JP4826877B2 - Electrode for electrochemical device and lithium secondary battery using the same - Google Patents

Electrode for electrochemical device and lithium secondary battery using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for an electrochemical element enabling both high output and long life thereof, and a lithium secondary battery using the electrode. <P>SOLUTION: An electrode for an electrochemical element includes an activator and a conductive agent, wherein the conductive agent is oil furnace carbon black having &le;1.2 mg/g released amount of hydrogen (1,500&deg;C for 30 min) and &ge;130 cm<SP>3</SP>/100g 24M4DBP absorbing amount based on JIS K6217. A lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode and a nonaqueous electrolyte containing a lithium salt, and at least either the positive or negative electrode is the electrode for the electrochemical element. It becomes possible to establish higher performance of the electrochemical element by controlling physical property of the carbon black as the conductive agent and simultaneously to establish a higher output and a longer life of the lithium secondary battery by using the electrode for the electrochemistry element as the electrode of the lithium secondary battery. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、キャパシタやリチウム二次電池等に用いられる電気化学素子用電極と、この電気化学素子用電極を用いたリチウム二次電池に関するものである。   The present invention relates to an electrode for an electrochemical element used for a capacitor, a lithium secondary battery, and the like, and a lithium secondary battery using the electrode for an electrochemical element.

近年、電子機器の小型軽量化や高機能化に伴い、これらに用いる電気化学素子として、高出力で長寿命のキャパシタや二次電池の開発が進められている。これら電気化学素子に用いられる電極には、通常、電子を蓄えたり放出できる機能を有する活物質が必要であるが、この活物質は電子伝導性が必ずしも高くなかったり、使用中に電子伝導性の低下が生じたりするため、活物質単独だけではうまく機能しない場合が多い。そこで活物質同士の間や活物質と集電体との間の導電パスをとるために、通常、活物質に、電子伝達機能を有する導電剤が混合使用されている。   2. Description of the Related Art In recent years, along with the reduction in size and weight of electronic devices and the enhancement of functionality, development of capacitors and secondary batteries with high output and long life have been promoted as electrochemical elements used for these devices. Electrodes used in these electrochemical devices usually require an active material having a function of storing and releasing electrons, but this active material does not necessarily have high electron conductivity, or has an electron conductivity during use. In many cases, the active material alone does not function well because of a decrease. Therefore, in order to take a conductive path between the active materials or between the active material and the current collector, a conductive agent having an electron transfer function is usually mixed with the active material.

この導電剤には、通常、有機物を高温で燃焼ないし焼成した良導電性の炭素質材料が用いられるが、その物性が電極ひいては電気化学素子の性能を大きく左右することが知られている。   As the conductive agent, a highly conductive carbonaceous material obtained by burning or firing organic substances at high temperatures is usually used, and it is known that the physical properties greatly affect the performance of the electrode and the electrochemical device.

以下に、例としてリチウム二次電池について説明するが、本発明の電気化学素子は、導電剤の効果が損なわれない限り、その種類が限定されるものではない。   Hereinafter, a lithium secondary battery will be described as an example, but the type of the electrochemical device of the present invention is not limited as long as the effect of the conductive agent is not impaired.

電気化学素子の中で、リチウム二次電池ないしリチウムイオン二次電池と呼ばれる二次電池は、エネルギー密度及び出力密度等に優れ、小型化・軽量化が可能であるため、ノート型パソコン、携帯電話及びハンディビデオカメラなどの携帯機器やハイブリッド電気自動車用の電源として使用されており、さらに高性能化の研究が盛んである。   Among electrochemical devices, secondary batteries called lithium secondary batteries or lithium ion secondary batteries are excellent in energy density and output density, and can be reduced in size and weight. In addition, it is used as a power source for portable devices such as handy video cameras and hybrid electric vehicles.

リチウム二次電池の電極活物質には、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物が用いられる。より具体的には、正極活物質には通常スピネル構造を有するリチウムマンガン酸化物や、層状構造を有するリチウムコバルト酸化物等のリチウム遷移金属酸化物が、負極活物質には炭素物質や黒鉛等が用いられる。   As the electrode active material of the lithium secondary battery, a compound capable of inserting and extracting lithium is used. More specifically, the positive electrode active material typically includes lithium manganese oxide having a spinel structure or a lithium transition metal oxide such as lithium cobalt oxide having a layered structure, and the negative electrode active material includes carbon material or graphite. Used.

電極には、これらの活物質を導電剤およびバインダーと共に集電体に付着させたものが用いられる。特に、正極は、活物質の電子伝導性が低く、導電剤がないとうまく作動しないため、導電剤の配合が必要とされる。   As the electrode, an electrode in which these active materials are attached to a current collector together with a conductive agent and a binder is used. In particular, since the positive electrode has a low electronic conductivity of the active material and does not work well without a conductive agent, it is necessary to add a conductive agent.

その導電剤としては、アセチレンブラックやケッチェンブラック等のカーボンブラックが広く用いられているが、特にアセチレンブラックが主に用いられている。   As the conductive agent, carbon black such as acetylene black and ketjen black is widely used, but acetylene black is mainly used.

しかしながら、近年、電子機器のさらなる軽量化や、長時間作動等の高性能化の要求により、リチウム二次電池にもより一層の高出力化と長寿命化が求められている。そして、それに応じて、電極に用いる活物質の改良や、導電剤の改良が必要となっている。   However, in recent years, due to the demand for further weight reduction of electronic devices and higher performance such as long-time operation, lithium secondary batteries are required to have higher output and longer life. Accordingly, it is necessary to improve the active material used for the electrode and the conductive agent.

電池の高出力化とは、従来より高い電流で電池を充放電させても、分極が少なく、高い容量を引き出せるようにすることであり、これには導電剤が電極の中で有効な導電パスを形成し、活物質本来の性能を十分に引き出すことが重要である。   Higher battery output means that even if the battery is charged / discharged at a higher current than before, the polarization is small and a high capacity can be extracted. This is because the conductive agent is an effective conductive path in the electrode. It is important to sufficiently form the original performance of the active material.

一方、電池の長寿命化は、充放電の繰り返しサイクル数を従来より多くしても電池性能の劣化を抑えるということであり、これには導電剤が、充放電に伴う酸化や還元など、電気化学反応的に過酷な状況でも耐えうることが必要である。   On the other hand, extending the life of a battery means that even if the number of repeated charge / discharge cycles is increased, the deterioration of battery performance is suppressed. It must be able to withstand harsh chemical reactions.

導電剤の改良によるリチウム二次電池の高出力化の例としては、特許文献1が挙げられる。特許文献1では、導電剤として、ジブチルフタレート(DBP)吸収量が250cm/100g以下のカーボンブラック系炭素材を用いることで高出力化を図っている。 Patent document 1 is mentioned as an example of the high output of a lithium secondary battery by improvement of a electrically conductive agent. In Patent Document 1, as a conductive agent, dibutyl phthalate (DBP) absorption of thereby achieving a high output by using a 250 cm 3/100 g or less of carbon black based carbon material.

また、導電剤の改良によるリチウム二次電池の長寿命化の例としては、例えば特許文献2が挙げられる。特許文献2では、DBP吸収量が100cm/100g以上、400cm/100g以下で、かつI吸着量が120mg/g以上、1500mg/g以下のカーボンブラックを用いることで、より長い寿命を得たとしている。 An example of extending the life of a lithium secondary battery by improving the conductive agent is, for example, Patent Document 2. In Patent Document 2, DBP absorption amount of 100 cm 3/100 g or more, 400 cm 3/100 g or less, and I 2 adsorption amount 120 mg / g or more, by using the following carbon black 1500 mg / g, to obtain a longer life I'm trying.

特許文献3には、オイルファーネスカーボンブラックの製造条件と粒径及びストラクチャーとの関係について第0004〜0008段落に記述があり、また、同公報図2には窒素吸着比表面積(NSA)と24M4DBP吸収量でオイルファーネスブラックの製造限界が開示されている。なお、この特許文献3には長寿命電池用カーボンブラックとしての用途の記載はなされているが、具体的な使用形態についての記載はなされていない。また、カーボンブラックが含む水素量とカーボンブラック自体の体積固有抵抗については、非特許文献1(平成7年4月15日カーボンブラック協会発行)のP552〜555や図1.7にあるように、水素量が低下するとカーボンブラック自体の抵抗が低下することが開示されている。 Patent Document 3 describes the relationship between the production conditions of oil furnace carbon black, the particle size and the structure in paragraphs 0004 to 0008, and FIG. 2 shows the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA). The production limit of oil furnace black with 24M4DBP absorption is disclosed. In addition, although this patent document 3 describes the use as carbon black for long-life batteries, it does not describe a specific usage pattern. Moreover, about the amount of hydrogen which carbon black contains, and the volume specific resistance of carbon black itself, as shown in P552-555 of nonpatent literature 1 (April 15, 1995 carbon black association publication) and FIG. 1.7, It is disclosed that the resistance of carbon black itself decreases when the amount of hydrogen decreases.

一方、本出願人は、樹脂に導電性を付与するための導電性樹脂用カーボンブラックとして、製造装置の設計や製造過程の条件を制御することで、これまで実現できなかった理想の物性値を持つ新たなオイルファーネスカーボンブラックを開発し、先に特許出願した(特願2004−226894。以下「先願」という。)。   On the other hand, as the carbon black for conductive resin for imparting conductivity to the resin, the present applicant controls the conditions of the design of the manufacturing apparatus and the manufacturing process, thereby achieving ideal physical property values that could not be realized so far. A new oil furnace carbon black has been developed and a patent application has been filed earlier (Japanese Patent Application No. 2004-226894, hereinafter referred to as “prior application”).

この先願で提案されるカーボンブラックは、次のような物性を満たすものである。
(1500℃×30分)脱水素量:1.2mg/g以下
24M4DBP吸収量:130cm/100g以上
結晶子サイズLc:10〜17Å
窒素吸着比表面積(NSA):好ましくは150〜300m/g
DBP吸収量:好ましくは150〜400cm/100g
The carbon black proposed in this prior application satisfies the following physical properties.
(1500 ° C. × 30 minutes) the dehydrogenation amount: 1.2 mg / g or less 24M4DBP absorption: 130 cm 3/100 g or more crystallite size Lc: 10~17Å
Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA): preferably 150 to 300 m 2 / g
DBP absorption: preferably 150~400cm 3 / 100g

従来提供されている主なカーボンブラックの物性は表1に示す通りであり、この表1より、脱水素量が1.2mg/g以下でかつ24M4DBP吸収量が130cm/100g以上のものは無く、両者を共に実現することが困難であったことが判る。
先願のカーボンブラックはこの両物性を実現したものである。
Physical properties of the primary carbon black that is provided conventionally is as shown in Table 1, from Table 1, those dehydrogenation weight and 24M4DBP absorption than 1.2 mg / g is more than 130 cm 3/100 g is not It turns out that it was difficult to realize both.
The prior application of carbon black has realized both of these properties.

Figure 0004826877
Figure 0004826877
特開平11−40139公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-40139 特開2001−110424公報JP 2001-110424 A 特開2002−121422号公報JP 2002-121422 A 特願2004−226894Japanese Patent Application No. 2004-226894 「カーボンブラック便覧」<第三版>"Carbon Black Handbook" <Third Edition>

前述の如く、リチウム二次電池電極に配合される導電剤としてのカーボンブラックには、従来、その物性面からの改良が検討されているが、最近の電気化学素子にはさらなる高出力化ないし長寿命化、さらにはこれら両者の向上が同時に求められている。この両者を両立させるためには高度な電極の設計が必要である。そのためには導電剤としてのカーボンブラックの物性についても高度な設計が必要であり、従来公知の物性の範囲内のカーボンブラックでは不十分であった。   As described above, carbon black as a conductive agent blended in a lithium secondary battery electrode has been studied to improve its physical properties. However, recent electrochemical devices have higher output power or longer length. There is a demand for improving the lifespan and further improving both. In order to achieve both, it is necessary to design an advanced electrode. For this purpose, a high degree of design is required for the physical properties of carbon black as a conductive agent, and carbon black within the range of conventionally known physical properties is insufficient.

本発明は、電気化学素子の高出力化と長寿命化の両方の要求を満たすために、その電極に使用する好適なオイルファーネスカーボンブラックの物性設計に基き、このようなオイルファーネスカーボンブラックを用いて、電気化学素子の高出力化と長寿命化とを両立し得る電気化学素子用電極と、この電気化学素子用電極を用いたリチウム二次電池を提供することを目的とする。   The present invention uses such an oil furnace carbon black based on the physical property design of an oil furnace carbon black suitable for use in the electrode in order to satisfy both the demands of high output and long life of the electrochemical device. An object of the present invention is to provide an electrode for an electrochemical element capable of achieving both high output and long life of the electrochemical element, and a lithium secondary battery using the electrode for electrochemical element.

本発明者らは、電気化学素子の高出力化と長寿命化を図るべく、電気化学素子用電極用導電剤として用いるオイルファーネスカーボンブラックと、これを用いた電気化学素子の電気化学的特性との相関について検討した結果、オイルファーネスカーボンブラックの物性のうち(1500℃×30分)脱水素量と24M4DBP吸収量が電池等の電気化学素子の出力と寿命に大きな影響を与えること、これらの物性が特定の値を有するオイルファーネスカーボンブラックが電気化学素子の出力と寿命の向上を同時に実現できることを見出し、本発明に至った。   The inventors of the present invention have proposed an oil furnace carbon black used as a conductive agent for an electrode for an electrochemical element, and electrochemical characteristics of the electrochemical element using the same, in order to achieve high output and long life of the electrochemical element. As a result of investigating the correlation of oil furnace carbon black, the dehydrogenation amount and 24M4DBP absorption amount of the physical properties of oil furnace carbon black greatly affect the output and life of electrochemical devices such as batteries. It has been found that oil furnace carbon black having a specific value can simultaneously improve the output and lifetime of an electrochemical device, and has led to the present invention.

