JP4368119B2 - Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電サイクル特性の向上を目的とする非水電解質二次電池の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ノートパソコン、PDA等の移動情報端末の小型・軽量化が急速に進展しており、その駆動電源としての電池にはさらなる高容量化が要求されている。リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような移動情報端末の駆動電源として広く利用されている。
【0003】
このような非水電解質二次電池は、通常、リチウム含有遷移金属複合酸化物を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料等を含む負極とを用いている。この電池は、リチウムが金属状態で存在せず、リチウムイオンが正・負極間を移動するのみであるので、樹枝状リチウムの析出が抑制され、安全性に優れる。
【0004】
上記リチウム含有遷移金属複合酸化物の具体例としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)があげられる。
ここで、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムを用いた電池では、優れた放電特性が得られるものの、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム自体の熱安定性が低いため、発熱等の電池異常時における安全性が十分ではないという問題がある。他方、マンガン酸リチウムを用いた電池では、マンガン酸リチウムは熱安定性に優れることから、電池異常時の安全性が向上するものの、マンガン酸リチウムはコバルト酸リチウム等に比べて放電特性が低いため、十分な電池特性が得られないという問題がある。この問題の解決のため、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムと、マンガン酸リチウムとを混合して正極活物質となすことが行われていた。
【0005】
しかしながら、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムと、マンガン酸リチウムとを均一に分散した状態で混合することが難しいため、分散状態の悪い部分が局所的に存在する。そして、当該部分においてリチウムイオンの挿入・脱離にともなう活物質粒子の膨張収縮によって活物質同士の密着性が低下し、活物質の結晶構造が崩壊しやすくなるので、サイクル特性が劣化するという課題を有している。
【0006】
ところで、電気化学反応が高密度且つ高効率で行われる優れた正極性能を有する電池を得るための技術として、粒径の大きい母粒子と、母粒子より粒径の小さい子粒子とを混合し、一体化させた複合粒子を正極活物質として用いる技術がある(例えば、特許文献1参照。)。
【0007】
【特許文献1】
特開平10−162825号公報(第2頁−第4頁)
【0008】
この技術によると、活物質粒子同士の接合点を少なくすることができ、結着剤の使用量を減少させることができるので、導電性や活物質充填率に優れた電池を得ることができるとされる。しかしながら、上記技術によると、粒子同士の接触による複合粒子内の導電性が十分ではなく、充放電反応の際、複合粒子の中央付近の粒子(母粒子)に過電圧が生じやすい。この過電圧によって活物質の結晶構造が崩壊しやすくなるため、サイクル特性が悪化するという課題を有している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に鑑みなされたものであって、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムの優れた放電特性と、マンガン酸リチウムの優れた熱安定性とを兼ね備え、且つ充放電サイクル特性を向上させることのできる非水電解質二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、コバルト化合物及び/又はニッケル化合物と、マンガン化合物とを混合し、一次粒子にまで粉砕する第一工程と、前記一次粒子同士を造粒し、一次粒子混合物凝集体とする第二工程と、前記一次粒子混合物凝集体と、リチウム化合物とを混合し焼結して、コバルト酸リチウム及び/又はニッケル酸リチウムからなる一次粒子と、マンガン酸リチウムからなる一次粒子が互いに接触した状態で焼結した正極活物質二次粒子とする第三工程と、を備えることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法である。
【0011】
上記方法を用いることにより、コバルト酸リチウム及び/又はニッケル酸リチウムと、マンガン酸リチウムそれぞれの一次粒子同士が接触し、焼結した正極活物質二次粒子を含む非水電解質二次電池を、容易に製造することができる。
【0012】
上記構成によると、コバルト酸リチウム及び/又はニッケル酸リチウムと、マンガン酸リチウムそれぞれの一次粒子同士が接触し、焼結して正極活物質二次粒子を形成しており、二次粒子内における一次粒子同士の密着性が極めて高いため、導電性に優れる。したがって、充放電反応の際に二次粒子に過電圧が生じることがないため、充放電サイクル特性に優れた電池を得ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例に基づいて説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【0018】
