることが好ましい。中でも、Li1+xAlGe2-x(PO、Li1+xAlZr2-x(PO、Li1+xAlTi2-x(PO(LATP)は、イオン伝導性が高く、水に対する電気化学的安定性が高いため好ましい。上記において、xは0≦x≦0.5を満たすことが好ましい。 The inorganic compound having a NASICON-type skeleton is an inorganic compound represented by the general formula LiM 2 (PO 4 ) 3 (M is one or more selected from Ti, Ge, Sr, Zr, Sn and Al). is preferred. Among them, Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 , Li 1+x Al x Zr 2-x (PO 4 ) 3 , and Li 1+x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (LATP) are ion-conducting It is preferable because it has high resistance and high electrochemical stability against water. In the above, x preferably satisfies 0≦x≦0.5.

ガーネット型構造を有する無機化合物としては、例えば、Li5+xyLa3-y212(AはCa,Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも1つであり、MはNb及びTaからなる群より選ばれる少なくとも1つである)、Li32-xZr212(MはTa及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1つである)、Li7-3xAlxLa3Zr312、及びLi7La3Zr212が挙げられる。上記において、xは、例えば0≦x<0.8であり、好ましくは、0≦x≦0.5である。yは、例えば0≦y<2である。ガーネット型構造を有する酸化物は、これら化合物のうちの1種からなっていてもよく、これら化合物の2種以上を混合して含んでいてもよい。これらの中でもLi6.25Al0.25La3Zr312及びLi7La3Zr212はイオン伝導性が高く、電気化学的に安定なため、放電性能とサイクル寿命性能に優れる。 Examples of inorganic compounds having a garnet structure include Li5+ xAyLa3 - yM2O12 (A is at least one selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, M is Nb and Ta), Li3M2 - xZr2O12 ( M is at least one selected from the group consisting of Ta and Nb), Li7-3xAlxLa 3Zr3O12 , and Li7La3Zr2O12 . _ _ In the above, x is, for example, 0≤x<0.8, preferably 0≤x≤0.5. y is, for example, 0≦y<2. The oxide having a garnet-type structure may consist of one of these compounds, or may contain a mixture of two or more of these compounds. Among these, Li 6.25 Al 0.25 La 3 Zr 3 O 12 and Li 7 La 3 Zr 2 O 12 have high ionic conductivity and are electrochemically stable, and are excellent in discharge performance and cycle life performance.

固体電解質が硫黄元素を含んでいると、硫黄成分が後述する有機電解質に溶解するため好ましくない。固体電解質は硫黄元素を含まないことが好ましい。 If the solid electrolyte contains elemental sulfur, the sulfur component will dissolve in the organic electrolyte, which will be described later, which is not preferable. The solid electrolyte preferably does not contain elemental sulfur.

好ましい固体電解質は、NASICON型骨格を有するLATP(Li1+xAlTi2-x(PO)、アモルファス状のLIPON、ガーネット型のリチウムランタンジルコニウム含有酸化物(例えば、LiLaZr12:LLZ)などの酸化物である。 Preferred solid electrolytes are LATP (Li 1+x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 ) having a NASICON-type skeleton, amorphous LIPON, garnet-type lithium-lanthanum-zirconium-containing oxides (eg, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 :LLZ) and other oxides.

NASICON型骨格を有するLiM2(PO43で表される無機化合物の25℃におけるリチウムイオン伝導率は、例えば1×10-3S/cm~1×10-5S/cmの範囲内にある。LIPON(Li2.9PO3.30.46)の25℃におけるリチウムイオン伝導率は、3×10-6S/cmである。ガーネット型のLLZ(Li7La3Zr212)の25℃におけるリチウムイオン伝導率は、3×10-4S/cmである。 The lithium ion conductivity at 25° C. of the inorganic compound represented by LiM 2 (PO 4 ) 3 having a NASICON skeleton is, for example, within the range of 1×10 −3 S/cm to 1×10 −5 S/cm. be. The lithium ion conductivity of LIPON (Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ) at 25° C. is 3×10 −6 S/cm. Garnet-type LLZ (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) has a lithium ion conductivity at 25° C. of 3×10 −4 S/cm.

固体電解質は、これらの中でも、NASICON型骨格を有するLATPであることが好ましい。LATPは、リチウムイオン伝導率が高く、水で分解することがないため、空気中においても安定に存在することができる。 Among these, the solid electrolyte is preferably LATP having a NASICON-type skeleton. LATP has high lithium ion conductivity and is not decomposed by water, so it can exist stably even in the air.

(5)外装部材
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、又は金属製容器を用いることができる。
(5) Exterior Member As the exterior member, for example, a container made of a laminate film or a metal container can be used.

ラミネートフィルムの厚さは、例えば、0.5mm以下であり、好ましくは、0.2mm以下である。 The thickness of the laminate film is, for example, 0.5 mm or less, preferably 0.2 mm or less.

ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)等の高分子材料を含んでいる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。 A multilayer film including a plurality of resin layers and metal layers interposed between the resin layers is used as the laminate film. The resin layer contains polymer materials such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET). The metal layer is preferably made of aluminum foil or aluminum alloy foil for weight reduction. The laminate film can be formed into the shape of the exterior member by performing sealing by heat sealing.

金属製容器の壁の厚さは、例えば、1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは、0.2mm以下である。 The wall thickness of the metal container is, for example, 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and still more preferably 0.2 mm or less.

金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は100質量ppm以下であることが好ましい。 A metal container is made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc and silicon. When the aluminum alloy contains transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium, the content is preferably 100 ppm by mass or less.

外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。 The shape of the exterior member is not particularly limited. The shape of the exterior member may be, for example, flat (thin), rectangular, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or the like. The exterior member can be appropriately selected according to the size of the battery and the application of the battery.

(6)負極端子
負極端子は、上述の負極活物質のLi吸蔵放出電位において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
(6) Negative Electrode Terminal The negative electrode terminal can be made of a material that is electrochemically stable at the Li absorption/desorption potential of the negative electrode active material and has conductivity. Specifically, the material of the negative electrode terminal includes copper, nickel, stainless steel, aluminum, or at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. An aluminum alloy is mentioned. As a material for the negative terminal, it is preferable to use aluminum or an aluminum alloy. In order to reduce contact resistance with the negative electrode current collector, the negative electrode terminal is preferably made of the same material as the negative electrode current collector.

(7)正極端子
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し3V以上5V以下の電位範囲(vs.Li/Li)において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
(7) Positive electrode terminal The positive electrode terminal can be made of a material that is electrically stable and conductive in a potential range of 3 V to 5 V (vs. Li/Li + ) with respect to the oxidation-reduction potential of lithium. can. Materials for the positive electrode terminal include aluminum or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu and Si. In order to reduce contact resistance with the positive electrode current collector, the positive electrode terminal is preferably made of the same material as the positive electrode current collector.

次に、第2実施形態に係る二次電池について、図面を参照しながらより具体的に説明する。 Next, the secondary battery according to the second embodiment will be described more specifically with reference to the drawings.

図2は、第2実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図3は、図2に示す二次電池のA部を拡大した断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a secondary battery according to the second embodiment. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the A portion of the secondary battery shown in FIG.

図2及び図3に示す二次電池100は、図2及び図3に示す袋状外装部材2と、図3に示す電極群1と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、袋状外装部材2内に収納されている。電解質(図示しない)は、電極群1に保持されている。 The secondary battery 100 shown in FIGS. 2 and 3 includes the bag-shaped exterior member 2 shown in FIGS. 2 and 3, the electrode group 1 shown in FIG. 3, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in the bag-shaped exterior member 2 . An electrolyte (not shown) is held in the electrode group 1 .

袋状外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The bag-shaped exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed therebetween.

図2に示すように、電極群1は、扁平状の捲回型電極群である。扁平状で捲回型である電極群1は、図3に示すように、負極3と、セパレータ4と、正極5とを含む。セパレータ4は、負極3と正極5との間に介在している。 As shown in FIG. 2, the electrode group 1 is a flat wound electrode group. The flat wound electrode group 1 includes a negative electrode 3, a separator 4, and a positive electrode 5, as shown in FIG. A separator 4 is interposed between the negative electrode 3 and the positive electrode 5 .

負極3は、負極集電体3aと負極活物質含有層3bとを含む。負極3のうち、捲回型の電極群1の最外殻に位置する部分は、図3に示すように負極集電体3aの内面側のみに負極活物質含有層3bが形成されている。負極3におけるその他の部分では、負極集電体3aの両面に負極活物質含有層3bが形成されている。 The negative electrode 3 includes a negative electrode current collector 3a and a negative electrode active material-containing layer 3b. In the portion of the negative electrode 3 positioned at the outermost shell of the wound electrode group 1, the negative electrode active material containing layer 3b is formed only on the inner surface side of the negative electrode current collector 3a as shown in FIG. In other parts of the negative electrode 3, negative electrode active material-containing layers 3b are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 3a.

