JP2023039363A - Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Yuta Kobayashi
智哉 井上
Tomoya Inoue
義哉 林
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Abstract

To provide a positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, capable of suppressing heat generation in a case where a short circuit occurs.SOLUTION: A positive electrode mixture layer includes a first positive electrode active material, which is a layered compound represented by a general formula (1), a second positive electrode active material which is represented by a general formula (2) and in which a film of a carbon material is formed on a surface of a phosphoric acid compound that has an olivine structure, and a conductive material, and satisfies a following formula (3). (1) LiaNixCoyM11-x-yO2 (0<a≤1.2, 0<x≤0.9, 0<y≤0.5, 0<x+y<1) (2) LiMnzM2bFe1-z-bPO4 (0<z≤0.9, 0≤b≤0.1, 0<z+b<1) (3 ) 0.760≤(W1×R1+W2×R2)/D≤0.960 [W1 (W2): tap density of the first (second) positive electrode active material, R1 (R2): weight ratio of the first (second) positive electrode active material when the total weight of the two positive electrode active materials is 1, D: density of the positive electrode mixture layer calculated on the basis of, a thickness of a positive electrode when a charging rate of a secondary battery after initial activation treatment is 0%]SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to positive electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries.

非水電解質二次電池は、電解質中のイオンが電気伝導を担っている。この非水電解質二次電池の一つであるリチウム二次電池は、デジタルカメラ、ノート型パソコン等の小型電子機器、車両等の電源として搭載されている。リチウム二次電池は、正極、負極、セパレータで構成されている。このうち、正極は、正極集電体と、正極集電体の表面に塗工され、正極活物質、導電材および結着材を含む正極合剤層とを備える。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery, ions in the electrolyte are responsible for electrical conduction. Lithium secondary batteries, which are one type of non-aqueous electrolyte secondary batteries, are installed as power sources in small electronic devices such as digital cameras and laptop computers, and in vehicles. A lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. Among these, the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer coated on the surface of the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder.

非水電解質二次電池の正極活物質には、LiFePO、もしくはその一部をMnで置換したオリビン化合物、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNiO、LiCoMO、LiNiMO、これら正極活物質の一部元素が異種元素で置換されたもの、またはCo、NiもしくはMnを含む三成分系の層状化合物等が用いられる。特に、層状化合物は、高容量かつ高電圧であるため、エネルギー密度が重視される用途に適している。しかし層状化合物は充電状態における熱安定性が劣るため、非水電解質二次電池とした場合に、短絡したときに発熱を抑制しづらい。そのため、非水電解質二次電池の安全性を確保するために、層状化合物にLiFePO、またはその一部をMnで置換したオリビン化合物を混合する技術が開発されてきた。なかでもLiFePOの一部をMnで置換したオリビン化合物は作動電位が層状化合物と大きく変わらないことから、混合した場合にエネルギー密度を大幅に下げることなく安全性を確保しやすくなることが知られている。 Positive electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries include LiFePO 4 , olivine compounds partially substituted with Mn, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiCoNiO 2 , LiCoMO 2 , LiNiMO 2 , and these positive electrode active materials. A ternary layered compound containing Co, Ni or Mn, or a layered compound containing Co, Ni or Mn is used. In particular, since layered compounds have high capacity and high voltage, they are suitable for applications where energy density is important. However, since layered compounds have poor thermal stability in a charged state, it is difficult to suppress heat generation when a short circuit occurs in a non-aqueous electrolyte secondary battery. Therefore, in order to ensure the safety of non-aqueous electrolyte secondary batteries, a technique has been developed in which a layered compound is mixed with LiFePO 4 or an olivine compound partially substituted with Mn. Among them, olivine compounds in which a portion of LiFePO4 is replaced with Mn have the same working potential as layered compounds, so it is known that safety can be easily ensured without significantly lowering the energy density when mixed. ing.

例えば、特許文献1では、LiNi5/10Co2/10Mn3/10およびオリビン化合物を正極活物質として、短絡時に電池の表面温度の上昇を抑制する条件を、正極活物質のタップ密度、体積および正極活物質層の空隙率、ならびにこれらの値から算出される正極活物質層の正極活物質占有率に基づいて設定している。特許文献1に開示されている内容によれば、上述の正極活物質占有率が低いほど、つまり、実質的な正極活物質層の空隙率が高いほど短絡時に電池の表面温度の上昇を抑制しやすいとされている。 For example, in Patent Document 1, LiNi 5/10 Co 2/10 Mn 3/10 O 2 and an olivine compound are used as positive electrode active materials, and the conditions for suppressing the rise in the surface temperature of the battery during short circuit are set to the tap density of the positive electrode active material. , the volume, the porosity of the positive electrode active material layer, and the positive electrode active material occupation ratio of the positive electrode active material layer calculated from these values. According to the content disclosed in Patent Document 1, the lower the positive electrode active material occupancy rate, that is, the higher the porosity of the positive electrode active material layer, the more the surface temperature rise of the battery is suppressed during a short circuit. is said to be easy.

特許第6202191号公報Japanese Patent No. 6202191

しかしながら、特許文献1では、正極活物質としてLiNi5/10Co2/10Mn3/10およびLiFePOを用いているが、層状化合物とLiFePOの一部をMnで置換したオリビン化合物とを用いた場合の検討が不十分であった。層状化合物とLiFePOの一部をMnで置換したオリビン化合物は互いに反応電位が近く、特許文献1における場合とは電解液との反応性が異なる。このため、本願発明者が鋭意検討を行ったところ、特許文献1で規定する正極活物質占有率の値では、短絡時の温度上昇抑制効果が発揮されないことが明らかになった。つまり、特許文献1の技術を単に用いただけでは短絡時における発熱を抑制できない場合があった。 However, in Patent Document 1, although LiNi 5/10 Co 2/10 Mn 3/10 O 2 and LiFePO 4 are used as positive electrode active materials, a layered compound and an olivine compound in which a part of LiFePO 4 is replaced with Mn are used. was insufficient. The layered compound and the olivine compound in which a portion of LiFePO 4 is replaced with Mn have reaction potentials close to each other, and the reactivity with the electrolytic solution is different from that in Patent Document 1. For this reason, the inventors of the present application conducted extensive studies, and found that the positive electrode active material occupation ratio specified in Patent Document 1 does not exhibit the effect of suppressing the temperature rise during a short circuit. In other words, simply using the technique disclosed in Patent Document 1 may not be able to suppress heat generation during a short circuit.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、短絡時における発熱を抑制する非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery that suppress heat generation during a short circuit.

本願発明者は、正極活物質として層状化合物とLiFePOの一部をMnで置換したオリビン化合物とを用いた場合においては、所定の関係式から算出される実質的な正極合剤層の空隙の度合いがむしろ小さい方が、短絡時における発熱を抑制できることを発見した。 In the case of using a layered compound and an olivine compound in which a part of LiFePO 4 is substituted with Mn as a positive electrode active material, the inventors of the present application have found that the substantial voids in the positive electrode mixture layer calculated from a predetermined relational expression It was found that heat generation during a short circuit can be suppressed if the degree is rather small.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る非水電解質二次電池用正極は、正極集電体、および、該正極集電体の表面に形成された正極合剤層を含む非水電解質二次電池用正極であって、前記正極合剤層は、下式(1)に示す一般式で表される層状化合物である第1の正極活物質と、下式(2)に示す一般式で表され、オリビン構造を有するリン酸化合物の表面に、炭素材料からなる被膜が形成される第2の正極活物質と、導電材と、を含み、前記第1の正極活物質のタップ密度(g/cc)をW1、前記第2の正極活物質のタップ密度(g/cc)をW2、前記第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの前記第1の正極活物質の重量の割合をR1、前記第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの前記第2の正極活物質の重量の割合をR2、初期活性化処理後の非水電解質二次電池の充電率が0%のときの前記非水電解質二次電池用正極の厚さに基づいて算出された前記正極合剤層の密度(g/cc)をDとしたとき、下式(3)を満たすことを特徴とする。
LiNiCoM11-x-y・・・(1)
LiMnM2Fe1-z-bPO・・・(2)
0.760≦(W1×R1+W2×R2)/D≦0.960 ・・・(3)
ただし、上式(1)において、M1は、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Mn、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、Cu、Ag、Ce、Pr、Ge、Bi、Ba、Er、La、Sm、Yb、Sb、Bi、SおよびZnから選ばれる少なくとも1種であり、0<a≦1.2、0<x≦0.9、0<y≦0.5、0<x+y<1を満たし、
上式(2)において、M2は、Ni、Co、Ti、Cu、Zn、Mg、Zr、Ca、Y、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Gd、Al、GaおよびSrから選ばれる少なくとも1種であり、0<z≦0.9、0≦b≦0.1、0<z+b<1を満たす。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the surface of the positive electrode current collector. wherein the positive electrode mixture layer comprises a first positive electrode active material, which is a layered compound represented by the general formula shown in the following formula (1), and the following formula (2 ) and includes a second positive electrode active material in which a film made of a carbon material is formed on the surface of a phosphoric acid compound having an olivine structure, and a conductive material, and the first positive electrode active material W1 is the tap density (g/cc) of the substance, W2 is the tap density (g/cc) of the second positive electrode active material, and 1 is the total weight of the first and second positive electrode active materials. R1 is the weight ratio of the first positive electrode active material; R2 is the weight ratio of the second positive electrode active material when the total weight of the first and second positive electrode active materials is 1; Let D be the density (g/cc) of the positive electrode mixture layer calculated based on the thickness of the positive electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery when the charge rate of the subsequent nonaqueous electrolyte secondary battery is 0%. Then, the following formula (3) is satisfied.
Li a Ni x Co y M1 1-xy O 2 (1)
LiMnzM2bFe1 - z- bPO4 (2)
0.760≦(W1×R1+W2×R2)/D≦0.960 (3)
However, in the above formula (1), M1 is Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Mn, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, at least one selected from Sn, Cu, Ag, Ce, Pr, Ge, Bi, Ba, Er, La, Sm, Yb, Sb, Bi, S and Zn, 0<a≤1.2, 0< satisfying x ≤ 0.9, 0 < y ≤ 0.5, 0 < x + y < 1,
In the above formula (2), M2 is from Ni, Co, Ti, Cu, Zn, Mg, Zr, Ca, Y, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, Gd, Al, Ga and Sr It is at least one selected and satisfies 0<z≦0.9, 0≦b≦0.1, and 0<z+b<1.

