JP2023128175A - Positive electrode active substance for secondary battery, positive electrode for secondary battery and secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、二次電池用正極活物質、二次電池用正極および二次電池に関する。 The present technology relates to a positive electrode active material for a secondary battery, a positive electrode for a secondary battery, and a secondary battery.
携帯電話機などの多様な電子機器が普及しているため、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度を得ることが可能である電源として二次電池の開発が進められている。この二次電池は、正極(二次電池用正極)および負極と共に電解液を備えており、その正極は、正極活物質(二次電池用正極活物質)を含んでいる。 BACKGROUND OF THE INVENTION As various electronic devices such as mobile phones have become widespread, secondary batteries are being developed as power sources that are small and lightweight and can provide high energy density. This secondary battery includes an electrolytic solution together with a positive electrode (positive electrode for secondary battery) and a negative electrode, and the positive electrode contains a positive electrode active material (positive electrode active material for secondary battery).
二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている。具体的には、ポリアニオン系化合物および炭素からなる大粒径の正極活物質粒子と、ポリアニオン系化合物および炭素からなる小粒径の正極活物質粒子のカーボン複合化物とが用いられている(例えば、特許文献1参照。)。Si・遷移金属表面組成比が80%以上である被覆層により被覆されたリチウム-遷移金属複合酸化物粉末が用いられている(例えば、特許文献2参照。)。シランカップリング剤により表面処理された層(表面処理層)を有する正極活物質が用いられている(例えば、特許文献3参照。)。ポリアニオン系化合物および炭素からなる粒子が親油化処理剤により被覆された正極活物質が用いられている(例えば、特許文献4参照。)。リチウムイオンを吸蔵放出可能である正極材料を含む粒子と、その正極材料と結合可能であるシランカップリング剤と、そのシランカップリング剤と結合可能である高分子化合物とから得られる正極活物質が用いられている(例えば、特許文献5参照。)。 Various studies have been made regarding the configuration of secondary batteries. Specifically, large-sized positive electrode active material particles made of a polyanionic compound and carbon, and carbon composites of small-sized positive electrode active material particles made of a polyanionic compound and carbon are used (for example, (See Patent Document 1.) A lithium-transition metal composite oxide powder coated with a coating layer having a Si/transition metal surface composition ratio of 80% or more is used (see, for example, Patent Document 2). A positive electrode active material having a layer surface-treated with a silane coupling agent (surface-treated layer) is used (see, for example, Patent Document 3). A positive electrode active material in which particles made of a polyanionic compound and carbon are coated with a lipophilic treatment agent is used (see, for example, Patent Document 4). A positive electrode active material obtained from particles containing a positive electrode material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, a silane coupling agent capable of bonding with the positive electrode material, and a polymer compound capable of bonding with the silane coupling agent. (For example, see Patent Document 5.)
二次電池の構成に関する様々な検討がなされているが、容量特性および負荷特性のそれぞれは未だ十分でないため、改善の余地がある。 Although various studies have been made regarding the configuration of secondary batteries, the capacity characteristics and load characteristics are still insufficient, so there is room for improvement.
よって、優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることが可能である二次電池用正極活物質、二次電池用正極および二次電池が望まれている。 Therefore, there is a need for a positive electrode active material for a secondary battery, a positive electrode for a secondary battery, and a secondary battery that can provide excellent capacity characteristics and excellent load characteristics.
本技術の一実施形態の二次電池用正極活物質は、電極反応物質を吸蔵放出する中心部と、その中心部の表面に設けられた被覆部とを備えたものである。中心部は、2つ以上の結晶粒が互いに結合された多結晶体を含むと共に、互いに結合された2つの結晶粒の間に粒界を有する。被覆部は、中心部の表面および粒界のそれぞれを被覆すると共に、その中心部に近い側から順に下地層および表面層を含む。下地層は、1分子中に金属原子-炭素原子結合を有しない第1金属アルコキシドの反応物および1分子中に2つ以上の金属原子-炭素原子結合を有する第2金属アルコキシドの反応物を含む。表面層は、1分子中に1つの金属原子-炭素原子結合を有する第3金属アルコキシドを含み、その第3金属アルコキシドは、第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドのうちの少なくとも一方に結合されている。 A positive electrode active material for a secondary battery according to an embodiment of the present technology includes a center portion that occludes and releases an electrode reactant, and a coating portion provided on the surface of the center portion. The central portion includes a polycrystalline body in which two or more crystal grains are bonded to each other, and has a grain boundary between the two crystal grains bonded to each other. The covering portion covers each of the surface and grain boundaries of the center portion, and includes a base layer and a surface layer in order from the side closer to the center portion. The base layer contains a reactant of a first metal alkoxide having no metal atom-carbon bond in one molecule and a reactant of a second metal alkoxide having two or more metal atom-carbon bonds in one molecule. . The surface layer contains a third metal alkoxide having one metal atom-carbon atom bond in one molecule, and the third metal alkoxide reacts with at least one of the reactant of the first metal alkoxide and the second metal alkoxide. combined.
本技術の一実施形態の二次電池用正極は、正極活物質層を備え、その正極活物質層が二次電池用正極活物質を含み、その二次電池用正極活物質が上記した本技術の一実施形態の二次電池用正極活物質の構成と同様の構成を有するものである。 A positive electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present technology includes a positive electrode active material layer, the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material for a secondary battery, and the positive electrode active material for a secondary battery includes the present technology described above. It has a configuration similar to that of the positive electrode active material for a secondary battery according to the embodiment.
本技術の一実施形態の二次電池は、二次電池用正極と負極と電解液とを備え、その二次電池用正極が上記した本技術の一実施形態の二次電池用正極の構成と同様の構成を有するものである。 A secondary battery according to an embodiment of the present technology includes a positive electrode for a secondary battery, a negative electrode, and an electrolyte, and the positive electrode for a secondary battery has the same structure as the positive electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present technology described above. They have similar configurations.
本技術の一実施形態の二次電池用正極活物質、二次電池用正極または二次電池によれば、その二次電池用正極活物質が電極反応物質を吸蔵放出する中心部と共に被覆部(下地層および表面層)を備えており、その被覆部が中心部の表面および粒界のそれぞれを被覆しており、その下地層が第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含んでおり、その表面層が第3金属アルコキシドを含んでおり、その第3金属アルコキシドが第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドのうちの少なくとも一方に結合されているので、優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることができる。 According to a positive electrode active material for a secondary battery, a positive electrode for a secondary battery, or a secondary battery according to an embodiment of the present technology, the positive electrode active material for a secondary battery has a central portion that occludes and releases an electrode reactant, and a covering portion ( The coating portion covers the surface of the center and the grain boundaries, respectively, and the underlayer contains a reactant of the first metal alkoxide and a reactant of the second metal alkoxide. superior capacity because the surface layer includes a third metal alkoxide, and the third metal alkoxide is bonded to at least one of the reactant of the first metal alkoxide and the second metal alkoxide. characteristics and excellent load characteristics can be obtained.
なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。 Note that the effects of the present technology are not necessarily limited to the effects described here, and may be any of a series of effects related to the present technology described later.
以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.二次電池用正極活物質
1-1.構成
1-2.動作
1-3.製造方法
1-4.作用および効果
2.二次電池(二次電池用正極)
2-1.構成
2-2.動作
2-3.製造方法
2-4.作用および効果
3.変形例
4.二次電池の用途
Hereinafter, one embodiment of the present technology will be described in detail with reference to the drawings. The order of explanation is as follows.
1. Positive electrode active material for secondary batteries 1-1. Configuration 1-2. Operation 1-3. Manufacturing method 1-4. Action and effect 2. Secondary battery (positive electrode for secondary battery)
2-1. Configuration 2-2. Operation 2-3. Manufacturing method 2-4. Action and effect 3. Modification example 4. Applications of secondary batteries
<1.二次電池用正極活物質>
まず、本技術の一実施形態の二次電池用正極活物質(以下、単に「正極活物質」と呼称する。)に関して説明する。
<1. Cathode active material for secondary batteries>
First, a positive electrode active material for a secondary battery (hereinafter simply referred to as "positive electrode active material") according to an embodiment of the present technology will be described.
ここで説明する正極活物質は、電極反応物質を吸蔵放出する物質であり、二次電池に搭載される正極の構成材料として用いられる。正極活物質が用いられる二次電池の詳細に関しては、後述する。 The positive electrode active material described here is a material that absorbs and releases an electrode reactant, and is used as a constituent material of a positive electrode mounted in a secondary battery. Details of the secondary battery using the positive electrode active material will be described later.
電極反応物質の種類は、特に限定されないが、具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属の具体例は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属の具体例は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。 The type of electrode reactant is not particularly limited, but specifically light metals such as alkali metals and alkaline earth metals. Specific examples of alkali metals include lithium, sodium, and potassium, and specific examples of alkaline earth metals include beryllium, magnesium, and calcium.
以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。すなわち、以下で説明する正極活物質は、リチウムを吸蔵放出する物質であり、その正極活物質では、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。 In the following, a case where the electrode reactant is lithium will be exemplified. That is, the positive electrode active material described below is a material that intercalates and desorbs lithium, and in the positive electrode active material, lithium is intercalated and desorbed in an ionic state.
<1-1.構成>
図1は、本技術の一実施形態の正極活物質である正極活物質100の断面構成を表していると共に、図2は、図1に示した正極活物質100の詳細な断面構成を表している。図3および図4のそれぞれは、図1に示した正極活物質100の表面近傍の構成を拡大して模式的に表している。
<1-1. Configuration>
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a positive electrode
ただし、図1では、正極活物質100の断面の形状を円形にしていると共に、図2では、正極活物質100の断面の形状を多角形にしている。また、図3では、線図を用いて被覆部120の構成を示していると共に、図4では、その線図と共に化学式を用いて被覆部120の構成を示している。
However, in FIG. 1, the cross-sectional shape of the positive electrode
この正極活物質100は、図1に示したように、複数の粒子状であり、中心部110および被覆部120を含んでいる。すなわち、正極活物質100は、被覆部120により中心部110の表面が被覆されている被覆粒子である。
As shown in FIG. 1, the positive electrode
[中心部]
中心部110は、図1に示したように、正極活物質100のうちのリチウムを吸蔵放出する部分であり、リチウム含有化合物のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。図1では、中心部110の断面形状が円形である場合を示しているが、その中心部110の断面形状は、特に限定されないため、楕円形などの他の形状でもよい。
[Central part]
As shown in FIG. 1, the
このリチウム含有化合物は、リチウムと1種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含む化合物である。ただし、リチウム含有化合物は、さらに、1種類以上の他元素を構成元素として含んでいてもよい。他元素の種類は、リチウムおよび遷移金属元素のそれぞれ以外の元素であれば、特に限定されないが、具体的には、長周期型周期表中の2族~15族に属する元素である。 This lithium-containing compound is a compound containing lithium and one or more transition metal elements as constituent elements. However, the lithium-containing compound may further contain one or more other elements as constituent elements. The type of other element is not particularly limited as long as it is an element other than lithium and transition metal elements, but specifically, it is an element belonging to Groups 2 to 15 in the long period periodic table.
リチウム含有化合物の種類は、特に限定されないが、具体的には、酸化物、リン酸化合物、ケイ酸化合物およびホウ酸化合物などである。酸化物の具体例は、LiNiO2 、LiCoO2 、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2 、LiNi0.5 Co0.2 Mn0.3 O2 およびLiMn2 O4 などである。リン酸化合物の具体例は、LiFePO4 、LiMnPO4 およびLiFe0.5 Mn0.5 PO4 などである。 The type of lithium-containing compound is not particularly limited, but specifically includes oxides, phosphoric acid compounds, silicic acid compounds, and boric acid compounds. Specific examples of oxides include LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiCo 0.98 Al 0.01 Mg 0.01 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 and LiMn 2 O 4 . Specific examples of phosphoric acid compounds include LiFePO 4 , LiMnPO 4 and LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 .
ここで、中心部110は、図2に示したように、2つ以上の結晶粒111を含んでいるため、その2つ以上の結晶粒111が互いに結合された多結晶体を含んでいる。これにより、中心部110の断面形状は、多角形である。
Here, as shown in FIG. 2, the
2つ以上の結晶粒111のそれぞれは、表面111Xおよび粒界111Yを有している。表面111Xは、互いに結合された2つの結晶粒111間に存在していない面(露出面)である。粒界111Yは、互いに結合された2つの結晶粒111間に存在している面(非露出面)であり、すなわち2つの結晶粒111の結合面(界面)である。
Each of the two or
これにより、多結晶体を含んでいる中心部110は、複数の表面111Xおよび複数の粒界111Yを有している。ただし、図2では、図示内容を簡略化するために、2つの結晶粒111および1つの粒界111Yだけを示している。
Thereby, the
[被覆部]
被覆部120は、図1に示したように、中心部110の表面111Xに設けられているため、その中心部110の表面111Xを被覆している。ただし、被覆部120は、表面111Xのうちの全体を被覆していてもよいし、その表面111Xのうちの一部だけを被覆していてもよい。後者の場合には、互いに離隔された複数の場所において複数の被覆部120が表面111Xを被覆していてもよい。
[Coated part]
As shown in FIG. 1, the covering
特に、被覆部120は、図2に示したように、表面111Xを被覆しているだけでなく、粒界111Yも被覆している。これにより、2つ以上の結晶粒111のそれぞれの表面111Xは、被覆部120により被覆されていると共に、互いに隣り合う2つの結晶粒111は、粒界111Yを被覆している被覆部120の一部を介して互いに結合されている。
In particular, as shown in FIG. 2, the covering
また、被覆部120は、図3および図4に示したように、中心部110に近い側から順に下地層121および表面層122を含んでいる。すなわち、被覆部120は、中心部110に近い側から順に下地層121および表面層122が配置された2層構造を有している。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the covering
ここで説明する被覆部120は、上記したように、下地層121および表面層122を含んでいるため、後述するように、第1金属アルコキシドの反応物、第2金属アルコキシドの反応物および第3金属アルコキシドを含んでいる有機無機ハイブリッド膜である。
The covering
(下地層)
下地層121は、第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含んでいる。
(base layer)
The
この下地層121は、図3および図4に示したように、後述する網目状の構造を母体とする層であり、より具体的には、中心部110の表面を被覆する被膜状の層である。
As shown in FIGS. 3 and 4, this
被覆部120が下地層121を含んでいるのは、中心部110の表面111Xに被覆部120が設けられていても正極活物質100のイオン伝導性が向上するからである。この場合には、後述するように、第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物のそれぞれが複数の細孔121Kを有しているため、その複数の細孔121Kを経由してリチウムイオンが移動しやすくなる。
The reason why the covering
(第1金属アルコキシド)
第1金属アルコキシドは、1分子中に金属原子-炭素原子結合を有しない金属アルコキシドのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。これにより、第1金属アルコキシドは、1つ以上のアルコキシ基が結合されている1つの金属原子を含んでいる。金属原子の種類は、金属アルコキシドを形成可能である金属原子であれば、特に限定されない。
(First metal alkoxide)
The first metal alkoxide contains in one molecule one or more metal alkoxides that do not have a metal atom-carbon atom bond. Thereby, the first metal alkoxide contains one metal atom to which one or more alkoxy groups are bonded. The type of metal atom is not particularly limited as long as it is a metal atom that can form a metal alkoxide.