本発明で用いるオイルファーネスカーボンブラックは、先願に記載されるカーボンブラックに基くものである。すなわち、先願は、主に導電性樹脂用に新たに開発したカーボンブラックに関するものであるが、本発明者らは、ほぼ同じ物性を有するオイルファーネスカーボンブラックを電気化学素子用電極の導電剤として用いた場合に、優れた特性を発揮することを見出した。
すなわち、本発明は、以下を要旨とするものである。
The oil furnace carbon black used in the present invention is based on the carbon black described in the prior application. In other words, the prior application relates to carbon black newly developed mainly for conductive resins, but the present inventors have used oil furnace carbon black having substantially the same physical properties as a conductive agent for electrodes for electrochemical devices. It has been found that when used, it exhibits excellent characteristics.
That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 活物質と導電剤とを含む電気化学素子用電極であって、
活物質重量に対する導電剤の重量割合が0.5重量%以上、15重量%以下であり、
該導電剤が、
以下の測定法で求められる(1500℃×30分)脱水素量が1.2mg/g以下、かつ
JIS K6217に準拠した24M4DBP吸収量が130cm/100g以上
のオイルファーネスカーボンブラックを含むことを特徴とする電気化学素子用電極。
(測定法)
カーボンブラックを0.5g精秤し、アルミナ管に入れ、0.01Torr(1.3Pa)まで減圧した後、減圧系を閉じ、1500℃の電気炉内に30分間保持してカーボンブラックに存在する酸素化合物や水素化合物を分解・揮発させる。揮発成分は定量吸引ポンプを通じて、一定容量のガス捕集管に採取する。圧力と温度からガス量を求めると共に、ガスクロマトグラフにて組成分析し、水素(H )の発生量(mg)を求め、カーボンブラック1g当たりからの水素量に換算した値を計算する(単位はmg/g)。
[2] オイルファーネスカーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)が80m/g以上、300m/g以下であることを特徴とする[1]に記載の電気化学素子用電極。
[3] オイルファーネスカーボンブラックの結晶子サイズLcが10Å以上、40Å以下であることを特徴とする[1]または[2]に記載の電気化学素子用電極。
[4] 活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物を少なくとも含有することを特徴とする[1]〜[3]に記載の電気化学素子用電極。
[5] リチウムを吸蔵・放出可能な化合物が、リチウム遷移金属複合酸化物であることを特徴とする[4]に記載の電気化学素子用電極。
[6] リチウム遷移金属複合酸化物が、主として層状構造で同定される結晶構造を有し、下記(1)式で表される組成であることを特徴とする[5]に記載の電気化学素子用電極。
Li1+αNiMnCo1−x−y−z …(1)
(ただし、-0.1≦α≦0.2、0<x≦0.5、0<y<1.0、0≦z≦0.5、0.8≦x+y+z≦1.0であり、MはAl,Fe,Ti,Mg,Cr,Ga,Cu,Zn,Nb,及びZrの何れか1種以上)
[7] リチウム遷移金属複合酸化物が、一次粒子が凝集して二次粒子を形成して成り、該二次粒子の形状が球状ないし楕円球状である[5]または[6]に記載の電気化学素子用電極。
[8] 正極と、負極と、リチウム塩を含有する非水電解質とを含むリチウム二次電池であって、
正極および負極の少なくとも一方が、[4]〜[7]に記載の電気化学素子用電極であることを特徴とするリチウム二次電池。
[1] An electrode for an electrochemical element comprising an active material and a conductive agent,
The weight ratio of the conductive agent to the active material weight is 0.5 wt% or more and 15 wt% or less,
The conductive agent is
Characterized in that it is obtained by the following measuring method (1500 ° C. × 30 minutes) the dehydrogenation amount is 1.2 mg / g or less, and 24M4DBP absorption conforming to JIS K6217 includes more oil furnace carbon black 130 cm 3/100 g Electrode for electrochemical element.
(Measurement method)
0.5 g of carbon black is precisely weighed, put in an alumina tube, and decompressed to 0.01 Torr (1.3 Pa). Then, the decompression system is closed, and the carbon black is held in an electric furnace at 1500 ° C. for 30 minutes and exists in carbon black. Decomposes and volatilizes oxygen and hydrogen compounds. Volatile components are collected in a fixed-capacity gas collection tube through a quantitative suction pump. The amount of gas is determined from the pressure and temperature, the composition is analyzed by gas chromatography, the amount of hydrogen (H 2 ) generated (mg) is determined, and the value converted to the amount of hydrogen per gram of carbon black is calculated (the unit is mg / g).
[2] The electrode for an electrochemical element according to [1], wherein the oil furnace carbon black has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 80 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less.
[3] The electrode for an electrochemical element according to [1] or [2], wherein the crystallite size Lc of the oil furnace carbon black is 10 to 40 mm.
[4] The electrode for an electrochemical element according to [1] to [3], wherein the active material contains at least a compound capable of inserting and extracting lithium.
[5] The electrode for an electrochemical element according to [4], wherein the compound capable of inserting and extracting lithium is a lithium transition metal composite oxide.
[6] The electrochemical device according to [5], wherein the lithium transition metal composite oxide has a crystal structure mainly identified by a layered structure and has a composition represented by the following formula (1): Electrode.
Li 1 + α Ni x Mn y Co z M 1-xy z O 2 (1)
(However, −0.1 ≦ α ≦ 0.2, 0 <x ≦ 0.5, 0 <y <1.0, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0.8 ≦ x + y + z ≦ 1.0, M is one or more of Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, Nb, and Zr)
[7] The lithium transition metal composite oxide is formed by agglomerating primary particles to form secondary particles, and the shape of the secondary particles is spherical or elliptical spherical. [5] or [6] Electrode for chemical elements.
[8] A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt,
At least one of a positive electrode and a negative electrode is the electrode for electrochemical elements as described in [4]-[7], The lithium secondary battery characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、導電剤としてのオイルファーネスカーボンブラックの物性制御により、これを用いた電気化学素子用電極の性能の向上、ひいてはその電気化学素子の高性能化を達成することができ、特に、この電気化学素子用電極をリチウム二次電池の電極として用いる場合において、従来困難とされていたリチウム二次電池の高出力化と長寿命化を同時に達成することが可能となる。   According to the present invention, by controlling the physical properties of oil furnace carbon black as a conductive agent, it is possible to improve the performance of an electrode for an electrochemical device using the same, and thus to improve the performance of the electrochemical device, In the case where this electrode for an electrochemical device is used as an electrode of a lithium secondary battery, it is possible to simultaneously achieve high output and long life of the lithium secondary battery, which has been considered difficult in the past.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、以下の内容に特定はされない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention. The content of is not specified.

[電気化学素子]
本発明における電気化学素子とは、主に電子機器等に用いられる小型の電池やキャパシタであるが、最近研究が盛んになってきている自動車用の電池やキャパシタ、燃料電池なども含まれる。電池としては、二酸化マンガンないしフッ化黒鉛とリチウムを用いたリチウム一次電池、マンガン乾電池、アルカリ乾電池等の一次電池、ニッケル水素二次電池やリチウム二次電池等の二次電池が挙げられる。またキャパシタとしては主に電気二重層キャパシタが挙げられる。
[Electrochemical element]
The electrochemical element in the present invention is a small battery or capacitor mainly used for electronic equipment or the like, but also includes an automobile battery, capacitor, fuel cell, etc., for which research has been actively conducted recently. Examples of the battery include primary batteries such as a lithium primary battery using manganese dioxide or graphite fluoride and lithium, a manganese dry battery and an alkaline dry battery, a secondary battery such as a nickel hydride secondary battery and a lithium secondary battery. An example of the capacitor is an electric double layer capacitor.

前述の如く、これらの電気化学素子に用いられる電極には、通常、電子を蓄えたり放出できる機能を有する活物質が必要であるが、その活物質は電子伝導性が必ずしも高くなかったり、使用中に電子伝導性の低下が生じるため、活物質単独だけではうまく機能しない場合が多い。そこで、活物質同士の間や活物質と集電体との間の導電パスをとるため、電子伝達機能を有する導電剤を混合するのが一般的である。   As described above, the electrodes used in these electrochemical elements usually require an active material having a function of storing and releasing electrons, but the active material does not necessarily have high electron conductivity or is in use. In many cases, the active material alone does not function well because of a decrease in electron conductivity. Therefore, in order to take a conductive path between the active materials or between the active material and the current collector, a conductive agent having an electron transfer function is generally mixed.

本発明ではこの電極に配合する導電剤の物性を設計制御し、より高性能の電極ひいては電気化学素子を提供する。   In the present invention, the physical properties of the conductive agent blended in the electrode are designed and controlled to provide a higher-performance electrode and thus an electrochemical element.

[導電剤]
本発明に係る導電剤は、
(1500℃×30分)脱水素量(以下、単に「脱水素量」とも言う。)が1.2mg/g以下、かつ
JIS K6217に準拠した24M4DBP吸収量が130cm/100g以上
のオイルファーネスカーボンブラックである。
[Conductive agent]
The conductive agent according to the present invention is
(1500 ° C. × 30 minutes) the dehydrogenation amount (hereinafter, simply referred to as "the dehydrogenation amount".) Is 1.2 mg / g or less, and 24M4DBP absorption of 130 cm 3/100 g or more oil furnace carbon conforming to JIS K6217 Black.

従来知られているカーボンブラックをはじめとする導電剤としての炭素質材料は、窒素吸着比表面積を大きくしようとすると脱水素量が大きくなり、逆に脱水素量を低く抑えようとすると、比表面積が小さくなるため、24M4DBP吸収量も小さくなり、導電剤自体の電導度を高めつつ、寿命も向上させることが難しかった。
本発明においては、オイルファーネスカーボンブラックの製造条件を調節し、上記のような脱水素量と24M4DBP吸収量の範囲を達成することにより、電導度を高めて高出力に対応すると共に、電気化学的な寿命も高めた電極、ひいては高出力かつ長寿命の電気化学素子を実現する。
Conventionally known carbonaceous materials as conductive agents such as carbon black increase the amount of dehydrogenation when attempting to increase the nitrogen adsorption specific surface area, and conversely when attempting to keep the dehydrogenation amount low. Therefore, the 24M4DBP absorption amount is also reduced, and it is difficult to improve the life while increasing the conductivity of the conductive agent itself.
In the present invention, by adjusting the production conditions of the oil furnace carbon black and achieving the above dehydrogenation amount and 24M4DBP absorption range, the conductivity is increased and the high output is supported. An electrode with a long life, and thus an electrochemical element with high output and long life is realized.

以下に、本発明における導電剤の物性パラメータについて説明する。
〈(1500℃×30分)脱水素量〉
(1500℃×30分)脱水素量は、カーボンブラックを真空中にて1500℃で30分間加熱し、この間に発生したガス中の水素量であり、具体的には後述のようにして測定される。
The physical property parameters of the conductive agent in the present invention will be described below.
<(1500 ° C. × 30 minutes) Dehydrogenation amount>
(1500 ° C. × 30 minutes) The amount of dehydrogenation is the amount of hydrogen in the gas generated during the heating of carbon black at 1500 ° C. for 30 minutes in vacuum, and is specifically measured as described below. The

本発明における導電剤であるオイルファーネスカーボンブラック(以下、単に「カーボンブラック」とも言う。)の脱水素量は1.2mg/g以下、好ましくは1.1mg/g以下、より好ましくは1.0mg/g以下であることを特徴とする。   The dehydrogenation amount of oil furnace carbon black (hereinafter also simply referred to as “carbon black”) which is a conductive agent in the present invention is 1.2 mg / g or less, preferably 1.1 mg / g or less, more preferably 1.0 mg. / G or less.

脱水素量は、カーボンブラックが受ける熱履歴と大きく関わっており、熱処理が不十分であると水素が多く残り、これが導電性と大きく関わると考えられる。脱水素量が多いものはカーボンブラック表面の炭素化が進んでいないため、電極中で導電性を向上させることができず、ひいては出力を出すことができないと考えられる。また、電池に用いられる場合は電気化学的安定性にも影響し、寿命を左右すると考えられる。これらのことから、通常、カーボンブラックの脱水素量は小さいほうが好ましいと考えられる。ただし、小さすぎると工業的に製造する際のコスト上昇につながることから、一般的には0.1mg/g以上、より好ましくは0.3mg/g以上が良い。   The amount of dehydrogenation is greatly related to the thermal history received by the carbon black. If the heat treatment is insufficient, a large amount of hydrogen remains, which is considered to be largely related to conductivity. In the case of a large amount of dehydrogenation, carbonization on the surface of carbon black has not progressed, so that the conductivity cannot be improved in the electrode, and it is considered that an output cannot be obtained. In addition, when used in a battery, it also affects the electrochemical stability and is considered to influence the life. From these facts, it is generally considered that a smaller amount of dehydrogenation of carbon black is preferable. However, since it will lead to the cost increase at the time of manufacturing industrially when too small, generally 0.1 mg / g or more, More preferably, 0.3 mg / g or more is good.