また、本発明に係る非水電解質二次電池用正極は、上記の発明において、前記第1の正極活物質のメディアン径が、前記第2の正極活物質のD90よりも大きいとよい。 In the positive electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, in the above invention, the median diameter of the first positive electrode active material is preferably larger than D90 of the second positive electrode active material.

また、本発明に係る非水電解質二次電池用正極は、上記の発明において、前記第2の正極活物質は、タップ密度W2が、0.7g/cc以上1.00g/cc以下であるとよい。 In the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, in the above invention, the second positive electrode active material has a tap density W2 of 0.7 g/cc or more and 1.00 g/cc or less. good.

また、本発明に係る非水電解質二次電池用正極は、上記の発明において、前記第2の正極活物質の重量の割合R2は、0.1以上0.3以下であるとよい。 In the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the weight ratio R2 of the second positive electrode active material is preferably 0.1 or more and 0.3 or less.

また、本発明に係る非水電解質二次電池は、上記の発明に係る非水電解質二次電池用正極と、負極と、セパレータと、リチウム塩および非水溶媒を含む非水電解液と、を備える。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above-described invention, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent. Prepare.

本発明によれば、短絡時における発熱を抑制する非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries and nonaqueous electrolyte secondary battery which suppress heat_generation|fever at the time of a short circuit can be obtained.

図1は、本発明の実施の形態1に係る非水電解質二次電池用正極を備える非水電解質二次電池の構成を説明するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態2に係る非水電解質二次電池用正極を備える非水電解質二次電池の構成を説明するための分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining the configuration of a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 2 of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更または改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following description. In addition, various modifications or improvements can be added to the present embodiment, and forms to which such modifications or improvements are added can also be included in the present invention.

詳しくは後述するが、図1は、ラミネート型非水電解質二次電池の断面図であり、図2は、コイン型非水電解質二次電池の構成を説明するための分解斜視図である。
なお、図1や図2では実施の形態の一例としてラミネート型非水電解質二次電池やコイン型非水電解質二次電池の場合の構成例を示しているが、本発明における非水電解質二次電池の形状は特に制限されず、扁平型、円筒型、角型、もしくは、コイン型などであってもよい。また、非水電解質二次電池の外装体も特に限定されず、ラミネートフィルム、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなど公知のものを使用することができる。
Although details will be described later, FIG. 1 is a cross-sectional view of a laminate type non-aqueous electrolyte secondary battery, and FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining the configuration of a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery.
1 and 2 show configuration examples in the case of a laminate type non-aqueous electrolyte secondary battery and a coin type non-aqueous electrolyte secondary battery as examples of embodiments, but the non-aqueous electrolyte secondary in the present invention The shape of the battery is not particularly limited, and may be flat, cylindrical, rectangular, coin-shaped, or the like. Also, the exterior body of the non-aqueous electrolyte secondary battery is not particularly limited, and known materials such as laminate film, aluminum, aluminum alloy, and stainless steel can be used.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る非水電解質二次電池用正極を備える非水電解質二次電池の構成を説明するための断面図である。図1に示す非水電解質二次電池1は、正極と、負極と、セパレータとを組として、複数組を積層してなる積層型の非水電解質二次電池である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 1 of the present invention. The non-aqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1 is a laminated non-aqueous electrolyte secondary battery formed by laminating a plurality of sets each including a positive electrode, a negative electrode, and a separator.

非水電解質二次電池1は、ラミネートフィルムからなる袋状の外装体2を備える。外装体2内には、積層構造の電極群3が収納されている。ラミネートフィルムは、例えば複数枚(例えば2枚)のプラスチックフィルムを重ね、隣り合うプラスチックフィルムの間にアルミニウム箔等の金属箔を挟んで積層した構造を有する。2枚のプラスチックフィルムのうち、一方のプラスチックフィルムは熱融着性樹脂フィルムが用いられる。外装体2は、2枚のラミネートフィルムを熱融着性樹脂フィルムが互いに対向するように重ね、これらのラミネートフィルム間に電極群3と、非水電解液とを収納し、電極群3周辺の2枚のラミネートフィルム部分を互いに熱融着して封止することにより、電極群3および非水電解液を気密に収納する。 A non-aqueous electrolyte secondary battery 1 includes a bag-shaped exterior body 2 made of a laminate film. An electrode group 3 having a laminated structure is accommodated in the exterior body 2 . A laminate film has a structure in which, for example, a plurality of (for example, two) plastic films are laminated and a metal foil such as an aluminum foil is sandwiched between the adjacent plastic films. A heat-sealable resin film is used for one of the two plastic films. The exterior body 2 includes two laminate films stacked so that the heat-sealable resin films face each other, and the electrode group 3 and the non-aqueous electrolyte are accommodated between the laminate films. The electrode group 3 and the non-aqueous electrolytic solution are airtightly accommodated by heat-sealing the two laminate film portions to each other.

電極群3は、正極4と、負極5と、セパレータ6と、正極リード7と、正極タブ8と、負極リード9と、負極タブ10とを有する。セパレータ6は、正極4と負極5との間に介在する。電極群3は、負極5が最外層に位置するとともに、負極5と外装体2の内面の間にセパレータ6が位置するように複数積層した構造を有する。 The electrode group 3 has a positive electrode 4 , a negative electrode 5 , a separator 6 , a positive electrode lead 7 , a positive electrode tab 8 , a negative electrode lead 9 and a negative electrode tab 10 . A separator 6 is interposed between the positive electrode 4 and the negative electrode 5 . The electrode group 3 has a structure in which a plurality of electrodes are laminated such that the negative electrode 5 is positioned as the outermost layer and the separator 6 is positioned between the negative electrode 5 and the inner surface of the outer package 2 .

正極4は、正極集電体41と、当該正極集電体41の一面または両面に形成される正極合剤層42とから構成される。 The positive electrode 4 is composed of a positive electrode current collector 41 and a positive electrode mixture layer 42 formed on one or both surfaces of the positive electrode current collector 41 .

正極集電体41は、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、チタン、その他合金等を用いて構成される。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からアルミニウムを用いることが好ましい。 The positive electrode current collector 41 is made of aluminum, nickel, stainless steel, titanium, other alloys, or the like. Among them, it is preferable to use aluminum from the viewpoint of electronic conductivity and battery operating potential.

正極合剤層42は、第1の正極活物質および第2の正極活物質と、導電材と、結着材とを含む。正極合剤層42は、例えばプレスによって密度が調整される。
第1および第2の正極活物質は、それぞれリチウムを吸蔵および脱離することが可能である。
The positive electrode mixture layer 42 includes a first positive electrode active material, a second positive electrode active material, a conductive material, and a binder. The density of the positive electrode mixture layer 42 is adjusted, for example, by pressing.
The first and second positive electrode active materials are capable of intercalating and deintercalating lithium, respectively.

第1の正極活物質は、下式(1)に示す一般式で表される層状化合物である。層状化合物は、シート状の粒子が層をなして構成されるリチウム(Li)・ニッケル(Ni)・コバルト(Co)含有複合金属酸化物である。
LiNiCoM11-x-y ・・・(1)
ただし、一般式(1)において、M1は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、リン(P)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、モリブデン(Mo)、イットリウム(Y)、スズ(Sn)、銅(Cu)、銀(Ag)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、バリウム(Ba)、エルビウム(Er)、ランタン(La)、サマニウム(Sm)、イッテルビウム(Yb)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、硫黄(S)および亜鉛(Zn)から選ばれる少なくとも1種であり、0<a≦1.2、0<x≦0.9、0<y≦0.5、0<x+y<1を満たす。
The first positive electrode active material is a layered compound represented by the general formula shown in formula (1) below. The layered compound is a lithium (Li)-nickel (Ni)-cobalt (Co)-containing composite metal oxide composed of layers of sheet-like particles.
Li a Ni x Co y M1 1-xy O 2 (1)
However, in general formula (1), M1 is titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), tungsten (W), phosphorus (P), aluminum (Al), magnesium (Mg), vanadium (V ), manganese (Mn), calcium (Ca), strontium (Sr), chromium (Cr), iron (Fe), boron (B), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), molybdenum (Mo ), yttrium (Y), tin (Sn), copper (Cu), silver (Ag), cerium (Ce), praseodymium (Pr), germanium (Ge), bismuth (Bi), barium (Ba), erbium (Er ), lanthanum (La), samanium (Sm), ytterbium (Yb), antimony (Sb), bismuth (Bi), sulfur (S) and zinc (Zn), and 0 < a ≤ 1 .2, 0<x≦0.9, 0<y≦0.5, 0<x+y<1.

第2の正極活物質は、下式(2)に示す一般式で表され、オリビン構造を有するリン酸化合物(オリビン系化合物)の表面に、炭素材料からなる被膜が形成される化合物である。
LiMnM2Fe1-z-bPO ・・・(2)
ただし、一般式(2)において、M2はニッケル(Ni)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、カルシウム(Ca)、イットリウム(Y)、モリブデン(Mo)、バリウム(Ba)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、ガドリニウム(Gd)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)およびストロンチウム(Sr)から選ばれる少なくとも1種であり、0<z≦0.9、0≦b≦0.1、0<z+b<1を満たす。正極合剤層42が第2の正極活物質を含むことにより、熱安定性の低い第1の正極活物質の周囲を、熱安定性の高い第2の正極活物質が被覆するような構造となるため、短絡した場合に第1の正極活物質と非水電解液とが直接接触することによる発熱反応を低減することができる。
The second positive electrode active material is represented by the general formula shown in the following formula (2), and is a compound in which a film made of a carbon material is formed on the surface of a phosphoric acid compound (olivine-based compound) having an olivine structure.
LiMn z M2 b Fe 1-zb PO 4 (2)
However, in general formula (2), M2 is nickel (Ni), cobalt (Co), titanium (Ti), copper (Cu), zinc (Zn), magnesium (Mg), zirconium (Zr), calcium (Ca) , yttrium (Y), molybdenum (Mo), barium (Ba), lead (Pb), bismuth (Bi), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), gadolinium (Gd), aluminum (Al) , gallium (Ga) and strontium (Sr), and satisfies 0<z≦0.9, 0≦b≦0.1, and 0<z+b<1. By including the second positive electrode active material in the positive electrode mixture layer 42, the structure is such that the first positive electrode active material with low thermal stability is covered with the second positive electrode active material with high thermal stability. Therefore, it is possible to reduce an exothermic reaction due to direct contact between the first positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte when a short circuit occurs.