正極5は、正極集電体5aと、その両面に形成された正極活物質含有層5bとを含んでいる。 The positive electrode 5 includes a positive electrode current collector 5a and positive electrode active material-containing layers 5b formed on both sides thereof.

図2に示すように、負極端子6及び正極端子7は、捲回型の電極群1の外周端近傍に位置している。この負極端子6は、負極集電体3aの最外殻に位置する部分に接続されている。また、正極端子7は、正極集電体5aの最外殻に位置する部分に接続されている。これらの負極端子6及び正極端子7は、袋状外装部材2の開口部から外部に延出されている。袋状外装部材2の内面には、熱可塑性樹脂層が設置されており、これが熱融着されていることにより、開口部が閉じられている。 As shown in FIG. 2 , the negative electrode terminal 6 and the positive electrode terminal 7 are located near the outer peripheral edge of the wound electrode group 1 . The negative electrode terminal 6 is connected to the outermost shell portion of the negative electrode current collector 3a. The positive electrode terminal 7 is connected to the outermost shell portion of the positive electrode current collector 5a. These negative terminal 6 and positive terminal 7 are extended outside from the opening of the bag-like exterior member 2 . A thermoplastic resin layer is provided on the inner surface of the bag-shaped exterior member 2, and is heat-sealed to close the opening.

第2実施形態に係る二次電池は、図2及び図3に示す構成の二次電池に限らず、例えば図4及び図5に示す構成の電池であってもよい。 The secondary battery according to the second embodiment is not limited to the secondary battery having the configuration shown in FIGS. 2 and 3, and may be the battery having the configuration shown in FIGS. 4 and 5, for example.

図4は、第2実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図である。図5は、図4に示す二次電池のB部を拡大した断面図である。 FIG. 4 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the secondary battery according to the second embodiment. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the B portion of the secondary battery shown in FIG.

図4及び図5に示す二次電池100は、図4及び図5に示す電極群1と、図4に示す外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、外装部材2内に収納されている。電解質は、電極群1に保持されている。 A secondary battery 100 shown in FIGS. 4 and 5 includes an electrode group 1 shown in FIGS. 4 and 5, an exterior member 2 shown in FIG. 4, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed inside the exterior member 2 . An electrolyte is held in the electrode group 1 .

外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The exterior member 2 is made of a laminate film including two resin layers and a metal layer interposed therebetween.

電極群1は、図5に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群1は、負極3と正極5とをその間にセパレータ4を介在させながら交互に積層した構造を有している。 The electrode group 1 is a laminated electrode group, as shown in FIG. The laminated electrode group 1 has a structure in which a negative electrode 3 and a positive electrode 5 are alternately laminated with a separator 4 interposed therebetween.

電極群1は、複数の負極3を含んでいる。複数の負極3は、それぞれが、負極集電体3aと、負極集電体3aの両面に担持された負極活物質含有層3bとを備えている。また、電極群1は、複数の正極5を含んでいる。複数の正極5は、それぞれが、正極集電体5aと、正極集電体5aの両面に担持された正極活物質含有層5bとを備えている。 Electrode group 1 includes a plurality of negative electrodes 3 . Each of the plurality of negative electrodes 3 includes a negative electrode current collector 3a and negative electrode active material-containing layers 3b carried on both sides of the negative electrode current collector 3a. Moreover, the electrode group 1 includes a plurality of positive electrodes 5 . Each of the plurality of positive electrodes 5 includes a positive electrode current collector 5a and positive electrode active material-containing layers 5b supported on both sides of the positive electrode current collector 5a.

各負極3の負極集電体3aは、その一辺において、いずれの表面にも負極活物質含有層3bが担持されていない部分3cを含む。この部分3cは、負極集電タブとして働く。図5に示すように、負極集電タブとして働く部分3cは、正極5と重なっていない。また、複数の負極集電タブ(部分3c)は、帯状の負極端子6に電気的に接続されている。帯状の負極端子6の先端は、外装部材2の外部に引き出されている。 The negative electrode current collector 3a of each negative electrode 3 includes, on one side thereof, a portion 3c on which no negative electrode active material-containing layer 3b is supported. This portion 3c serves as a negative electrode current collecting tab. As shown in FIG. 5 , the portion 3 c functioning as a negative electrode current collecting tab does not overlap the positive electrode 5 . A plurality of negative electrode current collecting tabs (part 3 c ) are electrically connected to strip-shaped negative electrode terminals 6 . The tip of the strip-shaped negative electrode terminal 6 is drawn out of the exterior member 2 .

また、図示しないが、各正極5の正極集電体5aは、その一辺において、いずれの表面にも正極活物質含有層5bが担持されていない部分を含む。この部分は、正極集電タブとして働く。正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)と同様に、負極3と重なっていない。また、正極集電タブは、負極集電タブ(部分3c)に対し電極群1の反対側に位置する。正極集電タブは、帯状の正極端子7に電気的に接続されている。帯状の正極端子7の先端は、負極端子6とは反対側に位置し、外装部材2の外部に引き出されている。 Although not shown, the positive electrode current collector 5a of each positive electrode 5 includes a portion on one side where the positive electrode active material containing layer 5b is not supported on any surface. This portion serves as the positive current collecting tab. The positive electrode current collecting tab does not overlap with the negative electrode 3, like the negative electrode current collecting tab (portion 3c). Also, the positive electrode current collecting tab is located on the opposite side of the electrode group 1 to the negative electrode current collecting tab (portion 3c). The positive electrode current collecting tab is electrically connected to a strip-shaped positive electrode terminal 7 . The tip of the strip-shaped positive electrode terminal 7 is located on the opposite side of the negative electrode terminal 6 and is drawn out of the exterior member 2 .

第2実施形態に係る二次電池は、第1実施形態に係る正極を備える。それ故、この二次電池は、低抵抗であり且つ高い容量維持率を達成することができる。 A secondary battery according to the second embodiment includes the positive electrode according to the first embodiment. Therefore, this secondary battery has a low resistance and can achieve a high capacity retention rate.

(第3実施形態)
第3実施形態によると、組電池が提供される。第3実施形態に係る組電池は、第2実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
(Third Embodiment)
According to a third embodiment, an assembled battery is provided. The assembled battery according to the third embodiment includes a plurality of secondary batteries according to the second embodiment.

第3実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。 In the assembled battery according to the third embodiment, the cells may be electrically connected in series or in parallel and arranged, or may be arranged by combining series connection and parallel connection.

次に、第3実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of the assembled battery according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.

図6は、第3実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図6に示す組電池200は、5つの単電池100a~100eと、4つのバスバー21と、正極側リード22と、負極側リード23とを具備している。5つの単電池100a~100eのそれぞれは、第2実施形態に係る二次電池である。 FIG. 6 is a perspective view schematically showing an example of an assembled battery according to the third embodiment. The assembled battery 200 shown in FIG. 6 includes five single cells 100a to 100e, four bus bars 21, a positive electrode lead 22, and a negative electrode lead . Each of the five cells 100a to 100e is a secondary battery according to the second embodiment.

バスバー21は、例えば、1つの単電池100aの負極端子6と、隣に位置する単電池100bの正極端子7とを接続している。このようにして、5つの単電池100は、4つのバスバー21により直列に接続されている。すなわち、図6の組電池200は、5直列の組電池である。例を図示しないが、電気的に並列に接続されている複数の単電池を含む組電池では、例えば、複数の負極端子同士がバスバーにより接続されるとともに複数の正極端子同士がバスバーにより接続されることで、複数の単電池が電気的に接続され得る。 The bus bar 21 connects, for example, the negative terminal 6 of one cell 100a and the positive terminal 7 of the adjacent cell 100b. In this manner, five cells 100 are connected in series by four busbars 21 . That is, the assembled battery 200 in FIG. 6 is a five-series assembled battery. Although an example is not shown, in an assembled battery including a plurality of cells electrically connected in parallel, for example, a plurality of negative terminals are connected to each other by a bus bar and a plurality of positive terminals are connected to each other by a bus bar. Thus, a plurality of cells can be electrically connected.

5つの単電池100a-100eのうち少なくとも1つの電池の正極端子7は、外部接続用の正極側リード22に電気的に接続されている。また、5つの単電池100a-100eうち少なくとも1つの電池の負極端子6は、外部接続用の負極側リード23に電気的に接続されている。 The positive terminal 7 of at least one of the five cells 100a to 100e is electrically connected to a positive lead 22 for external connection. Further, the negative terminal 6 of at least one of the five cells 100a to 100e is electrically connected to the negative lead 23 for external connection.