参考例1)
まず、図1〜4に基づいて、参考例1に係る電池の全体像を説明する。図1は本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の正面図、図2は図1のA−A線矢視断面図、図3は非水電解質二次電池に用いるラミネート外装体の断面図、図4は非水電解質二次電池に用いる電極体の斜視図である。
【0019】
図2に示すように、本発明の非水電解質二次電池は電極体1を有しており、この電極体1は収納空間2内に配置されている。この収納空間2は、図1に示すように、ラミネート外装体3の上下端と中央部とをそれぞれ封止部4a・4b・4cで封口することにより形成される。また、収納空間2には、非水溶媒と電解質塩と、ポリマーとを含むゲル状ポリマー電解質が含まれている。また、図4に示すように、上記電極体1は、正極5と、負極6と、これら両電極を離間するセパレータ(図4においては図示せず)とを偏平渦巻き状に巻回することにより作製される。
【0020】
更に、上記正極5はアルミニウムから成る正極リード7に、また上記負極6は銅から成る負極リード8にそれぞれ接続され、電池内部で生じた化学エネルギーが電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
【0021】
尚、図3に示すように、上記ラミネート外装体3の具体的な構造は、アルミニウム層11(厚み:30μm)の両面に、各々、変性ポリプロピレンから成る接着剤層12・12(厚み:5μm)を介してポリプロピレンから成る樹脂層13・13(厚み:30μm)が接着された構造である。
【0022】
次に、電池の製造方法について説明する。
【0023】
〈正極活物質二次粒子の作製〉
コバルト酸リチウム(LiCoO2)と、スピネル構造のマンガン酸リチウム(LiMn24)とを質量比1:1で混合し、水に分散して湿式ボールミル粉砕し、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムそれぞれの一次粒子混合物とした。ついで、この混合物を噴霧乾燥により造粒し、一次粒子凝集体とした。この後、この凝集体を空気中にて900℃で焼結して、正極活物質二次粒子となした。
【0024】
〈正極の作製〉
上記で作製した活物質正極活物質二次粒子90質量部と、アセチレンブラックからなる導電剤5質量部と、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)からなる結着剤5質量部と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合し、活物質スラリーとした。
【0025】
この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み20μmのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に均一に塗布した後、加熱した乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが0.17mmになるようにロールプレス機により圧延して正極を作製した。
【0026】
〈負極の作製〉
黒鉛(d=0.336nm)からなる負極活物質と、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)からなる結着剤と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合し、活物質スラリーとした。この活物質スラリーを、ドクターブレードにより負極芯体としての銅箔(厚み20μm)の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが0.14mmになるようにロールプレス機により圧延して負極を作製した。
【0027】
〈プレゲル溶液の調製〉
エチレンカーボネート(EC)と、ジエチルカーボネート(DEC)とを質量比3:7で混合した混合溶媒に、電解質塩としてLiPF6とLiN(C25SO22とをモル比5:95で混合した電解質塩を、合計で1M(モル/リットル)になるよう溶解させ、電解液を作製した。この電解液90質量部にポリエチレングリコールジアクリレート10質量部を加え、プレゲル溶液とした。
【0028】
〈電極体の作成〉
上記のように作製した正極と負極に、それぞれ正極リード7あるいは負極リード8を取り付けた後、両極をポリエチレン製微多孔膜(厚み:0.025mm)からなるセパレータを間にし、かつ各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせた。この後、巻き取り機により巻回し、最外周をテープ止めすることにより偏平渦巻状電極体1を作成した。
【0029】
樹脂層(ポリプロピレン)/接着剤層/アルミニウム合金層/接着剤層/樹脂層(ポリプロピレン)の5層構造から成るシート状のラミネート材を用意した後、このアルミラミネート材における端部近傍同士の樹脂層を重ね合わせ、重ね合わせ部を溶着して封止部4cを形成した。次に、この筒状アルミラミネート材の収納空間2内に電極体1を挿入した。この際、筒状アルミラミネート材の一方の開口部から両リード7、8が突出するように電極体1を配置した。この後、両電極タブが突出している開口部のアルミラミネート材の内側の樹脂層を溶着して封止し、封止部4aを形成した。この際、溶着は高周波誘導溶着装置を用いて行った。
【0030】