(測定法)
カーボンブラックを約0.5g精秤し、アルミナ管に入れ、0.01Torr(1.3Pa)まで減圧した後、減圧系を閉じ、1500℃の電気炉内に30分間保持してカーボンブラックに存在する酸素化合物や水素化合物を分解・揮発させる。揮発成分は定量吸引ポンプを通じて、一定容量のガス捕集管に採取する。圧力と温度からガス量を求めると共に、ガスクロマトグラフにて組成分析し、水素(H)の発生量(mg)を求め、カーボンブラック1g当たりからの水素量に換算した値を計算する(単位はmg/g)。
(Measurement method)
About 0.5g of carbon black is precisely weighed, put in an alumina tube, depressurized to 0.01 Torr (1.3 Pa), then the decompression system is closed, and it is kept in an electric furnace at 1500 ° C. for 30 minutes. Decomposes and volatilizes oxygen and hydrogen compounds. Volatile components are collected in a fixed-capacity gas collection tube through a quantitative suction pump. The amount of gas is determined from the pressure and temperature, the composition is analyzed by gas chromatography, the amount of hydrogen (H 2 ) generated (mg) is determined, and the value converted to the amount of hydrogen per gram of carbon black is calculated (the unit is mg / g).

〈24M4DBP吸収量及びDBP吸収量〉
DBP吸収量は、JIS K6217に準拠して定義される量である(単位はcm/100g)。
24M4DBP吸収量は、DBP吸収量とは別のパラメータであるが、DBP吸収量と同様にJIS K6217に準拠した、圧縮試料についてのDBP吸収量である(単位は同じくcm/100g)。
<24M4 DBP absorption and DBP absorption>
DBP absorption amount is an amount that is defined in conformity with JIS K6217 (unit cm 3 / 100g).
24M4DBP absorption is the DBP absorption is another parameter, in compliance with DBP absorption as well as JIS K6217, a DBP absorption amount of the compression sample (units also cm 3 / 100g).

本発明におけるオイルファーネスカーボンブラックは、上記脱水素量を満たすとともに、24M4DBP吸収量が130cm/100g以上、好ましくは140cm/100g、より好ましくは145cm/100g以上のものである。 Oil furnace carbon blacks of the present invention fulfills the dehydrogenation amount, 24M4DBP absorption of 130 cm 3/100 g or more, preferably 140cm 3/100 g, more preferably not less than 145cm 3 / 100g.

24M4DBP吸収量が、上記下限未満では、電極作成時のストレスやサイクルや保存時のストレスによってストラクチャーが壊れやすいために、十分な導電パスが形成されず容量や出力が低下したり、形成された導電パスが壊れて寿命が低下したりしやすい。24M4DBP吸収量の上限は特に制限はないが、電極作成時の取り扱い易さの点から、通常200cm/100g以下である。 If the absorption amount of 24M4DBP is less than the above lower limit, the structure is easily broken by stress at the time of electrode preparation, cycle, or stress at the time of storage, so that a sufficient conductive path is not formed and the capacity and output are reduced, or the formed conductive It is easy for the path to break and shorten the service life. The upper limit of the 24M4DBP absorption is not particularly limited, from the viewpoint of easy handling at the time of production of an electrode, usually less than 200 cm 3/100 g.

一般に、カーボンブラックは一次粒子が葡萄房状に連なった独特のストラクチャー(凝集体構造)と称される連鎖体よりなる二次粒子を形成している。しかして、導電パスを確保しやすい点から、カーボンブラックは、ストラクチャーが発達したものであることが好ましい。また、カーボンブラックの一次粒子径を小さくすることによっても導電性が向上する。さらに、カーボンブラックの一次粒子の表面における官能基(酸素化合物)量を少なくすることによっても導電性が向上する。   In general, carbon black forms secondary particles composed of a chain called a unique structure (aggregate structure) in which primary particles are arranged in a kitchen shape. Therefore, it is preferable that the carbon black has a developed structure because it is easy to secure a conductive path. Further, the conductivity is improved by reducing the primary particle size of carbon black. Furthermore, the conductivity is improved by reducing the amount of functional groups (oxygen compounds) on the surfaces of the primary particles of carbon black.

DBP(ジブチルフタレート)は、カーボンブラックのストラクチャーの葡萄房状連鎖体の空隙部分等に吸収されるので、24M4DBP吸収量やDBP吸収量はカーボンブラックが有するストラクチャーの発達度合を示す重要な指標値である。   Since DBP (dibutyl phthalate) is absorbed in the voids of the kitchen chain structure of the carbon black structure, the 24M4 DBP absorption amount and DBP absorption amount are important index values indicating the degree of structure development of the carbon black. is there.

通常のDBP吸収量がカーボンブラックそのままの状態にDBPを吸収させて測定するのと違い、24M4DBP吸収量はカーボンブラックにストレスをかけて容易に壊れる部分を壊してからDBPを吸収させて測定するものである。電極にカーボンブラックを用いる場合、通常活物質との混合過程や電極の成形時等にカーボンブラックは種々ストレスを受けるため、DBP吸収量よりも24M4DBP吸収量のほうがカーボンブラックのストラクチャーを示す上で重要と考えられる。   Unlike normal DBP absorption by absorbing DBP while carbon black is intact, 24M4 DBP absorption is measured by absorbing DBP after stressing carbon black and breaking easily broken parts. It is. When carbon black is used for the electrode, carbon black is usually subjected to various stresses during mixing with the active material or during electrode molding. Therefore, the 24M4DBP absorption is more important for indicating the carbon black structure than the DBP absorption. it is conceivable that.

そして、カーボンブラックの24M4DBP吸収量は電極の中で導電パスを形成する有効なストラクチャーの量と相関があるため、電池の向上と相関があり、しかも、電気化学素子のサイクル特性や保存特性などで活物質や電極の膨張収縮等が起きる際にも破壊されにくいストラクチャーの存在量を表していると考えられるので、寿命とも相関がある。つまり24M4DBP吸収量がある程度大きくないとこれら電気化学特性を引き出しにくいと考えられる。
このようなことから、本発明においては、カーボンブラックの24M4DBP吸収量を上記所定値以上とする。
And the 24M4DBP absorption amount of carbon black has a correlation with the amount of effective structure that forms the conductive path in the electrode, so it has a correlation with the improvement of the battery, and in addition, the cycle characteristics and storage characteristics of the electrochemical device Since it is considered to represent the abundance of structures that are not easily destroyed even when expansion and contraction of the active material and electrodes occur, there is a correlation with the lifetime. That is, it is considered that these electrochemical characteristics are difficult to extract unless the 24M4DBP absorption amount is large to some extent.
For this reason, in the present invention, the 24M4DBP absorption amount of carbon black is set to be equal to or greater than the predetermined value.

〈窒素吸着比表面積(NSA)〉
窒素吸着比表面積(NSA)は、JIS K6217に準拠して定義される(単位はm/g)。
<Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA)>
The nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is defined based on JIS K6217 (unit: m 2 / g).

本発明で用いるカーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)については、下限は80m/g以上が好ましく、より好ましくは100m/g以上、さらに好ましくは150m/g以上である。また上限は300m/g以下が好ましく、より好ましくは290m/g以下、さらに好ましくは280m/g以下である。 Regarding the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of the carbon black used in the present invention, the lower limit is preferably 80 m 2 / g or more, more preferably 100 m 2 / g or more, and further preferably 150 m 2 / g or more. The upper limit is preferably 300 m 2 / g or less, more preferably 290 m 2 / g or less, and still more preferably 280 m 2 / g or less.

電気化学素子の電極中の活物質間の導電パスを確保し、高出力時の性能を出すには、導電剤の比表面積が大きい方が好ましい。一方、比表面積が大きすぎると、電極作成時の成形上不都合が生じるおそれがあり、電気化学的副反応等による不可逆的な反応が起きやすくなり、寿命が低下するおそれがある。
従って、導電剤としてのカーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は上記範囲内にあることが好ましい。
In order to secure a conductive path between the active materials in the electrode of the electrochemical element and to obtain performance at high output, it is preferable that the specific surface area of the conductive agent is large. On the other hand, if the specific surface area is too large, there may be a problem in molding at the time of electrode preparation, an irreversible reaction due to an electrochemical side reaction or the like is likely to occur, and the life may be shortened.
Accordingly, the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of carbon black as the conductive agent is preferably within the above range.

〈結晶子サイズLc〉
本発明で用いるカーボンブラックは、結晶子サイズLcの下限が10Å以上、より好ましくは13Å以上であり、上限が40Å以下、好ましくは25Å以下、さらに好ましくは17Å以下であることが好ましい。オイルファーネスカーボンブラックでは結晶子サイズLcをこの特定の範囲とすることで、電極の導電性を最も高めることができる。この値が大きすぎても低すぎても、十分な導電性が得られないおそれがある。
<Crystallite size Lc>
The carbon black used in the present invention has a lower limit of the crystallite size Lc of 10 mm or more, more preferably 13 mm or more, and an upper limit of 40 mm or less, preferably 25 mm or less, and more preferably 17 mm or less. In the oil furnace carbon black, the conductivity of the electrode can be most enhanced by setting the crystallite size Lc within this specific range. If this value is too large or too low, sufficient conductivity may not be obtained.

なお、本発明に係る結晶子サイズLcは、X線回折装置(RINT−1500型 理学電機社製)を用いて測定される。測定条件は、管球にCuを用い、管電圧40KV、管電流250mAである。カーボンブラック試料は装置付属の試料板に充填し、測定角度(2θ)10゜〜60゜、測定速度0.5゜/分とし、ピーク位置と半価幅は装置のソフトにより算出する。また測定角度の校正にはX線標準用シリコンを用いる。この様にして得られた結果を用いて、Scherrerの式;(Lc(Å)=K×λ/(β×cosθ)(但しK:形状因子定数0.9、λ:特性X線の波長CuKα 1.5418(Å)、β:半価幅(ラジアン)、θ:ピーク位置(度)))により結晶子サイズLcを求める。   The crystallite size Lc according to the present invention is measured using an X-ray diffractometer (RINT-1500 type, manufactured by Rigaku Corporation). The measurement conditions are such that Cu is used for the tube, tube voltage is 40 KV, and tube current is 250 mA. The carbon black sample is filled in a sample plate attached to the apparatus, the measurement angle (2θ) is 10 ° to 60 °, the measurement speed is 0.5 ° / min, and the peak position and half width are calculated by the software of the apparatus. Further, silicon for X-ray standard is used for calibration of the measurement angle. Using the results thus obtained, Scherrer's equation: (Lc (Å) = K × λ / (β × cos θ) (where K: form factor constant 0.9, λ: wavelength of characteristic X-ray CuKα 1.5418 (Å), β: half width (radian), θ: peak position (degrees))).

<製造方法>
本発明における導電剤としてのカーボンブラックは、オイルファーネス法により製造されるオイルファーネスカーボンブラックである。
上記特定の物性を有するカーボンブラックの具体的な合成法については、先願に記載する通りである。
<Manufacturing method>
The carbon black as the conductive agent in the present invention is an oil furnace carbon black produced by an oil furnace method.
A specific method for synthesizing carbon black having the above specific physical properties is as described in the prior application.

オイルファーネス法によるカーボンブラックの製造装置は、燃料を燃焼させて高温燃焼ガス流を生じさせる第1反応帯域と、該第1反応帯域に引き続いて設置され、カーボンブラック原料炭化水素(以下、「オイル」ということがある。)を導入してカーボンブラック生成反応をさせる第2反応帯域と、該第2反応帯域に引き続いて設置され、カーボンブラック生成反応を停止させるための冷却手段を有した第3反応帯域とを備えている。   An apparatus for producing carbon black by an oil furnace method is installed following a first reaction zone for burning a fuel to generate a high-temperature combustion gas flow, and a carbon black raw material hydrocarbon (hereinafter referred to as “oil”). A second reaction zone for introducing a carbon black production reaction and a cooling means for stopping the carbon black production reaction, which is subsequently installed in the second reaction zone. Reaction zone.

このカーボンブラック製造装置によってカーボンブラックを製造するには、第1反応帯域内に高温の燃焼ガス流を生じさせ、第2反応帯域内にカーボンブラック原料炭化水素(オイル)を噴霧し、該第2反応帯域内でカーボンブラックを生成させる。このカーボンブラックを含むガス流は、第3反応帯域内に導入され、該第3反応帯域内でスプレーノズルから水噴霧を受けて急冷される。第3反応帯域内のカーボンブラックを含むガス流は、その後煙道を経由してサイクロン又はバッグフィルター等の捕集手段に導入され、カーボンブラックが捕集される。   In order to produce carbon black by this carbon black production apparatus, a high-temperature combustion gas flow is generated in the first reaction zone, and carbon black raw material hydrocarbon (oil) is sprayed in the second reaction zone. Carbon black is produced in the reaction zone. The gas stream containing carbon black is introduced into the third reaction zone, and is rapidly cooled by receiving water spray from the spray nozzle in the third reaction zone. The gas stream containing carbon black in the third reaction zone is then introduced into a collecting means such as a cyclone or a bag filter via a flue to collect the carbon black.

オイルファーネスカーボンブラックは、このような製造装置の設計や製造条件を制御することにより製造することができ、物性の制御を比較的容易に行うことができ、電気化学素子の電極に用いる場合の物性設計上、他の導電剤よりも有利である。   Oil furnace carbon black can be manufactured by controlling the design and manufacturing conditions of such a manufacturing apparatus, the physical properties can be controlled relatively easily, and the physical properties when used for electrodes of electrochemical devices The design is advantageous over other conductive agents.