炭素材料は、導電性の炭素材料である。第2の正極活物質は、第2の正極活物質の表面に存在する炭素材料からなる被膜によって、少なくとも一部の一次粒子の表面の少なくとも一部が炭素材料で被膜されている。炭素の純度や炭素被膜の厚さは任意に選択できるが、第2の正極活物質全体の重量に対して炭素材料の重量の割合が0.1%以上5%以下であるように制御することが好ましい。 The carbon material is a conductive carbon material. In the second positive electrode active material, at least a part of the surfaces of at least some of the primary particles is coated with a carbon material by a coating of the carbon material present on the surface of the second positive electrode active material. The purity of carbon and the thickness of the carbon film can be selected arbitrarily, but the ratio of the weight of the carbon material to the weight of the entire second positive electrode active material is controlled to be 0.1% or more and 5% or less. is preferred.

また、第1の正極活物質のタップ密度(g/cc)をW1、第2の正極活物質のタップ密度(g/cc)をW2、第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの第1の正極活物質の重量の割合をR1、第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの第2の正極活物質の重量の割合をR2、正極合剤層42の密度(g/cc)をDとしたとき、下式(3)を満たす。
0.760≦(W1×R1+W2×R2)/D≦0.960 ・・・(3)
なお、ここでいう正極合剤層42の密度Dは、少なくとも1サイクルの充放電によって初期活性化処理を行った後の非水電解質二次電池の充電率(State Of Charge:SOC)が0%のときの、正極の厚さに基づいて算出される値のことを指す。
Further, the tap density (g/cc) of the first positive electrode active material is W1, the tap density (g/cc) of the second positive electrode active material is W2, and the total weight of the first and second positive electrode active materials is 1 R1 is the weight ratio of the first positive electrode active material when , R2 is the weight ratio of the second positive electrode active material when the total weight of the first and second positive electrode active materials is 1, and R2 is the weight ratio of the positive electrode active material When the density (g/cc) of the agent layer 42 is D, the following formula (3) is satisfied.
0.760≦(W1×R1+W2×R2)/D≦0.960 (3)
Note that the density D of the positive electrode mixture layer 42 referred to here means that the state of charge (SOC) of the non-aqueous electrolyte secondary battery after the initial activation treatment by at least one cycle of charging and discharging is 0%. It refers to a value calculated based on the thickness of the positive electrode at the time of .

上式(3)において、(W1×R1+W2×R2)/Dの値は、正極活物質のタップ密度の重量平均に対する正極合剤層の密度の比であり、実質的な正極合剤層の空隙の度合いを表している。上式の値が0.760未満であると正極合剤層内が密になりすぎるため、電極作製時のプレス工程において、電極に歪みが生じて電池作製時の作製効率が低下する場合がある。上式の値が0.960より大きいと、実質的な正極合剤層の空隙の度合いが大きくなるため、正極合剤層42が第2の正極活物質を含む場合でも第1の正極活物質と非水電解液とが直接接触する面積が大きくなってしまう。そのため、非水電解質二次電池が短絡した時に熱安定性の低い第1の正極活物質と非水電解液とが発熱反応を起こしやすくなるため、非水電解質二次電池の発熱を抑制することができない。つまり、上式の値が0.760以上0.960以下となるようにすることで、電極作製時のプレス工程における作製効率を保ちながら実質的な正極合剤層の空隙の度合いを小さくできるため、短絡時における第1の正極活物質と非水電解液との発熱反応を限りなく低減でき、非水電解質二次電池の発熱を抑制できる。 In the above formula (3), the value of (W1 × R1 + W2 × R2) / D is the ratio of the density of the positive electrode mixture layer to the weight average of the tap density of the positive electrode active material, and the substantial voids in the positive electrode mixture layer. represents the degree of If the value of the above formula is less than 0.760, the inside of the positive electrode mixture layer becomes too dense, so that the electrode may be distorted in the pressing process during electrode production, resulting in a decrease in production efficiency during battery production. . If the value of the above formula is greater than 0.960, the substantial degree of voids in the positive electrode mixture layer is large. and the non-aqueous electrolyte are in direct contact with each other. Therefore, when the non-aqueous electrolyte secondary battery is short-circuited, the first positive electrode active material with low thermal stability and the non-aqueous electrolyte are likely to cause an exothermic reaction, so heat generation of the non-aqueous electrolyte secondary battery should be suppressed. can't That is, by setting the value of the above formula to 0.760 or more and 0.960 or less, it is possible to substantially reduce the degree of voids in the positive electrode mixture layer while maintaining the production efficiency in the pressing process for electrode production. , the exothermic reaction between the first positive electrode active material and the non-aqueous electrolyte at the time of short circuit can be reduced as much as possible, and the heat generation of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be suppressed.

また、第2の正極活物質の重量の割合R2は、0.1以上0.3以下であることが好ましい。第2の正極活物質の重量比が0.3(30%)を超えると、非水電解質二次電池1の充放電曲線の多段の傾向が強くなる(変曲点が増大する)ため、充放電時の電圧値や電流値から充電深度や劣化状態の推定が行いにくくなり実用性が低下する。第2の正極活物質の重量比が0.1(10%)を下回ると、第2の正極活物質による第1の正極活物質の被覆が不十分となる場合がある。第2の正極活物質による第1の正極活物質の被覆が不十分であると、第1の正極活物質表面において電解液分解が生じ、短絡時に熱暴走が起きやすくなる。 Further, the weight ratio R2 of the second positive electrode active material is preferably 0.1 or more and 0.3 or less. When the weight ratio of the second positive electrode active material exceeds 0.3 (30%), the charge/discharge curve of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 tends to have multiple stages (the inflection point increases). It becomes difficult to estimate the depth of charge and the state of deterioration from the voltage value and the current value at the time of discharge, and the practicality decreases. If the weight ratio of the second positive electrode active material is less than 0.1 (10%), the coating of the first positive electrode active material with the second positive electrode active material may be insufficient. If the coating of the first positive electrode active material with the second positive electrode active material is insufficient, decomposition of the electrolyte occurs on the surface of the first positive electrode active material, and thermal runaway is likely to occur during a short circuit.

また、第2の正極活物質のタップ密度が0.7g/cc以上1.00g/cc以下であることが好ましく、0.8g/cc以上であることがさらに好ましい。タップ密度が1.00g/cc以下となっている場合は第2の正極活物質の一次粒子が高密度な造粒体または二次粒子を形成しておらず嵩高い形状であるため、第1の正極活物質の周囲をより隙間なく取り囲むことができ、短絡時の熱暴走による発熱を抑制することができる。そのため、短絡時に非水電解質二次電池の温度が上がりにくくなるだけでなく、温度上昇による第1の正極活物質表面での電解液分解による膨れ、開裂や破裂なども起こりにくくなる。一方、タップ密度が1.00g/ccより大であると第2の正極活物質が高密度に造粒した状態となっているため第1の正極活物質の周囲を隙間なく取り囲みにくくなり、短絡時の非水電解質二次電池の温度上昇を防げず、膨れ、開裂や破裂も起こりやすくなる。また、タップ密度が0.70g/cc未満になると、正極合剤層42のスラリー作製時の第2の正極活物質の分散性が低下して凝集状態になりやすく、正極作製時のスジ引き発生を誘発するため、均一な品質の正極を作製することが難しくなる。また、タップ密度が0.80g/cc以上であればスラリー作製時の第2の正極活物質の分散性がより良好となる。 Further, the tap density of the second positive electrode active material is preferably 0.7 g/cc or more and 1.00 g/cc or less, more preferably 0.8 g/cc or more. When the tap density is 1.00 g / cc or less, the primary particles of the second positive electrode active material do not form high-density granules or secondary particles and have a bulky shape. The positive electrode active material can be surrounded more closely, and heat generation due to thermal runaway at the time of short circuit can be suppressed. Therefore, not only is the temperature of the non-aqueous electrolyte secondary battery less likely to rise during a short circuit, but swelling, cracking, and rupture due to decomposition of the electrolyte on the surface of the first positive electrode active material due to a temperature increase are also less likely to occur. On the other hand, when the tap density is more than 1.00 g/cc, the second positive electrode active material is in a state of being granulated at high density, so that it becomes difficult to surround the first positive electrode active material without gaps, resulting in a short circuit. It is not possible to prevent the temperature rise of the non-aqueous electrolyte secondary battery, and swelling, cracking and bursting are likely to occur. Further, when the tap density is less than 0.70 g/cc, the dispersibility of the second positive electrode active material is lowered when preparing the slurry of the positive electrode mixture layer 42, and the second positive electrode active material tends to be aggregated, causing streaks when preparing the positive electrode. , making it difficult to produce a positive electrode of uniform quality. Moreover, when the tap density is 0.80 g/cc or more, the dispersibility of the second positive electrode active material during preparation of the slurry becomes better.