もう一方の開口部から上記プレゲル溶液を注液した後、当該開口部を同様に加熱溶着して封止部4bを形成し、加熱して前記プレゲル溶液を重合させ、参考例1に係る非水電解質二次電池を作製した。
【0031】
(実施例2)
正極活物質二次粒子の製造方法を下記に示す方法に変えたこと以外は参考例1と同様にして電池を作製した。
【0032】
〈実施例2に係る正極活物質二次粒子の作製〉
酸化コバルト(Co34)と、酸化マンガン(MnO2)とを、LiCoO2:LiMn24換算で質量比1:1で混合し、水に分散して湿式ボールミル粉砕し、酸化コバルトと酸化マンガンそれぞれの一次粒子混合物とした。ついで、この混合物を噴霧乾燥により造粒し、一次粒子凝集体とした。この後、この凝集体とリチウム化合物とを混合し、空気中にて700℃、5時間、及び900℃、5時間の二段階焼結を行って、正極活物質二次粒子となした。
【0033】
(比較例1)
参考例1の正極活物質一次粒子凝集体を焼結せずにそのまま用いたこと以外は参考例1と同様にして電池を作製した。
【0034】
(比較例2)
コバルト酸リチウムと、マンガン酸リチウムとを粉砕せずに質量比1:1で混合したものを正極活物質として用いたこと以外は参考例1と同様にして電池を作製した。
【0035】
上記で作製した参考例1、実施例2及び比較例1、2の電池に対し、サイクル特性試験を行った。サイクル特性試験の条件は以下の通りであり、サイクル容量維持率は以下の式により求めた。なお、作製した全ての電池の公称容量は500mAhであった。
【0036】
1.1It(500mA)の定電流で4.2Vまで、その後4.2Vの定電圧でトータル3時間充電。
2.10分休止。
3.1It(500mA)で2.75Vまで放電。
4.10分休止。その後1に戻る。
【0037】
サイクル容量維持率(%)=100×nサイクル目の放電容量÷1サイクル目の放電容量
【0038】
サイクル特性試験の結果を下記表1に示し、そのグラフを図5に示す。
【0039】
【表1】
【0040】
表1及び図5から、800サイクル目のサイクル容量維持率が、参考例1、実施例2では83.5〜84%に対し、比較例1、2では76.5〜79.5%と4%以上、1000サイクル目のサイクル容量維持率が、参考例1、実施例2では81.5〜82%に対し、比較例1、2では70〜75%と6.5%以上低いことがわかる。
【0041】
このことは、以下のように考えられる。コバルト酸リチウムと、マンガン酸リチウムとを粉砕せずに質量比1:1で混合したものを正極活物質として用いた比較例2では、コバルト酸リチウムと、マンガン酸リチウムとの混合物における両者の分散状態が均一ではない。したがって、正極板内の局所的に存在する分散の悪い部分において、充放電に伴う活物質の膨張・収縮による影響が顕著に現れる。この結果、活物質同士の密着性が低下し、また、活物質の結晶構造が崩壊しやすくなり、サイクル特性が低下したと考えられる。
【0042】
他方、比較例1においては、コバルト酸リチウムと、マンガン酸リチウムとを混合、粉砕後、造粒し、一次粒子凝集体とした活物質を用いている。このため、比較例2と異なり、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムとの分散状態が良好であるので、充放電に伴う活物質の膨縮によって活物質相互の密着性が低下することはない。しかし、凝集体内における電気伝導は、一次粒子同士の接触によるので凝集体内の導電性が低く、凝集体の中心付近に存在する一次粒子に過電圧が生じてしまう。この過電圧により結晶構造が崩壊しやすくなり、サイクル劣化を招いたものと考えられる。
【0043】
上述した比較例1、2と異なり、参考例1、実施例2においては、一次粒子同士が焼結し、一体化した二次粒子を正極活物質として用いているため、二次粒子内における一次粒子同士の密着性が高く、導電性が高い。よって、二次粒子に過電圧が生じることがなく結晶構造が崩壊しないため、高いサイクル特性を有する電池が得られたと考えられる。
【0044】
また、サイクル試験後の正極活物質を取り出し、XRD回析を行ったところ、結晶崩壊の程度のシグナルである半価幅の増大が、比較例2>比較例1>参考例1=実施例2の順で確認された。この結果は上記考察を支持するものである。
【0045】
〔その他の事項〕
なお、上記実施例では、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムとを混合し、焼結した正極活物質を用いたが、コバルト酸リチウムの代わりにニッケル酸リチウムを使用した場合においても、コバルト酸リチウムを使用したときと同様の効果が得られる。また、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム及びマンガン酸リチウムの三種を混合した正極活物質を用いても、同様の効果が得られる。
また、これらコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、及びマンガン酸リチウムが、結晶格子内に異種金属元素を含んでいる場合においても同様の効果が得られる。
【0046】
また、本発明はコバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムとの混合比が、質量比で1:1のものに限定されるものではない。ただし、好ましい混合比としては、「コバルト酸リチウム+ニッケル酸リチウム」と「マンガン酸リチウム」との混合比が、モル比で8:2〜2:8の範囲である。
【0047】
また、上記実施例では、ラミネート外装体を用いた電池を作製したが、円筒型、コイン型、角型等の様々な形状の電池に応用することができる。また、ゲル状ポリマーを用いない、非水電解液二次電池においても実施可能である。