具体的には、第1金属アルコキシドは、式(1)で表される化合物を含んでいる。第1金属アルコキシドの反応物が容易に形成されやすくなるため、下地層121が安定して形成されやすくなるからである。
Specifically, the first metal alkoxide contains a compound represented by formula (1). This is because the reactant of the first metal alkoxide is easily formed, so that the
M1-(OR1)a ・・・(1)
(M1は、ケイ素原子、チタン原子、アルミニウム原子およびジルコニウム原子のうちのいずれかである。R1は、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基および式(100)で表される基のうちのいずれかである。aは、3または4である。ただし、互いに隣り合う2つのR1は、互いに結合されていてもよい。)
M1-(OR1) a ...(1)
(M1 is any one of a silicon atom, a titanium atom, an aluminum atom, and a zirconium atom. R1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and a group represented by formula (100). Either. a is 3 or 4. However, two R1's adjacent to each other may be bonded to each other.)
-CR11=CH-C(=O)-R12 ・・・(100)
(R11は、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。R12は、1以上30以下の炭素数を有するアルキル基、1以上30以下の炭素数を有するアルコキシ基および1以上30以下の炭素数を有するアルケニルオキシ基のうちのいずれかである。)
-CR11=CH-C(=O)-R12...(100)
(R11 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. R12 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, and 1 to 30 carbon atoms. It is any alkenyloxy group having a carbon number.)
金属原子(M1)の種類は、ケイ素原子、チタン原子、アルミニウム原子およびジルコニウム原子のうちのいずれかであれば、特に限定されないが、中でも、ケイ素原子であることが好ましい。第1金属アルコキシドの反応物がより容易に形成されやすくなるからである。 The type of metal atom (M1) is not particularly limited as long as it is a silicon atom, a titanium atom, an aluminum atom, or a zirconium atom, but a silicon atom is particularly preferred. This is because a reactant of the first metal alkoxide is more easily formed.
アルキル基(R1)は、炭素および水素により構成される1価の基であり、直鎖状でもよいし、1つまたは2つ以上の側鎖を有する分岐状でもよい。アルキル基の具体例は、メチル基、エチル基、プロピル基およびブチル基などである。 The alkyl group (R1) is a monovalent group composed of carbon and hydrogen, and may be linear or branched with one or more side chains. Specific examples of alkyl groups include methyl, ethyl, propyl and butyl groups.
ただし、炭素数が3以上であるアルキル基の種類は、任意に選択可能である。具体的には、炭素数が3であるプロピル基を例に挙げると、そのプロピル基は、n-プロピル基でもよいし、イソプロピル基でもよい。また、炭素数が4であるブチル基を例に挙げると、そのブチル基は、n-ブチル基でもよいし、sec-ブチル基でもよいし、イソブチル基でもよいし、tert-ブチル基でもよい。 However, the type of alkyl group having 3 or more carbon atoms can be arbitrarily selected. Specifically, taking a propyl group having 3 carbon atoms as an example, the propyl group may be an n-propyl group or an isopropyl group. Further, taking a butyl group having 4 carbon atoms as an example, the butyl group may be an n-butyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, or a tert-butyl group.
aの値は、金属原子(M1)の価数に応じて決定される値であるため、その金属原子(M1)の価数の値と同じ値である。これにより、上記したように、金属原子(M1)がケイ素原子、チタン原子、アルミニウム原子およびジルコニウム原子のうちのいずれかである場合には、aの値は3または4になるため、第1金属アルコキシドは、3つまたは4つのアルコキシ基(OR1)を含んでいる。 Since the value of a is determined according to the valence of the metal atom (M1), it is the same value as the valence of the metal atom (M1). As a result, as mentioned above, when the metal atom (M1) is any one of silicon atom, titanium atom, aluminum atom, and zirconium atom, the value of a becomes 3 or 4, so the first metal Alkoxides contain 3 or 4 alkoxy groups (OR1).
aの値が3である場合において、3つのR1の種類は、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。もちろん、3つのR1のうちの一部だけが互いに同じ種類でもよい。また、aの値が4である場合において、4つのR1の種類は、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。もちろん、4つのR1のうちの一部だけが互いに同じ種類でもよい。 When the value of a is 3, the three types of R1 may be the same or different. Of course, only some of the three R1 may be of the same type. Furthermore, when the value of a is 4, the types of the four R1s may be the same or different. Of course, only some of the four R1s may be of the same type.
なお、3つのR1のうちの互いに隣り合う任意の2つは、互いに結合されているため、第1金属アルコキシドでは、互いに結合された任意の2つのR1を含む環が形成されていてもよい。また、4つのR1のうちの互いに隣り合う任意の2つは、互いに結合されているため、第1金属アルコキシドでは、互いに結合された任意の2つのR1を含む環が形成されていてもよい。 Note that, since any two of the three R1s that are adjacent to each other are bonded to each other, the first metal alkoxide may form a ring containing any two R1s that are bonded to each other. Furthermore, since any two of the four R1s that are adjacent to each other are bonded to each other, the first metal alkoxide may form a ring containing any two R1s that are bonded to each other.
アルコキシ基(R12)は、炭素、水素および酸素により構成される1価の基であり、上記したアルキル基と同様に、直鎖状でもよいし、1つまたは2つ以上の側鎖を有する分岐状でもよい。アルコキシ基の具体例は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基およびブトキシ基などである。なお、アルコキシ基は、アルキルオキシ基と呼称される場合もある。 The alkoxy group (R12) is a monovalent group composed of carbon, hydrogen, and oxygen, and like the alkyl group described above, it may be linear or branched with one or more side chains. It may be in the form of Specific examples of alkoxy groups include methoxy, ethoxy, propoxy and butoxy groups. Note that the alkoxy group is sometimes referred to as an alkyloxy group.
アルケニルオキシ基(R12)は、炭素、水素および酸素により構成されると共に1つの炭素間二重結合(>C=C<)を有する1価の基であり、上記したアルキル基と同様に、直鎖状でもよいし、1つまたは2つ以上の側鎖を有する分岐状でもよい。アルケニルオキシ基の具体例は、ビニルオキシ基およびアリルオキシ基などである。 The alkenyloxy group (R12) is a monovalent group composed of carbon, hydrogen, and oxygen and has one carbon-carbon double bond (>C=C<), and like the above-mentioned alkyl group, it is It may be chain-like or branched having one or more side chains. Specific examples of alkenyloxy groups include vinyloxy and allyloxy groups.
金属原子(M1)がケイ素原子である場合における第1金属アルコキシドの具体例は、Si-(OCH3 )4 、Si-(OC2 H5 )4 、Si-(OC3 H7 )4 およびSi-(OC4 H9 )4 などである。 Specific examples of the first metal alkoxide when the metal atom (M1) is a silicon atom include Si-(OCH 3 ) 4 , Si-(OC 2 H 5 ) 4 , Si-(OC 3 H 7 ) 4 and Si -(OC 4 H 9 ) 4 , etc.
金属原子(M1)がチタン原子である場合における第1金属アルコキシドの具体例は、特に限定されないが、Ti-(OCH3 )4 、Ti-(OC2 H5 )4 、Ti-(OC3 H7 )4 およびTi-(OC4 H9 )4 などである。 Specific examples of the first metal alkoxide when the metal atom (M1) is a titanium atom are not particularly limited, but include Ti-(OCH 3 ) 4 , Ti-(OC 2 H 5 ) 4 , Ti-(OC 3 H 7 ) 4 and Ti-(OC 4 H 9 ) 4 .
金属原子(M1)がアルミニウム原子である場合における第1金属アルコキシドの具体例は、特に限定されないが、Al-(OCH3 )3 、Al-(OC2 H5 )3 、Al-(OC3 H7 )3 およびAl-(OC4 H9 )3 などである。 Specific examples of the first metal alkoxide when the metal atom (M1) is an aluminum atom are not particularly limited, but include Al-(OCH 3 ) 3 , Al-(OC 2 H 5 ) 3 , Al-(OC 3 H 7 ) 3 and Al-(OC 4 H 9 ) 3 .
金属原子(M1)がジルコニウム原子である場合における第1金属アルコキシドの具体例は、特に限定されないが、Zr-(OCH3 )4 、Zr-(OC2 H5 )4 、Zr-(OC3 H7 )4 およびZr-(OC4 H9 )4 などである。 Specific examples of the first metal alkoxide when the metal atom (M1) is a zirconium atom include, but are not limited to, Zr-(OCH 3 ) 4 , Zr-(OC 2 H 5 ) 4 , Zr-(OC 3 H 7 ) 4 and Zr-(OC 4 H 9 ) 4 .
第1金属アルコキシドの反応物の構成は、特に限定されない。ここで、金属原子(M1)がケイ素原子であり、より具体的には第1金属アルコキシドがSi-(OC2 H5 )4 である場合を例に挙げると、その第1金属アルコキシドの反応物は、式(11)で表される構成を有している。 The structure of the reactant of the first metal alkoxide is not particularly limited. Here, taking as an example the case where the metal atom (M1) is a silicon atom and more specifically the first metal alkoxide is Si-(OC 2 H 5 ) 4 , the reactant of the first metal alkoxide has a configuration expressed by equation (11).
第1金属アルコキシドの反応物では、式(11)に示したように、ケイ素原子同士が酸素原子を介して互いに結合されているため、その第1金属アルコキシドの反応物は、複数のケイ素原子-酸素原子結合を含んでいる。 In the first metal alkoxide reactant, silicon atoms are bonded to each other via oxygen atoms, as shown in formula (11), so the first metal alkoxide reactant has multiple silicon atoms - Contains oxygen atomic bonds.
この場合には、ケイ素原子および酸素原子が交互に結合されているため、複数の環が形成されている。これにより、各環の内側に空間(細孔121K)が設けられているため、第1金属アルコキシドの反応物は、複数の細孔121Kを有している。よって、第1金属アルコキシドの反応物は、ケイ素原子および酸素原子により形成された網目状の構造を有している。 In this case, silicon atoms and oxygen atoms are bonded alternately to form a plurality of rings. As a result, spaces (pores 121K) are provided inside each ring, so the reactant of the first metal alkoxide has a plurality of pores 121K. Therefore, the reactant of the first metal alkoxide has a network structure formed by silicon atoms and oxygen atoms.
もちろん、ここでは具体的な構成を示さないが、金属原子(M1)がチタン原子である場合においても同様に、第1金属アルコキシドの反応物は、複数のチタン原子-酸素原子結合を含んでいるため、複数の細孔121Kが設けられた網目状の構造を有している。 Of course, although a specific configuration is not shown here, even when the metal atom (M1) is a titanium atom, the reactant of the first metal alkoxide contains a plurality of titanium atom-oxygen atom bonds. Therefore, it has a network structure in which a plurality of pores 121K are provided.
金属原子(M1)がアルミニウム原子である場合においても同様に、第1金属アルコキシドの反応物は、複数のアルミニウム原子-酸素原子結合を含んでいるため、複数の細孔121Kが設けられた網目状の構造を有している。 Similarly, in the case where the metal atom (M1) is an aluminum atom, the reactant of the first metal alkoxide contains a plurality of aluminum atom-oxygen atom bonds, so it forms a network with a plurality of pores 121K. It has the structure of
金属原子(M1)がジルコニウム原子である場合においても同様に、第1金属アルコキシドの反応物は、複数のジルコニウム原子-酸素原子結合を含んでいるため、複数の細孔121Kが設けられた網目状の構造を有している。 Similarly, in the case where the metal atom (M1) is a zirconium atom, the reactant of the first metal alkoxide contains a plurality of zirconium atom-oxygen atom bonds, so it forms a network with a plurality of pores 121K. It has the structure of
(第2金属アルコキシド)
第2金属アルコキシドは、1分子中に2つ以上の金属原子-炭素原子結合を有する金属アルコキシドのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。これにより、第2金属アルコキシドは、炭素鎖を介して互いに結合されていると共にそれぞれに1つ以上のアルコキシ基が結合されている2つ以上の金属原子を含んでいる。すなわち、2つ以上の金属原子は、炭素鎖を介して互いに結合されていると共に、その2つ以上の金属原子のそれぞれには、1つ以上のアルコキシ基が結合されている。
(Second metal alkoxide)
The second metal alkoxide contains one or more metal alkoxides having two or more metal atom-carbon atom bonds in one molecule. Thereby, the second metal alkoxide contains two or more metal atoms that are bonded to each other via carbon chains and to each of which one or more alkoxy groups are bonded. That is, two or more metal atoms are bonded to each other via a carbon chain, and one or more alkoxy groups are bonded to each of the two or more metal atoms.
炭素鎖の種類は、2つ以上の金属原子と結合可能である鎖状の炭化水素基であれば、特に限定されない。金属原子の種類は、金属アルコキシドを形成可能である金属原子であれば、特に限定されない。 The type of carbon chain is not particularly limited as long as it is a chain hydrocarbon group that can bond to two or more metal atoms. The type of metal atom is not particularly limited as long as it is a metal atom that can form a metal alkoxide.
中でも、第2金属アルコキシドは、金属原子としてケイ素原子を含んでいるため、1分子中に2つ以上のケイ素原子-炭素原子結合を有していることが好ましい。第2金属アルコキシドの反応物が容易かつ安定に形成されやすくなるからである。 Among these, since the second metal alkoxide contains a silicon atom as a metal atom, it is preferable that the second metal alkoxide has two or more silicon atom-carbon atom bonds in one molecule. This is because the reactant of the second metal alkoxide is likely to be easily and stably formed.
具体的には、第2金属アルコキシドは、式(2)~式(4)のそれぞれで表される化合物のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。第2金属アルコキシドの反応物が容易に形成されやすくなるため、下地層121が安定して形成されやすくなるからである。
Specifically, the second metal alkoxide contains one or more of the compounds represented by each of formulas (2) to (4). This is because the reactant of the second metal alkoxide is easily formed, so that the
(R3O)3 -Si-R2-Si-(OR4)3 ・・・(2)
(R2は、1以上20以下の炭素数を有するアルキレン基である。R3およびR4のそれぞれは、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。)
(R3O) 3 -Si-R2-Si-(OR4) 3 ...(2)
(R2 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms. Each of R3 and R4 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
(OR8)3 -Si-R5-NH-R6-NH-R7-Si-(OR9)3 ・・・(3)
(R5~R7のそれぞれは、1以上20以下の炭素数を有するアルキレン基である。R8およびR9のそれぞれは、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。)
(OR8) 3 -Si-R5-NH-R6-NH-R7-Si-(OR9) 3 ...(3)
(Each of R5 to R7 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms. Each of R8 and R9 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
(R10)2 -Si-(OR11)2 ・・・(4)
(R10およびR11のそれぞれは、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。)
(R10) 2 -Si-(OR11) 2 ...(4)
(Each of R10 and R11 is an alkyl group having 1 or more and 10 or less carbon atoms.)