正極合剤層42において、第1の正極活物質のメディアン径は、第2の正極活物質のD90よりも大きい。レーザ回折・散乱法などによって測定される、第1の正極活物質のメディアン径が第2の正極活物質のD90よりも小さい場合、第1の正極活物質よりも粒子径の大きい第2の正極活物質の割合が多くなってしまい、第1の正極活物質の周囲を第2の正極活物質が隙間なく取り囲むことが出来なくなってしまう。その結果、第1の正極活物質が電解液と接触する面積が大きくなるため、短絡時の熱暴走が起きやすくなりセルの発熱量が増大する。なお、本明細書中において、メディアン径をD50と記載することもある。 In the positive electrode mixture layer 42, the median diameter of the first positive electrode active material is larger than D90 of the second positive electrode active material. When the median diameter of the first positive electrode active material measured by a laser diffraction/scattering method or the like is smaller than D90 of the second positive electrode active material, the second positive electrode having a particle diameter larger than that of the first positive electrode active material The ratio of the active material is increased, and the second positive electrode active material cannot surround the first positive electrode active material without gaps. As a result, the contact area between the first positive electrode active material and the electrolytic solution is increased, so thermal runaway is likely to occur at the time of a short circuit, increasing the amount of heat generated in the cell. In addition, in this specification, the median diameter may be described as D50.

なお、上述したメディアン径やD90、タップ密度は非水電解質二次電池を作製した後の正極合剤層42内における値を指しているが、正極を作製する前の第1の正極活物質および第2の正極活物質のメディアン径やD90、タップ密度と概ね同等の値となるため、作製前の第1の正極活物質および第2の正極活物質のメディアン径やD90、タップ密度の値が本発明における要件を満たしていれば作製された正極も本発明の要件を満たすと考えることができる。 The above-described median diameter, D90, and tap density refer to the values in the positive electrode mixture layer 42 after manufacturing the non-aqueous electrolyte secondary battery. Since the values are approximately the same as the median diameter, D90, and tap density of the second positive electrode active material, the values of the median diameter, D90, and tap density of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material before production are If the requirements of the present invention are satisfied, the manufactured positive electrode can also be considered to satisfy the requirements of the present invention.

また、作製した後の正極合剤層における第1の正極活物質および第2の正極活物質のメディアン径やD90、タップ密度の値が本発明の要件を満たしているかどうかは、例えば下記の方法によって確かめることができる。アルゴンを充填したグローブボックスで非水電解質二次電池を分解し、正極4を取り出す。この正極4を適切な溶媒(例えばジメチルカーボネートなど)で洗浄した後に真空乾燥を行って溶媒を除去する。次いで正極をN-メチル-2-ピロリドンなどの溶媒に浸漬させて超音波をかけることで、正極合剤層42を正極集電体41から分離できる。分離した正極合剤層42が分散された溶媒を遠心分離にかけることによって、正極合剤層42内の各物質を分離することができる。分離された第1の正極活物質および第2の正極活物質について、例えばレーザ回折・散乱法でメディアン径やD90を測定することができ、例えば容器に入れ、容器をタップして粒子間の隙間を詰めた体積で重量を割った値を測定することでタップ密度を測定することができる。なお、上記で用いる非水電解質二次電池は任意の工程で初期活性化や充放電サイクルが行われていてもよく、正極4を取り出す際には事前に非水電解質二次電池の充電率が0%の状態にすることが好ましい。 Further, whether or not the median diameter, D90, and tap density values of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material in the positive electrode mixture layer after fabrication satisfy the requirements of the present invention can be determined, for example, by the following method. can be verified by The non-aqueous electrolyte secondary battery is disassembled in a glove box filled with argon, and the positive electrode 4 is taken out. After washing the positive electrode 4 with an appropriate solvent (for example, dimethyl carbonate), vacuum drying is performed to remove the solvent. Next, by immersing the positive electrode in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone and applying ultrasonic waves, the positive electrode mixture layer 42 can be separated from the positive electrode current collector 41 . By centrifuging the solvent in which the separated positive electrode mixture layer 42 is dispersed, each substance in the positive electrode mixture layer 42 can be separated. For the separated first positive electrode active material and second positive electrode active material, the median diameter and D90 can be measured, for example, by a laser diffraction/scattering method. The tapped density can be measured by measuring the weight divided by the packed volume. Note that the non-aqueous electrolyte secondary battery used above may be subjected to initial activation and charge/discharge cycles in any process, and when the positive electrode 4 is taken out, the charging rate of the non-aqueous electrolyte secondary battery is adjusted in advance. A state of 0% is preferred.

導電材は、正極における電子の伝導を補助する。導電材は、特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。導電材の例は、アセチレンブラック、ケッチェンブラックのようなカーボンブラックカーボンブラックなどの導電性カーボン粉や、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、活性炭、黒鉛などが挙げられる。導電材は、一種類の材料からなるものであってもよいし、複数種類の材料(例えば、第1の導電材および第2の導電材)からなるものであってもよい。 The conductive material assists electron conduction in the positive electrode. The conductive material is not particularly limited, and known materials can be used. Examples of the conductive material include conductive carbon powder such as carbon black carbon black such as acetylene black and ketjen black, carbon nanotube, carbon nanofiber, graphene, activated carbon, and graphite. The conductive material may consist of one type of material, or may consist of multiple types of materials (for example, a first conductive material and a second conductive material).

結着材は、正極集電体や正極活物質や導電材を結びつける。結着剤は、特に限定されるものではなく、公知または市販のものを使用することができる。結着剤として、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PolyVinylideneDiFluoride:PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PolyTetraFluoroEthylene:PTFE)、ポリビニルピロリドン(PolyVinylPyrrolidone:PVP)、ポリ塩化ビニル(PolyVinylChloride:PVC)、ポリエチレン(PolyEthylene:PE)、ポリプロピレン(PolyPropylene:PP)、エチレン-プロピレン共重合体、スチレンブタジエンゴム(Styrene-Butadiene Rubber:SBR)、ブタジエンゴム、ポリビニルアルコール(PolyvinylAlcohol:PVA)、カルボキシメチルセルロース(CarboxyMethylCellulose:CMC)、ブチルゴム、ポリ(メタ)アクリレート(PolyMethylMethAcrylate:PMMA)、ポリエチレンオキサイド(PolyeEthyleneOxide:PEO)、ポリプロピレンオキサイド(PolypropyleneOxide:PO)、ポリエピクロロヒドリン(Epichlorohydrin)、ポリフォスファゼン(Polyphosphazene)、ポリアクリロニトリル(Polyacrylonitrile)、ヘキサフルオロプロピレン(hexanuopropylene:HFP)およびこれらの共重合体などのうちの1つ、または2つ以上の混合物等が挙げられる。 The binding material binds the positive electrode current collector, positive electrode active material, and conductive material. The binder is not particularly limited, and any known or commercially available binder can be used. Examples of binding agents include polyvinylidene difluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PolyEthylene: PE), Polypropylene (PP), ethylene-propylene copolymer, styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber, polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), butyl rubber, poly (meth ) Acrylate (PolyMethylMethAcrylate: PMMA), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PolypropyleneOxide: PO), polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, hexafluoropropylene ( hexanuopropylene:HFP) and copolymers thereof, or a mixture of two or more thereof.

負極5は、負極集電体51と、当該負極集電体51の一面または両面に形成された負極活物質を含む負極合剤層52または金属リチウム(図示せず)とから構成される。 The negative electrode 5 includes a negative electrode current collector 51 and a negative electrode mixture layer 52 containing a negative electrode active material or metallic lithium (not shown) formed on one or both surfaces of the negative electrode current collector 51 .

負極集電体51としては特に限定されないが、金属を用いることが好ましい。そのような金属は、例えばアルミニウム箔や銅が好適であり、用途によっては多孔質アルミニウム集電体等も用いられる。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点から銅が好ましい。 Although the negative electrode current collector 51 is not particularly limited, it is preferable to use a metal. Suitable such metals are, for example, aluminum foil and copper, and depending on the application, porous aluminum current collectors and the like are also used. Among them, copper is preferable from the viewpoint of electronic conductivity and battery operating potential.

負極合剤層52は、例えばリチウム、リチウム合金、チタンニオブ合金、または黒鉛、非晶質炭素、遷移金属複合酸化物(例えばLiTi12、またはTiNb等)、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、または、シリコンから選ばれる少なくとも1種以上を活物質として含む。これらの中でも、黒鉛は金属リチウムに極めて近い作動電位を有し、高い作動電圧で充放電を行うことが可能であり、更にサイクル特性に優れるため、好ましい。また、黒鉛と他の負極活物質を組み合わせて用いてもよい。また、負極合剤層52は、導電材、結着材を含む。この導電材および結着材は、正極4において用いられる材料と同等の材料を用いることができる。 The negative electrode mixture layer 52 is made of, for example, lithium, a lithium alloy, a titanium-niobium alloy, graphite, amorphous carbon, a transition metal composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 , or TiNb 2 O 7 ), or absorbs and absorbs lithium. At least one selected from a releasable alloy or silicon is included as an active material. Among these, graphite is preferable because it has an operating potential very close to that of metallic lithium, can be charged and discharged at a high operating voltage, and has excellent cycle characteristics. Alternatively, graphite may be used in combination with another negative electrode active material. Further, the negative electrode mixture layer 52 contains a conductive material and a binder. Materials equivalent to those used in the positive electrode 4 can be used for the conductive material and the binder.

セパレータ6は、正極と負極との間に設けられ、非水電解液の成分が通過可能な多孔質性を有する。セパレータ6は、例えばポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を用いて構成される。セパレータ6は、ポリエチレンやポリプロピレン、アラミド、ポリイミドなどからなる素材でできていてもよく、これらを含む異なる素材の複数の層を有してもよいが、発熱時のシャットダウン機能を付与するという観点からポリエチレンを含む層を有していることが好ましい。セパレータ6の孔径は0.01~10μmであることが好ましく、厚さは5~30μmであることが好ましい。また、セパレータ6は、耐熱絶縁層としてのセラミック層が多孔質基体に積層されたものであってもよい。非水電解質に固体電解質が用いられる場合、セパレータ6は存在しないこともある。 The separator 6 is provided between the positive electrode and the negative electrode, and has porosity through which components of the non-aqueous electrolyte can pass. The separator 6 is configured using, for example, a porous sheet separator made of polymer or fiber, a non-woven fabric separator, or the like. The separator 6 may be made of a material such as polyethylene, polypropylene, aramid, polyimide, etc., and may have a plurality of layers of different materials including these, from the viewpoint of providing a shutdown function during heat generation. It preferably has a layer containing polyethylene. The separator 6 preferably has a pore diameter of 0.01 to 10 μm and a thickness of 5 to 30 μm. Moreover, the separator 6 may be one in which a ceramic layer as a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate. If a solid electrolyte is used as the non-aqueous electrolyte, separator 6 may not be present.