【0048】
また、上記実施例ではドクターブレードによりスラリーを塗布したが、ダイコーターを用いてもよい。また、活物質スラリーのかわりに活物質ペーストを用い、ローラコーティング法等により塗布することもできる。また、アルミニウム箔のかわりにアルミニウムメッシュを用いても同様に作製することができる。
【0049】
また、電解液に用いる非水電解質としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のリチウム塩の溶解度が高い高誘電率溶媒と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アニソール、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、シクロヘキサノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホラン、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル等の低粘性溶媒とを、それぞれ単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。
【0050】
また、負極材料としては黒鉛の他、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、或いはこれらの焼成体等が使用できる。
【0051】
また、電解質塩としては、LiN(C25SO22、LiN(CF3SO22、LiClO4、LiPF6、LiBF4等が単独で、あるいは2種以上混合して使用することができる。また、前期非水溶媒に対する溶解量は0.5〜2.0モル/リットルとすることが好ましい。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム両者の長所のみを引き出し、且つ充放電サイクル特性に優れた電池が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非水電解質二次電池の正面図である。
【図2】図1のA−A線矢視断面図である。
【図3】本発明に係る非水電解質二次電池に用いるラミネート外装体の断面図である。
【図4】本発明に係る非水電解質二次電池に用いる電極体の斜視図である。
【図5】実施例及び比較例のサイクル回数と容量維持率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 電極体
2 収納空間
3 アルミラミネート外装体
4a、4b、4c 封止部
5 正極
6 負極
7 正極リード
8 負極リード
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a non-aqueous electrolyte secondary battery intended to improve charge / discharge cycle characteristics.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile information terminals such as mobile phones, notebook personal computers, and PDAs have been rapidly reduced in size and weight, and batteries as drive power sources are required to have higher capacities. A non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery has a high energy density and a high capacity, and is therefore widely used as a driving power source for the mobile information terminal as described above.
[0003]
Such a non-aqueous electrolyte secondary battery normally uses a positive electrode including a lithium-containing transition metal composite oxide and a negative electrode including a carbon material that absorbs and releases lithium ions. In this battery, lithium does not exist in a metallic state, and lithium ions only move between the positive and negative electrodes. Therefore, precipitation of dendritic lithium is suppressed, and the battery is excellent in safety.
[0004]
Specific examples of the lithium-containing transition metal composite oxide include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ).