アルキル基(R3,R4,R8~R11)に関する詳細は、上記した通りである。 Details regarding the alkyl group (R3, R4, R8 to R11) are as described above.
アルキレン基(R2,R5~R7)は、炭素および水素により構成される2価の基であり、上記したアルキル基と同様に、直鎖状でもよいし、1つまたは2つ以上の側鎖を有する分岐状でもよい。アルキレン基の具体例は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基およびブチレン基などである。 The alkylene group (R2, R5 to R7) is a divalent group composed of carbon and hydrogen, and like the alkyl group described above, it may be linear or have one or more side chains. It may have a branched shape. Specific examples of alkylene groups include methylene, ethylene, propylene, and butylene groups.
ただし、炭素数が3以上であるアルキレン基のアルキレン基の種類は、任意に選択可能である。具体的には、炭素数が3であるプロピレン基を例に挙げると、そのプロピレン基は、n-プロピレン基でもよいし、イソプロピレン基でもよい。また、炭素数が4であるブチレン基を例に挙げると、そのブチレン基は、n-ブチレン基でもよいし、sec-ブチレン基でもよいし、イソブチレン基でもよいし、tert-ブチレン基でもよい。 However, the type of alkylene group having 3 or more carbon atoms can be arbitrarily selected. Specifically, taking a propylene group having 3 carbon atoms as an example, the propylene group may be an n-propylene group or an isopropylene group. Further, taking a butylene group having 4 carbon atoms as an example, the butylene group may be an n-butylene group, a sec-butylene group, an isobutylene group, or a tert-butylene group.
3つのR3の種類は、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。もちろん、3つのR3のうちの2つの種類だけが互いに同じ種類でもよい。ここで説明したことは、3つのR4、3つのR8、3つのR9、2つのR10、2つのR11のそれぞれに関しても同様である。また、ここで説明したことは、R5~R7に関しても同様である。 The three types of R3 may be the same or different. Of course, only two of the three R3 types may be the same type. What has been described here also applies to each of the three R4s, three R8s, three R9s, two R10s, and two R11s. Furthermore, what has been explained here also applies to R5 to R7.
式(2)に示した第2金属アルコキシドの具体例は、(H3 CO)3 -Si-C2 H4 -Si-(OCH3 )3 、(H3 CO)3 -Si-C4 H8 -Si-(OCH3 )3 、(H3 CO)3 -Si-C6 H12-Si-(OCH3 )3 および(H5 C2 O)3 -Si-C2 H4 -Si-(OC2 H5 )3 などである。 Specific examples of the second metal alkoxide shown in formula (2) are (H 3 CO) 3 -Si-C 2 H 4 -Si-(OCH 3 ) 3 , (H 3 CO) 3 -Si-C 4 H 8 -Si-(OCH 3 ) 3 , (H 3 CO) 3 -Si-C 6 H 12 -Si-(OCH 3 ) 3 and (H 5 C 2 O) 3 -Si-C 2 H 4 -Si- (OC 2 H 5 ) 3 and the like.
式(3)に示した第2金属アルコキシドの具体例は、(H3 CO)3 -Si-C2 H4 -NH-C2 H4 -NH-C2 H4 -Si-(OCH3 )3 および(H5 C2 O)3 -Si-C2 H4 -NH-C2 H4 -NH-C2 H4 -Si-(OC2 H5 )3 などである。 A specific example of the second metal alkoxide shown in formula (3) is (H 3 CO) 3 -Si-C 2 H 4 -NH-C 2 H 4 -NH-C 2 H 4 -Si-(OCH 3 ). 3 and (H 5 C 2 O) 3 -Si-C 2 H 4 -NH-C 2 H 4 -NH-C 2 H 4 -Si-(OC 2 H 5 ) 3 .
式(4)に示した第2金属アルコキシドの具体例は、(H3 C)2 -Si-(OCH3 )3 および(H5 C2 )2 -Si-(OC2 H5 )3 などである。 Specific examples of the second metal alkoxide shown in formula (4) include (H 3 C) 2 -Si-(OCH 3 ) 3 and (H 5 C 2 ) 2 -Si-(OC 2 H 5 ) 3. be.
第2金属アルコキシドの反応物の構成は、特に限定されない。ここで、式(2)に示した第2金属アルコキシドが(H5 C2 O)3 -Si-C2 H4 -Si-(OC2 H5 )3 である場合を例に挙げると、その第2金属アルコキシドの反応物は、式(21)で表される構成を有している。 The structure of the reactant of the second metal alkoxide is not particularly limited. Here, taking as an example the case where the second metal alkoxide shown in formula (2) is (H 5 C 2 O) 3 -Si-C 2 H 4 -Si-(OC 2 H 5 ) 3 , The second metal alkoxide reactant has a configuration represented by formula (21).
第2金属アルコキシドの反応物では、式(21)に示したように、一部のケイ素原子同士が炭素鎖であるアルキレン基を介して互いに結合されていることを除いて、式(11)に示した第1金属アルコキシドの反応物の構成と同様の構成を有している。 In the second metal alkoxide reactant, as shown in formula (21), formula (11) is satisfied, except that some silicon atoms are bonded to each other via alkylene groups, which are carbon chains. It has a structure similar to that of the reactant of the first metal alkoxide shown.
すなわち、第2金属アルコキシドの反応物では、一部のケイ素原子同士が酸素原子を介して互いに結合されているため、その第2金属アルコキシドの反応物は、複数のケイ素原子-酸素原子結合を含んでいる。また、第2金属アルコキシドの反応物では、他のケイ素原子同士がアルキレン基を介して互いに結合されているため、その第2金属アルコキシドの反応物は、複数のケイ素原子-炭素原子結合を含んでいる。 That is, in the reactant of the second metal alkoxide, some of the silicon atoms are bonded to each other via oxygen atoms, so the reactant of the second metal alkoxide contains multiple silicon atom-oxygen bonds. I'm here. In addition, in the second metal alkoxide reactant, other silicon atoms are bonded to each other via alkylene groups, so the second metal alkoxide reactant contains multiple silicon atom-carbon atom bonds. There is.
この場合には、ケイ素原子および酸素原子が互いに結合されていると共に、ケイ素原子同士がアルキレン基を介して互いに結合されているため、複数の環が形成されている。これにより、各環の内側に空間(細孔121K)が設けられているため、第2金属アルコキシドの反応物は、第1金属アルコキシドの反応物と同様に、複数の細孔121Kを有している。よって、第2金属アルコキシドの反応物は、ケイ素原子、酸素原子および炭素原子により形成された網目状の構造を有している。 In this case, silicon atoms and oxygen atoms are bonded to each other, and silicon atoms are bonded to each other via alkylene groups, so that a plurality of rings are formed. As a result, a space (pore 121K) is provided inside each ring, so the reactant of the second metal alkoxide has a plurality of pores 121K, similar to the reactant of the first metal alkoxide. There is. Therefore, the reactant of the second metal alkoxide has a network structure formed by silicon atoms, oxygen atoms, and carbon atoms.
この第2金属アルコキシドの反応物では、第1金属アルコキシドの反応物と比較して、一部のケイ素原子の間にスペーサ121S(アルキレン基)が介在している分だけ細孔121Kの孔径が増加している。これにより、第2金属アルコキシドの反応物では、細孔121Kを経由してリチウムイオンがより移動しやすくなっている。 In this second metal alkoxide reactant, compared to the first metal alkoxide reactant, the pore size of the pores 121K increases due to the spacer 121S (alkylene group) interposed between some silicon atoms. are doing. This allows lithium ions to move more easily through the pores 121K in the second metal alkoxide reactant.
なお、第2金属アルコキシドの反応物は、第1金属アルコキシドの反応物と結合されていなくてもよいし、その第1金属アルコキシドの反応物と結合されていてもよい。 Note that the reactant of the second metal alkoxide may not be combined with the reactant of the first metal alkoxide, or may be combined with the reactant of the first metal alkoxide.
(表面層)
表面層122は、第3金属アルコキシドのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、図3および図4に示したように、下地層121に結合されている。これにより、表面層122は、後述する複数の炭化水素鎖122Nを母体とする層であり、より具体的には、中心部110から複数の方向に向かって放射状に延在する髭状の層である。
(Surface layer)
The
被覆部120が表面層122を含んでいるのは、その表面層122を利用して正極活物質100の充填性が向上するからである。この場合には、後述するように、第3金属アルコキシドが複数の炭化水素鎖122Nを有しているため、表面層122の表面自由エネルギーが低下する。これにより、正極活物質100における表面111Xの滑り性が向上するため、複数の正極活物質100が密に充填されやすくなる。
The reason why the covering
また、被覆部120(下地層121および表面層122)が中心部110の表面111Xおよび粒界111Yのそれぞれを被覆しているのは、その表面111Xだけでなく粒界111Yにおいても滑り性が向上するからである。これにより、正極活物質100においてイオン伝導性が担保されながら、複数の正極活物質100がより密に充填されやすくなる。
In addition, the coating portion 120 (
(第3金属アルコキシド)
第3金属アルコキシドは、1分子中に1つの金属原子-炭素原子結合を有する金属アルコキシドのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。これにより、第3金属アルコキシドは、1つのアルキル基および1つ以上のアルコキシ基のそれぞれが結合されている1つの金属原子を含んでいる。金属原子の種類は、金属アルコキシドを形成可能である金属原子であれば、特に限定されない。
(Third metal alkoxide)
The third metal alkoxide contains one or more metal alkoxides having one metal atom-carbon atom bond in one molecule. Thereby, the third metal alkoxide contains one metal atom to which each of one alkyl group and one or more alkoxy groups is bonded. The type of metal atom is not particularly limited as long as it is a metal atom that can form a metal alkoxide.
この第3金属アルコキシドは、下地層121に含まれている第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドのうちの一方または双方に結合されており、より具体的には、下地層121中のケイ素原子に結合されている。
This third metal alkoxide is bonded to one or both of the reactant of the first metal alkoxide and the second metal alkoxide contained in the
具体的には、第3金属アルコキシドは、式(5)で表される化合物を含んでいる。第3金属アルコキシドが第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドのうちの一方または双方に容易に結合されやすくなるため、表面層122が安定して形成されやすくなるからである。
Specifically, the third metal alkoxide contains a compound represented by formula (5). This is because the third metal alkoxide is easily bonded to one or both of the reactant of the first metal alkoxide and the second metal alkoxide, and thus the
R12-Si-(OR13)3 ・・・(5)
(R12は、8以上30以下の炭素数を有するアルキル基である。R13は、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。)
R12-Si-(OR13) 3 ...(5)
(R12 is an alkyl group having 8 to 30 carbon atoms. R13 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
アルキル基(R12,R13)に関する詳細は、上記した通りである。3つのR13の種類は、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。もちろん、3つのR13のうちの2つの種類だけが互いに同じでもよい。 Details regarding the alkyl group (R12, R13) are as described above. The three types of R13 may be the same or different. Of course, only two of the three R13 types may be the same.
第3金属アルコキシドの具体例は、H17C8 -Si-(OCH3 )3 、H21C10-Si-(OCH3 )3 、H33C16-Si-(OCH3 )3 、H41C20-Si-(OCH3 )3 およびH61C30Si-(OCH3 )3 などである。 Specific examples of the third metal alkoxide are H 17 C 8 -Si-(OCH 3 ) 3 , H 21 C 10 -Si-(OCH 3 ) 3 , H 33 C 16 -Si-(OCH 3 ) 3 , H 41 C 20 --Si-(OCH 3 ) 3 and H 61 C 30 Si-(OCH 3 ) 3 and the like.
ここで、第3金属アルコキシドがH33C16Si-(OC3 H7 )3 である場合を例に挙げると、その第3金属アルコキシドは、図3および図4に示したように、下地層121に含まれている第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物のうちの一方または双方に結合されている。 Here, taking as an example the case where the third metal alkoxide is H 33 C 16 Si-(OC 3 H 7 ) 3 , the third metal alkoxide is added to the base layer as shown in FIGS. 3 and 4. It is bonded to one or both of the first metal alkoxide reactant and the second metal alkoxide reactant contained in 121.
具体的には、第3金属アルコキシドの一端部は、下地層121に含まれているケイ素原子に結合されている。また、第3金属アルコキシドの他端部(複数の炭化水素鎖122Nである-C16H33)は、下地層121から離れる方向に向かって延在している。これにより、複数の炭化水素鎖122Nは、下地層121から放射状に延在していると共に、間隔を介して互いに離隔されながら配列されている。よって、第3金属アルコキシドは、複数の炭化水素鎖122Nにより構成された放射状の構造を有している。なお、図4中のYは、第3金属アルコキシドの一部を表しており、より具体的には、式(5)に示したアルキル基(R12)を示している。
Specifically, one end of the third metal alkoxide is bonded to a silicon atom included in the
(構成条件)
この正極活物質100に関しては、以下で説明する構成条件が満たされていることが好ましい。
(Configuration conditions)
Regarding this positive electrode
(重量割合R1)
第1に、被覆部120の重量M120に対する第1金属アルコキシドの反応物の重量M1の割合である重量割合R1(重量%)は、特に限定されないが、中でも、5.0重量%~85.0重量%であることが好ましい。第1金属アルコキシドに由来する網目状の構造が形成されやすくなるため、下地層121が容易かつ安定に形成されやすくなるからである。この重量割合R1は、R1=(M1/M120)×100という計算式に基づいて算出される。ただし、重量割合R1の値は、小数点第二位の値を四捨五入した値とする。
(Weight ratio R1)
First, the weight ratio R1 (weight %), which is the ratio of the weight M1 of the first metal alkoxide reactant to the weight M120 of the
(重量割合R2)
第2に、被覆部120の重量M120に対する第2金属アルコキシドの反応物の重量M2の割合である重量割合R2(重量%)は、特に限定されないが、中でも、1.0重量%~40.0重量%であることが好ましい。第2金属アルコキシドに由来する網目状の構造が形成されやすくなるため、下地層121が容易かつ安定に形成されやすくなるからである。この割合R2は、R2=(M2/M120)×100という計算式に基づいて算出される。ただし、重量割合R2の値は、小数点第二位の値を四捨五入した値とする。
(Weight ratio R2)
Second, the weight ratio R2 (weight %), which is the ratio of the weight M2 of the second metal alkoxide reactant to the weight M120 of the
(重量割合R3)
第3に、被覆部120の重量M120に対する第3金属アルコキシドの重量M3の割合である重量割合R3(重量%)は、特に限定されないが、中でも、5.0重量%~90.0重量%であることが好ましい。第3金属アルコキシドに由来する放射状の構造が形成されやすくなるため、表面層122が容易かつ安定に形成されやすくなるからである。この割合R3は、R3=(M2/M120)×100という計算式に基づいて算出される。ただし、重量割合R3の値は、小数点第二位の値を四捨五入した値とする。
(Weight ratio R3)
Thirdly, the weight ratio R3 (weight %), which is the ratio of the weight M3 of the third metal alkoxide to the weight M120 of the
(重量割合R4)
第4に、中心部110の重量M110と被覆部120の重量M120との和M100に対する被覆部120の重量M120の割合である重量割合R4(重量%)は、特に限定されないが、中でも、0.010重量%~2.000重量%であることが好ましい。正極活物質100中に占める被覆部120の割合が適正化されるため、リチウムの吸蔵放出量が担保されながら、正極活物質100においてイオン導電性が十分に向上すると共に正極活物質100の充填性が十分に向上するからである。この割合R4は、R4=(M120/M100)×100という計算式に基づいて算出される。ただし、重量割合R4の値は、小数点第四位の値を四捨五入した値とする。
(Weight ratio R4)
Fourthly, the weight ratio R4 (weight %), which is the ratio of the weight M120 of the covering
(厚さ割合R5)
第5に、表面111Xを被覆している被覆部120の厚さT111Xと、粒界111Yを被覆している被覆部120の厚さT111Yとを比較した場合、その厚さT111Xに対する厚さT111Yの割合である厚さ割合R5(%)は、特に限定されないが、中でも、10%~100%であることが好ましい。粒界111Yの滑り性が十分に向上するため、正極活物質100の充填性が十分に向上するからである。この割合R5は、R5=(T111Y/T111X)×100という計算式に基づいて算出される。
(Thickness ratio R5)
Fifth, when comparing the thickness T111X of the covering
なお、厚さ割合R5を算出する手順は、以下で説明する通りである。以下では、正極活物質100を用いた二次電池を用いる場合に関して説明する。この二次電池は、複数の正極活物質100を含む正極活物質層を備えている。
Note that the procedure for calculating the thickness ratio R5 is as explained below. Below, a case where a secondary battery using the positive electrode
最初に、二次電池を解体することにより、正極活物質100を含む正極を回収したのち、その正極を切断することにより、正極活物質層の断面を露出させる。正極の切断方法は、特に限定されないが、具体的には、イオンミリングなどである。
First, the secondary battery is disassembled to recover the positive electrode including the positive electrode
続いて、走査型電子顕微鏡/エネルギー分散型X線分光法(SEM/EDX)などを用いて正極活物質層の断面を観察することにより、観察結果(電子顕微鏡写真)を取得する。観察倍率は、厚さT111X,T111Yのそれぞれを測定可能である倍率であれば、任意に設定可能である。 Subsequently, the cross section of the positive electrode active material layer is observed using a scanning electron microscope/energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDX) or the like to obtain an observation result (electron micrograph). The observation magnification can be arbitrarily set as long as it can measure each of the thicknesses T111X and T111Y.