第3実施形態に係る組電池は、第2実施形態に係る二次電池を具備する。従って、この組電池は、低抵抗であり且つ高い容量維持率を達成することができる。 An assembled battery according to the third embodiment includes the secondary battery according to the second embodiment. Therefore, this assembled battery can achieve a low resistance and a high capacity retention rate.

(第4実施形態)
第4実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第3実施形態に係る組電池を具備している。電池パックは、第3実施形態に係る組電池の代わりに、単一の第2実施形態に係る二次電池を具備していてもよい。
(Fourth embodiment)
According to a fourth embodiment, a battery pack is provided. This battery pack includes an assembled battery according to the third embodiment. The battery pack may include a single secondary battery according to the second embodiment instead of the assembled battery according to the third embodiment.

第4実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。 The battery pack according to the fourth embodiment can further include a protection circuit. The protection circuit has a function of controlling charging and discharging of the secondary battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses a battery pack as a power source (for example, an electronic device, an automobile, etc.) may be used as a protection circuit for the battery pack.

また、第4実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び/又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。 Moreover, the battery pack according to the fourth embodiment can further include an external terminal for power supply. The external terminal for energization is for outputting current from the secondary battery to the outside and/or for inputting current from the outside to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminals for power supply. Also, when charging the battery pack, a charging current (including regenerated energy from the power of an automobile or the like) is supplied to the battery pack through an external terminal for power supply.

次に、第4実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings.

図7は、第4実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図8は、図7に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。 FIG. 7 is an exploded perspective view schematically showing an example of a battery pack according to the fourth embodiment. 8 is a block diagram showing an example of an electric circuit of the battery pack shown in FIG. 7. FIG.

図7及び図8に示す電池パック300は、収容容器31と、蓋32と、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35と、図示しない絶縁板とを備えている。 A battery pack 300 shown in FIGS. 7 and 8 includes a container 31, a lid 32, a protective sheet 33, an assembled battery 200, a printed wiring board 34, wiring 35, and an insulating plate (not shown). .

図7に示す収容容器31は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器31は、保護シート33と、組電池200と、プリント配線基板34と、配線35とを収容可能に構成されている。蓋32は、矩形型の形状を有する。蓋32は、収容容器31を覆うことにより、上記組電池200等を収容する。収容容器31及び蓋32には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。 A storage container 31 shown in FIG. 7 is a bottomed rectangular container having a rectangular bottom surface. The storage container 31 is configured to be able to store the protective sheet 33 , the assembled battery 200 , the printed wiring board 34 , and the wiring 35 . Lid 32 has a rectangular shape. The lid 32 accommodates the assembled battery 200 and the like by covering the container 31 . Although not shown, the storage container 31 and the lid 32 are provided with openings, connection terminals, or the like for connection to an external device or the like.

組電池200は、複数の単電池100と、正極側リード22と、負極側リード23と、粘着テープ24とを備えている。 The assembled battery 200 includes a plurality of single cells 100 , a positive lead 22 , a negative lead 23 , and an adhesive tape 24 .

複数の単電池100の少なくとも1つは、第2実施形態に係る二次電池である。複数の単電池100の各々は、図8に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池100は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池100を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。 At least one of the plurality of cells 100 is the secondary battery according to the second embodiment. Each of the plurality of cells 100 is electrically connected in series as shown in FIG. The plurality of single cells 100 may be electrically connected in parallel, or may be connected in a combination of series connection and parallel connection. When a plurality of unit cells 100 are connected in parallel, the battery capacity increases compared to when they are connected in series.

粘着テープ24は、複数の単電池100を締結している。粘着テープ24の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池100を固定してもよい。この場合、組電池200の両側面に保護シート33を配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて複数の単電池100を結束させる。 The adhesive tape 24 fastens the plurality of unit cells 100 . Instead of the adhesive tape 24, heat-shrinkable tape may be used to fix the plurality of unit cells 100. FIG. In this case, the protection sheets 33 are placed on both sides of the assembled battery 200 , the heat-shrinkable tape is wrapped around, and then the heat-shrinkable tape is heat-shrunk to bind the plurality of unit cells 100 together.

正極側リード22の一端は、組電池200に接続されている。正極側リード22の一端は、1以上の単電池100の正極と電気的に接続されている。負極側リード23の一端は、組電池200に接続されている。負極側リード23の一端は、1以上の単電池100の負極と電気的に接続されている。 One end of the positive lead 22 is connected to the assembled battery 200 . One end of the positive electrode lead 22 is electrically connected to the positive electrode of one or more cells 100 . One end of the negative lead 23 is connected to the assembled battery 200 . One end of the negative electrode lead 23 is electrically connected to the negative electrode of one or more cells 100 .

プリント配線基板34は、収容容器31の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板34は、正極側コネクタ342と、負極側コネクタ343と、サーミスタ345と、保護回路346と、配線342a及び343aと、通電用の外部端子350と、プラス側配線(正側配線)348aと、マイナス側配線(負側配線)348bとを備えている。プリント配線基板34の一方の主面は、組電池200の一側面と向き合っている。プリント配線基板34と組電池200との間には、図示しない絶縁板が介在している。 The printed wiring board 34 is installed along one short-side surface of the inner surface of the container 31 . The printed wiring board 34 includes a positive connector 342, a negative connector 343, a thermistor 345, a protection circuit 346, wirings 342a and 343a, an external terminal 350 for conducting electricity, and a positive wiring (positive wiring) 348a. and a negative wiring (negative wiring) 348b. One main surface of the printed wiring board 34 faces one side surface of the assembled battery 200 . An insulating plate (not shown) is interposed between the printed wiring board 34 and the assembled battery 200 .

正極側コネクタ342に、正極側リード22の他端22aが電気的に接続されている。負極側コネクタ343に、負極側リード23の他端23aが電気的に接続されている。 The other end 22 a of the positive lead 22 is electrically connected to the positive connector 342 . The other end 23 a of the negative lead 23 is electrically connected to the negative connector 343 .

サーミスタ345は、プリント配線基板34の一方の主面に固定されている。サーミスタ345は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路346に送信する。 The thermistor 345 is fixed to one main surface of the printed wiring board 34 . The thermistor 345 detects the temperature of each cell 100 and transmits the detection signal to the protection circuit 346 .

通電用の外部端子350は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子350は、電池パック300の外部に存在する機器と電気的に接続されている。通電用の外部端子350は、正側端子352と負側端子353とを含む。 An external terminal 350 for conducting electricity is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34 . External terminal 350 for power supply is electrically connected to a device outside battery pack 300 . The external terminal 350 for energization includes a positive terminal 352 and a negative terminal 353 .

保護回路346は、プリント配線基板34の他方の主面に固定されている。保護回路346は、プラス側配線348aを介して正側端子352と接続されている。保護回路346は、マイナス側配線348bを介して負側端子353と接続されている。また、保護回路346は、配線342aを介して正極側コネクタ342に電気的に接続されている。保護回路346は、配線343aを介して負極側コネクタ343に電気的に接続されている。更に、保護回路346は、複数の単電池100の各々と配線35を介して電気的に接続されている。 The protection circuit 346 is fixed to the other main surface of the printed wiring board 34 . The protection circuit 346 is connected to the positive terminal 352 via a positive wiring 348a. The protection circuit 346 is connected to the negative terminal 353 via the negative wiring 348b. Also, the protection circuit 346 is electrically connected to the positive connector 342 via a wiring 342a. The protection circuit 346 is electrically connected to the negative connector 343 via wiring 343a. Furthermore, the protection circuit 346 is electrically connected to each of the plurality of cells 100 via the wiring 35 .

保護シート33は、収容容器31の長辺方向の両方の内側面と、組電池200を介してプリント配線基板34と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート33は、例えば、樹脂又はゴムからなる。 The protective sheets 33 are arranged on both inner side surfaces in the long side direction of the container 31 and on the inner side surface in the short side direction facing the printed wiring board 34 with the assembled battery 200 interposed therebetween. The protective sheet 33 is made of resin or rubber, for example.

保護回路346は、複数の単電池100の充放電を制御する。また、保護回路346は、サーミスタ345から送信される検出信号、又は、個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号に基づいて、保護回路346と外部機器への通電用の外部端子350(正側端子352、負側端子353)との電気的な接続を遮断する。 The protection circuit 346 controls charging and discharging of the plurality of cells 100 . In addition, based on the detection signal transmitted from the thermistor 345 or the detection signal transmitted from each unit cell 100 or the assembled battery 200, the protection circuit 346 and the external terminal for energizing the external device. 350 (positive terminal 352, negative terminal 353) is cut off.