例えば、上述の第2反応帯域におけるカーボンブラック原料導入ノズルの位置と、第3反応帯域における冷却水供給ノズルの位置とを調整して炉内におけるカーボンブラックの滞留時間を特定範囲とすることによって、上述した様にカーボンブラックの24M4DBP吸収量と比表面積を特定範囲の値とし、結晶子サイズLcを過度に大きくせず特定の小さな値とし、且つカーボンブラック粒子表面の脱水素が進行した状態とすればよい。より具体的には、炉内温度を1500℃〜2000℃、好ましくは1600℃〜1800℃とし、カーボンブラックの炉内滞留時間、即ち原料導入点から反応停止位置までの移動に要する時間(カーボンブラック原料導入位置距離と反応停止位置距離を移動するに要する時間)が、40ミリ秒〜500ミリ秒、好ましくは50ミリ秒〜200ミリ秒とすれば良い。また、炉内温度が1500℃を下回るような低温の場合には、炉内滞留時間が500ミリ秒を越えて5秒以下、好ましくは1秒〜3秒とすればよい。   For example, by adjusting the position of the carbon black raw material introduction nozzle in the second reaction zone described above and the position of the cooling water supply nozzle in the third reaction zone to make the carbon black residence time in the furnace a specific range, As described above, the carbon black 24M4DBP absorption amount and specific surface area are within a specific range, the crystallite size Lc is not excessively increased to a specific small value, and the dehydrogenation of the carbon black particle surface has progressed. That's fine. More specifically, the furnace temperature is set to 1500 ° C. to 2000 ° C., preferably 1600 ° C. to 1800 ° C., and the residence time of carbon black in the furnace, that is, the time required to move from the raw material introduction point to the reaction stop position (carbon black The time required for moving the raw material introduction position distance and the reaction stop position distance) may be 40 milliseconds to 500 milliseconds, preferably 50 milliseconds to 200 milliseconds. Further, in the case where the temperature in the furnace is lower than 1500 ° C., the residence time in the furnace exceeds 500 milliseconds and is 5 seconds or less, preferably 1 to 3 seconds.

本発明に係るカーボンブラックは、特に脱水素量が少ないので、その製造には炉内での高温燃焼ガス流の温度を1700℃以上の高温とする方法や、カーボンブラック原料供給ノズルよりも下流側で更に炉内に酸素を導入してカーボンブラック表面の水素等を燃焼させ、この反応熱で高温下の滞留時間を長くすることが好ましい。このような方法によって、カーボンブラックの表面近傍の結晶化とカーボンブラック内部の脱水素が効果的に行えるので好ましい。   Since the carbon black according to the present invention has a particularly small amount of dehydrogenation, its production is carried out by a method in which the temperature of the high-temperature combustion gas flow in the furnace is set to a high temperature of 1700 ° C. or more, or downstream of the carbon black raw material supply nozzle. Further, it is preferable to introduce oxygen into the furnace to burn hydrogen or the like on the surface of the carbon black and to extend the residence time at a high temperature with this reaction heat. Such a method is preferable because crystallization in the vicinity of the surface of the carbon black and dehydrogenation inside the carbon black can be effectively performed.

[電解化学素子用電極]
本発明の電気化学素子用電極は、活物質と、導電剤としての上述のような特定の物性を有するオイルファーネスカーボンブラックとを含むものであり、導電剤が、電気化学的に安定で、高い導電性を持つことにより、正極、負極、あるいはキャパシタ用電極のいずれにおいても同様に好適な性能を得ることができる。
[Electrode for Electrochemical Element]
The electrode for an electrochemical element of the present invention includes an active material and an oil furnace carbon black having the above specific properties as a conductive agent, and the conductive agent is electrochemically stable and high. By having conductivity, suitable performance can be obtained in any of the positive electrode, the negative electrode, and the capacitor electrode.

なお、本発明の電気化学素子用電極においては、導電剤として、前述のカーボンブラックのうち、本発明で特定する範囲内の物性を有するカーボンブラックの1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。   In the electrode for an electrochemical element of the present invention, one kind of carbon black having physical properties within the range specified in the present invention may be used alone as the conductive agent. You may use the above together.

本発明において、電極の活物質重量に対する導電剤の重量割合は0.5重量%以上、特に1重量%以上で、15重量%以下、特に12重量%以下が好ましい。導電剤の割合が少なすぎると性能向上効果が現れないおそれがあり、多すぎると相対的に活物質の割合が減るため電極の容量や出力が低下するおそれがある。   In the present invention, the weight ratio of the conductive agent to the active material weight of the electrode is 0.5% by weight or more, particularly 1% by weight or more, and preferably 15% by weight or less, particularly preferably 12% by weight or less. If the proportion of the conductive agent is too small, the performance improvement effect may not appear, and if it is too large, the proportion of the active material is relatively reduced, and the capacity and output of the electrode may be reduced.

電気化学素子が電池の場合、本発明の電気化学素子用電極を用いるのは、正極であっても負極であっても良く、電極中の活物質が少なくともリチウムを吸蔵・放出可能な化合物を含有することが好ましい。   When the electrochemical element is a battery, the electrode for an electrochemical element of the present invention may be a positive electrode or a negative electrode, and the active material in the electrode contains at least a compound capable of inserting and extracting lithium. It is preferable to do.

[リチウム二次電池用正極]
次に、本発明の電気化学素子用電極のうち、リチウム二次電池用正極について説明する。
[Positive electrode for lithium secondary battery]
Next, the positive electrode for lithium secondary batteries is demonstrated among the electrodes for electrochemical elements of this invention.

本発明におけるリチウム二次電池用正極は、本発明に係る導電剤としての特定のカーボンブラックと、活物質、及び結着剤(バインダー)を含有する正極活物質層を集電体上に形成してなるものである。   The positive electrode for a lithium secondary battery in the present invention has a positive electrode active material layer containing a specific carbon black as a conductive agent according to the present invention, an active material, and a binder (binder) on a current collector. It will be.

正極活物質層は、通常、導電剤と正極活物質と結着剤と更に必要に応じて用いられる増粘剤等を、乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、或いはこれらの材料を液体媒体中に溶解又は分散させてスラリー状にして、正極集電体に塗布、乾燥することによって作製される。
なお、塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。
The positive electrode active material layer is usually pressure-bonded to a positive electrode current collector by mixing a conductive agent, a positive electrode active material, a binder, and a thickener used as necessary in a dry form into a sheet. Alternatively, these materials are dissolved or dispersed in a liquid medium to form a slurry, which is applied to the positive electrode current collector and dried.
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a hand press, a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.

正極活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。   The thickness of the positive electrode active material layer is usually about 10 to 200 μm.

〈活物質〉
一般的に正極用活物質として用いられる、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物として、リチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。これらはLiNiOやLiMnO、LiCoO等の層状構造を有する化合物や、LiMnに代表されるスピネル構造を有する化合物が挙げられる。本発明の電極の活物質にはこれらを使用することが好ましい。
<Active material>
Lithium transition metal composite oxide is mentioned as a compound which can be generally occluded / released as a positive electrode active material. These include compounds having a layered structure such as LiNiO 2 , LiMnO 2 and LiCoO 2 and compounds having a spinel structure typified by LiMn 2 O 4 . These are preferably used for the active material of the electrode of the present invention.

特に、正極活物質としては、主として層状構造で同定される結晶構造を有し、下記(1)式で表される組成のリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。
Li1+αNiMnCo1−x−y−z …(1)
(ただし、−0.1≦α≦0.2、0<x≦0.5、0<y<1.0、0≦z≦0.5、0.8≦x+y+z≦1.0であり、MはAl,Fe,Ti,Mg,Cr,Ga,Cu,Zn,Nb,及びZrの何れか1種以上)
In particular, the positive electrode active material is preferably a lithium transition metal composite oxide having a crystal structure mainly identified by a layered structure and having a composition represented by the following formula (1).
Li 1 + α Ni x Mn y Co z M 1-xy z O 2 (1)
(However, −0.1 ≦ α ≦ 0.2, 0 <x ≦ 0.5, 0 <y <1.0, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0.8 ≦ x + y + z ≦ 1.0, M is one or more of Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, Nb, and Zr)

なお、この組成式で酸素のモル比は、層状リチウム遷移金属複合酸化物であるLiCoO等とのアナロジーから、Ni,Mn,Co,Mのモル比の合計を1とした時に便宜上2としたもので、実際はLiおよび各遷移金属元素カチオンの価数とのバランスで決まるもので、2から多少数値が変動することがある。また、厳密には酸素欠損や酸素過剰がある場合にも影響があるが、変動値は通常2に比べてかなり小さいため、省略している。 In this compositional formula, the molar ratio of oxygen is set to 2 for convenience when the sum of the molar ratios of Ni, Mn, Co, and M is 1 based on an analogy with LiCoO 2 that is a layered lithium transition metal composite oxide. In actuality, it is determined by the balance between Li and the valence of each transition metal element cation, and the numerical value may slightly vary from 2. Strictly speaking, although there is an influence when there is oxygen deficiency or excess oxygen, the fluctuation value is usually smaller than 2 and is omitted.

また、αはLiの過不足を表す値で、合成時のLi原料の仕込み量に依存するが、αが小さすぎると電気化学特性が低下し、大きすぎると、合成後にLi原料が余剰のアルカリ分として表面に残り、劣化やガス発生等の原因になるので好ましくない。よって、−0.1≦α≦0.2が好ましく、0.02≦α≦0.1がより好ましい。   Α is a value representing the excess or deficiency of Li, and depends on the amount of Li raw material charged during synthesis. However, if α is too small, the electrochemical characteristics deteriorate, and if it is too large, the Li raw material contains excess alkali after synthesis. It is not preferable because it remains on the surface as a minute and causes deterioration and gas generation. Therefore, −0.1 ≦ α ≦ 0.2 is preferable, and 0.02 ≦ α ≦ 0.1 is more preferable.

z(Coのモル比)は大きくても電池性能的に問題は無いが、Coは資源的に貴重であり、Co原料価格も高いので、経済的理由から0.5以下が好ましく、さらには0.35以下が好ましい。   Even if z (the molar ratio of Co) is large, there is no problem in battery performance, but Co is valuable in terms of resources and the cost of Co raw material is high, so it is preferably 0.5 or less for economic reasons, and further 0 .35 or less is preferable.

x(Niのモル比)は大きすぎると、活物質が空気中で水分と反応しやすくなったり、充電状態(リチウムを電気化学的に脱離させた状態)で熱的に不安定になるので、0.5以下が好ましい。   When x (molar ratio of Ni) is too large, the active material is likely to react with moisture in the air, or becomes thermally unstable in a charged state (a state in which lithium is electrochemically desorbed). 0.5 or less is preferable.

Mは、主に電池の短絡や過充電など、誤使用時の安全性を高める目的で添加されるもので、Al,Fe,Ti,Mg,Cr,Ga,Cu,Zn,Nb,及びZrの何れか1種以上の元素が好ましく、さらにはAl,Mg,Ti等がより効果的で好ましい。ただし、この元素の割合が多い場合(x+y+zの値が小さい場合)は、活物質がリチウムの吸蔵・放出できる電気化学的容量(mAh/g)が小さくなるので、好ましくない。従って、x+y+zは、通常0.80以上、より好ましくは0.90以上、さらに好ましくは0.95以上である。   M is added mainly for the purpose of improving safety during misuse, such as short-circuiting and overcharging of the battery. Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, Nb, and Zr Any one or more elements are preferable, and Al, Mg, Ti and the like are more effective and preferable. However, when the ratio of this element is large (when the value of x + y + z is small), the electrochemical capacity (mAh / g) at which the active material can occlude and release lithium is small, which is not preferable. Therefore, x + y + z is usually 0.80 or more, more preferably 0.90 or more, and further preferably 0.95 or more.

なお、本発明において、リチウム遷移金属酸化物が層状構造を有するか否かは、粉末X線回折測定により同定される。層状構造とは空間群

Figure 0004826877
に属するものである。通常、ミラー指数(003)のピーク面積とミラー指数(104)のピーク面積の比I(003)/I(104)が、層状構造の発達度合いを表すパラメータとしてよく用いられる。本発明で用いるリチウム遷移金属酸化物のI(003)/I(104)は通常1.0以上が好ましく、1.1以上であることがより好ましい。このパラメータが小さいと層状構造の発達が不十分で、活物質として十分機能しないおそれがある。 In the present invention, whether or not the lithium transition metal oxide has a layered structure is identified by powder X-ray diffraction measurement. Layered structure is a space group
Figure 0004826877
Belongs to. Usually, the ratio I (003) / I (104) between the peak area of the Miller index (003) and the peak area of the Miller index (104) is often used as a parameter representing the degree of development of the layered structure. I (003) / I (104) of the lithium transition metal oxide used in the present invention is usually preferably 1.0 or more, and more preferably 1.1 or more. When this parameter is small, the layered structure is not sufficiently developed and may not function sufficiently as an active material.

なお、粉末X線回折測定はCuKα線を用い、出力40kV、30mA、Continuousモード、読み込み幅0.05゜、Divergence Slit1゜、Scattering Slit1゜、Receiving Slit0.2mm、スキャン速度3.0゜/minで測定される。   In addition, powder X-ray diffraction measurement uses CuKα ray, output 40 kV, 30 mA, Continuous mode, reading width 0.05 °, Divergence Slit 1 °, Scattering Slit 1 °, Receiving Slit 0.2 mm, scanning speed 3.0 ° / min. Measured.