正極リード7は、正極合剤層42の例えば図1の下側にそれぞれ延出する。各正極リード7は、一例として、正極集電体41の正極合剤層42が未塗布の部分である。各正極リード7は、外装体2内において正極合剤層42側とは反対側の端部で束ねられ、互いに接合されている。 The positive electrode leads 7 extend to the lower side of the positive electrode mixture layer 42 in FIG. 1, for example. Each positive electrode lead 7 is, for example, a portion of the positive electrode current collector 41 to which the positive electrode mixture layer 42 is not applied. Each positive electrode lead 7 is bundled at the end portion on the side opposite to the positive electrode mixture layer 42 side in the exterior body 2 and joined to each other.

正極タブ8は、一端が正極リード7に接合され、他端が外装体2の封止部を経て外部に延出する。 One end of the positive electrode tab 8 is joined to the positive electrode lead 7 , and the other end extends outside through the sealing portion of the outer package 2 .

負極リード9は、負極合剤層52の例えば図1の上側にそれぞれ延出する。正極リード7と接触しなければ、正極リード7と同じ方向に延出しても良い。各負極リード9は、一例として、負極集電体51の負極合剤層52が未塗布の部分である。各負極リード9は、外装体2内において負極合剤層52側とは反対側の端部で束ねられ、互いに接合されている。 The negative electrode leads 9 extend to the upper side of the negative electrode mixture layer 52 in FIG. 1, for example. It may extend in the same direction as the positive electrode lead 7 as long as it does not contact the positive electrode lead 7 . Each negative electrode lead 9 is, for example, a portion of the negative electrode current collector 51 to which the negative electrode mixture layer 52 is not applied. Each negative electrode lead 9 is bundled at the end portion on the side opposite to the negative electrode mixture layer 52 side in the exterior body 2 and joined to each other.

負極タブ10は、一端が負極リード9に接合され、他端が外装体2の封止部を経て外部に延出する。 One end of the negative electrode tab 10 is joined to the negative electrode lead 9 , and the other end extends outside through the sealing portion of the outer package 2 .

非水電解質には、非水電解液や固体電解質を用いることができる。特に非水電解液について記載する。非水電解液は、外装体2内に封入されている。外装体2の非水電解液注入箇所は、非水電解液の注入後に封止される。非水電解液は、電解質および非水溶媒を含む。 A non-aqueous electrolyte or a solid electrolyte can be used as the non-aqueous electrolyte. In particular, the non-aqueous electrolyte will be described. A non-aqueous electrolyte is enclosed in the exterior body 2 . The non-aqueous electrolyte injection site of the outer package 2 is sealed after the non-aqueous electrolyte is injected. A non-aqueous electrolyte contains an electrolyte and a non-aqueous solvent.

電解質は、特に限定されるものではなく、非水電解質二次電池で一般に用いられるリチウム塩を用いることができる。例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiCFSO、LiN(C2m+1SO)(C2n+1SO)(m、nは1以上の整数)、LiC(C2p+1SO)(C2q+1SO)(C2r+1SO)(p、q、rは1以上の整数)、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサラートボラート等を用いることができる。これらの電解質は、一種類で使用してもよく、二種類以上組み合わせて使用してもよい。また、この電解質は、リチウムイオン伝導性や電解液の粘性、導電率の温度特性などの観点から、0.1~3モル/L、好ましくは0.5~1.5モル/Lの濃度にすることが望ましい。 The electrolyte is not particularly limited, and lithium salts commonly used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. For example, LiPF6 , LiAsF6 , LiBF4 , LiCF3SO3, LiN( CmF2m + 1SO2 ) ( CnF2n + 1SO2 ) (m and n are integers of 1 or more) , LiC( CpF2p +1 SO 2 ) (C q F 2q+1 SO 2 ) (C r F 2r+1 SO 2 ) (p, q, r are integers of 1 or more), lithium difluoro(oxalato)borate, lithium bisoxalate borate, etc. can be done. These electrolytes may be used singly or in combination of two or more. In addition, the concentration of the electrolyte is 0.1 to 3 mol/L, preferably 0.5 to 1.5 mol/L, from the viewpoint of lithium ion conductivity, electrolyte viscosity, and temperature characteristics of conductivity. It is desirable to

非水溶媒は、主成分として環状カーボネートおよび/または鎖状カーボネートを含有する。環状カーボネートは、エチレンカーボネート(EthyleneCarbonate:EC)、プロピレンカーボネート(PropyleneCarbonate:PC)、およびブチレンカーボネート(ButyleneCarbonate:BC)から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。鎖状カーボネートは、ジメチルカーボネート(DiMethylCarbonate:DMC)、ジエチルカーボネート(DiEthylCarbonate:DEC)、およびエチルメチルカーボネート(EthylMethylCarbonate:EMC)等から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。環状カーボネートは、電解質成分の解離度に関係し、鎖状カーボネートは、電解液粘度に関係している。 The non-aqueous solvent contains cyclic carbonate and/or chain carbonate as a main component. The cyclic carbonate is preferably at least one selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC). The chain carbonate is preferably at least one selected from DiMethylCarbonate (DMC), DiEthylCarbonate (DEC), EthylMethylCarbonate (EMC), and the like. The cyclic carbonate is related to the degree of dissociation of the electrolyte components, and the chain carbonate is related to the viscosity of the electrolyte solution.

また、充放電時の還元分解による負極活物質表面上への良質な被膜形成などを目的として、上記リチウム塩以外の添加物を含んでもよい。添加剤としては特に限定されないが、例えば、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、1,3,2-ジオキサチオラン2,2-ジオキシド(MMDS)、1,5,2,4-ジオキサジチアン2,2,4,4-テトラオキシド、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)、1-プロペン1,3-スルトン、LiPO、などが挙げられる。これらの添加剤は単独または二つ以上混合して使用してもよい。また、これ以外の添加剤と混合して用いてもよい。さらに、これ以外の添加剤を単独で用いてもよい。 Moreover, additives other than the lithium salt may be included for the purpose of forming a good film on the surface of the negative electrode active material by reductive decomposition during charging and discharging. Although the additive is not particularly limited, for example, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (MMDS), 1,5,2,4-dioxadithiane 2,2,4,4 -tetroxide, tris(trimethylsilyl)phosphite, 1-propene 1,3-sultone, Li 2 PO 2 F 2 , and the like. These additives may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may mix and use with additives other than this. Furthermore, additives other than these may be used alone.

本実施の形態1では、非水電解質二次電池1の正極4において、正極合剤層42が、第1の正極活物質のタップ密度W1、第2の正極活物質のタップ密度W2、第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの第1の正極活物質の重量の割合R1、第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの第2の正極活物質の重量の割合R2、ならびに、正極合剤層42の密度Dとしたとき、(W1×R1+W2×R2)/Dが、0.760以上0.960以下を満たすようにした。ここで、上述したように、互いに反応電位が近いLiNi5/10Co2/10Mn3/10およびLiMn0.7Fe0.3POを混合する場合、反応面積を減らすことによって電解液との反応性を高くすることができる。そこで、本実施の形態1では、各活物質のタップ密度の重量平均から求められる活物質全体の密度に対して、電極4の密度を大きくする。つまり、電極4内の実質的な空隙を減らすことによって、電解液との接触面積が減少し、正極4の熱分解による急激な発熱が抑制される。本実施の形態1によれば、短絡時における発熱を抑制する正極4および非水電解質二次電池1を得ることができる。 In Embodiment 1, in the positive electrode 4 of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, the positive electrode mixture layer 42 has the tap density W1 of the first positive electrode active material, the tap density W2 of the second positive electrode active material, and the tap density W2 of the second positive electrode active material. and the ratio R1 of the weight of the first positive electrode active material when the total weight of the second positive electrode active material is 1, and the second positive electrode when the total weight of the first and second positive electrode active materials is 1 When the weight ratio of the active material is R2 and the density of the positive electrode mixture layer 42 is D, (W1×R1+W2×R2)/D is set to satisfy 0.760 or more and 0.960 or less. Here, as described above, when LiNi 5/10 Co 2/10 Mn 3/10 O 2 and LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 having reaction potentials close to each other are mixed, the reaction area is reduced to reduce the electrolysis. Reactivity with liquid can be increased. Therefore, in Embodiment 1, the density of the electrode 4 is increased with respect to the density of the entire active material obtained from the weight average of the tap densities of the active materials. In other words, by reducing the substantial voids in the electrode 4, the contact area with the electrolytic solution is reduced, and rapid heat generation due to thermal decomposition of the positive electrode 4 is suppressed. According to Embodiment 1, it is possible to obtain positive electrode 4 and non-aqueous electrolyte secondary battery 1 that suppress heat generation during a short circuit.

(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2に係る非水電解質二次電池用正極を備える非水電解質二次電池の構成を説明するための分解斜視図である。非水電解質二次電池1Aは、ケース110と、板ばね111と、正極集電体112と、正極合剤層113と、セパレータ114と、負極115と、ガスケット116と、キャップ117とを備える。正極集電体112および正極合剤層113によって正極118が構成される。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining the configuration of a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 2 of the present invention. Nonaqueous electrolyte secondary battery 1A includes case 110, leaf spring 111, positive electrode current collector 112, positive electrode mixture layer 113, separator 114, negative electrode 115, gasket 116, and cap 117. A positive electrode 118 is composed of the positive electrode current collector 112 and the positive electrode mixture layer 113 .