サーミスタ345から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。 Examples of the detection signal transmitted from the thermistor 345 include a signal that detects that the temperature of the unit cell 100 is equal to or higher than a predetermined temperature. Examples of detection signals transmitted from the individual cells 100 or the assembled battery 200 include signals that detect overcharge, overdischarge, and overcurrent of the cells 100 . When detecting overcharge or the like for each unit cell 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or the negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each single cell 100 .

なお、保護回路346としては、電池パック300を電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を用いてもよい。 As the protection circuit 346, a circuit included in a device (for example, an electronic device, an automobile, etc.) that uses the battery pack 300 as a power source may be used.

また、この電池パック300は、上述したように通電用の外部端子350を備えている。したがって、この電池パック300は、通電用の外部端子350を介して、組電池200からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池200に入力することができる。言い換えると、電池パック300を電源として使用する際には、組電池200からの電流が、通電用の外部端子350を通して外部機器に供給される。また、電池パック300を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子350を通して電池パック300に供給される。この電池パック300を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。 The battery pack 300 also has the external terminals 350 for power supply as described above. Therefore, the battery pack 300 can output current from the assembled battery 200 to an external device and input current from the external device to the assembled battery 200 via the external terminal 350 for power supply. In other words, when the battery pack 300 is used as a power source, current from the assembled battery 200 is supplied to the external device through the external terminals 350 for power supply. Also, when charging the battery pack 300 , a charging current from an external device is supplied to the battery pack 300 through the external terminal 350 for power supply. When this battery pack 300 is used as an on-vehicle battery, the regenerated energy of the motive power of the vehicle can be used as the charging current from the external device.

なお、電池パック300は、複数の組電池200を備えていてもよい。この場合、複数の組電池200は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板34及び配線35は省略してもよい。この場合、正極側リード22及び負極側リード23を通電用の外部端子の正側端子と負側端子としてそれぞれ用いてもよい。 Note that the battery pack 300 may include a plurality of assembled batteries 200 . In this case, the plurality of assembled batteries 200 may be connected in series, may be connected in parallel, or may be connected in a combination of series connection and parallel connection. Also, the printed wiring board 34 and the wiring 35 may be omitted. In this case, the positive-side lead 22 and the negative-side lead 23 may be used as the positive-side terminal and the negative-side terminal, respectively, of the external terminals for electricity supply.

このような電池パックは、例えば大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。 Such battery packs are used in applications that require excellent cycle performance when drawing a large current, for example. Specifically, this battery pack is used, for example, as a power supply for electronic equipment, a stationary battery, and a vehicle battery for various vehicles. Examples of electronic devices include digital cameras. This battery pack is particularly suitable for use as a vehicle battery.

第4実施形態に係る電池パックは、第2実施形態に係る二次電池又は第3実施形態に係る組電池を備えている。従って、この電池パックは、低抵抗であり且つ高い容量維持率を達成することができる。 A battery pack according to the fourth embodiment includes the secondary battery according to the second embodiment or the assembled battery according to the third embodiment. Therefore, this battery pack has a low resistance and can achieve a high capacity retention rate.

(第5実施形態)
第5実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第4実施形態に係る電池パックを搭載している。
(Fifth embodiment)
According to a fifth embodiment, a vehicle is provided. This vehicle is equipped with the battery pack according to the fourth embodiment.

第5実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。車両は、この車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含んでいてもよい。 In the vehicle according to the fifth embodiment, the battery pack recovers, for example, regenerative energy of power of the vehicle. The vehicle may include a mechanism for converting the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.

第5実施形態に係る車両の例としては、例えば、二輪乃至四輪のハイブリッド電気自動車、二輪乃至四輪の電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両が挙げられる。 Examples of vehicles according to the fifth embodiment include two- to four-wheeled hybrid electric vehicles, two- to four-wheeled electric vehicles, assisted bicycles, and railway vehicles.

車両における電池パックの搭載位置は、特には限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。 The mounting position of the battery pack in the vehicle is not particularly limited. For example, when the battery pack is installed in an automobile, the battery pack can be installed in the engine compartment of the vehicle, behind the vehicle body, or under the seat.

車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、それぞれの電池パックが含む電池同士は、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。例えば、各電池パックが組電池を含む場合は、組電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、又は電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。或いは、各電池パックが単一の電池を含む場合は、それぞれの電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。 A vehicle may be equipped with a plurality of battery packs. In this case, the batteries included in each battery pack may be electrically connected in series, may be electrically connected in parallel, or may be electrically connected by combining series connection and parallel connection. good too. For example, when each battery pack includes an assembled battery, the assembled batteries may be electrically connected in series or may be electrically connected in parallel. may be connected to Alternatively, if each battery pack contains a single battery, the respective batteries may be electrically connected in series, electrically in parallel, or a combination of series and parallel connections. may be electrically connected.

次に、第5実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a vehicle according to the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.

図9は、実施形態に係る車両の一例を概略的に示す部分透過図である。 FIG. 9 is a partially transparent view schematically showing an example of the vehicle according to the embodiment.

図9に示す車両400は、車両本体40と、実施形態に係る電池パック300とを含んでいる。図9に示す例では、車両400は、四輪の自動車である。 A vehicle 400 shown in FIG. 9 includes a vehicle body 40 and a battery pack 300 according to the embodiment. In the example shown in FIG. 9, the vehicle 400 is a four-wheeled automobile.

この車両400は、複数の電池パック300を搭載してもよい。この場合、電池パック300が含む電池(例えば、単電池または組電池)は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。 This vehicle 400 may be equipped with a plurality of battery packs 300 . In this case, the batteries (eg, cells or assembled batteries) included in the battery pack 300 may be connected in series, connected in parallel, or connected in a combination of series connection and parallel connection.

図9では、電池パック300が車両本体40の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック300は、例えば、車両本体40の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック300は、車両400の電源として用いることができる。また、この電池パック300は、車両400の動力の回生エネルギーを回収することができる。 FIG. 9 shows an example in which the battery pack 300 is installed in the engine room located in front of the vehicle body 40 . As described above, battery pack 300 may be mounted, for example, in the rear of vehicle body 40 or under the seat. This battery pack 300 can be used as a power source for vehicle 400 . Also, this battery pack 300 can recover the regenerated energy of the power of the vehicle 400 .

次に、図10を参照しながら、第5実施形態に係る車両の実施態様について説明する。 Next, an embodiment of the vehicle according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.

図10は、第5実施形態に係る車両における電気系統に関する制御システムの一例を概略的に示した図である。図10に示す車両400は、電気自動車である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of a control system for an electrical system in a vehicle according to the fifth embodiment. A vehicle 400 shown in FIG. 10 is an electric vehicle.

図10に示す車両400は、車両本体40と、車両用電源41と、車両用電源41の上位の制御装置である車両ECU(ECU:Electric Control Unit;電気制御装置)42と、外部端子(外部電源に接続するための端子)43と、インバータ44と、駆動モータ45とを備えている。 A vehicle 400 shown in FIG. 10 includes a vehicle body 40, a vehicle power source 41, a vehicle ECU (ECU: Electric Control Unit) 42 that is a control device higher than the vehicle power source 41, and external terminals (external A terminal 43 for connecting to a power supply, an inverter 44 and a drive motor 45 are provided.

車両400は、車両用電源41を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図10に示す車両400では、車両用電源41の搭載箇所については概略的に示している。 A vehicle 400 is equipped with a vehicle power source 41, for example, in an engine room, in the rear of a vehicle body, or under a seat. In the vehicle 400 shown in FIG. 10, the locations where the vehicle power source 41 is mounted are schematically shown.

車両用電源41は、複数(例えば3つ)の電池パック300a、300b及び300cと、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)411と、通信バス412とを備えている。 The vehicle power supply 41 includes a plurality (eg, three) of battery packs 300 a , 300 b and 300 c , a battery management unit (BMU) 411 , and a communication bus 412 .

電池パック300aは、組電池200aと組電池監視装置301a(例えば、VTM:Voltage Temperature Monitoring)とを備えている。電池パック300bは、組電池200bと組電池監視装置301bとを備えている。電池パック300cは、組電池200cと組電池監視装置301cとを備えている。電池パック300a-300cは、前述の電池パック300と同様の電池パックであり、組電池200a-200cは、前述の組電池200と同様の組電池である。組電池200a-200cは、電気的に直列に接続されている。電池パック300a、300b、及び300cは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック300と交換することができる。 The battery pack 300a includes an assembled battery 200a and an assembled battery monitoring device 301a (for example, VTM: Voltage Temperature Monitoring). The battery pack 300b includes an assembled battery 200b and an assembled battery monitoring device 301b. The battery pack 300c includes an assembled battery 200c and an assembled battery monitoring device 301c. Battery packs 300a-300c are battery packs similar to battery pack 300 described above, and assembled batteries 200a-200c are assembled batteries similar to assembled battery 200 described above. The assembled batteries 200a-200c are electrically connected in series. Battery packs 300 a , 300 b , and 300 c can be independently removed and replaced with another battery pack 300 .