また、前記(1)式のリチウム遷移金属酸化物の組成(モル比:α、x、y、z)は、サンプルを酸溶解後にICP発光分析法により求められる。   The composition (molar ratio: α, x, y, z) of the lithium transition metal oxide represented by the formula (1) is obtained by ICP emission analysis after dissolving the sample with an acid.

また、本発明におけるリチウム遷移金属酸化物は、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成して成り、その二次粒子の形状が球状ないし楕円球状であることが好ましい。通常、電気化学素子はその充放電に伴い、電極中の活物質が膨張収縮をするため、そのストレスにより活物質の破壊や導電パスが切れるため劣化がおきやすい。そのため一次粒子のみの単一粒子活物質であるよりも、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成したものである方が膨張収縮のストレスを緩和して、劣化を防ぐため好ましいと考えられる。また、板状等軸配向性の粒子であるよりも球状ないし楕円球状の粒子の方が、電極の成形時の配向が少ないため、充放電時の電極の膨張収縮も少なく、また電極を作成する際の導電剤との混合においても、均一に混合されやすいため好ましいと考えられる。   The lithium transition metal oxide in the present invention is preferably formed by agglomerating primary particles to form secondary particles, and the shape of the secondary particles is preferably spherical or elliptical. In general, an electrochemical element expands and contracts due to charging and discharging thereof, and the stress easily breaks down due to the destruction of the active material and the disconnection of the conductive path due to the stress. Therefore, rather than a single particle active material consisting of only primary particles, it is considered preferable that the primary particles aggregate to form secondary particles because the stress of expansion and contraction is alleviated and deterioration is prevented. . In addition, spherical or oval spherical particles are less oriented during molding of the electrode than plate-like equiaxed particles, so that the expansion and contraction of the electrode during charging and discharging is small, and the electrode is produced. The mixing with the conductive agent is also preferable because it is easy to mix uniformly.

球状ないし楕円球状の活物質を作成するには種々の方法が考えられるが、例えば、Ni,Mn,Coなどの原料を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の共沈水酸化物を作成回収し、これを乾燥して前駆体とし、これにLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。また、同じくNi,Mn,Coなどの原料を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライ等で噴霧乾燥して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これにLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法等がある。   Various methods are conceivable for producing a spherical or elliptical active material. For example, a raw material such as Ni, Mn, Co or the like is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring. There is a method in which a spherical coprecipitated hydroxide is prepared and recovered by adjustment, dried to obtain a precursor, and a Li source is added thereto and calcined at a high temperature to obtain an active material. Similarly, raw materials such as Ni, Mn, and Co are dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and then spray-dried by spray drying or the like to obtain a spherical or elliptical precursor, to which a Li source is added. And a method of obtaining an active material by baking at a high temperature.

以下に本発明に使用されるリチウム遷移金属複合酸化物の粉体物性について述べる。   The powder physical properties of the lithium transition metal composite oxide used in the present invention are described below.

(嵩密度)
まず、嵩密度は1.2g/cc以上であることが好ましく、1.6g/cc以上であることがより好ましい。嵩密度が低すぎると電極密度が上がらないため、電池のエネルギ−密度の低下、ひいては出力が低下するおそれがある。
なお、本発明では、嵩密度は、リチウム遷移金属酸化物粉体5〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)g/ccを求めた。
(The bulk density)
First, the bulk density is preferably 1.2 g / cc or more, and more preferably 1.6 g / cc or more. If the bulk density is too low, the electrode density does not increase, so that there is a risk that the energy density of the battery will be lowered, and consequently the output will be lowered.
In the present invention, the bulk density is 5 to 10 g of lithium transition metal oxide powder placed in a 10 ml glass graduated cylinder and tapped 200 times with a stroke of about 20 mm. cc was determined.

(メジアン径d50
粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は通常3μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは9μm以上、最も好ましくは10μm以上で、通常20μm以下、好ましくは18μm以下、より好ましくは16μm以下、最も好ましくは15μm以下である。上記下限を下回ると、高嵩密度品が得られなくなるおそれがあり、上限を超えると粒子内のリチウムの拡散に時間がかかるため、電池性能の低下をきたしたり、電池の正極作成すなわち活物質と導電剤やバインダー等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する際に、スジを引くなどの問題を生ずるおそれがあるため好ましくない。
なお、メジアン径は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって、屈折率1.24を設定して測定されたものである。本発明では、粒度分布計としてHORIBA社製LA−920を用い、測定の際に用いる分散媒としては、0.1重量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散後に測定を行った
(Median diameter d 50 )
The median diameter d 50 of the particles (when the primary particles are aggregated to form secondary particles) is usually 3 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 9 μm or more, and most preferably 10 μm or more. Usually, it is 20 μm or less, preferably 18 μm or less, more preferably 16 μm or less, and most preferably 15 μm or less. If the lower limit is not reached, a high bulk density product may not be obtained. If the upper limit is exceeded, it takes time to diffuse lithium in the particles. It is not preferable because a conductive agent, a binder, or the like is slurried with a solvent and may cause problems such as streaks when applied in a thin film.
The median diameter was measured by setting a refractive index of 1.24 using a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. In the present invention, LA-920 manufactured by HORIBA was used as a particle size distribution meter, and a 0.1 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution was used as a dispersion medium for measurement, and measurement was performed after ultrasonic dispersion for 5 minutes.

(平均一次粒子径)
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、リチウム遷移金属酸化物の平均一次粒子径としては、通常0.1μm以上、好ましくは0.2μm以上、更に好ましくは0.3μm以上、最も好ましくは0.4μm以上で、通常3μm以下、好ましくは2μm以下、さらに好ましくは1μm以下、最も好ましくは0.6μm以下である。上記上限を超えると球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が大きく低下するために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなるため好ましくない。逆に、上記下限を下回ると、通常、結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずるおそれがあるため好ましくない。
なお、本発明では、平均一次粒子径は、30,000倍で観察したSEM画像より求めた。
(Average primary particle size)
When primary particles are aggregated to form secondary particles, the average primary particle diameter of the lithium transition metal oxide is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.3 μm. Above, most preferably 0.4 μm or more, usually 3 μm or less, preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, and most preferably 0.6 μm or less. When the above upper limit is exceeded, it is difficult to form spherical secondary particles, which adversely affects the powder filling property, or the specific surface area is greatly reduced, so that there is a high possibility that the battery performance such as output characteristics will be reduced. Absent. On the other hand, if the value is below the lower limit, the crystal is usually undeveloped, which may cause problems such as inferior charge / discharge reversibility, which is not preferable.
In the present invention, the average primary particle size was determined from an SEM image observed at 30,000 times.

(BET比表面積)
リチウム遷移金属複合酸化物のBET比表面積は、0.2m/g以上、好ましくは0.3m/g以上、更に好ましくは0.4m/g以上で、4.0m/g以下、好ましくは2.5m/g以下、更に好ましくは1.5m/g以下である。BET比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいと嵩密度が上がりにくくなったり、正極活物質形成時の塗布性に問題が発生しやすい。
なお、比表面積は、公知のBET式粉体比表面積測定装置によって測定できる。本発明では、カンタクローム社製オートソーブ1を用い、吸着ガスに窒素、キャリアガスにヘリウムを使用し、連続流動法によるBET1点式法測定を行った。具体的には粉体試料を混合ガスにより150℃の温度で加熱脱気し、次いで液体窒素温度まで冷却して混合ガスを吸着させた後、これを水により室温まで加温して吸着された窒素ガスを脱着させ、その量を熱伝導度検出器によって検出し、これから試料の比表面積を算出した。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the lithium transition metal composite oxide is 0.2 m 2 / g or more, preferably 0.3 m 2 / g or more, more preferably 0.4 m 2 / g or more, 4.0 m 2 / g or less, Preferably it is 2.5 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 1.5 m < 2 > / g or less. If the BET specific surface area is smaller than this range, the battery performance tends to be lowered. If the BET specific surface area is larger, the bulk density is difficult to increase, or a problem is likely to occur in the coating property at the time of forming the positive electrode active material.
The specific surface area can be measured with a known BET type powder specific surface area measuring device. In the present invention, BET one-point method measurement by a continuous flow method was performed using an autosorb 1 manufactured by Cantachrome, using nitrogen as an adsorption gas and helium as a carrier gas. Specifically, the powder sample was heated and deaerated with a mixed gas at a temperature of 150 ° C., then cooled to liquid nitrogen temperature to adsorb the mixed gas, and then heated to room temperature with water to be adsorbed. Nitrogen gas was desorbed, the amount was detected by a thermal conductivity detector, and the specific surface area of the sample was calculated from this.

なお、本発明において、正極活物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
正極活物質層中の正極活物質の割合は、通常75重量%以上、好ましくは80重量%以上で、通常98重量%以下、好ましくは95重量%以下である。正極活物質の割合が低過ぎると電池の容量や出力が低下し、一方高過ぎると相対的に結着剤の量が低下し、電極の機械的強度が低下する。
In the present invention, the positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.
The ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is usually 75% by weight or more, preferably 80% by weight or more, and usually 98% by weight or less, preferably 95% by weight or less. When the proportion of the positive electrode active material is too low, the capacity and output of the battery are reduced. On the other hand, when the proportion is too high, the amount of the binder is relatively lowered and the mechanical strength of the electrode is lowered.

〈結着剤〉
正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解または分散される材料であれば良いが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレンスチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
<Binder>
The binder used for manufacturing the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of a coating method, any material that can be dissolved or dispersed in a liquid medium used during electrode manufacturing may be used. , Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose, and other resin polymers, SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber, butadiene Rubber, rubbery polymer such as ethylene / propylene rubber, styrene / butadiene / styrene block copolymer and its hydrogenated product, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), styrene / ethylene / butadiene / ethylene copolymer Polymer, styrene / isopre Thermoplastic elastomeric polymers such as styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymers, propylene / α-olefin copolymers, etc. Fluorine polymers such as soft resinous polymers, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers, alkali metal ions (especially lithium ions) Examples thereof include a polymer composition having ion conductivity. In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.

正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、更に好ましくは3重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、更に好ましくは40重量%以下、最も好ましくは10重量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまうおそれがある。一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながるおそれがある。   The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 3% by weight or more, and usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less. More preferably, it is 40% by weight or less, and most preferably 10% by weight or less. When the ratio of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained, and the mechanical strength of the positive electrode is insufficient, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. On the other hand, if it is too high, the battery capacity and the conductivity may be reduced.

〈導電剤〉
導電剤には前述したカーボンブラックを用いるが、それと併用して、銅、ニッケル等の金属材料や、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料の1種又は2種以上を混合して用いても良い。
<Conductive agent>
The conductive agent is carbon black as described above, but in combination with it, there is no metal material such as copper or nickel, graphite such as natural graphite or artificial graphite, carbon black such as acetylene black, needle coke, etc. One or more carbon materials such as regular carbon may be used in combination.

正極活物質層中の導電剤の割合は、前述の如く、活物質重量に対して0.5重量%以上、特に1重量%以上で、15重量%以下、特に12重量%以下が好ましい。導電剤の割合が少なすぎると性能向上効果が現れないおそれがあり、多すぎると相対的に活物質の割合が減るため電極の容量や出力が低下するおそれがある。
なお、本発明に係るカーボンブラックによる効果を十分に得るために、導電剤として、前述したカーボンブラック以外の導電剤を含む場合、その割合は全導電剤量の90重量%以下であることが好ましい。
As described above, the proportion of the conductive agent in the positive electrode active material layer is preferably 0.5% by weight or more, particularly 1% by weight or more, and 15% by weight or less, particularly 12% by weight or less based on the weight of the active material. If the proportion of the conductive agent is too small, the performance improvement effect may not appear, and if it is too large, the proportion of the active material is relatively reduced, and the capacity and output of the electrode may be reduced.
In order to sufficiently obtain the effect of the carbon black according to the present invention, when the conductive agent includes a conductive agent other than the above-described carbon black, the ratio is preferably 90% by weight or less of the total conductive agent amount. .

〈液体媒体〉
スラリーを形成するための液体媒体としては、正極活物質であるリチウムニッケル系複合酸化物粉体、導電剤、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いても良い。水系溶媒の例としては水、アルコールなどが挙げられ、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルフォキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等を挙げることができる。特に、水系溶媒を用いる場合、増粘剤に併せて分散剤を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化することが好ましい。
<Liquid medium>
As the liquid medium for forming the slurry, it is possible to dissolve or disperse the lithium nickel composite oxide powder that is the positive electrode active material, the conductive agent, the binder, and the thickener used as necessary. As long as it is a possible solvent, the type is not particularly limited, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous solvent include water and alcohol. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N -N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, etc. Can be mentioned. In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to add a dispersant in addition to the thickener and make a slurry using a latex such as SBR.

なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   In addition, these solvents may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

〈集電体〉
正極集電体の材質としては、通常、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料や、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が用いられる。中でも金属材料が好ましく、アルミニウムが特に好ましい。また、形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、金属薄膜が、現在工業化製品に使用されているため好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成しても良い。
<Current collector>
As the material for the positive electrode current collector, metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum, and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper are usually used. Of these, metal materials are preferable, and aluminum is particularly preferable. As for the shape, in the case of a metal material, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, a foam metal, etc. Etc. Among these, metal thin films are preferable because they are currently used in industrialized products. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape.