非水電解質二次電池1Aは、カシメ等によってケース110とキャップ117とが固着され、内部には非水電解液が充填される。非水電解質二次電池1Aでは、ケース110、ガスケット116およびキャップ117によって液密に封止される。また、正極集電体112、正極合剤層113、セパレータ114および負極115は、板ばね111によってキャップ117側に付勢される。これにより、各部材が互いに密着した状態が維持される。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1A, the case 110 and the cap 117 are fixed by caulking or the like, and the interior is filled with a non-aqueous electrolyte. In non-aqueous electrolyte secondary battery 1A, case 110, gasket 116 and cap 117 are liquid-tightly sealed. Also, the positive electrode current collector 112 , the positive electrode mixture layer 113 , the separator 114 and the negative electrode 115 are biased toward the cap 117 by the plate spring 111 . As a result, the members are kept in close contact with each other.

正極集電体112は、正極集電体41と同様の材料を用いて構成される。
正極合剤層113は、正極合剤層42と同様の構成を有する。
The positive electrode current collector 112 is configured using the same material as the positive electrode current collector 41 .
The positive electrode mixture layer 113 has the same configuration as the positive electrode mixture layer 42 .

セパレータ114は、正極と負極115との間に設けられ、多孔質性の円板状をなす。セパレータ114は、セパレータ6と同様の構成を有する。 The separator 114 is provided between the positive electrode and the negative electrode 115 and has a porous disk shape. Separator 114 has the same configuration as separator 6 .

非水電解質は、実施の形態1の非水電解質を用いることができる。 The non-aqueous electrolyte of Embodiment 1 can be used as the non-aqueous electrolyte.

負極115は、負極5と同様の構成を有する。 A negative electrode 115 has a structure similar to that of the negative electrode 5 .

本実施の形態2では、非水電解質二次電池1Aの正極118において、正極合剤層113が、第1の正極活物質のタップ密度W1、第2の正極活物質のタップ密度W2、第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの第1の正極活物質の重量の割合R1、第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの第2の正極活物質の重量の割合R2、ならびに、正極合剤層42の密度Dとしたとき、(W1×R1+W2×R2)/Dが、0.760以上0.960以下を満たすようにした。本実施の形態2によれば、短絡時における発熱を抑制する正極118および非水電解質二次電池1Aを得ることができる。 In Embodiment 2, in the positive electrode 118 of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1A, the positive electrode mixture layer 113 has the first positive electrode active material tap density W1, the second positive electrode active material tap density W2, and the first positive electrode active material tap density W2. and the ratio R1 of the weight of the first positive electrode active material when the total weight of the second positive electrode active material is 1, and the second positive electrode when the total weight of the first and second positive electrode active materials is 1 When the weight ratio of the active material is R2 and the density of the positive electrode mixture layer 42 is D, (W1×R1+W2×R2)/D is set to satisfy 0.760 or more and 0.960 or less. According to Embodiment 2, it is possible to obtain positive electrode 118 and non-aqueous electrolyte secondary battery 1A that suppress heat generation during a short circuit.

以下に、実施例を例示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples.

<正極の作製方法>
第1の正極活物質としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3(NCM)を75.2重量%、第2の正極活物質としてLiMn0.7Fe0.3PO(LMFP)を18.8重量%、第1の導電材として黒鉛を2重量%、第2の導電材としてアセチレンブラックを3重量%、結着材としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を1重量%、および粘度調整溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量混合して、正極活物質スラリーを調製した。
<Method for producing positive electrode>
75.2% by weight of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM) as the first positive electrode active material, and LiMn 0.7 Fe 0.3 PO 4 (LMFP) as the second positive electrode active material. ) of 18.8% by weight, 2% by weight of graphite as a first conductive material, 3% by weight of acetylene black as a second conductive material, 1% by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and viscosity An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was mixed as an adjustment solvent to prepare a positive electrode active material slurry.

得られた正極活物質スラリーを、正極集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥して正極合剤層を形成した。このときの正極合剤層の片面あたりの塗布量は99g/mとした。続いて正極にプレス加工を施した。その後、正極合剤層が塗工されている部分の長方形の一辺から塗工されていない部分が正極リードとして矩形状に突出した形状になるように切断した。突出部は、正極合剤層が形成されず、正極リードとして機能する。 The obtained positive electrode active material slurry was applied to both surfaces of a 20 μm thick aluminum foil as a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer. At this time, the coating amount per one side of the positive electrode mixture layer was 99 g/m 2 . Subsequently, the positive electrode was press-worked. After that, it was cut so that the non-coated portion protruded in a rectangular shape as a positive electrode lead from one side of the rectangle where the positive electrode mixture layer was coated. The projecting portion functions as a positive electrode lead without forming a positive electrode material mixture layer.

<負極の作製方法>
負極活物質として黒鉛を96.7重量%、導電材としてアセチレンブラックを0.3重量%、結着材としてスチレンブタジエンゴムを1.5重量%、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを1.5重量%、及び粘度調整溶媒としてイオン交換水を適量混合して、負極活物質スラリーを調製した。
<Method for preparing negative electrode>
96.7% by weight of graphite as a negative electrode active material, 0.3% by weight of acetylene black as a conductive material, 1.5% by weight of styrene-butadiene rubber as a binder, and 1.5% by weight of carboxymethyl cellulose as a thickener. , and an appropriate amount of ion-exchanged water as a viscosity adjusting solvent were mixed to prepare a negative electrode active material slurry.

調製した負極活物質スラリーを、負極集電体である厚さ10μmの銅箔の両面に塗布、乾燥して負極合剤層を形成し、負極を作製した。このときの負極合剤層の片面あたりの塗工量は58g/mとした。続いて、負極にプレス加工を施して負極合剤層の密度を1.2g/cmとした。その後に、負極合剤層が形成されている部分の長方形の一辺から塗工されていない部分が矩形状に突出するように切断した。突出部は、負極合剤層が形成されず、負極リードとして機能する。 The prepared negative electrode active material slurry was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 10 μm, which was a negative electrode current collector, and dried to form a negative electrode mixture layer, thereby producing a negative electrode. At this time, the coating amount per side of the negative electrode mixture layer was 58 g/m 2 . Subsequently, the negative electrode was press-worked to set the density of the negative electrode mixture layer to 1.2 g/cm 3 . After that, it was cut so that the uncoated portion protruded in a rectangular shape from one side of the rectangle where the negative electrode mixture layer was formed. The protruding portion does not form the negative electrode mixture layer and functions as a negative electrode lead.

<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートを体積比2:5:3の割合で混合した混合溶媒に、リチウム塩としてLiPFを1.3mol/L、添加剤としてビニレンカーボネートを3重量%の割合で溶解させたものを非水電解液として用いた。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
1.3 mol/L of LiPF 6 as a lithium salt and 3% by weight of vinylene carbonate as an additive were added to a mixed solvent in which ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate and dimethyl carbonate were mixed in a volume ratio of 2:5:3. The dissolved material was used as a non-aqueous electrolyte.

<電極素子の作製>
次に、正極集電リードを有する正極と、負極集電リードを有する負極とを、つづら折り状に繋がったセパレータに交互に積層することにより電極素子を作製した。セパレータは、ポリエチレンからなる基材層の両面にポリプロピレンからなる表面層が配置されているもの(PE/PP/PE)を用いた。セパレータの厚さは20μmである。続いて、正極リード及び負極リードをそれぞれ集束して、集束した正極リードに正極端子を超音波溶接により接続し、集束した負極リードに負極端子を超音波溶接により接続した。作製した電極素子は、厚さが3.0mm、定格容量が4.8Ahであった。なお、ここでいう「定格容量」は、上限電圧4.2V、電流値0.5Cの定電流―定電圧充電(カットオフ電流:0.05C)を行った後に下限電圧2.7V、電流値0.2Cで定電流放電を行ったときの放電容量を指す。
<Production of electrode element>
Next, an electrode element was produced by alternately laminating a positive electrode having a positive electrode current collecting lead and a negative electrode having a negative electrode current collecting lead on a separator connected in a zigzag pattern. A separator (PE/PP/PE) in which surface layers made of polypropylene are arranged on both sides of a base layer made of polyethylene was used. The thickness of the separator is 20 μm. Subsequently, the positive electrode lead and the negative electrode lead were respectively bundled, the positive electrode terminal was connected to the bundled positive electrode lead by ultrasonic welding, and the negative electrode terminal was connected to the bundled negative electrode lead by ultrasonic welding. The produced electrode element had a thickness of 3.0 mm and a rated capacity of 4.8 Ah. In addition, the "rated capacity" referred to here is a constant current-constant voltage charge (cutoff current: 0.05C) with an upper limit voltage of 4.2V and a current value of 0.5C. It refers to the discharge capacity when constant current discharge is performed at 0.2C.

<非水電解質二次電池の作製>
外装体として、ポリオレフィンからなる熱融着樹脂層と、アルミニウム箔からなる金属層と、ナイロン樹脂及びポリエステル樹脂からなる保護層とがこの順番で積層した構造を有するラミネートフィルムを2枚用意した。2枚のラミネートフィルムの熱融着樹脂層を互いに対向して配置して、2つの収容凹部内に電極群が収納されるように、ラミネートフィルムの接着面が合わさるように重ね合わせた。2枚のラミネートフィルムの周縁間には、各端子の熱融着樹脂部が形成される部分が通過し、各端子の一部が外部に露出するように電極群を配置した。この状態で、それらラミネートフィルムの各タブが延出する2辺を含む3辺において、ラミネートフィルムの周縁同士の熱融着樹脂層を熱融着した。続いて、外装体の熱融着していない1辺から、上記にて調製した電解液を注入した。次に、減圧環境下で、外装体の残りの1辺を熱融着して、非水電解質二次電池(セル)を作製した。
<Production of non-aqueous electrolyte secondary battery>
Two laminate films having a structure in which a heat-sealable resin layer made of polyolefin, a metal layer made of aluminum foil, and a protective layer made of nylon resin and polyester resin were laminated in this order were prepared as an outer package. The heat-sealable resin layers of the two laminate films were arranged to face each other, and the adhesive surfaces of the laminate films were overlapped so that the electrode group was housed in the two housing recesses. The electrode group was arranged such that the portion of each terminal where the heat-sealable resin portion was formed passed between the peripheral edges of the two laminate films, and a part of each terminal was exposed to the outside. In this state, the heat-sealing resin layers of the peripheral edges of the laminate films were heat-sealed on three sides including the two sides from which the respective tabs of the laminate films extended. Subsequently, the electrolytic solution prepared above was injected from one side of the exterior body that was not heat-sealed. Next, the remaining one side of the exterior body was heat-sealed under a reduced pressure environment to fabricate a non-aqueous electrolyte secondary battery (cell).