組電池200a-200cのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも1つは、第2実施形態に係る二次電池である。組電池200a-200cは、それぞれ、正極端子413及び負極端子414を通じて充放電を行う。 Each of the assembled batteries 200a-200c includes a plurality of cells connected in series. At least one of the plurality of cells is the secondary battery according to the second embodiment. The assembled batteries 200a-200c charge and discharge through the positive terminal 413 and the negative terminal 414, respectively.

電池管理装置411は、組電池監視装置301a-301cとの間で通信を行い、車両用電源41に含まれる組電池200a-200cに含まれる単電池100のそれぞれについて電圧及び温度などに関する情報を収集する。これにより、電池管理装置411は、車両用電源41の保全に関する情報を収集する。 The battery management device 411 communicates with the assembled battery monitoring devices 301a to 301c and collects information on the voltage, temperature, etc. of each of the cells 100 included in the assembled batteries 200a to 200c included in the vehicle power source 41. do. Thereby, the battery management device 411 collects information on maintenance of the vehicle power source 41 .

電池管理装置411と組電池監視装置301a-301cとは、通信バス412を介して接続されている。通信バス412では、1組の通信線が複数のノード(電池管理装置411と1つ以上の組電池監視装置301a-301cと)で共有されている。通信バス412は、例えばCAN(Control Area Network)規格に基づいて構成された通信バスである。 The battery management device 411 and the assembled battery monitoring devices 301 a to 301 c are connected via a communication bus 412 . In communication bus 412, one set of communication lines is shared by a plurality of nodes (battery management device 411 and one or more assembled battery monitoring devices 301a-301c). The communication bus 412 is, for example, a communication bus configured based on the CAN (Control Area Network) standard.

組電池監視装置301a-301cは、電池管理装置411からの通信による指令に基づいて、組電池200a-200cを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は1つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。 The assembled battery monitoring devices 301a to 301c measure the voltage and temperature of the individual single cells that make up the assembled batteries 200a to 200c based on commands by communication from the battery management device 411. FIG. However, the temperature can be measured at only a few points per assembled battery, and it is not necessary to measure the temperature of all the single cells.

車両用電源41は、正極端子413と負極端子414との間の電気的な接続の有無を切り替える電磁接触器(例えば図10に示すスイッチ装置415)を有することもできる。スイッチ装置415は、組電池200a-200cへの充電が行われるときにオンになるプリチャージスイッチ(図示せず)、及び、組電池200a-200cからの出力が負荷へ供給されるときにオンになるメインスイッチ(図示せず)を含んでいる。プリチャージスイッチ及びメインスイッチのそれぞれは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフに切り替わるリレー回路(図示せず)を備えている。スイッチ装置415等の電磁接触器は、電池管理装置411又は車両400全体の動作を制御する車両ECU42からの制御信号に基づいて、制御される。 The vehicle power source 41 can also have an electromagnetic contactor (for example, a switch device 415 shown in FIG. 10) that switches between the presence or absence of electrical connection between the positive terminal 413 and the negative terminal 414 . The switch device 415 includes a precharge switch (not shown) that is turned on when the battery packs 200a-200c are charged, and a switch that is turned on when the output from the battery packs 200a-200c is supplied to the load. and a main switch (not shown). Each of the precharge switch and the main switch has a relay circuit (not shown) that is switched on or off by a signal supplied to a coil arranged near the switch element. Electromagnetic contactors such as the switch device 415 are controlled based on control signals from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 that controls the operation of the vehicle 400 as a whole.

インバータ44は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。インバータ44の3相の出力端子は、駆動モータ45の各3相の入力端子に接続されている。インバータ44は、電池管理装置411又は車両全体の動作を制御するための車両ECU42からの制御信号に基づいて、制御される。インバータ44が制御されることにより、インバータ44からの出力電圧が調整される。 The inverter 44 converts the input DC voltage into a three-phase alternating current (AC) high voltage for driving the motor. Three-phase output terminals of the inverter 44 are connected to respective three-phase input terminals of the driving motor 45 . The inverter 44 is controlled based on a control signal from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 for controlling the operation of the entire vehicle. By controlling the inverter 44, the output voltage from the inverter 44 is adjusted.

駆動モータ45は、インバータ44から供給される電力により回転する。駆動モータ45の回転によって発生する駆動力は、例えば差動ギアユニットを介して車軸および駆動輪Wに伝達される。 The drive motor 45 is rotated by power supplied from the inverter 44 . A driving force generated by the rotation of the driving motor 45 is transmitted to the axle and the driving wheels W via, for example, a differential gear unit.

また、図示はしていないが、車両400は、回生ブレーキ機構(リジェネレータ)を備えている。回生ブレーキ機構は、車両400を制動した際に駆動モータ45を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ44に入力され、直流電流に変換される。変換された直流電流は、車両用電源41に入力される。 Although not shown, vehicle 400 includes a regenerative braking mechanism (regenerator). The regenerative braking mechanism rotates the drive motor 45 when the vehicle 400 is braked, and converts kinetic energy into regenerative energy as electrical energy. The regenerative energy recovered by the regenerative brake mechanism is input to the inverter 44 and converted into direct current. The converted DC current is input to vehicle power source 41 .

車両用電源41の負極端子414には、接続ラインL1の一方の端子が接続されている。接続ラインL1の他方の端子は、インバータ44の負極入力端子417に接続されている。接続ラインL1には、負極端子414と負極入力端子417との間に電池管理装置411内の電流検出部(電流検出回路)416が設けられている。 One terminal of the connection line L<b>1 is connected to the negative terminal 414 of the vehicle power supply 41 . The other terminal of the connection line L1 is connected to the negative input terminal 417 of the inverter 44 . A current detection unit (current detection circuit) 416 in the battery management device 411 is provided between the negative terminal 414 and the negative input terminal 417 on the connection line L1.

車両用電源41の正極端子413には、接続ラインL2の一方の端子が、接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ44の正極入力端子418に接続されている。接続ラインL2には、正極端子413と正極入力端子418との間にスイッチ装置415が設けられている。 One terminal of the connection line L2 is connected to the positive terminal 413 of the vehicle power source 41 . The other terminal of the connection line L2 is connected to the positive input terminal 418 of the inverter 44 . A switch device 415 is provided between the positive terminal 413 and the positive input terminal 418 on the connection line L2.

外部端子43は、電池管理装置411に接続されている。外部端子43は、例えば、外部電源に接続することができる。 The external terminal 43 is connected to the battery management device 411 . The external terminal 43 can be connected to, for example, an external power supply.

車両ECU42は、運転者などの操作入力に応答して電池管理装置411を含む他の管理装置及び制御装置とともに車両用電源41、スイッチ装置415、及びインバータ44等を協調制御する。車両ECU42等の協調制御によって、車両用電源41からの電力の出力及び車両用電源41の充電等が制御され、車両400全体の管理が行われる。電池管理装置411と車両ECU42との間では、通信線により、車両用電源41の残容量など、車両用電源41の保全に関するデータ転送が行われる。 The vehicle ECU 42 cooperatively controls the vehicle power source 41, the switch device 415, the inverter 44, and the like together with other management devices and control devices including the battery management device 411 in response to operation input by the driver or the like. The cooperative control of the vehicle ECU 42 and the like controls the output of electric power from the vehicle power source 41, the charging of the vehicle power source 41, and the like, and manages the vehicle 400 as a whole. Between the battery management device 411 and the vehicle ECU 42, data transfer related to the maintenance of the vehicle power source 41, such as the remaining capacity of the vehicle power source 41, is performed via a communication line.

第5実施形態に係る車両は、第4実施形態に係る電池パックを具備している。それ故、本実施形態によれば、低抵抗であり且つ高い容量維持率を達成可能な電池パックを搭載した車両を提供することができる。 A vehicle according to the fifth embodiment includes the battery pack according to the fourth embodiment. Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a vehicle equipped with a battery pack that is low in resistance and capable of achieving a high capacity retention rate.

[実施例]
以下に実施例を説明するが、実施形態は、以下に記載される実施例に限定されるものではない。
[Example]
Examples are described below, but embodiments are not limited to the examples described below.

(実施例1)
以下の手順で二次電池を作製した。
(Example 1)
A secondary battery was produced in the following procedure.