続いて、電子顕微鏡写真に基づいて、表面111Xを被覆している被覆部120の厚さT111Xを算出する。この場合には、互いに異なる10箇所において厚さT111Xを測定したのち、10個の厚さT111Xの平均値を算出する。
Next, the thickness T111X of the covering
続いて、電子顕微鏡写真に基づいて、粒界111Yを被覆している被覆部120の厚さT111Yを算出する。この場合には、互いに異なる10箇所において厚さT111Yを測定したのち、10個の厚さT111Yの平均値を算出する。
Next, the thickness T111Y of the covering
最後に、厚さT111X,T111Yのそれぞれの算出結果に基づいて、厚さ割合R5を算出する。 Finally, the thickness ratio R5 is calculated based on the calculation results of the thicknesses T111X and T111Y.
<1-2.動作>
この正極活物質100では、電極反応時において、リチウムが中心部110から放出されると共に、そのリチウムが中心部110に吸蔵される。この場合には、上記したように、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。
<1-2. Operation>
In this positive electrode
<1-3.製造方法>
正極活物質100を製造する場合には、最初に、複数の中心部110(粉末状のリチウム含有化合物)を準備する。この中心部110は、上記したように、複数の結晶粒111が互いに結合された多結晶体(表面111Xおよび粒界111Y)を含んでいる。
<1-3. Manufacturing method>
When manufacturing the positive electrode
続いて、アルカリ性溶媒中に、複数の中心部110と、第1金属アルコキシドと、第2金属アルコキシドと、第3金属アルコキシドとを投入したのち、そのアルカリ性溶媒を撹拌する。アルカリ性溶媒の種類は、アルカリ性を有している溶媒のうちのいずれか1種類または2種類以上であれば、特に限定されないが、具体的には、エタノールとアンモニア水との混合物などである。
Subsequently, the plurality of
これにより、アルカリ性溶媒中において、複数の中心部110が分散されると共に、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドのそれぞれが溶解されるため、準備溶液が調製される。この準備溶液中では、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドのそれぞれが溶解されているアルカリ性溶液中に複数の中心部110が分散されるため、そのアルカリ性溶液が中心部110の表面に付着する。
As a result, the plurality of
続いて、準備溶液中から複数の中心部110を濾別したのち、洗浄用の溶媒を用いて複数の中心部110を洗浄する。洗浄用の溶媒の種類は、有機溶剤のうちのいずれか1種類または2種類以上であれば、特に限定されないが、具体的には、アセトンなどである。
Subsequently, after the plurality of
最後に、複数の中心部110を加熱することにより、その複数の中心部110を乾燥させる。
Finally, the plurality of
この場合には、中心部110の表面において、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドが互いに反応する。これにより、第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含む下地層121が形成されると共に、第3金属アルコキシドを含む表面層122が形成される。また、第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物のうちの一方または双方と第3金属アルコキシドとが互いに結合されるため、表面層122が下地層121に連結される。
In this case, the first metal alkoxide, the second metal alkoxide, and the third metal alkoxide react with each other on the surface of the
よって、下地層121および表面層122を含む被覆部120が中心部110の表面に形成されるため、正極活物質100が完成する。
Therefore, the covering
この場合には、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドのそれぞれの添加量、アルカリ性溶媒の撹拌条件および複数の中心部110の加熱条件などの各種条件を調整することにより、表面111Xだけでなく粒界111Yまで被覆するように被覆部120が形成される。
In this case, by adjusting various conditions such as the amounts of the first metal alkoxide, the second metal alkoxide, and the third metal alkoxide, the stirring conditions of the alkaline solvent, and the heating conditions of the plurality of
なお、正極活物質100を製造するために浸漬法を用いたが、他の方法を用いてもよい。他の方法の具体例は、塗布法およびスプレー法などである。塗布法を用いる場合には、中心部110の表面に準備溶液を塗布すると共に、スプレー法を用いる場合には、中心部110の表面に準備溶液を噴き付ける。
Note that although a dipping method was used to manufacture the positive electrode
<1-4.作用および効果>
この正極活物質100によれば、その正極活物質100が中心部110および被覆部120(下地層121および表面層122)を備えており、その被覆部120が中心部110の表面111Xおよび粒界111Yのそれぞれを被覆している。また、下地層121が第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含んでおり、表面層122が第3金属アルコキシドを含んでおり、その第3金属アルコキシドが第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドのうちの一方または双方に結合されている。よって、以下で説明する理由により、優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることができる。
<1-4. Action and effect>
According to this positive electrode
図5は、比較例の二次電池用正極活物質である正極活物質200の詳細な断面構成を表しており、図2に対応している。図6は、正極活物質200の問題点を説明するために、図5に対応する断面構成を表している。図7は、正極活物質100の利点を説明するために、図2に対応する断面構成を表している。
FIG. 5 shows a detailed cross-sectional configuration of a positive electrode
比較例の正極活物質200は、図5に示したように、中心部110および被覆部120を備えているが、その被覆部120が粒界111Yを被覆しておらずに表面111Xだけを被覆していることを除いて、本実施形態の正極活物質100(図2)の構成と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 5, the positive electrode
比較例の正極活物質200では、図5に示したように、被覆部120が表面111Xを被覆している。この場合には、上記したように、中心部110の表面111Xに被覆部120が設けられていても正極活物質200のイオン伝導性が向上すると共に、表面層122を利用して正極活物質200の充填性が向上する。
In the positive electrode
しかしながら、被覆部120が粒界111Yを被覆していない。これにより、図6に示したように、正極活物質200が割れたため、2つの結晶粒111が粒界111Yにおいて互いに分離されると、被覆部120により被覆されていない結合面111Zが露出する。この結合面111Zは、いわゆる結晶粒111のバルク面である。正極活物質200が割れる原因としては、その正極活物質200を用いた正極の形成工程において、その正極活物質200を含む正極活物質層をプレスする場合などが挙げられる。
However, the covering
この場合には、結合面111Zの摩擦が大きいことに起因して、結晶粒111同士が互いに接触した際の滑り性が著しく低下するため、正極活物質200の充填性が著しく低下する。すなわち、複数の正極活物質200を含む正極活物質層がプレスされた際に、その複数の正極活物質200が密に配列されにくくなるため、その正極活物質層の体積密度が減少する。
In this case, due to the large friction of the
しかも、高反応性を有する結合面111Zが露出すると、電極反応時、より具体的には正極活物質200と共に電解液を備えた二次電池の充放電時において、その電解液が結合面111Zと反応する。これにより、電極反応時において電解液の分解反応が促進される。
Moreover, if the
これらのことから、正極活物質200においてイオン伝導性は担保されるが、その正極活物質200の充填性が低下することに起因して正極活物質層の体積密度が減少すると共に、電解液が結合面111Zと反応することに起因して電解液の分解反応が促進される。よって、正極活物質200を用いた二次電池において、優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることが困難である。
For these reasons, although ionic conductivity is ensured in the positive electrode
これに対して、本実施形態の正極活物質100では、図2に示したように、被覆部120が表面111Xだけでなく粒界111Yも被覆している。この場合には、上記したように、中心部110の表面111Xに被覆部120が設けられていても正極活物質100のイオン伝導性が向上すると共に、表面層122を利用して正極活物質100の充填性が向上する。
In contrast, in the positive electrode
この場合には、被覆部120が表面111Xだけでなく粒界111Yを被覆している。これにより、図7に示したように、正極活物質200が割れたため、2つの結晶粒111が粒界111Yにおいて互いに分離されても、その被覆部120により結合面111Zが被覆されているため、その結合面111Zが露出しない。
In this case, the covering
よって、表面層122の摩擦が小さいことに起因して、結晶粒111同士が互いに接触した際の滑り性が著しく向上するため、正極活物質100の充填性が著しく向上する。すなわち、複数の正極活物質100を含む正極活物質層がプレスされた際に、その複数の正極活物質100が密に配列されやすくなるため、その正極活物質層の体積密度が増加する。
Therefore, due to the low friction of the
また、被覆部120が粒界111Yを被覆していても、上記したように、複数の細孔121Kを経由してリチウムイオンが移動しやすくなるため、そのリチウムの吸蔵放出性が担保される。これにより、粒界111Yにおけるイオン拡散性が担保されると共に、その粒界111Yの界面抵抗が増加しにくくなる。
Furthermore, even if the covering
しかも、高反応性を有する結合面111Zが露出しないため、正極活物質200と共に電解液を備えた二次電池の充放電時において、その電解液が結合面111Zと反応しない。これにより、電極反応時において電解液の分解反応が抑制される。
Furthermore, since the highly
これらのことから、正極活物質100においてイオン伝導性が担保されながら、その正極活物質100の充填性が向上することに起因して正極活物質層の体積密度が増加すると共に、電解液が結合面111Zと反応しないことに起因して電解液の分解反応が抑制される。よって、正極活物質100を用いた二次電池において、優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることができる。
From these facts, while the ionic conductivity is ensured in the positive electrode
特に、第1金属アルコキシドにおいて1つの金属原子に1つ以上のアルコキシ基が結合されていれば、網目状の構造を有する第1金属アルコキシドの反応物が容易に形成されやすくなる。よって、下地層121が安定して形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
In particular, if one or more alkoxy groups are bonded to one metal atom in the first metal alkoxide, a reactant of the first metal alkoxide having a network structure is likely to be easily formed. Therefore, the
また、第2金属アルコキシドにおいて2つ以上の金属原子が炭素鎖を介して互いに結合されていると共に2つ以上の金属原子のそれぞれに1つ以上のアルコキシ基が結合されていれば、網目状の構造を有する第2金属アルコキシドの反応物が容易に形成されやすくなる。よって、下地層121が安定して形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
In addition, if two or more metal atoms in the second metal alkoxide are bonded to each other via carbon chains and one or more alkoxy groups are bonded to each of the two or more metal atoms, a network-like structure may be formed. A reactant of the second metal alkoxide having the structure is likely to be easily formed. Therefore, the
また、第3金属アルコキシドにおいて1つの金属原子に1つのアルキル基および1つ以上のアルコキシ基のそれぞれが結合されていれば、放射状の構造を有する第3金属アルコキシドが容易に形成されやすくなる。よって、表面層122が安定して形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
Furthermore, if one alkyl group and one or more alkoxy groups are each bonded to one metal atom in the third metal alkoxide, the third metal alkoxide having a radial structure is likely to be easily formed. Therefore, since the
また、第1金属アルコキシドが式(1)に示した化合物を含んでいれば、その第1金属アルコキシドの反応物が容易かつ安定に形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。この場合には、式(1)中の金属原子(M1)がケイ素原子であれば、第1金属アルコキシドの反応物がより容易かつより安定に形成されやすくなるため、さらに高い効果を得ることができる。 Further, if the first metal alkoxide contains the compound shown in formula (1), a reactant of the first metal alkoxide is likely to be easily and stably formed, so that higher effects can be obtained. In this case, if the metal atom (M1) in formula (1) is a silicon atom, the reactant of the first metal alkoxide is likely to be formed more easily and stably, so that even higher effects can be obtained. can.
また、第2金属アルコキシドが1分子中に2つ以上のケイ素原子-炭素原子結合を含んでいれば、その第2金属アルコキシドの反応物が容易かつ安定に形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。この場合には、第2金属アルコキシドが式(2)~式(4)のそれぞれに示した化合物のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいれば、その第2金属アルコキシドの反応物がより容易かつより安定に形成されやすくなるため、さらに高い効果を得ることができる。 Furthermore, if the second metal alkoxide contains two or more silicon atom-carbon atom bonds in one molecule, the reaction product of the second metal alkoxide will be easily and stably formed, resulting in higher effects. Obtainable. In this case, if the second metal alkoxide contains one or more of the compounds shown in formulas (2) to (4), the reaction product of the second metal alkoxide can be formed more easily and stably, so even higher effects can be obtained.
また、第3金属アルコキシドが式(5)に示した化合物を含んでいれば、その第3金属アルコキシドが容易かつ安定に形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。 Moreover, if the third metal alkoxide contains the compound shown in formula (5), the third metal alkoxide is likely to be easily and stably formed, so that higher effects can be obtained.