Here, although batteries using lithium cobaltate or lithium nickelate can provide excellent discharge characteristics, the thermal stability of lithium cobaltate or lithium nickelate itself is low, so safety in the event of battery abnormalities such as heat generation There is a problem that is not enough. On the other hand, in batteries using lithium manganate, lithium manganate is excellent in thermal stability, so the safety during battery abnormalities is improved, but lithium manganate has lower discharge characteristics than lithium cobaltate etc. There is a problem that sufficient battery characteristics cannot be obtained. In order to solve this problem, lithium cobaltate or lithium nickelate and lithium manganate are mixed to form a positive electrode active material.
[0005]
However, since it is difficult to mix lithium cobaltate or lithium nickelate and lithium manganate in a uniformly dispersed state, there are local portions with poor dispersion. And the problem that the cycle characteristics deteriorate because the adhesion between the active materials decreases due to the expansion and contraction of the active material particles due to the insertion / extraction of lithium ions in the portion, and the crystal structure of the active material is likely to collapse. have.
[0006]
By the way, as a technique for obtaining a battery having excellent positive electrode performance in which electrochemical reactions are performed with high density and high efficiency, mother particles having a large particle size and child particles having a smaller particle size than the mother particles are mixed, There is a technique of using integrated composite particles as a positive electrode active material (see, for example, Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-162825 (pages 2 to 4)
[0008]
According to this technique, the number of junctions between the active material particles can be reduced, and the amount of the binder used can be reduced, so that a battery excellent in conductivity and active material filling rate can be obtained. Is done. However, according to the above technique, the electrical conductivity in the composite particles due to contact between the particles is not sufficient, and overcharge is likely to occur in the particles (mother particles) near the center of the composite particles during the charge / discharge reaction. Since the crystal structure of the active material is easily destroyed by this overvoltage, there is a problem that the cycle characteristics are deteriorated.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and combines the excellent discharge characteristics of lithium cobaltate and lithium nickelate with the excellent thermal stability of lithium manganate, and improves the charge / discharge cycle characteristics. An object of the present invention is to provide a method for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a first step in which a cobalt compound and / or a nickel compound and a manganese compound are mixed and pulverized to primary particles, the primary particles are granulated, and a primary particle mixture. The second step of forming an aggregate, the primary particle mixture aggregate, and a lithium compound are mixed and sintered, primary particles composed of lithium cobaltate and / or lithium nickelate, and primary particles composed of lithium manganate. And a third step of forming positive electrode active material secondary particles sintered in a state of being in contact with each other, and a method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
[0011]
By using the above method, it is easy to make a nonaqueous electrolyte secondary battery including positive electrode active material secondary particles in which primary particles of lithium cobaltate and / or lithium nickelate and lithium manganate are in contact with each other and sintered. Can be manufactured.
[0012]
According to the above configuration, the primary particles of lithium cobaltate and / or lithium nickelate and lithium manganate are in contact with each other and sintered to form secondary particles of the positive electrode active material. Since the adhesion between the particles is extremely high, the conductivity is excellent. Therefore, since no overvoltage is generated in the secondary particles during the charge / discharge reaction, a battery having excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described based on examples. In addition, this invention is not limited to the following Example, In the range which does not change the summary, it can change suitably and can implement.
[0018]
( Reference Example 1)
First, an overall image of the battery according to Reference Example 1 will be described with reference to FIGS. 1 is a front view of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a laminate outer package used for the non-aqueous electrolyte secondary battery. FIG. 4 is a perspective view of an electrode body used in a nonaqueous electrolyte secondary battery.
[0019]
As shown in FIG. 2, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has an electrode body 1, and this electrode body 1 is disposed in a storage space 2. As shown in FIG. 1, the storage space 2 is formed by sealing the upper and lower ends and the center portion of the laminate outer package 3 with sealing portions 4a, 4b, and 4c, respectively. The storage space 2 contains a gel polymer electrolyte containing a nonaqueous solvent, an electrolyte salt, and a polymer. As shown in FIG. 4, the electrode body 1 is formed by winding a positive electrode 5, a negative electrode 6, and a separator (not shown in FIG. 4) separating these two electrodes into a flat spiral shape. Produced.