<正極の作製>
正極活物質として、スピネル型リチウムニッケル複合酸化物(LiNi0.5Mn1.5:LNMO)粉末を準備した。アニリンモノマーを、LNMOの質量に対して1質量%の量でアセトンに溶解してモノマー含有溶液を調製した。得られたモノマー含有溶液中に、LNMO粉末を添加して分散液を調製し、この分散液を10分間に亘り攪拌した後に加熱乾燥させて溶媒を除去した。こうして、アニリンモノマーによりコートされたLNMO粉末を作製した。
<Preparation of positive electrode>
A spinel-type lithium-nickel composite oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 :LNMO) powder was prepared as a positive electrode active material. Aniline monomer was dissolved in acetone in an amount of 1% by weight relative to the weight of LNMO to prepare a monomer-containing solution. LNMO powder was added to the resulting monomer-containing solution to prepare a dispersion, and the dispersion was stirred for 10 minutes and then dried by heating to remove the solvent. Thus, an LNMO powder coated with aniline monomer was produced.

得られた粉末100質量部、導電材としてのアセチレンブラック5質量部、及び、水系バインダとしてのアルギン酸バインダ5質量部を純水に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ12μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布して積層体を得て、この積層体を120℃の恒温槽内で乾燥した後、プレスに供して正極を得た。 100 parts by mass of the obtained powder, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive material, and 5 parts by mass of an alginic acid binder as a water-based binder were added to pure water and mixed to prepare a slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil with a thickness of 12 μm to obtain a laminate, which was dried in a constant temperature bath at 120° C. and then pressed to obtain a positive electrode. .

<負極の作製>
負極活物質としてのニオブチタン複合酸化物(Nb2TiO7:NTO)粉末100質量部、導電材としてアセチレンブラック4質量部、並びに、結着材としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)2質量部、及び、スチレンブタジエンコポリマー(SBR)2質量部を、純水に加えて混合し、スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ12μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布して積層体を得て、この積層体を120℃の恒温槽内で乾燥した後、プレスに供して負極を得た。
<Production of negative electrode>
100 parts by mass of niobium titanium composite oxide (Nb 2 TiO 7 :NTO) powder as a negative electrode active material, 4 parts by mass of acetylene black as a conductive material, 2 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder, and styrene 2 parts by mass of butadiene copolymer (SBR) was added to pure water and mixed to prepare a slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil having a thickness of 12 μm to obtain a laminate, which was dried in a constant temperature bath at 120° C. and then pressed to obtain a negative electrode. .

<電極群の作製>
正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順で積層し、積層体を得た。次いで、この積層体を渦巻き状に捲回した。これを80℃で加熱プレスすることにより偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、ナイロン層/アルミニウム層/ポリエチレン層の3層構造を有し、厚さが0.1mmであるラミネートフィルムからなるパックに収納し、120℃で16時間に亘り真空中で乾燥した。
<Production of electrode group>
A positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator were laminated in this order to obtain a laminate. This laminate was then spirally wound. A flat electrode group was produced by hot-pressing this at 80°C. The obtained electrode group was housed in a pack made of a laminate film having a three-layer structure of nylon layer/aluminum layer/polyethylene layer and having a thickness of 0.1 mm, and was placed in a vacuum at 120° C. for 16 hours. Dried.

<非水電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:2)に、電解質としてLiPFを1mol/L溶解させることで非水電解質を得た。電解質の調整は、アルゴンボックス内で実施した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
A non-aqueous electrolyte was obtained by dissolving 1 mol/L of LiPF 6 as an electrolyte in a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1:2). Electrolyte adjustments were performed in an argon box.

<二次電池の作製、初充電及び充放電サイクル試験>
電極群を収納したラミネートフィルムパック内に非水電解質を注入した後、パックをヒートシールにより完全密閉し、未初充電状態の二次電池を得た。
<Production of secondary battery, initial charge and charge-discharge cycle test>
After the non-aqueous electrolyte was injected into the laminated film pack containing the electrode group, the pack was completely sealed by heat sealing to obtain a secondary battery in a non-initial charged state.

作製した二次電池を、25℃環境下で充放電サイクル試験に供した。充放電では、まず、電池を3.6Vまで20mAで初充電し、その後2.3Vまで20mAで放電した。初充電時の正極の平均作動電位は4.7V(vs.Li/Li+)であった。その後、100mAで充放電を行った後、Ar雰囲気下でラミネートパック上部を開封し、内部のガスを真空下で排出させた。その後、ラミネートパック上部を再度ヒートシールにより完全密閉した。更に、3.6Vまで20mAで充放電を行い、電池の容量を確認した後、100mAで充放電を100サイクル繰り返した。そして、初回放電容量と、100サイクル目の放電容量とから容量維持率を算出した。また、100サイクル後の二次電池を、内部が真空状態の容器に封入した後に、外装部材を開封し、流出したガス量を測定した。 The produced secondary battery was subjected to a charge-discharge cycle test in a 25° C. environment. In charging and discharging, the battery was first charged to 3.6 V at 20 mA, and then discharged to 2.3 V at 20 mA. The average operating potential of the positive electrode during initial charge was 4.7 V (vs. Li/Li + ). Then, after charging and discharging at 100 mA, the upper part of the laminate pack was opened in an Ar atmosphere, and the internal gas was discharged under vacuum. After that, the upper portion of the laminate pack was completely sealed again by heat sealing. Further, charging and discharging were performed at 20 mA up to 3.6 V, and after confirming the capacity of the battery, 100 cycles of charging and discharging were repeated at 100 mA. Then, the capacity retention rate was calculated from the initial discharge capacity and the discharge capacity at the 100th cycle. After 100 cycles, the secondary battery was sealed in a container whose interior was in a vacuum state.

(実施例2-5)
モノマー含有溶液に含まれるモノマー量を、表1の「導電性ポリマーコート量(質量%)」の列に応じて変更したことを除いて、実施例1と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 2-5)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of monomer contained in the monomer-containing solution was changed according to the column of "Conductive polymer coat amount (% by mass)" in Table 1. .

(実施例6)
電解重合可能なモノマーとしてピロールを使用したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 6)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that pyrrole was used as the electropolymerizable monomer.

(実施例7)
電解重合可能なモノマーとしてチオフェンを使用したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 7)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that thiophene was used as the electrolytically polymerizable monomer.

(実施例8)
正極活物質として、リチウムリン酸化合物(LiCoPO4:LCP)粉末を使用したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 8)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2, except that lithium phosphate compound (LiCoPO 4 :LCP) powder was used as the positive electrode active material.

(実施例9)
正極活物質として、LCP粉末を使用したことを除いて、実施例6と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 9)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 6, except that LCP powder was used as the positive electrode active material.

(実施例10)
正極活物質として、LCP粉末を使用したことを除いて、実施例7と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 10)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 7, except that LCP powder was used as the positive electrode active material.

(実施例11)
正極用スラリー調製の際に、アルギン酸バインダの添加量を2質量部に変更したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 11)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that the amount of the alginic acid binder added was changed to 2 parts by mass when preparing the positive electrode slurry.

(実施例12)
正極用スラリー調製の際に、アルギン酸バインダの添加量を8質量部に変更したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 12)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that the amount of the alginic acid binder added was changed to 8 parts by mass when preparing the positive electrode slurry.

(実施例13)
水系バインダの種類をカルボキシメチルセルロース(CMC)に変更したことを除いて、実施例11と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 13)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 11, except that the type of aqueous binder was changed to carboxymethyl cellulose (CMC).

(実施例14)
水系バインダの種類をカルボキシメチルセルロース(CMC)に変更したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 14)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that the type of aqueous binder was changed to carboxymethyl cellulose (CMC).

(実施例15)
負極活物質の種類をニオブチタン複合酸化物(NTO)からリチウムチタン複合酸化物(Li4Ti512:LTO)に変更したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Example 15)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that the type of the negative electrode active material was changed from niobium-titanium composite oxide (NTO) to lithium-titanium composite oxide (Li 4 Ti 5 O 12 : LTO). bottom.

(比較例1)
電解重合可能なモノマーを使用しなかったことを除いて、実施例1と同様の方法で二次電池を作製した。即ち、比較例1における正極活物質は、導電性ポリマーコートを有さないLNMO粉末であった。
(Comparative example 1)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that no electrolytically polymerizable monomer was used. That is, the positive electrode active material in Comparative Example 1 was LNMO powder without a conductive polymer coat.

(比較例2)
モノマー含有溶液に含まれるモノマー量を、使用するLNMO粉末の質量に対して10質量%に変更したことを除いて、実施例1と同様の方法で二次電池を作製した。
(Comparative example 2)
A secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of monomer contained in the monomer-containing solution was changed to 10% by mass with respect to the mass of the LNMO powder used.