また、重量割合R1が5.0重量%~85.0重量%であれば、第1金属アルコキシドに由来する網目状の構造が形成されやすくなる。よって、下地層121が容易かつ安定に形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
Furthermore, if the weight ratio R1 is 5.0% by weight to 85.0% by weight, a network structure derived from the first metal alkoxide is likely to be formed. Therefore, the
また、重量割合R2が1.0重量%~40.0重量%であれば、第2金属アルコキシドに由来する網目状の構造が形成されやすくなる。よって、下地層121が容易かつ安定に形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
Further, if the weight ratio R2 is 1.0% by weight to 40.0% by weight, a network structure derived from the second metal alkoxide is likely to be formed. Therefore, the
また、重量割合R3が5.0重量%~90.0重量%であれば、その第3金属アルコキシドに由来する放射状の構造が形成されやすくなる。よって、表面層122が容易かつ安定に形成されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
Further, if the weight ratio R3 is 5.0% to 90.0% by weight, a radial structure derived from the third metal alkoxide is likely to be formed. Therefore, the
また、重量割合R4が0.010重量%~2.000重量%であれば、正極活物質100中に占める被覆部120の割合が適正化される。よって、リチウムの吸蔵放出量が担保されながら、イオン導電性が十分に向上すると共に充填性も十分に向上するため、より高い効果を得ることができる。
Further, when the weight ratio R4 is 0.010% to 2.000% by weight, the ratio of the
また、厚さ割合R5が10%~100%であれば、その粒界111Yの滑り性が十分に向上する。よって、正極活物質100の充填性が十分に向上するため、より高い効果を得ることができる。
Further, when the thickness ratio R5 is 10% to 100%, the slipperiness of the
<2.二次電池(二次電池用正極)>
次に、上記した正極活物質を用いた本技術の一実施形態の二次電池に関して説明する。
<2. Secondary battery (positive electrode for secondary battery)>
Next, a secondary battery according to an embodiment of the present technology using the above-described positive electrode active material will be described.
なお、本技術の一実施形態の二次電池用正極(以下、単に「正極」と呼称する。)は、ここで説明する二次電池の一部(一構成要素)であるため、その正極に関しては、以下で併せて説明する。 Note that the positive electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present technology (hereinafter simply referred to as a "positive electrode") is a part (one component) of the secondary battery described here, so the following regarding the positive electrode will be explained below.
以下では、上記したように、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。リチウムの吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。 Below, as mentioned above, the case where the electrode reactant is lithium will be exemplified. A secondary battery whose battery capacity is obtained by utilizing intercalation and desorption of lithium is a so-called lithium ion secondary battery.
<2-1.構成>
図8は、二次電池の斜視構成を表していると共に、図9は、図8に示した電池素子20の断面構成を表している。ただし、図8では、外装フィルム10と電池素子20とが互いに分離された状態を示していると共に、XZ面に沿った電池素子20の断面を破線で示している。図9では、電池素子20の一部だけを示している。
<2-1. Configuration>
8 shows a perspective configuration of the secondary battery, and FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of the
この二次電池は、図8および図9に示したように、外装フィルム10と、電池素子20と、正極リード31と、負極リード32と、封止フィルム41,42とを備えている。ここで説明する二次電池は、可撓性または柔軟性を有する外装部材(外装フィルム10)を用いたラミネートフィルム型の二次電池である。
As shown in FIGS. 8 and 9, this secondary battery includes an
[外装フィルムおよび封止フィルム]
外装フィルム10は、図8に示したように、電池素子20を収納する外装部材であり、その電池素子20が内部に収納された状態において封止された袋状の構造を有している。これにより、外装フィルム10は、後述する正極21および負極22と共に電解液を収納している。
[Exterior film and sealing film]
As shown in FIG. 8, the
ここでは、外装フィルム10は、1枚のフィルム状の部材であり、折り畳み方向Fに折り畳まれている。この外装フィルム10には、電池素子20を収容するための窪み部10U(いわゆる深絞り部)が設けられている。
Here, the
具体的には、外装フィルム10は、融着層、金属層および表面保護層が内側からこの順に積層された3層のラミネートフィルムであり、互いに対向する融着層のうちの外周縁部同士は、外装フィルム10が折り畳まれた状態において互いに融着されている。融着層は、ポリプロピレンなどの高分子化合物を含んでいる。金属層は、アルミニウムなどの金属材料を含んでいる。表面保護層は、ナイロンなどの高分子化合物を含んでいる。
Specifically, the
ただし、外装フィルム10の構成(層数)は、特に、限定されないため、1層または2層でもよいし、4層以上でもよい。
However, the structure (number of layers) of the
封止フィルム41は、外装フィルム10と正極リード31との間に挿入されていると共に、封止フィルム42は、外装フィルム10と負極リード32との間に挿入されている。ただし、封止フィルム41,42のうちの一方または双方は、省略されてもよい。
The sealing
この封止フィルム41は、外装フィルム10の内部に外気などが侵入することを防止する封止部材である。なお、封止フィルム41は、正極リード31に対して密着性を有するポリオレフィンなどの高分子化合物を含んでおり、そのポリオレフィンの具体例は、ポリプロピレンなどである。
The sealing
封止フィルム42の構成は、負極リード32に対して密着性を有する封止部材であることを除いて、封止フィルム41の構成と同様である。すなわち、封止フィルム42は、負極リード32に対して密着性を有するポリオレフィンなどの高分子化合物を含んでいる。
The structure of the sealing
[電池素子]
電池素子20は、図8および図9に示したように、正極21と、負極22と、セパレータ23と、電解液(図示せず)とを含む発電素子であり、外装フィルム10の内部に収納されている。
[Battery element]
As shown in FIGS. 8 and 9, the
この電池素子20は、いわゆる巻回電極体である。すなわち、正極21および負極22は、セパレータ23を介して互いに積層されていると共に、そのセパレータ23を介して互いに対向しながら巻回軸Pを中心として巻回されている。この巻回軸Pは、Y軸方向に延在する仮想軸である。
This
電池素子20の立体的形状は、特に限定されない。ここでは、電池素子20の立体的形状は、扁平状であるため、巻回軸Pと交差する電池素子20の断面(XZ面に沿った断面)の形状は、長軸J1および短軸J2により規定される扁平形状である。この長軸J1は、X軸方向に延在すると共に短軸J2よりも大きい長さを有する仮想軸である。また、短軸J2は、X軸方向と交差するZ軸方向に延在すると共に長軸J1よりも小さい長さを有する仮想軸である。ここでは、電池素子20の立体的形状は、扁平な円筒状であるため、その電池素子20の断面の形状は、扁平な略楕円形状である。
The three-dimensional shape of the
(正極)
正極21は、図9に示したように、正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bを含んでいる。
(positive electrode)
As shown in FIG. 9, the
正極集電体21Aは、正極活物質層21Bが設けられる一対の面を有している。この正極集電体21Aは、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その金属材料の具体例は、アルミニウムなどである。
The positive electrode
ここでは、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの両面に設けられており、リチウムを吸蔵放出可能である正極活物質のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層21Bは、正極21が負極22に対向する側において正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。
Here, the positive electrode
なお、正極活物質層21Bは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの他の材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。正極活物質層21Bの形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。
Note that the positive electrode
正極活物質の構成は、上記した正極活物質100の構成と同様である。ただし、正極活物質層21Bは、さらに、他の正極活物質のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。他の正極活物質の構成は、中心部110の構成と同様である。
The configuration of the positive electrode active material is similar to the configuration of the positive electrode
正極結着剤は、合成ゴムおよび高分子化合物などのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。合成ゴムの具体例は、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子化合物の具体例は、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミドおよびカルボキシメチルセルロースなどである。 The positive electrode binder contains one or more of synthetic rubber, polymer compounds, and the like. Specific examples of synthetic rubber include styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and ethylene propylene diene. Specific examples of the polymer compound include polyvinylidene fluoride, polyimide, and carboxymethyl cellulose.
正極導電剤は、炭素材料などの導電性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その炭素材料の具体例は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、導電性材料は、金属材料および高分子化合物などでもよい。 The positive electrode conductive agent contains one or more types of conductive materials such as carbon materials, and specific examples of the carbon materials include graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjen black. . However, the conductive material may be a metal material, a polymer compound, or the like.
(負極)
負極22は、図9に示したように、負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bを含んでいる。
(Negative electrode)
As shown in FIG. 9, the
負極集電体22Aは、負極活物質層22Bが設けられる一対の面を有している。この負極集電体22Aは、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その金属材料の具体例は、銅などである。
The negative electrode
ここでは、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aの両面に設けられており、リチウムを吸蔵放出可能である負極活物質のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。ただし、負極活物質層22Bは、負極22が正極21に対向する側において負極集電体22Aの片面だけに設けられていてもよい。
Here, the negative electrode
なお、負極活物質層22Bは、さらに、負極結着剤および負極導電剤などの他の材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。負極活物質層22Bの形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法、気相法、液相法、溶射法および焼成法(焼結法)などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。
Note that the negative electrode
負極活物質の種類は、特に限定されないが、具体的には、炭素材料および金属系材料のうちの一方または双方などである。高いエネルギー密度が得られるからである。 The type of negative electrode active material is not particularly limited, but specifically, it may be one or both of a carbon material and a metal-based material. This is because high energy density can be obtained.
炭素材料の具体例は、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛(天然黒鉛および人造黒鉛)などである。 Specific examples of carbon materials include easily graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and graphite (natural graphite and artificial graphite).
金属系材料は、リチウムと合金を形成可能である金属元素および半金属元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を構成元素として含む材料であり、その金属元素および半金属元素の具体例は、ケイ素およびスズなどである。この金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの2種類以上の混合物でもよいし、それらの2種類以上の相を含む材料でもよい。金属系材料の具体例は、TiSi2 およびSiOx (0<x≦2、または0.2<x<1.4)などである。 A metal-based material is a material containing as a constituent element one or more of metal elements and metalloid elements that can form an alloy with lithium. Specific examples of the metal elements and metalloid elements are: , silicon and tin. This metallic material may be a single substance, an alloy, a compound, a mixture of two or more types thereof, or a material containing phases of two or more types thereof. Specific examples of metal-based materials include TiSi 2 and SiO x (0<x≦2, or 0.2<x<1.4).
負極結着剤および負極導電剤のそれぞれに関する詳細は、正極結着剤および正極導電剤のそれぞれに関する詳細と同様である。 The details regarding each of the negative electrode binder and the negative electrode conductive agent are the same as the details regarding each of the positive electrode binder and the positive electrode conductive agent.
(セパレータ)
セパレータ23は、図9に示したように、正極21と負極22との間に介在している絶縁性の多孔質膜であり、その正極21と負極22との接触(短絡)を防止しながらリチウムイオンを通過させる。このセパレータ23は、ポリエチレンなどの高分子化合物を含んでいる。
(Separator)
As shown in FIG. 9, the
(電解液)
電解液は、液状の電解質である。この電解液は、正極21、負極22およびセパレータ23のそれぞれに含浸されており、溶媒および電解質塩を含んでいる。
(electrolyte)
The electrolyte is a liquid electrolyte. This electrolytic solution is impregnated into each of the
ここでは、溶媒は、非水溶媒(有機溶剤)のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その非水溶媒を含んでいる電解液は、いわゆる非水電解液である。この非水溶媒は、エステル類およびエーテル類などであり、より具体的には、炭酸エステル系化合物、カルボン酸エステル系化合物およびラクトン系化合物などである。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。 Here, the solvent contains one or more types of non-aqueous solvents (organic solvents), and the electrolytic solution containing the non-aqueous solvent is a so-called non-aqueous electrolytic solution. This nonaqueous solvent includes esters and ethers, and more specifically includes carbonate ester compounds, carboxylic ester compounds, and lactone compounds. This is because the dissociability of the electrolyte salt and the mobility of ions are improved.
炭酸エステル系化合物は、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルである。環状炭酸エステルの具体例は、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンなどであると共に、鎖状炭酸エステルの具体例は、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルなどである。 Carbonic ester compounds are cyclic carbonic esters and chain carbonic esters. Specific examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate and propylene carbonate, and specific examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate.
カルボン酸エステル系化合物は、鎖状カルボン酸エステルなどである。鎖状カルボン酸エステルの具体例は、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルおよびトリメチル酢酸エチルなどである。 The carboxylic acid ester compound is a chain carboxylic acid ester. Specific examples of chain carboxylic acid esters include ethyl acetate, ethyl propionate, propyl propionate, and ethyl trimethylacetate.
ラクトン系化合物は、ラクトンなどである。ラクトンの具体例は、γ-ブチロラクトンおよびγ-バレロラクトンなどである。 Lactone compounds include lactones. Specific examples of lactones include γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
なお、エーテル類は、ラクトン系化合物の他、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3-ジオキソランおよび1,4-ジオキサンなどでもよい。 In addition to lactone compounds, the ethers may include 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, and 1,4-dioxane.
電解質塩は、リチウム塩などの軽金属塩のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。リチウム塩の具体例は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム(LiN(FSO2 )2 )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )2 )、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3 SO2 )3 )、ビス(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiB(C2 O4 )2 )、モノフルオロリン酸リチウム(Li2 PFO3 )およびジフルオロリン酸リチウム(LiPF2 O2 )などである。高い電池容量が得られるからである。 The electrolyte salt contains one or more light metal salts such as lithium salts. Specific examples of lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN). (FSO 2 ) 2 ), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium tris(trifluoromethanesulfonyl)methide (LiC(CF 3 SO 2 ) 3 ), bis(oxalato)boro These include lithium oxide (LiB(C 2 O 4 ) 2 ), lithium monofluorophosphate (Li 2 PFO 3 ), and lithium difluorophosphate (LiPF 2 O 2 ). This is because high battery capacity can be obtained.
電解質塩の含有量は、特に限定されないが、具体的には、溶媒に対して0.3mol/kg~3.0mol/kgである。高いイオン伝導性が得られるからである。 The content of the electrolyte salt is not particularly limited, but specifically, it is 0.3 mol/kg to 3.0 mol/kg relative to the solvent. This is because high ionic conductivity can be obtained.
なお、電解液は、さらに、添加剤のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。添加剤の種類は、特に限定されないが、具体的には、不飽和環状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、スルホン酸エステル、リン酸エステル、酸無水物、ニトリル化合物およびイソシアネート化合物などである。 In addition, the electrolytic solution may further contain any one type or two or more types of additives. The types of additives are not particularly limited, but specifically include unsaturated cyclic carbonates, halogenated cyclic carbonates, sulfonic esters, phosphoric esters, acid anhydrides, nitrile compounds, and isocyanate compounds.
不飽和環状炭酸エステルの具体例は、炭酸ビニレン、炭酸ビニルエチレンおよび炭酸メチレンエチレンなどである。ハロゲン化環状炭酸エステルの具体例は、モノフルオロ炭酸エチレンおよびジフルオロ炭酸エチレンなどである。スルホン酸エステルの具体例は、プロパンスルトンおよびプロペンスルトンなどである。リン酸エステルの具体例は、リン酸トリメチルおよびリン酸トリエチルなどである。酸無水物の具体例は、コハク酸無水物、1,2-エタンジスルホン酸無水物および2-スルホ安息香酸無水物などである。ニトリル化合物の具体例は、スクシノニトリルなどである。イソシアネート化合物の具体例は、ヘキサメチレンジイソシアネートなどである。 Specific examples of unsaturated cyclic carbonate esters include vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and methyleneethylene carbonate. Specific examples of the halogenated cyclic carbonate ester include monofluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate. Specific examples of sulfonic acid esters include propane sultone and propene sultone. Specific examples of phosphoric acid esters include trimethyl phosphate and triethyl phosphate. Specific examples of acid anhydrides include succinic anhydride, 1,2-ethanedisulfonic anhydride, and 2-sulfobenzoic anhydride. Specific examples of nitrile compounds include succinonitrile. A specific example of the isocyanate compound is hexamethylene diisocyanate.