[0020]
Further, the positive electrode 5 is connected to a positive electrode lead 7 made of aluminum, and the negative electrode 6 is connected to a negative electrode lead 8 made of copper, so that chemical energy generated inside the battery can be taken out as electric energy to the outside. .
[0021]
In addition, as shown in FIG. 3, the specific structure of the laminate outer package 3 is such that adhesive layers 12 and 12 (thickness: 5 μm) made of modified polypropylene are formed on both sides of the aluminum layer 11 (thickness: 30 μm), respectively. In this structure, resin layers 13 and 13 (thickness: 30 μm) made of polypropylene are bonded to each other.
[0022]
Next, a battery manufacturing method will be described.
[0023]
<Preparation of positive electrode active material secondary particles>
Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and spinel-type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) are mixed at a mass ratio of 1: 1, dispersed in water, wet ball milled, and each of lithium cobaltate and lithium manganate. Primary particle mixture. Subsequently, this mixture was granulated by spray drying to obtain primary particle aggregates. Thereafter, the aggregate was sintered in air at 900 ° C. to form positive electrode active material secondary particles.
[0024]
<Preparation of positive electrode>
90 parts by mass of the active material positive electrode active material secondary particles prepared above, 5 parts by mass of a conductive agent made of acetylene black, 5 parts by mass of a binder made of polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methyl-2 -Pyrrolidone (NMP) was mixed to obtain an active material slurry.
[0025]
The active material slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode core body made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a heated drier to be dried. The solvent was removed. Next, this electrode plate was rolled by a roll press so that the thickness was 0.17 mm, and a positive electrode was produced.
[0026]
<Preparation of negative electrode>
A negative electrode active material made of graphite (d = 0.336 nm), a binder made of polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were mixed to obtain an active material slurry. This active material slurry was uniformly applied to both sides of a copper foil (thickness 20 μm) as a negative electrode core with a doctor blade, and then passed through a dryer to dry, thereby providing an organic solvent necessary for slurry preparation. Was removed. Subsequently, this electrode plate was rolled with a roll press so that the thickness was 0.14 mm, thereby producing a negative electrode.
[0027]
<Preparation of pregel solution>
In a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a mass ratio of 3: 7, LiPF 6 and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 as an electrolyte salt at a molar ratio of 5:95. The mixed electrolyte salt was dissolved to a total of 1 M (mol / liter) to prepare an electrolyte solution. 10 parts by mass of polyethylene glycol diacrylate was added to 90 parts by mass of this electrolytic solution to obtain a pregel solution.
[0028]
<Creation of electrode body>
After attaching the positive electrode lead 7 or the negative electrode lead 8 to the positive electrode and the negative electrode produced as described above, both electrodes are sandwiched by a separator made of a polyethylene microporous film (thickness: 0.025 mm), and each electrode plate Overlapping was performed with the center line in the width direction matched. Then, it wound with the winder and taped the outermost periphery, and produced the flat spiral electrode body 1.
[0029]
After preparing a sheet-like laminate material having a five-layer structure of resin layer (polypropylene) / adhesive layer / aluminum alloy layer / adhesive layer / resin layer (polypropylene), the resin in the vicinity of the ends of the aluminum laminate material The layers were overlapped and the overlapped portion was welded to form the sealing portion 4c. Next, the electrode body 1 was inserted into the storage space 2 of the cylindrical aluminum laminate material. At this time, the electrode body 1 was arranged so that both leads 7 and 8 protruded from one opening of the cylindrical aluminum laminate material. Thereafter, the resin layer inside the aluminum laminate material in the opening from which both electrode tabs protruded was welded and sealed to form the sealing portion 4a. At this time, welding was performed using a high frequency induction welding apparatus.
[0030]
After injecting the pregel solution from the other opening, the opening is heated and welded in the same manner to form a sealing portion 4b, and the pregel solution is polymerized by heating to form the non-aqueous solution according to Reference Example 1. An electrolyte secondary battery was produced.