(比較例3)
水系バインダの代わりに、有機溶媒系バインダとしてのPVDFを使用し、その添加量を、正極活物質100質量部に対して3質量部の量に変更したことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。正極スラリーを作製する際に結着材として添加されるPVDFは、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶媒に溶解した状態で添加される。それ故、当該スラリー中に、アニリンモノマーによるコートを有する正極活物質を投入すると、アニリンモノマーによるコートの少なくとも一部がスラリーに溶出する。スラリーに溶出したアニリンモノマーは電解液に溶解し、副反応成分となり、ガスが多量に発生する。
(Comparative Example 3)
The same procedure as in Example 2 except that PVDF was used as an organic solvent-based binder instead of the water-based binder, and the amount added was changed to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. A secondary battery was produced by the method. PVDF, which is added as a binder when preparing the positive electrode slurry, is added in a state of being dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent. Therefore, when the positive electrode active material coated with the aniline monomer is added to the slurry, at least part of the aniline monomer coat is eluted into the slurry. The aniline monomer eluted into the slurry dissolves in the electrolytic solution, becomes a side reaction component, and generates a large amount of gas.

(比較例4)
正極活物質として、LNMOの代わりに、平均作動電位が4.0V(vs.Li/Li+)のLiMn24(LMO)粉末を用いたことを除いて、実施例2と同様の方法で二次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
In the same manner as in Example 2, except that LiMn 2 O 4 (LMO) powder having an average operating potential of 4.0 V (vs. Li/Li + ) was used as the positive electrode active material instead of LNMO. A secondary battery was produced.

<直流(DC:Direct Current)抵抗測定>
各例で作製した二次電池に対して、以下の通りDC抵抗測定を行った。
二次電池を、電圧が2.5Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で放電した。その後、二次電池を、電圧が3.6Vに達するまで、0.2Cの定電流(CC)で充電した。次いで、二次電池を、電流値が1/20Cとなるまで、3.11Vの定電圧(CV)で充電することで、二次電池の充電状態をSOC50%とした。SOC50%に調整した二次電池を、1C及び10Cの定電流(CC)で200msの間それぞれ放電し、この時の電圧値と電流値との差からDC抵抗[mΩ]を求めた。
<DC (Direct Current) resistance measurement>
DC resistance was measured as follows for the secondary battery produced in each example.
The secondary battery was discharged at a constant current (CC) of 0.2C until the voltage reached 2.5V. After that, the secondary battery was charged at a constant current (CC) of 0.2C until the voltage reached 3.6V. Next, the secondary battery was charged at a constant voltage (CV) of 3.11 V until the current value became 1/20C, thereby setting the state of charge of the secondary battery to 50% SOC. A secondary battery adjusted to an SOC of 50% was discharged at a constant current (CC) of 1 C and 10 C for 200 ms, respectively, and the DC resistance [mΩ] was obtained from the difference between the voltage value and the current value at this time.

以上の結果を下記表1にまとめる。表1中、「導電性ポリマーコート量(質量%)」の列には、正極活物質として活物質含有層に含まれる、リチウム複合酸化物粒子の質量に対する、導電性ポリマーの質量の割合を示している。「水溶性ポリマー量(質量%)」の列には、正極活物質含有層に占める水溶性ポリマーの質量の割合を示している。 The above results are summarized in Table 1 below. In Table 1, the column "Conductive polymer coating amount (% by mass)" shows the ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles contained in the active material-containing layer as the positive electrode active material. ing. The column of "amount of water-soluble polymer (% by mass)" shows the mass ratio of the water-soluble polymer in the positive electrode active material-containing layer.

Figure 2023021654000002
Figure 2023021654000002

表1から以下のことが分かる。
実施例1~15のそれぞれにおける正極が備える正極活物質含有層は、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示す1つ以上のリチウム複合酸化物粒子を含む。また、これらリチウム複合酸化物粒子表面の少なくとも一部は、導電性ポリマーで被覆されている。1つ以上のリチウム複合酸化物粒子の質量に対する導電性ポリマーの質量の割合は、0.5質量%~5.0質量%の範囲内にある。加えて、正極活物質含有層は、水溶性ポリマーを含む。従って、実施例1~15はいずれも、優れた容量維持率、低いDC抵抗及び少ないガス発生量を達成した。
Table 1 reveals the following.
The positive electrode active material-containing layer included in the positive electrode in each of Examples 1 to 15 contains one or more lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium. At least part of the surface of these lithium composite oxide particles is coated with a conductive polymer. The ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the one or more lithium composite oxide particles is in the range of 0.5 wt% to 5.0 wt%. In addition, the positive electrode active material-containing layer contains a water-soluble polymer. Therefore, all of Examples 1 to 15 achieved excellent capacity retention, low DC resistance, and low gas generation.

正極活物質としてリチウムニッケルマンガン酸化物(LNMO)を使用した実施例1-7及び11-15と、同じくLNMOを使用した比較例1-3とを対比すると、実施例1-7及び11-15については高い容量維持率と低抵抗を両立できていることが分かる。リチウムリン酸化合物であるLiCoPO4(LCP)を使用した実施例8-10についても、高い容量維持率と低抵抗を両立できた。 When comparing Examples 1-7 and 11-15 using lithium nickel manganese oxide (LNMO) as the positive electrode active material with Comparative Example 1-3 using LNMO, Examples 1-7 and 11-15 It can be seen that both a high capacity retention rate and a low resistance can be achieved with respect to In Examples 8 to 10 using LiCoPO 4 (LCP), which is a lithium phosphate compound, both high capacity retention and low resistance were achieved.

比較例1は、LNMO粒子が導電性ポリマーでコートされていなかったため、LNMO粒子と非水電解質との接触を抑制することができず、ガス発生が増大したと考えられる。その結果、容量維持率が劣っていた。比較例2は、活物質としてのLNMO粒子が過剰量の導電性ポリマーでコートされていたため、DC抵抗が顕著に増大した。比較例3は、正極結着材として、有機溶媒系バインダとしてのPVDFを使用した例である。この場合、正極用スラリー作製時に、正極活物質粒子表面を覆っているアニリンモノマーが有機溶媒に溶出する。それ故、初充電を行っても活物質表面に導電性ポリマーがコートされなかったと考えられる。その結果、正極活物質としてのLNMO粒子表面での副反応を抑制できず、ガス発生が増大すると共に容量維持率が低下したと考えられる。 In Comparative Example 1, since the LNMO particles were not coated with a conductive polymer, contact between the LNMO particles and the non-aqueous electrolyte could not be suppressed, and gas generation increased. As a result, the capacity retention rate was inferior. Comparative Example 2 had a significant increase in DC resistance because the LNMO particles as the active material were coated with an excessive amount of conductive polymer. Comparative Example 3 is an example using PVDF as an organic solvent-based binder as a positive electrode binder. In this case, the aniline monomer covering the surfaces of the positive electrode active material particles is eluted into the organic solvent during preparation of the positive electrode slurry. Therefore, it is considered that the surface of the active material was not coated with the conductive polymer even after the initial charging. As a result, it is considered that the side reaction on the surface of the LNMO particles as the positive electrode active material could not be suppressed, resulting in an increase in gas generation and a decrease in the capacity retention rate.

比較例4は、正極活物質(リチウム複合酸化物)として、平均作動電位が4.0V(vs.Li/Li+)のリチウムマンガン酸化物(LiMn24:LMO)を使用した例である。一方で、アニリンモノマーを十分に電解重合させるためには、正極電位を例えば4.4V以上まで高める必要がある。比較例4では、アニリンモノマーを重合させるべく正極電位を4.4V以上まで高めた結果、LMOがそのような使用電圧に耐えられず、その結晶構造が崩壊したと考えられる。その結果、リチウムイオンの挿入脱離が行われなくなった。 Comparative Example 4 is an example of using lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 : LMO) with an average operating potential of 4.0 V (vs. Li/Li + ) as the positive electrode active material (lithium composite oxide). . On the other hand, in order to sufficiently electropolymerize the aniline monomer, it is necessary to raise the positive electrode potential to, for example, 4.4 V or higher. In Comparative Example 4, as a result of raising the positive electrode potential to 4.4 V or more to polymerize the aniline monomer, the LMO could not withstand such a working voltage, and its crystal structure collapsed. As a result, intercalation and deintercalation of lithium ions ceased.

実施例2~4に示すように、正極活物質としてのリチウム複合酸化物粒子の質量に対する、導電性ポリマーの質量の割合が1.0質量%~4.0質量%の範囲内にある場合、当該範囲を外れる場合と比較して、容量維持率及びDC抵抗がバランス良く優れていることが分かる。実施例1-15では、水溶性ポリマーとして、HLB値が15~19の範囲内にあるものを使用しているため、正極活物質含有層が非水電解質に対して安定であった。 As shown in Examples 2 to 4, when the ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles as the positive electrode active material is in the range of 1.0% to 4.0% by mass, It can be seen that the capacity retention rate and the DC resistance are well balanced and excellent compared to the case outside the range. In Examples 1-15, since the water-soluble polymer used had an HLB value within the range of 15 to 19, the positive electrode active material-containing layer was stable against the non-aqueous electrolyte.