[正極リードおよび負極リード]
正極リード31は、図8および図9に示したように、正極21の正極集電体21Aに接続された正極端子であり、外装フィルム10の内部から外部に導出されている。この正極リード31は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その導電性材料の具体例は、アルミニウムなどである。正極リード31の形状は、特に限定されないが、具体的には、薄板状および網目状などのうちのいずれかである。
[Positive lead and negative lead]
As shown in FIGS. 8 and 9, the
負極リード32は、図8および図9に示したように、負極22の負極集電体22Aに接続されている負極端子であり、外装フィルム10の内部から外部に導出されている。この負極リード32は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その導電性材料の具体例は、銅などである。ここでは、負極リード32の導出方向および形状に関する詳細は、正極リード31の導出方向および形状と同様である。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
<2-2.動作>
二次電池の充電時には、電池素子20において、正極21からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、二次電池の放電時には、電池素子20において、負極22からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して正極21に吸蔵される。これらの充放電時には、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。
<2-2. Operation>
When charging the secondary battery, in the
<2-3.製造方法>
二次電池を製造する場合には、以下で説明する一例の手順により、正極21および負極22のそれぞれを作製すると共に、電解液を調製したのち、その正極21、負極22および電解液を用いて二次電池を組み立てると共に、その組み立て後の二次電池に安定化処理を施す。
<2-3. Manufacturing method>
When manufacturing a secondary battery, each of the
[正極の作製]
最初に、正極活物質、正極結着剤および正極導電剤が互いに混合された混合物(正極合剤)を溶媒に投入することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製する。この溶媒は、水性溶媒でもよいし、有機溶剤でもよい。続いて、正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを塗布することにより、正極活物質層21Bを形成する。最後に、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型してもよい。この場合には、正極活物質層21Bを加熱してもよいし、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。これにより、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが形成されるため、正極21が作製される。
[Preparation of positive electrode]
First, a paste-like positive electrode mixture slurry is prepared by adding a mixture of a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a positive electrode conductive agent (positive electrode mixture) to a solvent. This solvent may be an aqueous solvent or an organic solvent. Subsequently, a positive electrode
[負極の作製]
上記した正極21の作製手順と同様の手順により、負極22を形成する。具体的には、最初に、負極活物質、負極結着剤および負極導電剤が互いに混合された混合物(負極合剤)を溶媒に投入することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを調製する。続いて、負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを塗布することにより、負極活物質層22Bを形成する。最後に、負極活物質層22Bを圧縮成型してもよい。これにより、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが形成されるため、負極22が作製される。
[Preparation of negative electrode]
The
[電解液の調製]
溶媒に電解質塩を投入する。これにより、溶媒中において電解質塩が分散または溶解されるため、電解液が調製される。
[Preparation of electrolyte]
Add electrolyte salt to the solvent. As a result, the electrolyte salt is dispersed or dissolved in the solvent, so that an electrolytic solution is prepared.
[二次電池の組み立て]
最初に、溶接法などの接合法を用いて正極21の正極集電体21Aに正極リード31を接続させると共に、溶接法などの接合法を用いて負極22の負極集電体22Aに負極リード32を接続させる。
[Assembling the secondary battery]
First, the
続いて、セパレータ23を介して正極21および負極22を互いに積層させたのち、その正極21、負極22およびセパレータ23を巻回させることにより、巻回体(図示せず)を作製する。この巻回体は、正極21、負極22およびセパレータ23のそれぞれに電解液が含浸されていないことを除いて、電池素子20の構成と同様の構成を有している。続いて、プレス機などを用いて巻回体を押圧することにより、扁平形状となるように巻回体を成型する。
Subsequently, the
続いて、窪み部10Uの内部に巻回体を収容したのち、外装フィルム10(融着層/金属層/表面保護層)を折り畳むことにより、その外装フィルム10同士を互いに対向させる。続いて、熱融着法などの接着法を用いて、互いに対向する融着層のうちの2辺の外周縁部同士を互いに接合させることにより、袋状の外装フィルム10の内部に巻回体を収納する。
Subsequently, after the wound body is housed inside the recessed
最後に、袋状の外装フィルム10の内部に電解液を注入したのち、熱融着法などの接着法を用いて融着層のうちの残りの1辺の外周縁部同士を互いに接合させる。この場合には、外装フィルム10と正極リード31との間に封止フィルム41を挿入すると共に、外装フィルム10と負極リード32との間に封止フィルム42を挿入する。
Finally, after injecting the electrolytic solution into the interior of the bag-shaped
これにより、巻回体に電解液が含浸されるため、巻回電極体である電池素子20が作製されると共に、袋状の外装フィルム10の内部に電池素子20が封入されるため、二次電池が組み立てられる。
As a result, the wound body is impregnated with the electrolytic solution, so that the
[二次電池の安定化]
組み立て後の二次電池を充放電させる。環境温度、充放電回数(サイクル数)および充放電条件などの各種条件は、任意に設定可能である。これにより、正極21および負極22のそれぞれの表面に被膜が形成されるため、二次電池の状態が電気化学的に安定化する。よって、二次電池が完成する。
[Stabilization of secondary batteries]
Charge and discharge the assembled secondary battery. Various conditions such as environmental temperature, number of charging/discharging times (number of cycles), and charging/discharging conditions can be set arbitrarily. As a result, a film is formed on each surface of the
<2-4.作用および効果>
この二次電池によれば、正極21が正極活物質を含んでおり、その正極活物質が上記した正極活物質100の構成と同様の構成を有している。よって、正極活物質100に関して説明した場合と同様の理由により、正極活物質においてイオン伝導性が担保されながら、正極活物質層21Bの体積密度が増加すると共に電解液の分解反応が抑制されるため、優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることができる。
<2-4. Action and effect>
According to this secondary battery, the
特に、二次電池がリチウムイオン二次電池であれば、リチウムの吸蔵放出を利用して十分な電池容量が安定に得られるため、より高い効果を得ることができる。 In particular, if the secondary battery is a lithium ion secondary battery, a sufficient battery capacity can be stably obtained by utilizing intercalation and desorption of lithium, so that higher effects can be obtained.
この他、正極21によれば、その正極21が正極活物質を含んでおり、その正極活物質が上記した正極活物質100の構成と同様の構成を有している。よって、正極活物質100に関して説明した場合と同様の理由により、正極21を用いた二次電池において優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることができる。
In addition, according to the
二次電池および正極21のそれぞれに関する他の作用および効果は、上記した正極活物質100に関する他の作用および効果と同様である。
Other functions and effects regarding the secondary battery and the
<3.変形例>
次に、上記した二次電池の変形例に関して説明する。
<3. Modified example>
Next, a modification of the above-described secondary battery will be described.
二次電池の構成は、以下で説明するように、適宜、変更可能である。ただし、以下で説明する一連の変形例は、互いに組み合わされてもよい。 The configuration of the secondary battery can be changed as appropriate, as described below. However, the series of modifications described below may be combined with each other.
[変形例1]
多孔質膜であるセパレータ23を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、高分子化合物層を含む積層型のセパレータを用いてもよい。
[Modification 1]
A
具体的には、積層型のセパレータは、一対の面を有する多孔質膜と、その多孔質膜の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいる。正極21および負極22のそれぞれに対するセパレータの密着性が向上するため、電池素子20の巻きずれが抑制されるからである。これにより、電解液の分解反応が発生しても、二次電池が膨れにくくなる。高分子化合物層は、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでいる。ポリフッ化ビニリデンなどは、物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。
Specifically, the laminated separator includes a porous membrane having a pair of surfaces and a polymer compound layer provided on one or both sides of the porous membrane. This is because the adhesion of the separator to each of the
なお、多孔質膜および高分子化合物層のうちの一方または双方は、複数の絶縁性粒子のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。二次電池の発熱時において複数の絶縁性粒子が放熱を促進させるため、その二次電池の安全性(耐熱性)が向上するからである。絶縁性粒子は、無機材料および樹脂材料などのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。無機材料の具体例は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ベーマイト、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムなどである。樹脂材料の具体例は、アクリル樹脂およびスチレン樹脂などである。 Note that one or both of the porous membrane and the polymer compound layer may contain any one type or two or more types of the plurality of insulating particles. This is because the plurality of insulating particles promote heat dissipation when the secondary battery generates heat, thereby improving the safety (heat resistance) of the secondary battery. The insulating particles contain one or more of inorganic materials, resin materials, and the like. Specific examples of inorganic materials include aluminum oxide, aluminum nitride, boehmite, silicon oxide, titanium oxide, magnesium oxide, and zirconium oxide. Specific examples of the resin material include acrylic resin and styrene resin.
積層型のセパレータを作製する場合には、高分子化合物および溶媒などを含む前駆溶液を調製したのち、多孔質膜の片面または両面に前駆溶液を塗布する。この場合には、多孔質膜に前駆溶液を塗布する代わりに、その前駆溶液中に多孔質膜を浸漬させてもよい。また、前駆溶液に複数の絶縁性粒子を添加してもよい。 When producing a laminated separator, a precursor solution containing a polymer compound, a solvent, etc. is prepared, and then the precursor solution is applied to one or both sides of the porous membrane. In this case, instead of applying the precursor solution to the porous membrane, the porous membrane may be immersed in the precursor solution. Further, a plurality of insulating particles may be added to the precursor solution.
この積層型のセパレータを用いた場合においても、正極21と負極22との間においてリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、上記したように、二次電池の安全性が向上するため、より高い効果を得ることができる。
Even when this laminated separator is used, the same effect can be obtained because lithium ions can move between the
[変形例2]
液状の電解質である電解液を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、ゲル状の電解質である電解質層を用いてもよい。
[Modification 2]
An electrolytic solution, which is a liquid electrolyte, was used. However, although not specifically illustrated here, an electrolyte layer that is a gel-like electrolyte may also be used.
電解質層を用いた電池素子20では、セパレータ23および電解質層を介して正極21および負極22が互いに積層されていると共に、その正極21、負極22、セパレータ23および電解質層が巻回されている。この電解質層は、正極21とセパレータ23との間に介在していると共に、負極22とセパレータ23との間に介在している。ただし、電解質層は、正極21とセパレータ23との間だけに介在していてもよいし、負極22とセパレータ23との間だけに介在していてもよい。
In the
この電解質層は、電解液と共に高分子化合物を含んでおり、その電解液は、高分子化合物により保持されている。電解液の漏液が防止されるからである。電解液の構成は、上記した通りである。高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどを含んでいる。電解質層を形成する場合には、電解液、高分子化合物および溶媒などを含む前駆溶液を調製したのち、正極21および負極22のそれぞれの片面または両面に前駆溶液を塗布する。
This electrolyte layer contains a polymer compound together with an electrolyte solution, and the electrolyte solution is held by the polymer compound. This is because electrolyte leakage is prevented. The structure of the electrolytic solution is as described above. The polymer compound includes polyvinylidene fluoride and the like. When forming an electrolyte layer, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, a solvent, etc. is prepared, and then the precursor solution is applied to one or both surfaces of each of the
この電解質層を用いた場合においても、正極21と負極22との間において電解質層を介してリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、上記したように、電解液の漏液が防止されるため、より高い効果を得ることができる。
Even when this electrolyte layer is used, the same effect can be obtained because lithium ions can move between the
<4.二次電池の用途>
最後に、二次電池の用途(適用例)に関して説明する。
<4. Applications of secondary batteries>
Finally, the uses (application examples) of secondary batteries will be explained.
二次電池の用途は、特に限定されない。電源として用いられる二次電池は、電子機器および電動車両などにおいて、主電源でもよいし、補助電源でもよい。主電源とは、他の電源の有無に関係なく、優先的に用いられる電源である。補助電源は、主電源の代わりに用いられる電源でもよいし、主電源から切り替えられる電源でもよい。 The use of the secondary battery is not particularly limited. A secondary battery used as a power source may be a main power source or an auxiliary power source in electronic devices, electric vehicles, and the like. The main power source is a power source that is used preferentially, regardless of the presence or absence of other power sources. The auxiliary power source may be a power source used in place of the main power source, or may be a power source that can be switched from the main power source.
二次電池の用途の具体例は、以下で説明する通りである。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオおよび携帯用情報端末などの電子機器である。バックアップ電源およびメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルおよび電動鋸などの電動工具である。電子機器などに搭載される電池パックである。ペースメーカおよび補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車(ハイブリッド自動車を含む。)などの電動車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用または産業用のバッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。これらの用途では、1個の二次電池が用いられてもよいし、複数個の二次電池が用いられてもよい。 Specific examples of uses of the secondary battery are as described below. Electronic devices such as video cameras, digital still cameras, mobile phones, notebook computers, headphone stereos, portable radios, and portable information terminals. Backup power supplies and storage devices such as memory cards. Power tools such as power drills and power saws. This is a battery pack installed in electronic devices. Medical electronic devices such as pacemakers and hearing aids. Electric vehicles such as electric vehicles (including hybrid vehicles). A power storage system such as a household or industrial battery system that stores power in case of an emergency. In these applications, one secondary battery or a plurality of secondary batteries may be used.
電池パックは、単電池を備えていてもよいし、組電池を備えていてもよい。電動車両は、駆動用電源として二次電池を用いて走行する車両であり、その二次電池以外の駆動源を併せて備えたハイブリッド自動車でもよい。家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源である二次電池に蓄積された電力を利用して家庭用の電気製品などを使用可能である。 The battery pack may include single cells or assembled batteries. An electric vehicle is a vehicle that runs using a secondary battery as a driving power source, and may be a hybrid vehicle that also includes a driving source other than the secondary battery. In a home power storage system, home electrical appliances and the like can be used by using the power stored in a secondary battery, which is a power storage source.
ここで、二次電池の用途の一例に関して具体的に説明する。以下で説明する構成は、あくまで一例であるため、適宜、変更可能である。 Here, an example of the use of the secondary battery will be specifically explained. The configuration described below is just an example and can be modified as appropriate.
図10は、二次電池の適用例である電池パックのブロック構成を表している。ここで説明する電池パックは、1個の二次電池を用いた電池パック(いわゆるソフトパック)であり、スマートフォンに代表される電子機器などに搭載される。 FIG. 10 shows a block configuration of a battery pack that is an application example of a secondary battery. The battery pack described here is a battery pack (so-called soft pack) using one secondary battery, and is installed in electronic devices such as smartphones.