<タップ密度>
JIS規格Z2504:2020の記載の通り、粉体状のNCMとLMFPをそれぞれ容器に入れた。その後、容器をそれぞれ100回タップして粒子間の隙間を詰めた体積で重量を割った値を測定し、これをそれぞれのタップ密度とした。測定には、振とう比重測定器を用いた。
<Tap density>
As described in JIS Z2504:2020, powdered NCM and LMFP were each placed in a container. After that, each container was tapped 100 times, and the value obtained by dividing the weight by the volume in which the gaps between the particles were filled was measured, and this was used as the tap density of each. A shaking specific gravity meter was used for the measurement.

<粒子径の測定>
NCMのメディアン径は、JIS規格Z8825:2013に記載のレーザ回折・散乱法によって測定された相対粒子量が50%を示す粒子径(D50)の値を用いた。また、同様にして、LMFPのD90は、相対粒子量が90%を示す粒子径(D90)の値を用いた。測定には、レーザ回折式粒子径分布測定装置SALD-2300(株式会社島津製作所製)を使用した。
<Measurement of particle size>
As the median diameter of NCM, the value of the particle diameter (D50) at which the relative particle amount is 50% measured by the laser diffraction/scattering method described in JIS Z8825:2013 was used. Similarly, as the D90 of LMFP, the value of the particle diameter (D90) showing a relative particle amount of 90% was used. For the measurement, a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD-2300 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used.

<電池の初期活性化>
作製したセルを、25℃に設定した恒温槽に移し、5サイクルの初期活性化工程を実施した。1サイクル目の充放電は、充電が電流0.1C、上限電圧4.2V、カットオフ電流0.05Cの定電流定電圧充電、放電が電流0.5C、下限電圧2.7Vの定電流放電とした。また、2~5サイクル目の充放電は、充電が電流0.2C、電圧4.2V、カットオフ電流0.05Cの定電流定電圧充電、放電が電流0.2C、終止電圧2.7Vの定電流放電とした。充電後および放電後に15分間の休止時間を設定した。5サイクル目終了後に0.2Cで1時間充電を行い、SOCを20%に調整した。
<Initial activation of the battery>
The fabricated cell was transferred to a constant temperature bath set at 25° C., and 5 cycles of initial activation steps were performed. The charging and discharging in the first cycle is constant current and constant voltage charging with a current of 0.1 C, an upper limit voltage of 4.2 V and a cutoff current of 0.05 C, and a constant current discharge with a current of 0.5 C and a lower limit voltage of 2.7 V. and In the charging and discharging of the 2nd to 5th cycles, the charging current is 0.2C, the voltage is 4.2V, and the cutoff current is 0.05C. A constant current discharge was used. A rest time of 15 minutes was set after charging and after discharging. After the 5th cycle, the battery was charged at 0.2C for 1 hour to adjust the SOC to 20%.

<初期活性化後密度の測定>
後述する釘刺し試験に用いるセルとは別に、上記と全く同じ条件で初期活性化まで実施したセルを用意した。このセルを電流0.5C、下限電圧2.7Vの定電流放電でSOCを0%に調整した後に、アルゴンを充填したグローブボックス内でセルを分解し、正極を取り出した。この正極の厚さから初期活性化後の密度Dを算出した。
<Measurement of density after initial activation>
Separately from the cell used for the nail penetration test, which will be described later, a cell was prepared up to the initial activation under exactly the same conditions as above. After the cell was adjusted to have an SOC of 0% by constant current discharge at a current of 0.5 C and a lower limit voltage of 2.7 V, the cell was disassembled in a glove box filled with argon, and the positive electrode was taken out. The density D after the initial activation was calculated from the thickness of this positive electrode.

<釘刺し試験>
作製した非水電解質二次電池(セル)は事前に上限電圧4.2V、電流値0.5Cの定電流―定電圧充電(カットオフ電流:0.05C)を行った。このセルに対し、釘刺し速度を0.1mm/秒、釘刺し深さを貫通直前まで(3.0mm)としてセル中央に釘(ステンレス製、直径3mm)を刺し、釘刺し後のセルの表面温度の最大値(以下、「表面温度」と表記する)を測定した。また、釘刺しの1時間後にセルの外観を確認し、釘刺し部分以外における開裂の有無を確認した。本試験は、国際規格IEC TR 62660-4を参考にしながらも、国際規格IEC TR 62660-4より発熱しやすいように釘刺し深さを深くしてより多くの正極、負極が同時に短絡するような条件を設定しており、非常に激しい短絡状態を想定した試験となっている。
<Nail penetration test>
The prepared non-aqueous electrolyte secondary battery (cell) was previously subjected to constant current-constant voltage charging (cutoff current: 0.05 C) with an upper limit voltage of 4.2 V and a current value of 0.5 C. A nail (made of stainless steel, 3 mm in diameter) was inserted into the center of the cell at a nail penetration speed of 0.1 mm/sec and a nail penetration depth of 3.0 mm to just before penetration, and the surface of the cell after nail penetration. The maximum value of temperature (hereinafter referred to as "surface temperature") was measured. In addition, the appearance of the cell was checked 1 hour after the nail penetration, and the presence or absence of cleavage other than the nail penetration part was confirmed. While referring to the international standard IEC TR 62660-4, this test was conducted by increasing the penetration depth of the nail to make it easier to generate heat than in the international standard IEC TR 62660-4 so that more positive and negative electrodes are short-circuited at the same time. The conditions are set, and the test assumes a very severe short circuit condition.

(実施例1)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.900であった。なお、プレス直後の正極合剤層の密度は2.70g/cmであった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は78℃であった。

Figure 2023039363000002
(Example 1)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.900. The density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing was 2.70 g/cm 3 . After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 78°C.
Figure 2023039363000002

(実施例2)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W2が0.800g/cc、LMFPのD90が12.4μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.887であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は122℃であった。
(Example 2)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W2 is 0.800 g/cc and the D90 of the LMFP is 12.4 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.887. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 122°C.

(実施例3)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W2が1.05g/cc、LMFPのD90が9.50μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.907であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は136℃であった。
(Example 3)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W2 is 1.05 g/cc and the D90 of the LMFP is 9.50 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.907. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 136°C.

(実施例4)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W2が0.790g/cc、LMFPのD90が9.70μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.886であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は94℃であった。
(Example 4)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W2 is 0.790 g/cc and the D90 of the LMFP is 9.70 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.886. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 94°C.

(実施例5)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W1が2.80g/cc、密度Dが2.55g/cc、NCMのD50が14.0である以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.954であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は98℃であった。
(Example 5)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W1 is 2.80 g/cc, the density D is 2.55 g/cc, and the NCM D50 is 14.0. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.954. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 98°C.

(実施例6)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。プレス直後の正極合剤層の密度が2.60g/cc、初期活性化後の密度Dが2.48g/ccである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.932であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は104℃であった。
(Example 6)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing is 2.60 g/cc and the density D after initial activation is 2.48 g/cc. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.932. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 104°C.

(実施例7)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。プレス直後の正極合剤層の密度が3.00g/cc、初期活性化後の密度Dが2.86g/ccである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.808であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は74℃であった。
(Example 7)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing is 3.00 g/cc and the density D after initial activation is 2.86 g/cc. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.808. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 74°C.

(実施例8)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。割合R1が0.700、割合R2が0.300、プレス直後の正極合剤層の密度が2.5g/cc、初期活性化後の密度Dが2.40g/ccである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.893であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は72℃であった。
(Example 8)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. Except that the ratio R1 was 0.700, the ratio R2 was 0.300, the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing was 2.5 g/cc, and the density D after initial activation was 2.40 g/cc. Same as 1. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.893. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 72°C.

(実施例9)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。割合R1が0.900、割合R2が0.100、プレス直後の正極合剤層の密度が2.9g/cc、初期活性化後の密度Dが2.76g/ccである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.899であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は129℃であった。
(Example 9)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. Except that the ratio R1 was 0.900, the ratio R2 was 0.100, the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing was 2.9 g/cc, and the density D after initial activation was 2.76 g/cc. Same as 1. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.899. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 129°C.

(実施例10)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W1が2.51g/cc、プレス直後の正極合剤層の密度が3.00g/cc、初期活性化後の密度Dが2.86g/cc、NCMのD50が9.80μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.769であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は88℃であった。
(Example 10)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. Except that the tap density W1 is 2.51 g/cc, the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing is 3.00 g/cc, the density D after initial activation is 2.86 g/cc, and the NCM D50 is 9.80 μm. are the same as in Example 1. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.769. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 88°C.

(実施例11)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。割合R1が0.950、割合R2が0.0500、プレス直後の正極合剤層の密度が2.90g/cc、初期活性化後の密度Dが2.76g/ccである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.930であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は142℃であった。
(Example 11)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. Except that the ratio R1 was 0.950, the ratio R2 was 0.0500, the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing was 2.90 g/cc, and the density D after initial activation was 2.76 g/cc. Same as 1. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.930. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 142°C.

(実施例12)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W2が1.06g/cc、LMFPのD90が14.6μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.907であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は143℃であった。
(Example 12)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W2 is 1.06 g/cc and the D90 of the LMFP is 14.6 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.907. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 143°C.