正極集電体として薄膜を使用する場合、その厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また通常100mm以下、好ましくは1mm以下、より好ましくは50μm以下の範囲が好適である。上記範囲よりも薄いと、集電体として必要な強度が不足するおそれがある一方で、上記範囲よりも厚いと、取り扱い性が損なわれるおそれがある。   When a thin film is used as the positive electrode current collector, its thickness is arbitrary, but it is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 100 mm or less, preferably 1 mm or less, more preferably 50 μm or less. The range of is preferable. If the thickness is thinner than the above range, the strength required for the current collector may be insufficient. On the other hand, if it is thicker than the above range, the handleability may be impaired.

[リチウム二次電池用負極]
次に、本発明の電気化学素子用電極のうち、リチウム二次電池用負極について説明する。
[Negative electrode for lithium secondary battery]
Next, the negative electrode for lithium secondary batteries is demonstrated among the electrodes for electrochemical elements of this invention.

本発明におけるリチウム二次電池用負極は、通常、上述のリチウム二次電池用正極と同様に、負極集電体上に負極活物質層を形成して構成される。   The negative electrode for a lithium secondary battery in the present invention is usually constituted by forming a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, similarly to the above-described positive electrode for a lithium secondary battery.

負極活物質層は、通常は正極活物質層の場合と同様に、負極活物質と導電剤、さらには結着剤と、必要に応じて増粘剤とを液体媒体でスラリー化したものを負極集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。スラリーを形成する液体媒体や結着剤、増粘剤、その他の導電剤等としては、正極活物質層について上述したものと同様のものを同様の割合で使用することができる。   As in the case of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer is usually a negative electrode obtained by slurrying a negative electrode active material, a conductive agent, further a binder, and, if necessary, a thickener in a liquid medium. It can manufacture by apply | coating to a collector and drying. As the liquid medium forming the slurry, the binder, the thickener, and other conductive agents, the same materials as those described above for the positive electrode active material layer can be used at the same ratio.

〈活物質〉
負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、その種類に他に制限はないが、通常は安全性の高さの面から、リチウムを吸蔵、放出できる炭素材料が用いられる。
<Active material>
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions, but it can usually occlude and release lithium from the viewpoint of high safety. A carbon material is used.

炭素材料としては、その種類に特に制限はないが、人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛(グラファイト)や、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物が挙げられる。有機物の熱分解物としては、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化物、或いはこれらピッチを酸化処理したものの炭化物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹脂、結晶セルロース等の炭化物等及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。中でも黒鉛が好ましく、特に好適には、種々の原料から得た易黒鉛性ピッチに高温熱処理を施すことによって製造された、人造黒鉛、精製天然黒鉛、又はこれらの黒鉛にピッチを含む黒鉛材料等であって、種々の表面処理を施したものが主として使用される。これらの炭素材料は、それぞれ1種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。   Although there is no restriction | limiting in particular as a carbon material, Graphite (graphite), such as artificial graphite and natural graphite, and the thermal decomposition thing of organic substance on various thermal decomposition conditions are mentioned. Examples of pyrolysis products of organic matter include coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch carbide, petroleum-based pitch carbide, or carbide obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke, phenol resin, crystalline cellulose, etc. And carbon materials obtained by partially graphitizing these, pitch-based carbon fibers, and the like. Among them, graphite is preferable, and particularly preferable is artificial graphite, purified natural graphite, or graphite material containing pitch in these graphites, which is manufactured by subjecting easy-graphite pitch obtained from various raw materials to high-temperature heat treatment. Therefore, those subjected to various surface treatments are mainly used. One of these carbon materials may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

負極活物質として黒鉛材料を用いる場合、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、通常0.335nm以上、また、通常0.340nm以下、特に0.337nm以下であるものが好ましい。   When a graphite material is used as the negative electrode active material, the d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually 0.335 nm or more, and usually 0.340 nm or less, particularly What is 0.337 nm or less is preferable.

また、黒鉛材料の灰分が、黒鉛材料の重量に対して通常1重量%以下、中でも0.5重量%以下、特に0.1重量%以下であることが好ましい。   Further, the ash content of the graphite material is usually 1% by weight or less, particularly 0.5% by weight or less, and particularly preferably 0.1% by weight or less, based on the weight of the graphite material.

更に、学振法によるX線回折で求めた黒鉛材料の結晶子サイズ(Lc)が、通常30nm以上、中でも50nm以上、特に100nm以上であることが好ましい。   Further, the crystallite size (Lc) of the graphite material determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, and particularly preferably 100 nm or more.

また、レーザー回折・散乱法により求めた黒鉛材料のメジアン径が、通常1μm以上、中でも3μm以上、更には5μm以上、特に7μm以上、また、通常100μm以下、中でも50μm以下、更には40μm以下、特に30μm以下であることが好ましい。   The median diameter of the graphite material determined by the laser diffraction / scattering method is usually 1 μm or more, especially 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, especially 7 μm or more, and usually 100 μm or less, especially 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, especially 40 μm or less. It is preferable that it is 30 micrometers or less.

また、黒鉛材料のBET法比表面積は、通常0.5m/g以上、好ましくは0.7m/g以上、より好ましくは1.0m/g以上、更に好ましくは1.5m/g以上、また、通常25.0m/g以下、好ましくは20.0m/g以下、より好ましくは15.0m/g以下、更に好ましくは10.0m/g以下である。 Moreover, the BET specific surface area of the graphite material is usually 0.5 m 2 / g or more, preferably 0.7 m 2 / g or more, more preferably 1.0 m 2 / g or more, and further preferably 1.5 m 2 / g. or more, and usually 25.0 m 2 / g or less, preferably 20.0 m 2 / g, more preferably 15.0 m 2 / g or less, still more preferably 10.0 m 2 / g or less.

更に、黒鉛材料についてアルゴンレーザー光を用いたラマンスペクトル分析を行った場合に、1580〜1620cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iと、1350〜1370cm−1の範囲で検出されるピークPの強度Iとの強度比I/Iが、0以上0.5以下であるものが好ましい。また、ピークPの半価幅は26cm−1以下が好ましく、25cm−1以下がより好ましい。 Further, when performing Raman spectroscopy using argon laser light for graphite material, and strength I A of the peak P A is detected in the range of 1580~1620Cm -1, it is detected in the range of 1350 -1 that intensity ratio I a / I B of the intensity I B of a peak P B is what is preferably 0 to 0.5. Further, the half width of the peak P A is preferably 26cm -1 or less, 25 cm -1 or less is more preferable.

なお、上述の各種の炭素材料の他に、リチウムの吸蔵及び放出が可能なその他の材料を負極活物質として用いることもできる。炭素材料以外の負極活物質の具体例としては、リチウムと合金を作る錫やケイ素等の元素およびその化合物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金などが挙げられる。これらの炭素材料以外の材料は、それぞれ1種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いても良い。また、上述の炭素材料と組み合わせて用いても良い。   In addition to the various carbon materials described above, other materials capable of inserting and extracting lithium can be used as the negative electrode active material. Specific examples of the negative electrode active material other than the carbon material include elements such as tin and silicon that form an alloy with lithium and a compound thereof, and lithium alloys such as lithium simple substance and lithium aluminum alloy. One of these materials other than the carbon material may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Moreover, you may use in combination with the above-mentioned carbon material.

〈集電体〉
負極集電体の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料や、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が用いられる。中でも金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜等が、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。中でも、金属薄膜が、現在工業化製品に使用されていることから好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成しても良い。
負極集電体として金属薄膜を使用する場合、その好適な厚さの範囲は、正極集電体について上述した範囲と同様である。
<Current collector>
As a material of the negative electrode current collector, a metal material such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or a carbon material such as carbon cloth or carbon paper is used. Among these, in the case of a metal material, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, etc., and in the case of a carbon material, a carbon plate, a carbon thin film, a carbon cylinder, etc. are mentioned. Among these, metal thin films are preferable because they are currently used in industrialized products. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape.
When a metal thin film is used as the negative electrode current collector, the preferred thickness range is the same as the range described above for the positive electrode current collector.

[リチウム二次電池]
次に、本発明のリチウム二次電池について説明する。
[Lithium secondary battery]
Next, the lithium secondary battery of the present invention will be described.

リチウム二次電池は、正極、負極、リチウム塩を電解塩とする非水電解質とを備え、正極および負極のいずれか一方または双方が、上述した本発明の電気化学素子用電極であることを特徴とする。   A lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte using a lithium salt as an electrolytic salt, and one or both of the positive electrode and the negative electrode are the electrodes for an electrochemical element of the present invention described above. And

本発明のリチウム二次電池はさらに正極と負極との間に、非水電解質を保持するセパレータを備えていても良い。正極と負極との接触による短絡を効果的に防止するには、このようにセパレータを介在させるのが望ましい。   The lithium secondary battery of the present invention may further include a separator that holds the nonaqueous electrolyte between the positive electrode and the negative electrode. In order to effectively prevent a short circuit due to contact between the positive electrode and the negative electrode, it is desirable to interpose a separator in this way.

本発明のリチウム二次電池は通常、上述した本発明のリチウム二次電池用正極および/または負極と、電解質と、必要に応じて用いられるセパレータとを、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。   The lithium secondary battery of the present invention is usually produced by assembling the above-described positive electrode and / or negative electrode for the lithium secondary battery of the present invention, an electrolyte, and a separator used as necessary into an appropriate shape. . Furthermore, other components such as an outer case can be used as necessary.

〈電解質〉
電解質としては、例えば公知の有機電解液、高分子固体電解質、ゲル状電解質、無機固体電解質等を用いることができるが、中でも有機電解液が好ましい。有機電解液は、有機溶媒に溶質(電解質)を溶解させて構成される。
<Electrolytes>
As the electrolyte, for example, known organic electrolytes, polymer solid electrolytes, gel electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like can be used. Among them, organic electrolytes are preferable. The organic electrolytic solution is configured by dissolving a solute (electrolyte) in an organic solvent.

ここで、有機溶媒の種類は特に限定されないが、例えばカーボネート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、アミン類、エステル類、アミド類、リン酸エステル化合物等を使用することができる。代表的なものを列挙すると、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、4−メチル−2−ペンタノン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、1,2−ジクロロエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等が挙げられ、これらの単独若しくは2種類以上の混合溶媒が使用できる。   Here, the type of the organic solvent is not particularly limited. For example, carbonates, ethers, ketones, sulfolane compounds, lactones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, amines, esters, amides, phosphoric acid An ester compound or the like can be used. Typical examples are dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 4-methyl-2-pentanone, 1, 2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, Examples include butyronitrile, valeronitrile, 1,2-dichloroethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and the like alone or in combination. Mixed solvents can be used.

上述の有機溶媒には、電解塩を解離させるために、高誘電率溶媒を含めることが好ましい。ここで、高誘電率溶媒とは、25℃における比誘電率が20以上の化合物を意味する。高誘電率溶媒の中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、及び、それらの水素原子をハロゲン等の他の元素又はアルキル基等で置換した化合物が、電解液中に含まれることが好ましい。高誘電率溶媒の電解液に占める割合は、好ましくは10重量%以上、更に好ましくは20重量%以上、最も好ましくは30重量%以上である。高誘電率溶媒の含有量が上記範囲よりも少ないと、所望の電池特性が得られない場合がある。   The organic solvent described above preferably contains a high dielectric constant solvent in order to dissociate the electrolytic salt. Here, the high dielectric constant solvent means a compound having a relative dielectric constant of 20 or more at 25 ° C. Among the high dielectric constant solvents, it is preferable that ethylene carbonate, propylene carbonate, and compounds in which hydrogen atoms thereof are substituted with other elements such as halogen or alkyl groups are contained in the electrolytic solution. The proportion of the high dielectric constant solvent in the electrolytic solution is preferably 10% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, and most preferably 30% by weight or more. If the content of the high dielectric constant solvent is less than the above range, desired battery characteristics may not be obtained.

電解塩の種類も特に限定されず、従来公知の任意の溶質を使用することができる。具体例としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiB(C、LiCl、LiBr、CHSOLi、CFSOLi、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiN(SOCF等が挙げられる。これらの電解塩は任意の1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 The type of the electrolytic salt is not particularly limited, and any conventionally known solute can be used. Specific examples include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (SO 2 CF 3 ) 2. , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 and the like. Any one of these electrolytic salts may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.

電解塩のリチウム塩は電解液中に、通常0.5mol/L以上、1.5mol/L以下となるように含有させる。この濃度が0.5mol/L未満でも1.5mol/Lを超えても電気伝導度が低下し、電池特性に悪影響を与えることがある。特に、下限としては0.75mol/L以上、上限として1.25mol/L以下が好ましい。   The lithium salt of the electrolytic salt is usually contained in the electrolytic solution so as to be 0.5 mol / L or more and 1.5 mol / L or less. Even if this concentration is less than 0.5 mol / L or more than 1.5 mol / L, the electric conductivity may be lowered, and the battery characteristics may be adversely affected. In particular, the lower limit is preferably 0.75 mol / L or more and the upper limit is 1.25 mol / L or less.

また、電解液には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、CO、NO、CO、SO等のガスやポリサルファイドS 2−など負極表面にリチウムイオンの効率良い充放電を可能にする良好な被膜を形成するための添加剤を、少量添加しても良い。 In addition, the electrolytic solution is good for enabling efficient charge and discharge of lithium ions on the negative electrode surface such as gas such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, CO 2 , N 2 O, CO, SO 2 , and polysulfide S x 2− A small amount of an additive for forming a thick film may be added.