以上に述べた少なくとも1つの実施形態及び実施例によると、正極が提供される。正極は、正極活物質粒子及び水溶性ポリマーを含む正極活物質含有層を備える。正極活物質粒子は、金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子と、リチウム複合酸化物粒子表面の少なくとも一部を被覆する導電性ポリマーとを含む。リチウム複合酸化物粒子の質量に対する導電性ポリマーの質量の割合は、0.5質量%~5.0質量%の範囲内にある。この正極は、低抵抗であり且つ高い容量維持率を実現できる。 According to at least one embodiment and example described above, a positive electrode is provided. The positive electrode includes a positive electrode active material-containing layer containing positive electrode active material particles and a water-soluble polymer. The positive electrode active material particles include lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or higher relative to metallic lithium, and a conductive polymer covering at least a portion of the lithium composite oxide particle surfaces. The ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles is in the range of 0.5% by mass to 5.0% by mass. This positive electrode has a low resistance and can achieve a high capacity retention rate.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

1…電極群、2…外装部材、3…負極、3a…負極集電体、3b、3c…負極集電タブ、4…セパレータ、5…正極、5a…正極集電体、5b…正極活物質含有層、5c…正極活物質粒子、5d…水溶性ポリマー、5e…正極導電材、6…負極端子、7…正極端子、21…バスバー、22…正極側リード、22a…他端、23…負極側リード、23a…他端、24…粘着テープ、31…収容容器、32…蓋、33…保護シート、34…プリント配線基板、35…配線、40…車両本体、41…車両用電源、42…電気制御装置、43…外部端子、44…インバータ、45…駆動モータ、51…リチウム複合酸化物粒子、52…導電性ポリマー、100…二次電池、200…組電池、200a…組電池、200b…組電池、200c…組電池、300…電池パック、300a…電池パック、300b…電池パック、300c…電池パック、301a…組電池監視装置、301b…組電池監視装置、301c…組電池監視装置、342…正極側コネクタ、343…負極側コネクタ、345…サーミスタ、346…保護回路、342a…配線、343a…配線、350…通電用の外部端子、352…正側端子、353…負側端子、348a…プラス側配線、348b…マイナス側配線、400…車両、411…電池管理装置、412…通信バス、413…正極端子、414…負極端子、415…スイッチ装置、416…電流検出部、417…負極入力端子、418…正極入力端子、L1…接続ライン、L2…接続ライン、W…駆動輪。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electrode group, 2... Exterior member, 3... Negative electrode, 3a... Negative electrode collector, 3b, 3c... Negative electrode collector tab, 4... Separator, 5... Positive electrode, 5a... Positive electrode collector, 5b... Positive electrode active material Content layer 5c Positive electrode active material particles 5d Water-soluble polymer 5e Positive electrode conductive material 6 Negative electrode terminal 7 Positive electrode terminal 21 Bus bar 22 Lead on positive electrode side 22a Other end 23 Negative electrode Side lead 23a Other end 24 Adhesive tape 31 Container 32 Lid 33 Protection sheet 34 Printed wiring board 35 Wiring 40 Vehicle body 41 Vehicle power source 42 Electrical control device 43 External terminal 44 Inverter 45 Drive motor 51 Lithium composite oxide particles 52 Conductive polymer 100 Secondary battery 200 Assembled battery 200a Assembled battery 200b Assembled battery 200c... Assembled battery 300... Battery pack 300a... Battery pack 300b... Battery pack 300c... Battery pack 301a... Assembled battery monitoring device 301b... Assembled battery monitoring device 301c... Assembled battery monitoring device 342 Positive side connector 343 Negative side connector 345 Thermistor 346 Protection circuit 342a Wiring 343a Wiring 350 External terminal for energization 352 Positive terminal 353 Negative terminal 348a Positive wiring 348b Negative wiring 400 Vehicle 411 Battery management device 412 Communication bus 413 Positive terminal 414 Negative terminal 415 Switch device 416 Current detector 417 Negative input Terminals 418... positive input terminal, L1... connection line, L2... connection line, W... drive wheel.

Claims (14)

正極活物質粒子及び水溶性ポリマーを含む正極活物質含有層を備え、
前記正極活物質粒子は、
金属リチウム基準で4.4V以上の作動電位を示すリチウム複合酸化物粒子と、
前記リチウム複合酸化物粒子表面の少なくとも一部を被覆する導電性ポリマーとを含み、
前記リチウム複合酸化物粒子の質量に対する前記導電性ポリマーの質量の割合は、0.5質量%~5.0質量%の範囲内にある正極。
A positive electrode active material-containing layer containing positive electrode active material particles and a water-soluble polymer,
The positive electrode active material particles are
Lithium composite oxide particles exhibiting an operating potential of 4.4 V or more based on metallic lithium;
and a conductive polymer covering at least part of the surface of the lithium composite oxide particles,
The positive electrode, wherein the ratio of the mass of the conductive polymer to the mass of the lithium composite oxide particles is in the range of 0.5% by mass to 5.0% by mass.
前記導電性ポリマーは、ポリアニリン類、ポリピロール類及びポリチオフェン類からなる群より選択される少なくとも一種である請求項1に記載の正極。 2. The positive electrode according to claim 1, wherein said conductive polymer is at least one selected from the group consisting of polyanilines, polypyrroles and polythiophenes. 前記リチウム複合酸化物粒子の質量に対する前記導電性ポリマーの質量の割合は、1.0質量%~4.0質量%の範囲内にある請求項1又は2に記載の正極。 3. The positive electrode according to claim 1, wherein the ratio of the mass of said conductive polymer to the mass of said lithium composite oxide particles is in the range of 1.0% by mass to 4.0% by mass. 前記水溶性ポリマーのHLB(Hydrophilic-Lipophilic Balance)値は、8以上20以下の範囲内にある請求項1~3の何れか1項に記載の正極。 4. The positive electrode according to claim 1, wherein the water-soluble polymer has an HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) value in the range of 8 or more and 20 or less. 前記正極活物質含有層に占める前記水溶性ポリマーの質量の割合は、1質量%~10質量%の範囲内にある請求項1~4の何れか1項に記載の正極。 5. The positive electrode according to claim 1, wherein the weight ratio of the water-soluble polymer in the positive electrode active material-containing layer is in the range of 1% by mass to 10% by mass. 前記水溶性ポリマーは、アクリルポリマー、ウレタンポリマー、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アルギン酸ポリマー、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、水溶性ポリエステル、及び、ジカルボキシル化多糖類からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1~5の何れか1項に記載の正極。 The water-soluble polymer is at least one selected from the group consisting of acrylic polymer, urethane polymer, carboxymethylcellulose (CMC), alginic acid polymer, polyether, polyvinyl alcohol, water-soluble polyester, and dicarboxylated polysaccharide. The positive electrode according to any one of claims 1 to 5. 前記リチウム複合酸化物は、リチウムニッケルマンガン酸化物及びリチウムリン酸化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項1~6の何れか1項に記載の正極。 The positive electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein the lithium composite oxide contains at least one selected from the group consisting of lithium nickel manganese oxide and lithium phosphate compound. 請求項1~7の何れか1項に記載の正極と、
負極と、
電解質とを具備する二次電池。
The positive electrode according to any one of claims 1 to 7,
a negative electrode;
A secondary battery comprising an electrolyte.
前記負極は、負極活物質を含む負極活物質含有層を備えており、
前記負極活物質は、チタン酸化物、リチウムチタン複合酸化物、ニオブチタン複合酸化物及びナトリウムニオブチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも一種のチタン含有酸化物を含む請求項8に記載の二次電池。
The negative electrode includes a negative electrode active material-containing layer containing a negative electrode active material,
9. The second method according to claim 8, wherein the negative electrode active material contains at least one titanium-containing oxide selected from the group consisting of titanium oxides, lithium-titanium composite oxides, niobium-titanium composite oxides, and sodium-niobium-titanium composite oxides. next battery.
請求項9に記載の二次電池を具備する電池パック。 A battery pack comprising the secondary battery according to claim 9 . 通電用の外部端子と、
保護回路とを更に含む請求項10に記載の電池パック。
an external terminal for energization;
11. The battery pack of claim 10, further comprising a protection circuit.
複数の前記二次電池を具備し、前記二次電池が直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている請求項10又は11に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 10 or 11, comprising a plurality of said secondary batteries, wherein said secondary batteries are electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel. 請求項10~12の何れか1項に記載の電池パックを搭載した車両。 A vehicle equipped with the battery pack according to any one of claims 10 to 12. 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む請求項13に記載の車両。 14. The vehicle of claim 13, including a mechanism for converting kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
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