(実施例13)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W1が2.80g/cc、タップ密度W2が1.06g/cc、NCMのD50が14.0μm、LMFPのD90が14.6μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.954であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は149℃であった。
(Example 13)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W1 is 2.80 g/cc, the tap density W2 is 1.06 g/cc, the NCM D50 is 14.0 μm, and the LMFP D90 is 14.6 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.954. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 149°C.

(実施例14)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W1が2.69g/cc、タップ密度W2が0.690g/cc、LMFPのD90が7.80μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.891であった。釘刺し試験後、セルの開裂はなく、表面温度は88℃であった。しかし、正極には多数のスジ引きがあり、連続生産に不適であり、工業的には望ましくない状態であった。
(Example 14)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W1 is 2.69 g/cc, the tap density W2 is 0.690 g/cc, and the D90 of the LMFP is 7.80 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.891. After the nail penetration test, the cell was not cleaved and the surface temperature was 88°C. However, the positive electrode had many streaks, was unsuitable for continuous production, and was industrially undesirable.

(比較例1)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。プレス直後の正極合剤層の密度が2.50g/cc、初期活性化後の密度Dが2.40g/ccである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.963であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は511℃であった。
(Comparative example 1)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing is 2.50 g/cc and the density D after initial activation is 2.40 g/cc. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.963. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 511°C.

(比較例2)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W1が2.85g/cc、NCMのD50が17.3μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.962であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は485℃であった。
(Comparative example 2)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W1 is 2.85 g/cc and the NCM D50 is 17.3 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.962. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 485°C.

(比較例3)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。割合R1が0.900、割合R2が0.100である以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.965であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は539℃であった。
(Comparative Example 3)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the ratio R1 is 0.900 and the ratio R2 is 0.100. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.965. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 539°C.

(比較例4)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W1が2.85g/cc、割合R1が0.700、割合R2が0.300、プレス直後の正極合剤層の密度が2.50g/cc、初期活性化後の密度Dが2.36g/cc、NCMのD50が17.3μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.967であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は601℃であった。
(Comparative Example 4)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. The tap density W1 is 2.85 g/cc, the ratio R1 is 0.700, the ratio R2 is 0.300, the density of the positive electrode mixture layer immediately after pressing is 2.50 g/cc, and the density D after initial activation is 2.50 g/cc. Same as Example 1 except 36 g/cc, NCM D50 of 17.3 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.967. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 601°C.

(比較例5)
正極合剤層として表1に示す物性値を有する正極を用いて非水電解質二次電池を作製した。タップ密度W1が2.80g/cc、タップ密度W2が1.21g/cc、密度Dが2.57g/cc、NCMのD50が14.0μmである以外は、実施例1と同様である。(W1×R1+W2×R2)/Dの値は0.966であった。釘刺し試験後、セルが開裂し、表面温度は574℃であった。
(Comparative Example 5)
A positive electrode having physical properties shown in Table 1 was used as a positive electrode mixture layer to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery. It is the same as Example 1 except that the tap density W1 is 2.80 g/cc, the tap density W2 is 1.21 g/cc, the density D is 2.57 g/cc, and the NCM D50 is 14.0 μm. The value of (W1*R1+W2*R2)/D was 0.966. After the nail penetration test, the cell was cleaved and the surface temperature was 574°C.

(W1×R1+W2×R2)/Dの値は、0.760未満であると正極合剤層内が密になりすぎるため、電極作製時のプレス工程において、電極に歪みが生じて電池作製時の作製効率が低下する場合があるため、実施しなかった。 If the value of (W1×R1+W2×R2)/D is less than 0.760, the inside of the positive electrode material mixture layer becomes too dense, so that the electrode is distorted during the pressing process during electrode production, resulting in It was not carried out because it may reduce the production efficiency.

表1に示す通り、実施例1~14は、釘刺し後の表面温度は149℃以下であった。一方、比較例1~5は、セルが開裂し、表面温度も485℃以上と高温であった。比較例1~5では、セパレータのメルトダウンが発生し、セル内部で短絡が発生し連鎖的に発熱したと考えられる。これらの結果から、実施例1~14は、短絡時における発熱を抑制しており、熱安定性を有するといえる。その中でも実施例1、4~10は工業的な問題もなく、セルの開裂も見られなかったことから、特に優れた熱安定性を有するといえる。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 14, the surface temperature after nail penetration was 149° C. or less. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 5, the cell was cleaved and the surface temperature was as high as 485° C. or higher. In Comparative Examples 1 to 5, meltdown of the separator occurred, short circuit occurred inside the cell, and heat was generated in a chain reaction. From these results, it can be said that Examples 1 to 14 suppress heat generation at the time of short circuit and have thermal stability. Among them, Examples 1 and 4 to 10 had no industrial problem and no cell cracking was observed, so it can be said that they have particularly excellent thermal stability.

1、1A 非水電解質二次電池
2 外装体
3 電極群
4、118 正極
5、115 負極
6、114 セパレータ
7 正極リード
8 正極タブ
9 負極リード
10 負極タブ
41、112 正極集電体
42、113 正極合剤層
51 負極集電体
52 負極合剤層
110 ケース
111 板ばね
116 ガスケット
117 キャップ
1, 1A Non-aqueous electrolyte secondary battery 2 Package 3 Electrode group 4, 118 Positive electrode 5, 115 Negative electrode 6, 114 Separator 7 Positive electrode lead 8 Positive electrode tab 9 Negative electrode lead 10 Negative electrode tab 41, 112 Positive electrode current collector 42, 113 Positive electrode Mixture layer 51 Negative electrode current collector 52 Negative electrode mixture layer 110 Case 111 Plate spring 116 Gasket 117 Cap

Claims (5)

正極集電体、および、該正極集電体の表面に形成された正極合剤層を含む非水電解質二次電池用正極であって、
前記正極合剤層は、
下式(1)に示す一般式で表される層状化合物である第1の正極活物質と、
LiNiCoM11-x-y(ただし、0<a≦1.2、0<x≦0.9、0<y≦0.5、0<x+y<1)・・・(1)
下式(2)に示す一般式で表され、オリビン構造を有するリン酸化合物の表面に、炭素材料からなる被膜が形成される第2の正極活物質と、
LiMnM2Fe1-z-bPO(ただし、0<z≦0.9、0≦b≦0.1、0<z+b<1)・・・(2)
導電材と、
を含み、
前記第1の正極活物質のタップ密度(g/cc)をW1、前記第2の正極活物質のタップ密度(g/cc)をW2、前記第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの前記第1の正極活物質の重量の割合をR1、前記第1および第2の正極活物質の総重量を1としたときの前記第2の正極活物質の重量の割合をR2、初期活性化処理後の非水電解質二次電池の充電率が0%のときの前記非水電解質二次電池用正極の厚さに基づいて算出された前記正極合剤層の密度(g/cc)をDとしたとき、下式(3)を満たす、
0.760≦(W1×R1+W2×R2)/D≦0.960 ・・・(3)
ことを特徴とする非水電解質二次電池用正極。
ただし、上式(1)において、M1は、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Mn、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、Cu、Ag、Ce、Pr、Ge、Bi、Ba、Er、La、Sm、Yb、Sb、Bi、SおよびZnから選ばれる少なくとも1種であり、
上式(2)において、M2は、Ni、Co、Ti、Cu、Zn、Mg、Zr、Ca、Y、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Gd、Al、GaおよびSrから選ばれる少なくとも1種である。
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on the surface of the positive electrode current collector,
The positive electrode mixture layer is
a first positive electrode active material which is a layered compound represented by the general formula shown in the following formula (1);
Li a Ni x Co y M1 1-xy O 2 (where 0<a≦1.2, 0<x≦0.9, 0<y≦0.5, 0<x+y<1)... (1)
a second positive electrode active material represented by the general formula shown in the following formula (2), in which a coating made of a carbon material is formed on the surface of a phosphoric acid compound having an olivine structure;
LiMn z M2 b Fe 1-z-b PO 4 (where 0<z≦0.9, 0≦b≦0.1, 0<z+b<1) (2)
a conductive material;
including
The tap density (g/cc) of the first positive electrode active material is W1, the tap density (g/cc) of the second positive electrode active material is W2, and the total weight of the first and second positive electrode active materials is R1 is the weight ratio of the first positive electrode active material when 1, and R1 is the weight ratio of the second positive electrode active material when the total weight of the first and second positive electrode active materials is 1. R2, the density of the positive electrode mixture layer calculated based on the thickness of the positive electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery when the charging rate of the non-aqueous electrolyte secondary battery after the initial activation treatment is 0% (g / cc) is D, the following formula (3) is satisfied,
0.760≦(W1×R1+W2×R2)/D≦0.960 (3)
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized by:
However, in the above formula (1), M1 is Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Mn, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, at least one selected from Sn, Cu, Ag, Ce, Pr, Ge, Bi, Ba, Er, La, Sm, Yb, Sb, Bi, S and Zn;
In the above formula (2), M2 is from Ni, Co, Ti, Cu, Zn, Mg, Zr, Ca, Y, Mo, Ba, Pb, Bi, La, Ce, Nd, Gd, Al, Ga and Sr At least one selected.
前記第1の正極活物質のメディアン径が、前記第2の正極活物質のD90よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用正極。
The median diameter of the first positive electrode active material is larger than the D90 of the second positive electrode active material,
The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, characterized in that:
前記第2の正極活物質は、タップ密度W2が、0.7g/cc以上1.00g/cc以下である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用正極。
The second positive electrode active material has a tap density W2 of 0.7 g/cc or more and 1.00 g/cc or less.
The positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記重量の割合R2は、0.1以上0.3以下である、
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一つに記載の非水電解質二次電池用正極。
The weight ratio R2 is 0.1 or more and 0.3 or less.
The positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
請求項1~4のいずれか一つに記載の非水電解質二次電池用正極と、
負極と、
セパレータと、
リチウム塩および非水溶媒を含む非水電解液と、
を備えることを特徴とする非水電解質二次電池。
A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4;
a negative electrode;
a separator;
a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt and a non-aqueous solvent;
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
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