高分子固体電解質を使用する場合にも、その種類は特に限定されず、固体電解質として公知の任意の結晶質・非晶質の無機物を用いることができる。結晶質の無機固体電解質としては、例えば、LiI、LiN、Li1+xTi2−x(PO(J=Al、Sc、Y、La)、Li0.5−3xRE0.5+xTiO(RE=La、Pr、Nd、Sm)等が挙げられる。また、非晶質の無機固体電解質としては、例えば、4.9LiI−34.1LiO−61B、33.3LiO−66.7SiO等の酸化物ガラス等が挙げられる。これらは任意の1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いても良い。 Even when a polymer solid electrolyte is used, the type thereof is not particularly limited, and any known crystalline / amorphous inorganic substance can be used as the solid electrolyte. Examples of the crystalline inorganic solid electrolyte include LiI, Li 3 N, Li 1 + x J x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (J = Al, Sc, Y, La), Li 0.5-3x RE 0. .5 + x TiO 3 (RE = La, Pr, Nd, Sm) and the like. Examples of the amorphous inorganic solid electrolyte include oxide glasses such as 4.9LiI-34.1Li 2 O-61B 2 O 5 and 33.3Li 2 O-66.7SiO 2 . Any one of these may be used alone, or two or more may be used in any combination and ratio.

〈セパレータ〉
電解質として前述の有機電解液を用いる場合には、電極同士の短絡を防止するために、正極と負極との間にセパレータが介装される。セパレータの材質や形状は特に制限されないが、使用する有機電解液に対して安定で、保液性に優れ、且つ、電極同士の短絡を確実に防止できるものが好ましい。好ましい例としては、各種の高分子材料からなる微多孔性のフィルム、シート、不織布等が挙げられる。高分子材料の具体例としては、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィン高分子が用いられる。特に、セパレータの重要な因子である化学的及び電気化学的な安定性の観点からは、ポリオレフィン系高分子が好ましく、電池におけるセパレータの使用目的の一つである自己閉塞温度の点からは、ポリエチレンが特に望ましい。
<Separator>
When the above-described organic electrolyte is used as the electrolyte, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit between the electrodes. The material and shape of the separator are not particularly limited, but those that are stable with respect to the organic electrolyte used, have excellent liquid retention properties, and can reliably prevent short-circuiting between electrodes are preferable. Preferable examples include microporous films, sheets, nonwoven fabrics and the like made of various polymer materials. Specific examples of the polymer material include polyolefin polymers such as nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, and polybutene. In particular, from the viewpoint of chemical and electrochemical stability, which is an important factor for separators, polyolefin polymers are preferable. From the viewpoint of self-occluding temperature, which is one of the purposes of use of separators in batteries, polyethylene is preferred. Is particularly desirable.

ポリエチレンからなるセパレータを用いる場合、高温形状維持性の点から、超高分子ポリエチレンを用いることが好ましく、その分子量の下限は好ましくは50万、更に好ましくは100万、最も好ましくは150万である。他方、分子量の上限は、好ましくは500万、更に好ましくは400万、最も好ましくは300万である。分子量が大きすぎると流動性が低くなりすぎてしまい、加熱された時にセパレータの孔が閉塞しない場合があるからである。   When using a separator made of polyethylene, it is preferable to use ultra-high molecular weight polyethylene from the viewpoint of maintaining high-temperature shape, and the lower limit of the molecular weight is preferably 500,000, more preferably 1,000,000, and most preferably 1,500,000. On the other hand, the upper limit of the molecular weight is preferably 5 million, more preferably 4 million, and most preferably 3 million. This is because if the molecular weight is too large, the fluidity becomes too low, and the pores of the separator may not close when heated.

〈形状〉
本発明のリチウム二次電池の形状は特に制限されず、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。一般的に採用されている形状の例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプなどが挙げられる。また、電池を組み立てる方法も特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。
<shape>
The shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly employed shapes according to the application. Examples of commonly used shapes include a cylinder type with a sheet electrode and separator in a spiral shape, a cylinder type with an inside-out structure combining a pellet electrode and a separator, and a coin type with stacked pellet electrodes and a separator. Can be mentioned. The method for assembling the battery is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery.

〈用途〉
本発明のリチウム二次電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ、電気自動車、電動スクーター、電動自転車用等を挙げることができる。
<Application>
The use of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be used for various known uses. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. Electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting equipment, toys, game machines, watches, strobes, cameras, electric cars, electric scooters, electric bicycles, etc.

以上、本発明のリチウム二次電池の一般的な実施形態について説明したが、本発明のリチウム二次電池は上記実施形態に制限されるものではなく、その要旨を超えない限りにおいて、各種の変形を加えて実施することが可能である。   The general embodiment of the lithium secondary battery of the present invention has been described above. However, the lithium secondary battery of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible as long as the gist thereof is not exceeded. Can be implemented.

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

[導電剤]
以下の実施例および比較例で用いた導電剤の種類と物性は下記の通りである。
[Conductive agent]
The types and physical properties of the conductive agents used in the following examples and comparative examples are as follows.

Figure 0004826877
Figure 0004826877

導電剤CB−A〜CB−Dは先願に記載の方法に従って合成したオイルファーネスカーボンブラックであり、それぞれ
CB−A;先願記載の実施例3と同等
CB−B;先願記載の実施例4と同等
CB−C;先願記載の比較例4と同等
CB−D;先願記載の比較例1と同等
である。
比較例に用いた導電剤HS100は市販品(電気化学工業社製アセチレンブラック)で、従来のリチウム電池用正極の導電剤としてよく用いられるものである。
Conductive agents CB-A to CB-D are oil furnace carbon blacks synthesized according to the method described in the prior application, CB-A; equivalent to Example 3 described in the prior application CB-B; Examples described in the prior application 4 equivalent to CB-C; equivalent to Comparative Example 4 described in the prior application CB-D; equivalent to Comparative Example 1 described in the prior application.
The conductive agent HS100 used in the comparative example is a commercially available product (acetylene black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and is often used as a conductive agent for conventional positive electrodes for lithium batteries.

なお、導電剤の物性は、前記記載の方法に従って、(1500℃×30分)脱水素量、24M4DBP吸収量、窒素吸着比表面積(NSA)、結晶子サイズLc、DBP吸収量を求めた。 The physical properties of the conductive agent were determined according to the method described above (1500 ° C. × 30 minutes), dehydrogenation amount, 24M4 DBP absorption amount, nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA), crystallite size Lc, DBP absorption amount. .

[活物質(リチウム遷移金属酸化物)]
以下の実施例および比較例で用いた活物質(リチウム遷移金属酸化物)の種類と物性は下記の通りである。
[Active material (lithium transition metal oxide)]
The types and physical properties of active materials (lithium transition metal oxides) used in the following examples and comparative examples are as follows.

Figure 0004826877
Figure 0004826877

活物質NMCは、以下に示す方法で合成したリチウム遷移金属複合酸化物であり、組成式Li1.03Ni0.33Mn0.33Co0.34で表される。
活物質C8Gは市販品(日本化学工業社製コバルト酸リチウム)で組成式Li1.03CoOで表されるリチウムコバルト酸化物である。
The active material NMC is a lithium transition metal composite oxide synthesized by the method described below, and is represented by the composition formula Li 1.03 Ni 0.33 Mn 0.33 Co 0.34 O 2 .
The active material C8G is a commercial product (lithium cobaltate manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and is a lithium cobalt oxide represented by the composition formula Li 1.03 CoO 2 .

活物質の物性としては、前記記載の方法に従って、X線回折測定、組成(α、x、y、z)分析を行い、嵩密度(タップ密度)、平均一次粒子径(SEM)、メジアン径d50、BET比表面積測定を行った。 As the physical properties of the active material, X-ray diffraction measurement and composition (α, x, y, z) analysis are performed according to the above-described methods, and the bulk density (tap density), average primary particle diameter (SEM), median diameter d 50 , BET specific surface area was measured.

(活物質NMCの合成)
Ni(OH)、Mn及びCo(OH)を、Ni:Mn:Co=1:1:1のモル比となるように秤量して混合した後、これに純水を加えてスラリーを調製した。このスラリーを攪拌しながら、循環式媒体攪拌型湿式粉砕機を用いて、スラリー中の固形分をメジアン径0.15μmに粉砕した。
(Synthesis of active material NMC)
Ni (OH) 2 , Mn 3 O 4 and Co (OH) 2 were weighed and mixed so as to have a molar ratio of Ni: Mn: Co = 1: 1: 1, and then pure water was added thereto. A slurry was prepared. While stirring the slurry, the solid content in the slurry was pulverized to a median diameter of 0.15 μm using a circulating medium agitation type wet pulverizer.

次にスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥して、得られた粒子状粉末に、粉砕したLiOH粉末を添加しよく混合した。この焼成前混合物をアルミナ製るつぼに仕込み、電気炉で空気流通下、990℃で10時間保持焼成(昇降温速度5℃/min)した後、解砕して、組成がLi1.03Ni0.33Mn0.33Co0.34の層状構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物を得た。 Next, the slurry was spray-dried with a spray dryer, and the pulverized LiOH powder was added to the obtained particulate powder and mixed well. This pre-firing mixture was charged into an alumina crucible, held and fired at 990 ° C. for 10 hours in an electric furnace (air heating / cooling rate 5 ° C./min), and then crushed to a composition of Li 1.03 Ni 0.33 Mn 0.33 A lithium transition metal composite oxide having a layered structure of Co 0.34 O 2 was obtained.

この活物質は、大部分が一次粒子が凝集し二次粒子を形成した球状ないし楕円球状の粒子で、SEM観察により平均一次粒径は0.5μmで、メジアン径d50は10μm、嵩密度は2.1g/cc、BET比表面積は0.7m/gであった。 This active material is mostly spherical or elliptical spherical particles in which primary particles are aggregated to form secondary particles. The average primary particle size is 0.5 μm by SEM observation, the median diameter d 50 is 10 μm, and the bulk density is The surface area was 2.1 g / cc and the BET specific surface area was 0.7 m 2 / g.

[試験用セルの作成]
試験用セルは以下のように作成した。
[Create test cell]
The test cell was prepared as follows.

〈導電剤と活物質の種類と組み合わせ〉
実施例及び比較例における正極の導電剤と活物質の種類と組み合わせは以下のとおりである。
実施例1 導電剤:CB−A /活物質:NMC
実施例2 導電剤:CB−B /活物質:NMC
比較例1 導電剤:CB−C /活物質:NMC
比較例2 導電剤:CB−D /活物質:NMC
比較例3 導電剤:HS100/活物質:NMC
実施例3 導電剤:CB−B /活物質:C8G
比較例4 導電剤:HS100/活物質:C8G
<Types and combinations of conductive agents and active materials>
The types and combinations of positive electrode conductive agents and active materials in Examples and Comparative Examples are as follows.
Example 1 Conductive agent: CB-A / active material: NMC
Example 2 Conductive agent: CB-B / active material: NMC
Comparative Example 1 Conductive agent: CB-C / Active material: NMC
Comparative Example 2 Conductive agent: CB-D / Active material: NMC
Comparative Example 3 Conductive agent: HS100 / active material: NMC
Example 3 Conductive agent: CB-B / active material: C8G
Comparative Example 4 Conductive agent: HS100 / active material: C8G

〈正極の作成〉
まず、正極活物質としての表1に示すリチウム遷移金属複合酸化物、表1に示す導電剤、結着剤(PVdF/NMP溶液;呉羽化学工業社製KFポリマー#1320)を、重量割合で、活物質:導電剤:PVdF(固形分として)=94:3:3となるよう秤量混合し、さらに溶媒NMPを固形分約60重量%になるように加え、ホモジナイザーで10分間分散し、均一なスラリーとした。次にこのスラリーをブレードコーターで集電体としてのアルミ箔(厚さ20μm)上に塗布し、120℃の通風乾燥機で1時間乾燥した。なお、塗布時にブレードコーターのギャップを調整することにより、単位面積あたりの活物質量を目的の目付け量に調整した。
この正極を電池評価用試験極にする際、9mmφまたは12mmφの打ち抜きポンチで円形に打ち抜いた後、ハンドプレスで目的の電極密度になるよう調整した。
本実施例、比較例で活物質目付けは約25〜28mg/12mmφ、電極密度は合剤全重量に対し約3.1g/ccとした。
なお、サイクル試験で負極と組み合わせる場合の目付けは、厳密には後述する負極と正極の重量バランスの計算によって決定した。
<Creation of positive electrode>
First, the lithium transition metal composite oxide shown in Table 1 as the positive electrode active material, the conductive agent shown in Table 1, and the binder (PVdF / NMP solution; KF Polymer # 1320 manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) in a weight ratio. Active material: Conductive agent: PVdF (as solid content) = 94: 3: 3 Weighed and mixed so that the solid content was about 60% by weight, and dispersed with a homogenizer for 10 minutes. A slurry was obtained. Next, this slurry was applied onto an aluminum foil (thickness: 20 μm) as a current collector with a blade coater, and dried for 1 hour with a 120 ° C. ventilation dryer. Note that the amount of active material per unit area was adjusted to the desired basis weight by adjusting the gap of the blade coater during coating.
When this positive electrode was used as a test electrode for battery evaluation, it was punched into a circle with a punch of 9 mmφ or 12 mmφ, and then adjusted with a hand press so that the desired electrode density was obtained.
In this example and comparative example, the active material basis weight was about 25 to 28 mg / 12 mmφ, and the electrode density was about 3.1 g / cc with respect to the total weight of the mixture.
Strictly speaking, the basis weight when combined with the negative electrode in the cycle test was determined by calculating the weight balance between the negative electrode and the positive electrode, which will be described later.