[0031]
(Example 2)
A battery was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the production method of the positive electrode active material secondary particles was changed to the method shown below.
[0032]
<Preparation of Positive Electrode Active Material Secondary Particles According to Example 2>
Cobalt oxide (Co 3 O 4 ) and manganese oxide (MnO 2 ) are mixed at a mass ratio of 1: 1 in terms of LiCoO 2 : LiMn 2 O 4 , dispersed in water, wet ball milled, It was set as the primary particle mixture of each manganese oxide. Subsequently, this mixture was granulated by spray drying to obtain primary particle aggregates. Thereafter, the agglomerate and the lithium compound were mixed and subjected to two-stage sintering at 700 ° C. for 5 hours and 900 ° C. for 5 hours in the air to obtain positive electrode active material secondary particles.
[0033]
(Comparative Example 1)
A battery was fabricated in the same manner as in Reference Example 1 except that the positive electrode active material primary particle aggregate of Reference Example 1 was used as it was without sintering.
[0034]
(Comparative Example 2)
A battery was fabricated in the same manner as in Reference Example 1 except that lithium cobalt oxide and lithium manganate mixed at a mass ratio of 1: 1 without being pulverized were used as the positive electrode active material.
[0035]
A cycle characteristic test was performed on the batteries of Reference Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1 and 2 prepared above. The conditions of the cycle characteristic test were as follows, and the cycle capacity retention rate was determined by the following equation. In addition, the nominal capacity | capacitance of all the produced batteries was 500 mAh.
[0036]
Charging to 4.2V at a constant current of 1.1It (500mA) and then charging for a total of 3 hours at a constant voltage of 4.2V.
2. Pause for 10 minutes.
3. Discharge to 2.75 V at 1 It (500 mA).
4. Pause for 10 minutes. Then return to 1.
[0037]
Cycle capacity retention rate (%) = 100 × discharge capacity at the nth cycle / discharge capacity at the first cycle
The results of the cycle characteristic test are shown in Table 1 below, and the graph is shown in FIG.
[0039]
[Table 1]
[0040]
From Table 1 and FIG. 5, the cycle capacity retention rate at the 800th cycle was 83.5 to 84% in Reference Example 1 and Example 2 , while 76.5 to 79.5% in Comparative Examples 1 and 2 and 4%. It can be seen that the cycle capacity retention ratio at the 1000th cycle or more in% is lower than that in Reference Example 1 and Example 8 by 81.5 to 82%, and in Comparative Examples 1 and 2 by 70 to 75% and 6.5% or more. .
[0041]
This is considered as follows. In Comparative Example 2 in which lithium cobaltate and lithium manganate were mixed at a mass ratio of 1: 1 without being pulverized as the positive electrode active material, both of the dispersions in the mixture of lithium cobaltate and lithium manganate were used. The condition is not uniform. Therefore, the influence of expansion / contraction of the active material accompanying charging / discharging appears remarkably in the locally dispersed portion in the positive electrode plate where the dispersion is poor. As a result, the adhesiveness between the active materials is lowered, the crystal structure of the active material is easily broken, and the cycle characteristics are considered to be lowered.
[0042]
On the other hand, in Comparative Example 1, an active material in which lithium cobaltate and lithium manganate are mixed and pulverized and then granulated to form primary particle aggregates is used. For this reason, unlike the comparative example 2, since the dispersion state of lithium cobaltate and lithium manganate is good, the adhesiveness between the active materials does not decrease due to the expansion and contraction of the active materials accompanying charge and discharge. However, since electrical conduction in the aggregate is due to contact between the primary particles, the electrical conductivity in the aggregate is low, and an overvoltage is generated in the primary particles existing near the center of the aggregate. It is considered that the crystal structure easily collapses due to this overvoltage, resulting in cycle deterioration.