この電池パックは、図10に示したように、電源51と、回路基板52とを備えている。この回路基板52は、電源51に接続されていると共に、正極端子53、負極端子54および温度検出端子55を含んでいる。
This battery pack includes a
電源51は、1個の二次電池を含んでいる。この二次電池では、正極リードが正極端子53に接続されていると共に、負極リードが負極端子54に接続されている。この電源51は、正極端子53および負極端子54を介して外部と接続されるため、充放電可能である。回路基板52は、制御部56と、スイッチ57と、熱感抵抗素子(いわゆるPTC素子)58と、温度検出部59とを含んでいる。ただし、PTC素子58は省略されてもよい。
制御部56は、中央演算処理装置(CPU)およびメモリなどを含んでおり、電池パック全体の動作を制御する。この制御部56は、電源51の使用状態に関する検出および制御などを行う。
The
なお、制御部56は、電源51(二次電池)の電圧が過充電検出電圧または過放電検出電圧に到達すると、スイッチ57を切断することにより、その電源51の電流経路に充電電流が流れないようにする。過充電検出電圧は、特に限定されないが、具体的には、4.20V±0.05Vであると共に、過放電検出電圧は、特に限定されないが、具体的には、2.40V±0.10Vである。
Note that when the voltage of the power source 51 (secondary battery) reaches the overcharge detection voltage or overdischarge detection voltage, the
スイッチ57は、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオードおよび放電用ダイオードなどを含んでおり、制御部56の指示に応じて電源51と外部機器との接続の有無を切り換える。このスイッチ57は、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ(MOSFET)などを含んでおり、充電電流および放電電流のそれぞれは、スイッチ57のON抵抗に基づいて検出される。
The
温度検出部59は、サーミスタなどの温度検出素子を含んでいる。この温度検出部59は、温度検出端子55を用いて電源51の温度を測定すると共に、その温度の測定結果を制御部56に出力する。温度検出部59により測定される温度の測定結果は、異常発熱時において制御部56が充放電制御を行う場合および残容量の算出時において制御部56が補正処理を行う場合などに用いられる。
The
本技術の実施例に関して説明する。 An example of the present technology will be described.
<実験例1~7および比較例1~5>
以下で説明するように、図1~図4に示した正極活物質100を製造すると共に、図8および図9に示した二次電池(ラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池)を作製したのち、その二次電池の特性を評価した。
<Experimental Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5>
As explained below, after manufacturing the positive electrode
[正極活物質の製造]
以下で説明する手順により、浸漬法を用いて正極活物質100を製造した。
[Manufacture of positive electrode active material]
A positive electrode
最初に、エタノール25gにアンモニア水(濃度=28重量%)6gを添加したのち、そのエタノールを撹拌した。これにより、エタノール中においてアンモニア水が分散されたため、アルカリ性溶媒が得られた。 First, 6 g of ammonia water (concentration = 28% by weight) was added to 25 g of ethanol, and then the ethanol was stirred. As a result, aqueous ammonia was dispersed in ethanol, so an alkaline solvent was obtained.
続いて、アルカリ性溶媒に複数の中心部110(リチウム含有化合物である粉末状のコバルト酸リチウム(LiCoO2 ))35gを添加したのち、そのアルカリ性溶媒に第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドを添加した。続いて、室温環境中(温度=20℃)中においてアルカリ性溶媒を撹拌(撹拌時間=120分間)した。これにより、準備溶液が調製された。 Subsequently, 35 g of the plurality of core parts 110 (powdered lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), which is a lithium-containing compound) is added to the alkaline solvent, and then the first metal alkoxide, the second metal alkoxide, and the third metal alkoxide are added to the alkaline solvent. Added metal alkoxide. Subsequently, the alkaline solvent was stirred (stirring time = 120 minutes) in a room temperature environment (temperature = 20°C). This prepared a preparatory solution.
第1金属アルコキシドとしては、Si-(OC2 H5 )4 (TES)を用いた。第2金属アルコキシドとしては、(H3 CO)3 -Si-C2 H4 -Si-(OCH3 )3 (BTESE)または(H3 CO)3 -Si-C6 H12-Si-(OCH3 )3 (BTESH)を用いた。第3金属アルコキシドとして、H33C16Si-(OCH3 )3 (HDTMS)を用いた。 As the first metal alkoxide, Si-(OC 2 H 5 ) 4 (TES) was used. As the second metal alkoxide, (H 3 CO) 3 -Si-C 2 H 4 -Si-(OCH 3 ) 3 (BTESE) or (H 3 CO) 3 -Si-C 6 H 12 -Si-(OCH 3 ) 3 (BTESH) was used. H 33 C 16 Si-(OCH 3 ) 3 (HDTMS) was used as the third metal alkoxide.
この場合には、重量割合R1~R4(重量%)のそれぞれが表1に示した値となるように、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドのそれぞれの添加量を調整した。 In this case, the amounts of each of the first metal alkoxide, second metal alkoxide, and third metal alkoxide were adjusted so that the weight ratios R1 to R4 (wt%) each had the values shown in Table 1. .
続いて、準備溶液を濾別することにより、その準備溶液が表面に付着された複数の中心部110を回収したのち、洗浄用の溶媒(アセトン)を用いて複数の中心部110を洗浄した。
Subsequently, the preparation solution was filtered to collect the plurality of
続いて、複数の中心部110を加熱(加熱温度=80℃および加熱時間=120分間)することにより、その複数の中心部110を乾燥させた。これにより、第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含む下地層121と、第3金属アルコキシドを含む表面層122とが中心部110の表面111Xおよび粒界111Yのそれぞれに形成された。すなわち、下地層121および表面層122を含む有機無機ハイブリッド膜である被覆部120が形成された。
Subsequently, the plurality of
よって、中心部110および被覆部120(下地層121および表面層122)を含む正極活物質100が製造された(実施例1~7)。
Thus, a positive electrode
厚さ割合R5(%)は、表1に示した通りである。正極活物質100を製造する場合には、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドを含むアルカリ性溶媒中に複数の中心部110を浸漬させる時間を十分に長くなるように設定することにより、表面111Xだけでなく粒界111Yも被覆するように被覆部120を形成した。この場合には、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドのそれぞれの添加量およびアルカリ性溶媒の撹拌時間などを変更することにより、厚さ割合R5を変化させた。
The thickness ratio R5 (%) is as shown in Table 1. When manufacturing the positive electrode
なお、比較のために、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドのうちのいずれか1つを用いなかったことを除いて同様の手順により、正極活物質を製造した(比較例1~3)。第2金属アルコキシドを用いなかった場合には、表面層122が形成されなかった。
For comparison, a positive electrode active material was manufactured using the same procedure except that one of the first metal alkoxide, second metal alkoxide, and third metal alkoxide was not used (Comparative Example 1-3). When the second metal alkoxide was not used, the
また、比較のために、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドの全てを用いなかったことを除いて同様の手順により、正極活物質を製造した(比較例4)。この場合には、被覆部120が形成されなかった。
Further, for comparison, a positive electrode active material was manufactured by the same procedure except that all of the first metal alkoxide, second metal alkoxide, and third metal alkoxide were not used (Comparative Example 4). In this case, the covering
さらに、比較のために、粒界111Yに被覆部120(下地層121および表面層122)を形成せずに、表面111Xだけに被覆部120を形成したことを除いて同様の手順により、正極活物質を製造した(比較例5)。この場合には、第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドを含むアルカリ性溶媒中に複数の中心部110を浸漬させる時間を短くすると共に、アルカリ性溶媒の撹拌時間を短くする(具体的には、撹拌時間を30分以下とする)ことにより、粒界111Yを被覆せずに表面111Xだけを被覆するように被覆部120を形成した。厚さ割合R5が0%であるということは、粒界111Yが被覆部120により被覆されなかったことを表している。
Furthermore, for comparison, the positive electrode active layer was formed using the same procedure except that the coating portion 120 (
[二次電池の作製]
以下で説明する手順により、二次電池を作製した。
[Preparation of secondary battery]
A secondary battery was produced according to the procedure described below.
(正極の作製)
最初に、正極活物質90質量部と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)5質量部と、正極導電剤(ケッチェンブラック)5質量部とを互いに混合させることにより、正極合剤とした。続いて、有機溶剤(N-メチル-2-ピロリドン)に正極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製した。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体21A(厚さ=15μmであるアルミニウム箔)の両面に正極合剤スラリーを塗布したのち、その正極合剤スラリーを乾燥させることにより、正極活物質層21Bを形成した。続いて、ロールプレス機を用いて正極活物質層21Bを圧縮成型(ロール温度=130℃,線圧=0.7t/cm,プレス速度=10m/分)した。最後に、正極活物質層21Bが形成された正極集電体21Aを帯状(幅=48mm,長さ=300mm)となるように切断した。これにより、正極21が作製された。
(Preparation of positive electrode)
First, 90 parts by mass of a positive electrode active material, 5 parts by mass of a positive electrode binder (polyvinylidene fluoride), and 5 parts by mass of a positive electrode conductive agent (Ketjen Black) were mixed together to form a positive electrode mixture. Subsequently, the positive electrode mixture was added to an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone), and the organic solvent was stirred to prepare a paste-like positive electrode mixture slurry. Next, a positive electrode mixture slurry is applied to both sides of the positive electrode
(負極の作製)
最初に、負極活物質(炭素材料である人造黒鉛)90質量部と、ポリアミック酸を含むN-メチル-2-ピロリドン溶液(濃度=20重量%)10質量部とを互いに混合させたのち、そのN-メチル-2-ピロリドン溶液を撹拌することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを調製した。続いて、バーコータ(ギャップ=35μm)を用いて負極集電体22A(厚さ=15μmである銅箔)の両面に負極合剤スラリーを塗布したのち、その負極合剤スラリーの塗膜を乾燥(温度=80℃)させた。続いて、ロールプレス機を用いて塗膜を圧縮成型したのち、その塗膜を加熱(加熱時間=700℃,加熱時間=3時間)することにより、負極活物質層22Bを形成した。最後に、負極活物質層22Bが形成された負極集電体22Aを帯状(幅=50mm,長さ=310mm)となるように切断した。これにより、負極22が作製された。
(Preparation of negative electrode)
First, 90 parts by mass of a negative electrode active material (artificial graphite, which is a carbon material) and 10 parts by mass of an N-methyl-2-pyrrolidone solution (concentration = 20% by weight) containing polyamic acid were mixed together. A paste-like negative electrode mixture slurry was prepared by stirring the N-methyl-2-pyrrolidone solution. Next, the negative electrode mixture slurry was applied to both sides of the negative electrode
(電解液の調製)
溶媒(環状炭酸エステルである炭酸エチレンおよび鎖状炭酸エステルである炭酸エチルメチル)に電解質塩(六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 ))を添加したのち、その溶媒を撹拌した。この場合には、溶媒の混合比(重量比)を炭酸エチレン:炭酸エチルメチル=50;50としたと共に、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/l(=1mol/dm3 )とした。これにより、電解液が調製された。
(Preparation of electrolyte)
After adding an electrolyte salt (lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 )) to the solvent (ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, and ethyl methyl carbonate, which is a chain carbonate), the solvent was stirred. In this case, the mixing ratio (weight ratio) of the solvent was set to ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate = 50; 50, and the content of the electrolyte salt was set to 1 mol/l (= 1 mol/dm 3 ) to the solvent. . In this way, an electrolytic solution was prepared.
(二次電池の組み立て)
最初に、正極21の正極集電体21Aに正極リード31(アルミニウム箔)を溶接したと共に、負極22の負極集電体22Aに負極リード32(銅箔)を溶接した。続いて、セパレータ23(厚さ=25μmである微多孔性ポリエチレンフィルム)を介して正極21および負極22を互いに積層させたのち、その正極21、負極22およびセパレータ23を巻回させることにより、巻回体を作製した。続いて、プレス機を用いて巻回体をプレスすることにより、断面の形状が扁平形状となるように巻回体を成型した。
(Assembling secondary battery)
First, the positive electrode lead 31 (aluminum foil) was welded to the positive electrode
続いて、窪み部10Uに収容された巻回体を挟むように外装フィルム10(融着層/金属層/表面保護層)を折り畳んだのち、その融着層のうちの2辺の外周縁部同士を互いに熱融着させることにより、袋状の外装フィルム10の内部に巻回体を収納した。外装フィルム10としては、融着層(厚さ=30μmであるポリプロピレンフィルム)と、金属層(厚さ=40μmであるアルミニウム箔)と、表面保護層(厚さ=25μmであるナイロンフィルム)とが内側からこの順に積層された防湿性のアルミラミネートフィルムを用いた。
Subsequently, after folding the exterior film 10 (fusion layer/metal layer/surface protection layer) so as to sandwich the rolled body housed in the recessed
最後に、袋状の外装フィルム10の内部に電解液を注入したのち、減圧環境中において融着層のうちの残りの1辺の外周縁部同士を熱融着させた。この場合には、外装フィルム10と正極リード31との間に封止フィルム41(厚さ=5μmであるポリプロピレンフィルム)を挿入したと共に、その外装フィルム10と負極リード32との間に封止フィルム42(厚さ=5μmであるポリプロピレンフィルム)を挿入した。これにより、巻回体に電解液が含浸されたため、電池素子20が形成された。よって、外装フィルム10の内部に電池素子20が封入されたため、二次電池が組み立てられた。
Finally, after injecting the electrolytic solution into the interior of the bag-shaped
(二次電池の安定化)
常温環境中(温度=20℃)において、二次電池を1サイクル充放電させた。充放電条件は、後述するサイクル特性を調べる場合の充放電条件と同様にした。これにより、正極21および負極22のそれぞれの表面に被膜が形成されたため、二次電池の状態が安定化した。よって、二次電池が完成した。
(Stabilization of secondary batteries)
The secondary battery was charged and discharged for one cycle in a normal temperature environment (temperature = 20°C). The charging and discharging conditions were the same as the charging and discharging conditions used when examining cycle characteristics, which will be described later. As a result, a film was formed on each surface of the
[二次電池の特性評価]
二次電池の容量特性および負荷特性を評価したところ、表1に示した結果が得られた。
[Characteristics evaluation of secondary batteries]
When the capacity characteristics and load characteristics of the secondary battery were evaluated, the results shown in Table 1 were obtained.
(容量特性)
ここでは、二次電池の容量を測定する代わりに、その容量に大きな影響を及ぼす正極活物質の充填性を表す指標である正極活物質層21Bの体積密度(g/cm3 )を調べた。この場合には、ハイト計を用いて正極活物質層21Bの厚さ(cm)などの寸法を測定すると共に、その正極活物質層21Bの重量を測定したのち、その寸法および重量に基づいて体積密度を算出した。
(capacitance characteristics)
Here, instead of measuring the capacity of the secondary battery, the volume density (g/cm 3 ) of the positive electrode
(負荷特性)
負荷特性を調べる場合には、最初に、常温環境中(温度=20℃)において二次電池を充放電させることにより、放電容量(1サイクル目の放電容量)を測定した。充電時には、0.5Aの電流で電圧が4.2Vに到達するまで定電流充電したのち、その4.2Vの電圧で電流が初期値の1/10の値(0.05A)に到達するまで定電圧充電した。放電時には、0.2Aの電流で電圧が3.0Vに到達するまで定電流放電した。
(Load characteristics)
When examining the load characteristics, first, the discharge capacity (first cycle discharge capacity) was measured by charging and discharging the secondary battery in a normal temperature environment (temperature = 20° C.). When charging, charge at a constant current with a current of 0.5A until the voltage reaches 4.2V, and then at that voltage of 4.2V until the current reaches 1/10 of the initial value (0.05A). Charged at constant voltage. During discharging, constant current discharge was performed at a current of 0.2 A until the voltage reached 3.0 V.
続いて、同環境中において二次電池を充放電させることにより、放電容量(2サイクル目の放電容量)を測定した。充放電条件は、放電時の電流を0.1Cに変更したことを除いて、1サイクル目の充放電条件と同様にした。この0.1Cとは、1サイクル目の放電容量を1Cとした場合において0.1Cに相当する電流値であり、より具体的には1サイクル目の放電容量を10時間で放電しきる電流値である。 Subsequently, the discharge capacity (second cycle discharge capacity) was measured by charging and discharging the secondary battery in the same environment. The charging and discharging conditions were the same as those for the first cycle, except that the current during discharging was changed to 0.1C. This 0.1C is a current value equivalent to 0.1C when the discharge capacity of the first cycle is 1C, and more specifically, it is a current value that completely discharges the discharge capacity of the first cycle in 10 hours. be.
続いて、同環境中において二次電池を充放電させることにより、放電容量(3サイクル目の放電容量)を測定した。充放電条件は、放電時の電流を2Cに変更したことを除いて、1サイクル目の充放電条件と同様にした。この2Cとは、1サイクル目の放電容量を1Cとした場合において2Cに相当する電流値であり、より具体的には1サイクル目の放電容量を0.5時間で放電しきる電流値である。 Subsequently, the discharge capacity (discharge capacity at the third cycle) was measured by charging and discharging the secondary battery in the same environment. The charging and discharging conditions were the same as those for the first cycle, except that the current during discharging was changed to 2C. This 2C is a current value corresponding to 2C when the discharge capacity of the first cycle is 1C, and more specifically, it is a current value that allows the discharge capacity of the first cycle to be completely discharged in 0.5 hours.
最後に、負荷維持率(%)=(3サイクル目の放電容量(放電時の電流=2C)/2サイクル目の放電容量(放電時の電流=0.1C))×100を算出した。 Finally, load maintenance rate (%) = (3rd cycle discharge capacity (discharge current = 2C) / 2nd cycle discharge capacity (discharge current = 0.1C)) x 100.
[考察]
表1に示したように、体積密度および負荷維持率のそれぞれは、正極活物質の構成に応じて大きく変動した。
[Consideration]
As shown in Table 1, the volume density and load maintenance rate each varied greatly depending on the configuration of the positive electrode active material.
具体的には、被覆部120を形成するために第3金属アルコキシドを用いなかったため、その第3金属アルコキシドを含む表面層122が形成されなかった場合(比較例1)には、体積密度および負荷維持率の双方が減少した。
Specifically, when the
また、被覆部120を形成するために第1金属アルコキシドまたは第2金属アルコキシドを用いなかったため、その第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含む下地層121が形成されなかった場合(比較例2,3)には、負荷維持率が減少したと共に、場合によっては体積密度も減少した。
Further, since the first metal alkoxide or the second metal alkoxide was not used to form the covering
さらに、被覆部120を形成するために第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドの全てを用いたが、その被覆部120が表面111Xだけを被覆するように形成された場合(比較例5)には、高い負荷維持率は得られたが、体積密度は減少した。
Furthermore, when all of the first metal alkoxide, second metal alkoxide, and third metal alkoxide were used to form the covering
これに対して、被覆部120を形成するために第1金属アルコキシド、第2金属アルコキシドおよび第3金属アルコキシドの全てを用いた場合(実施例1~7)には、その第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含む下地層121が形成されたと共に、第3金属アルコキシドを含む表面層122も形成された。しかも、表面111Xだけでなく粒界111Yも被覆するように被覆部120が形成された。これにより、高い体積密度が得られたと共に、高い負荷維持率も得られた。
On the other hand, when all of the first metal alkoxide, second metal alkoxide, and third metal alkoxide are used to form the covering portion 120 (Examples 1 to 7), the reaction of the first metal alkoxide
この場合には、特に、以下で説明する一連の傾向が得られた。 In this case, in particular, a series of trends were obtained, which will be explained below.
第1に、重量割合R1が5.0重量%~85.0重量%であり、重量割合R2が1.0重量%~40.0重量%であり、重量割合R3が5.0重量%~90.0重量%であると、十分な体積密度が得られたと共に、十分な負荷維持率も得られた。 First, the weight ratio R1 is 5.0% to 85.0% by weight, the weight ratio R2 is 1.0% to 40.0% by weight, and the weight ratio R3 is 5.0% to 85.0% by weight. At 90.0% by weight, not only a sufficient volume density was obtained, but also a sufficient load maintenance rate.
第2に、重量割合R4が0.010重量~2.000重量%であると、十分な体積密度が得られたと共に、十分な負荷維持率も得られた。 Second, when the weight ratio R4 was 0.010% to 2.000% by weight, not only a sufficient volume density was obtained, but also a sufficient load maintenance rate.
第3に、厚さ割合R5が10%~100%であると、高い負荷維持率が維持されながら、体積密度がより増加した。 Thirdly, when the thickness ratio R5 was 10% to 100%, the volume density was further increased while maintaining a high load maintenance rate.
[まとめ]
表1に示した結果から、正極活物質100が中心部110および被覆部120(下地層121および表面層122)を備えており、その被覆部120が中心部110の表面111Xおよび粒界111Yのそれぞれを被覆しており、その下地層121が第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドの反応物を含んでおり、表面層122が第3金属アルコキシドを含んでおり、その第3金属アルコキシドが第1金属アルコキシドの反応物および第2金属アルコキシドのうちの一方または双方に結合されていると、高い体積密度および高い負荷維持率が得られた。よって、二次電池において優れた容量特性および優れた負荷特性を得ることができた。
[summary]
From the results shown in Table 1, the positive electrode
以上、一実施形態および実施例を挙げながら本技術に関して説明したが、その本技術の構成は、一実施形態および実施例において説明された構成に限定されないため、種々に変形可能である。 Although the present technology has been described above with reference to one embodiment and an example, the configuration of the present technology is not limited to the configuration described in the one embodiment and example, and can be variously modified.
具体的には、二次電池の電池構造がラミネートフィルム型である場合に関して説明した。しかしながら、二次電池の電池構造は、特に限定されないため、円筒型、角型、コイン型およびボタン型などでもよい。 Specifically, the case where the battery structure of the secondary battery is a laminate film type has been described. However, the battery structure of the secondary battery is not particularly limited, and may be cylindrical, square, coin-shaped, button-shaped, or the like.
また、電池素子の素子構造が巻回型である場合に関して説明した。しかしながら、電池素子の素子構造は、特に限定されないため、積層型および九十九折り型などでもよい。この積層型では、正極および負極が互いに積層されていると共に、九十九折り型では、正極および負極がジグザグに折り畳まれている。 Furthermore, the case where the element structure of the battery element is a wound type has been described. However, the element structure of the battery element is not particularly limited, and may be a stacked type, a 99-fold type, or the like. In this laminated type, the positive electrode and the negative electrode are stacked on each other, and in the 99-fold type, the positive electrode and the negative electrode are folded in a zigzag pattern.
さらに、電極反応物質がリチウムである場合に関して説明したが、その電極反応物質は、特に限定されない。具体的には、電極反応物質は、上記したように、ナトリウムおよびカリウムなどの他のアルカリ金属でもよいし、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属でもよい。この他、電極反応物質は、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。 Furthermore, although the case where the electrode reactant is lithium has been described, the electrode reactant is not particularly limited. Specifically, the electrode reactants may be other alkali metals, such as sodium and potassium, or alkaline earth metals, such as beryllium, magnesium, and calcium, as described above. In addition, the electrode reactant may be other light metals such as aluminum.
本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であるため、本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本技術に関して、他の効果が得られてもよい。 Since the effects described in this specification are merely examples, the effects of the present technology are not limited to the effects described in this specification. Therefore, other effects may be obtained with the present technology.
21…正極、21B…正極活物質層、22…負極、100…正極活物質、110…中心部、111…結晶粒、111X…表面、111Y…粒界、120…被覆部、121…下地層、122…表面層。 21... Positive electrode, 21B... Positive electrode active material layer, 22... Negative electrode, 100... Positive electrode active material, 110... Center, 111... Crystal grain, 111X... Surface, 111Y... Grain boundary, 120... Covering portion, 121... Base layer, 122...Surface layer.
Claims (13)
前記中心部の表面に設けられた被覆部と
を備え、
前記中心部は、2つ以上の結晶粒が互いに結合された多結晶体を含むと共に、互いに結合された2つの前記結晶粒の間に粒界を有し、
前記被覆部は、前記中心部の前記表面および前記粒界のそれぞれを被覆すると共に、前記中心部に近い側から順に下地層および表面層を含み、
前記下地層は、1分子中に金属原子-炭素原子結合を有しない第1金属アルコキシドの反応物、および1分子中に2つ以上の金属原子-炭素原子結合を有する第2金属アルコキシドの反応物を含み、
前記表面層は、1分子中に1つの金属原子-炭素原子結合を有する第3金属アルコキシドを含み、
前記第3金属アルコキシドは、前記第1金属アルコキシドの反応物および前記第2金属アルコキシドのうちの少なくとも一方に結合されている、
二次電池用正極活物質。 A central part that absorbs and releases electrode reactants;
and a coating provided on the surface of the central portion,
The central portion includes a polycrystalline body in which two or more crystal grains are bonded to each other, and has a grain boundary between the two crystal grains bonded to each other,
The coating portion covers each of the surface and the grain boundaries of the center portion, and includes a base layer and a surface layer in order from the side closer to the center portion,
The base layer is a reactant of a first metal alkoxide that does not have a metal atom-carbon bond in one molecule, and a reactant of a second metal alkoxide that has two or more metal atom-carbon bonds in one molecule. including;
The surface layer contains a third metal alkoxide having one metal atom-carbon atom bond in one molecule,
The third metal alkoxide is bonded to at least one of the reactant of the first metal alkoxide and the second metal alkoxide,
Cathode active material for secondary batteries.
前記第2金属アルコキシドは、炭素鎖を介して互いに結合されていると共にそれぞれに1つ以上のアルコキシ基が結合されている2つ以上の金属原子を含み、
前記第3金属アルコキシドは、1つのアルキル基および1つ以上のアルコキシ基のそれぞれが結合されている1つの金属原子を含む、
請求項1記載の二次電池用正極活物質。 The first metal alkoxide includes one metal atom to which one or more alkoxy groups are bonded,
The second metal alkoxide includes two or more metal atoms that are bonded to each other via a carbon chain and to each of which one or more alkoxy groups are bonded,
The third metal alkoxide includes one metal atom to which each of one alkyl group and one or more alkoxy groups is bonded.
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の二次電池用正極活物質。
M1-(OR1)a ・・・(1)
(M1は、ケイ素原子、チタン原子、アルミニウム原子およびジルコニウム原子のうちのいずれかである。R1は、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基および式(100)で表される基のうちのいずれかである。aは、3または4である。ただし、互いに隣り合う2つのR1は、互いに結合されていてもよい。)
-CR11=CH-C(=O)-R12 ・・・(100)
(R11は、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。R12は、1以上30以下の炭素数を有するアルキル基、1以上30以下の炭素数を有するアルコキシ基および1以上30以下の炭素数を有するアルケニルオキシ基のうちのいずれかである。) The first metal alkoxide includes a compound represented by formula (1),
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 or 2.
M1-(OR1) a ...(1)
(M1 is any one of a silicon atom, a titanium atom, an aluminum atom, and a zirconium atom. R1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and a group represented by formula (100). Either. a is 3 or 4. However, two R1's adjacent to each other may be bonded to each other.)
-CR11=CH-C(=O)-R12...(100)
(R11 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. R12 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, and 1 to 30 carbon atoms. It is any alkenyloxy group having a carbon number.)
請求項3記載の二次電池用正極活物質。 The M1 is a silicon atom,
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 3.
請求項1または請求項2に記載の二次電池用正極活物質。 The second metal alkoxide has two or more silicon atom-carbon atom bonds in one molecule,
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 or 2.
請求項5記載の二次電池用正極活物質。
(R3O)3 -Si-R2-Si-(OR4)3 ・・・(2)
(R2は、1以上20以下の炭素数を有するアルキレン基である。R3およびR4のそれぞれは、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。)
(OR8)3 -Si-R5-NH-R6-NH-R7-Si-(OR9)3 ・・・(3)
(R5~R7のそれぞれは、1以上20以下の炭素数を有するアルキレン基である。R8およびR9のそれぞれは、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。)
(R10)2 -Si-(OR11)2 ・・・(4)
(R10およびR11のそれぞれは、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。) The second metal alkoxide contains at least one compound represented by each of formulas (2) to (4),
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 5.
(R3O) 3 -Si-R2-Si-(OR4) 3 ...(2)
(R2 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms. Each of R3 and R4 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
(OR8) 3 -Si-R5-NH-R6-NH-R7-Si-(OR9) 3 ...(3)
(Each of R5 to R7 is an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms. Each of R8 and R9 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
(R10) 2 -Si-(OR11) 2 ...(4)
(Each of R10 and R11 is an alkyl group having 1 or more and 10 or less carbon atoms.)
請求項1または請求項2に記載の二次電池用正極活物質。
R12-Si-(OR13)3 ・・・(5)
(R12は、8以上30以下の炭素数を有するアルキル基である。R13は、1以上10以下の炭素数を有するアルキル基である。) The third metal alkoxide includes a compound represented by formula (5),
The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 1 or 2.
R12-Si-(OR13) 3 ...(5)
(R12 is an alkyl group having a carbon number of 8 or more and 30 or less. R13 is an alkyl group having a carbon number of 1 or more and 10 or less.)
前記被覆部の重量に対する前記第2金属アルコキシドの反応物の重量の割合は、1.0重量%以上40.0重量%以下であり、
前記被覆部の重量に対する前記第3金属アルコキシドの重量の割合は、5.0重量%以上90.0重量%以下である、
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質。 The ratio of the weight of the first metal alkoxide reactant to the weight of the coating portion is 5.0% by weight or more and 85.0% by weight or less,
The ratio of the weight of the second metal alkoxide reactant to the weight of the coating portion is 1.0% by weight or more and 40.0% by weight or less,
The ratio of the weight of the third metal alkoxide to the weight of the coating portion is 5.0% by weight or more and 90.0% by weight or less,
The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 7.
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質。 The ratio of the weight of the covering portion to the sum of the weight of the center portion and the weight of the covering portion is 0.010 weight % or more and 2.000 weight % or less,
The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 8.
請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質。 The ratio of the thickness of the covering portion covering the grain boundary to the thickness of the covering portion covering the surface is 10% or more and 100% or less,
The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 9.
前記正極活物質層は、請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質を含む、
二次電池用正極。 Equipped with a positive electrode active material layer,
The positive electrode active material layer includes the positive electrode active material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 10.
Positive electrode for secondary batteries.
請求項12記載の二次電池。 A lithium ion secondary battery,
The secondary battery according to claim 12.
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