[0043]
Unlike Comparative Examples 1 and 2 described above, in Reference Example 1 and Example 2 , primary particles are sintered and integrated secondary particles are used as the positive electrode active material. The adhesion between particles is high and the conductivity is high. Therefore, it is considered that a battery having high cycle characteristics was obtained because no overvoltage was generated in the secondary particles and the crystal structure did not collapse.
[0044]
Moreover, when the positive electrode active material after a cycle test was taken out and XRD diffraction was performed, the increase in the half-value width, which is a signal of the degree of crystal collapse, was found to be Comparative Example 2> Comparative Example 1> Reference Example 1 = Example 2 It was confirmed in the order of. This result supports the above consideration.
[0045]
[Other matters]
In the above examples, the positive electrode active material obtained by mixing lithium cobaltate and lithium manganate and sintering was used. However, when lithium nickelate was used instead of lithium cobaltate, lithium cobaltate was used. The same effect as when used is obtained. Moreover, the same effect is acquired even if it uses the positive electrode active material which mixed three types, lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate.
The same effect can be obtained when these lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate contain different metal elements in the crystal lattice.
[0046]
In the present invention, the mixing ratio of lithium cobaltate and lithium manganate is not limited to 1: 1 by mass ratio. However, as a preferable mixing ratio, the mixing ratio of “lithium cobaltate + lithium nickelate” and “lithium manganate” is in the range of 8: 2 to 2: 8 in terms of molar ratio.
[0047]
Moreover, in the said Example, although the battery using a laminated exterior body was produced, it can apply to batteries of various shapes, such as a cylindrical type, a coin type | mold, and a square type. It can also be implemented in a non-aqueous electrolyte secondary battery that does not use a gel polymer.
[0048]
Moreover, although the slurry was apply | coated with the doctor blade in the said Example, you may use a die-coater. Further, an active material paste can be used instead of the active material slurry, and the coating can be performed by a roller coating method or the like. Moreover, it can produce similarly even if it uses an aluminum mesh instead of an aluminum foil.
[0049]
In addition, as the non-aqueous electrolyte used in the electrolytic solution, a high dielectric constant solvent having high lithium salt solubility such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1, 2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, anisole, 1,4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, cyclohexanone, acetonitrile, propionitrile, dimethylformamide, sulfolane, methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate And low viscosity solvents such as ethyl propionate can be used alone or in admixture of two or more.
[0050]
In addition to graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, or a fired body thereof can be used as the negative electrode material.
[0051]
As the electrolyte salt, LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4, etc. may be used alone or in combination of two or more. Can do. In addition, the amount dissolved in the nonaqueous solvent in the previous period is preferably 0.5 to 2.0 mol / liter.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a battery that draws only the advantages of both lithium cobaltate and lithium manganate and has excellent charge / discharge cycle characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a laminate outer package used in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of an electrode body used in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of cycles and the capacity retention rate in Examples and Comparative Examples.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode body 2 Storage space 3 Aluminum laminate exterior body 4a, 4b, 4c Sealing part 5 Positive electrode 6 Negative electrode 7 Positive electrode lead 8 Negative electrode lead

Claims (1)

コバルト化合物及び/又はニッケル化合物と、マンガン化合物とを混合し、一次粒子にまで粉砕する第一工程と、
前記一次粒子同士を造粒し、一次粒子混合物凝集体とする第二工程と、
前記一次粒子混合物凝集体と、リチウム化合物とを混合し焼結して、コバルト酸リチウム及び/又はニッケル酸リチウムからなる一次粒子と、マンガン酸リチウムからなる一次粒子が互いに接触した状態で焼結した正極活物質二次粒子とする第三工程と、
を備えることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
A first step of mixing a cobalt compound and / or a nickel compound and a manganese compound and pulverizing them to primary particles;
A second step of granulating the primary particles to form a primary particle mixture aggregate;
The primary particle mixture aggregate and the lithium compound were mixed and sintered, and the primary particles composed of lithium cobaltate and / or lithium nickelate and the primary particles composed of lithium manganate were sintered in contact with each other. A third step of forming positive active material secondary particles;
The manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery characterized by the above-mentioned.
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