〈負極の作成〉
まず、負極活物質としての平均粒径9μmの黒鉛粉末(d002=3.35Å)と結着剤(PVdF/NMP溶液;呉羽化学工業社製KFポリマー#1320)を、重量割合で、活物質:PVdF(固形分として)=92.5:7.5となるよう秤量混合し、さらに溶媒NMPを固形分約50重量%になるように加え、ホモジナイザーで10分間分散し、均一なスラリーとした。次に、このスラリーをブレードコーターで集電体としての銅箔(厚さ20μm)上に塗布し、120℃の通風乾燥機で1時間乾燥した。この時ブレードコーターのギャップを調整することにより、単位面積当たりの活物質量を目的の目付け量に調整した。
この負極は電池評価用試験極にする際、12mmφの打ち抜きポンチで円形に打ち抜いた後、ハンドプレスで目的の電極密度になるよう調整した。
本実施例、比較例では活物質目付けは約12mg/12mmφ、電極密度は合剤全重量に対し約1.6g/ccとした。
<Creation of negative electrode>
First, graphite powder (d 002 = 3.35 Å) having an average particle size of 9 μm as a negative electrode active material and a binder (PVdF / NMP solution; KF polymer # 1320 manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) in an active material ratio by weight. : PVdF (as solid content) = 92.5: 7.5 Weighed and mixed, and further added solvent NMP to a solid content of about 50% by weight and dispersed with a homogenizer for 10 minutes to form a uniform slurry. . Next, this slurry was applied onto a copper foil (thickness 20 μm) as a current collector with a blade coater, and dried for 1 hour with a 120 ° C. ventilation dryer. At this time, by adjusting the gap of the blade coater, the amount of active material per unit area was adjusted to a target weight.
When this negative electrode was used as a test electrode for battery evaluation, it was punched into a circular shape with a 12 mmφ punch, and then adjusted with a hand press to the desired electrode density.
In this example and comparative example, the active material weight was about 12 mg / 12 mmφ, and the electrode density was about 1.6 g / cc with respect to the total weight of the mixture.

〈コインセルの作成〉
試験用の電池セルはすべて2032型のコインセルを用いた。
上記正極、負極或いは打ち抜きポンチで打ち抜いたLi金属箔との間にセパレータを入れ、電解液を適量加えて、コインセル用カシメ機を用いてカシメることで作成した。
電解液としてはEC(エチレンカーボネート):DMC(ジメチルカーボネート):EMC(エチルメチルカーボネート)=3:3:4(体積比)の溶媒にLiPFを1mol/Lで溶解した電解液を用い、セパレータには厚さ25μmの多孔性ポリエチレンフィルムを円形に切り使用した。
なお、電池作成用の部材は真空乾燥し、電池の作成は全て、Arボックス中で行い、水分の影響を受けないようにした。
<Create coin cell>
All 2032 type coin cells were used as test battery cells.
A separator was placed between the positive electrode, the negative electrode, or a Li metal foil punched with a punch, and an appropriate amount of electrolyte was added, followed by caulking using a coin cell caulking machine.
As an electrolytic solution, an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at a rate of 1 mol / L in a solvent of EC (ethylene carbonate): DMC (dimethyl carbonate): EMC (ethyl methyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio) was used. A porous polyethylene film having a thickness of 25 μm was cut into a circle and used.
In addition, the member for battery preparation was vacuum-dried, and all the battery preparation was performed in Ar box so that it might not be influenced by moisture.

[正極および負極の容量の決定]
正極および負極の容量は次のようにして決定した。
[Determining the capacity of the positive and negative electrodes]
The capacities of the positive electrode and the negative electrode were determined as follows.

〈負極の初期充電容量Qf〉
まず、上記負極の初期充電容量Qf(c)(mAh/g)を決定するため、負極を試験極、対極をLi金属箔で上記要領でコインセルを組み、活物質重量あたりの電流密度0.2mA/cmで負極にリチウムイオンを吸蔵させる方向、すなわち
C(黒鉛)+xLi → C・Lix
で表される反応が起きるように定電流を流し、さらにリチウム金属が析出しないように3mVに到達した時点で定電圧に切り替え、電流が約0.05mAになった時点で停止し、トータルで流れた電気量から初期充電容量Qf(c)を求めた。
本実施例に用いた、負極は初期充電容量Qf(c)が390mAh/gであった。
<Initial charge capacity Qf of negative electrode>
First, in order to determine the initial charge capacity Qf (c) (mAh / g) of the negative electrode, a negative electrode is used as a test electrode, a counter electrode is used as a Li metal foil, a coin cell is assembled as described above, and the current density per active material weight is 0.2 mA. / Cm 2 in the direction of occluding lithium ions in the negative electrode, that is, C (graphite) + xLi → C · Lix
A constant current is applied so that the reaction represented by the following occurs: Further, when the voltage reaches 3 mV so that lithium metal does not precipitate, the voltage is switched to a constant voltage, and when the current reaches about 0.05 mA, it stops and flows in total. The initial charge capacity Qf (c) was determined from the amount of electricity.
The negative electrode used in this example had an initial charge capacity Qf (c) of 390 mAh / g.

〈正極の初期充電容量Qs(c)と初期放電容量Qs(d)〉
上記正極の初期充電容量Qs(c)(mAh/g)と初期放電容量Qs(d)(mAh/g)を求めるため、上記正極を試験極、対極をLi金属箔で上記要領でコインセルを組み、活物質重量当たりの電流密度が0.2mA/cmで、正極からリチウムイオンが放出される方向、すなわち
LiMeO →Li1-mMeO+mLi(Meは遷移金属の意味)
で表される充電反応が起きるように定電流を流し、4.2Vに到達した時点で停止し、充電時に流れた電気量から初期充電容量Qs(c)を求めた。
さらに続けて、0.2mA/cmの電流密度で正極にリチウムイオンが吸蔵される方向、すなわち
Li1-aMeO+bLi→Li1-a+bMeO
で表される放電反応が起きるように定電流を流し、3.0Vに到達した時点で停止し、放電時に流れた電気量から初期放電容量Qs(d)を求めた。
本実施例に用いた、正極は、NMCが初期充電容量Qs(c)=169mAh/g、初期放電容量Qs(d)=149mAh/g、C8Gが初期充電容量Qs(c)=152mAh/g、初期放電容量Qs(d)=149mAh/gであった。
<Initial charge capacity Qs (c) and initial discharge capacity Qs (d) of positive electrode>
In order to obtain the initial charge capacity Qs (c) (mAh / g) and the initial discharge capacity Qs (d) (mAh / g) of the positive electrode, a coin cell is assembled as described above using the positive electrode as a test electrode and the counter electrode as a Li metal foil. , The current density per weight of the active material is 0.2 mA / cm 2 , and the direction in which lithium ions are released from the positive electrode, that is, LiMeO 2 → Li 1-m MeO 2 + mLi (Me means transition metal)
A constant current was applied so that a charging reaction represented by the following occurs: the battery was stopped when 4.2 V was reached, and the initial charge capacity Qs (c) was determined from the amount of electricity that flowed during charging.
Furthermore, the direction in which lithium ions are occluded in the positive electrode at a current density of 0.2 mA / cm 2 , that is, Li 1−a MeO 2 + bLi → Li 1−a + b MeO 2.
A constant current was passed so as to cause the discharge reaction represented by the formula, and when the voltage reached 3.0 V, it was stopped, and the initial discharge capacity Qs (d) was determined from the amount of electricity that flowed during the discharge.
As for the positive electrode used in this example, NMC has an initial charge capacity Qs (c) = 169 mAh / g, an initial discharge capacity Qs (d) = 149 mAh / g, C8G has an initial charge capacity Qs (c) = 152 mAh / g, The initial discharge capacity Qs (d) was 149 mAh / g.

[電池評価(特性判定試験)]
試験用電池セルの評価特性判定試験は次の方法で行った。
[Battery evaluation (characteristic evaluation test)]
The evaluation characteristic judgment test of the test battery cell was performed by the following method.

〈出力特性評価〉
試験極に上記正極(9mmφ)を、対極にLi金属箔(12mmφ)を使用し、上記要領でコインセルを作成し、25℃で評価を行った。
放電時の出力特性の評価として、0.2mA/cmおよび11mA/cmで定電流放電を行った。ただし、充電は4.2Vまで0.5mA/cmの定電流で統一し、放電は3.0Vでカットした。
出力の優劣は0.2mA/cm時の放電容量に対する11mA/cm時の放電容量の割合(%)をとり、その値が大きいほど出力特性が高いと判断した。
<Output characteristics evaluation>
Using the positive electrode (9 mmφ) as the test electrode and the Li metal foil (12 mmφ) as the counter electrode, a coin cell was prepared as described above and evaluated at 25 ° C.
As the evaluation of the output characteristic during discharging it was carried out constant-current discharge at 0.2 mA / cm 2 and 11 mA / cm 2. However, charging was unified at a constant current of 0.5 mA / cm 2 up to 4.2 V, and discharging was cut at 3.0 V.
Superiority of the output takes the percentage of the discharge capacity of at 11 mA / cm 2 to the discharge capacity at 0.2 mA / cm 2, was determined to have a high output characteristic greater the value.

〈サイクル特性評価(寿命試験)〉
上記正極(12mmφ)と負極(12mmφ)の組み合わせで、上記要領でコインセルを作成した。
なおこの時、正極活物質の重量と負極活物質重量のバランスは、以下の式を満たすように設定した。
負極活物質重量/正極活物質重量=1.1[Qs(c)/Qf(c)]
<Cycle characteristic evaluation (life test)>
A coin cell was prepared in the above manner using a combination of the positive electrode (12 mmφ) and the negative electrode (12 mmφ).
At this time, the balance between the weight of the positive electrode active material and the weight of the negative electrode active material was set so as to satisfy the following formula.
Negative electrode active material weight / positive electrode active material weight = 1.1 [Qs (c) / Qf (c)]

まず、25℃で、初期コンデショニングとしてこのコインセル電池を上限4.2V、下限3.0Vで0.2Cの定電流で2回充放電した。1Cの定義は1C=[Qs(d)×正極活物質重量](mA)とした。ただし、2サイクル目の放電容量(mAh)を再度1C(mA)として定義し直し、サイクル試験時の電流値の設定に用いた。
サイクル特性評価は上限4.2V、下限3.0Vの1Cの定電流充放電サイクルを行った。ただし、充電時は4.2Vで定電圧を1時間入れ、充電終了と放電終了の間には10分間の休止を入れた。
First, at 25 ° C., this coin cell battery was charged / discharged twice at a constant current of 0.2 C with an upper limit of 4.2 V and a lower limit of 3.0 V as initial conditioning. The definition of 1C was 1C = [Qs (d) × positive electrode active material weight] (mA). However, the discharge capacity (mAh) at the second cycle was redefined as 1 C (mA) and used for setting the current value during the cycle test.
In the cycle characteristic evaluation, a constant current charge / discharge cycle of 1 C having an upper limit of 4.2 V and a lower limit of 3.0 V was performed. However, at the time of charging, a constant voltage was applied at 4.2 V for 1 hour, and a pause of 10 minutes was inserted between the end of charging and the end of discharging.

寿命の優劣は初期サイクルの放電容量に対する200サイクル目の放電容量の割合(%)をとり、その値が大きいほど寿命が良いと判断した。   The superiority or inferiority of the life was determined by taking the ratio (%) of the discharge capacity at the 200th cycle to the discharge capacity in the initial cycle, and the greater the value, the better the life.

電池評価結果を表4にまとめて示す。

Figure 0004826877
The battery evaluation results are summarized in Table 4.
Figure 0004826877

表4より、同じ活物質を使用した実施例と比較例を比較すると、実施例は明らかに比較例よりも出力特性とサイクル特性の両方に勝ることが判る。
すなわち本発明における、脱水素量が1.2mg/g以下、かつ24M4DBP吸収量が130cm/100g以上のカーボンブラックを導電剤として用いた電極は、従来の電極よりも出力特性とサイクル特性の両方が同時に向上することが判る。
上述の実施例では、正極のみに本発明の電極を適用しているが、負極に対して本発明の電極を用いた場合も同様の効果が得られる。
From Table 4, when comparing the example using the same active material and the comparative example, it is clear that the example is superior to both the output characteristic and the cycle characteristic than the comparative example.
That the present invention, the dehydrogenation amount is 1.2 mg / g or less, and 24M4DBP absorption amount using 130 cm 3/100 g or more carbon black as a conductive agent electrode, both output characteristics and cycle characteristics than conventional electrodes Can be seen to improve at the same time.
In the above-described embodiments, the electrode of the present invention is applied only to the positive electrode, but the same effect can be obtained when the electrode of the present invention is used for the negative electrode.

Claims (8)

活物質と導電剤とを含む電気化学素子用電極であって、
活物質重量に対する導電剤の重量割合が0.5重量%以上、15重量%以下であり、
該導電剤が、
以下の測定法で求められる(1500℃×30分)脱水素量が1.2mg/g以下、かつ
JIS K6217に準拠した24M4DBP吸収量が130cm/100g以上
のオイルファーネスカーボンブラックを含むことを特徴とする電気化学素子用電極。
(測定法)
カーボンブラックを0.5g精秤し、アルミナ管に入れ、0.01Torr(1.3Pa)まで減圧した後、減圧系を閉じ、1500℃の電気炉内に30分間保持してカーボンブラックに存在する酸素化合物や水素化合物を分解・揮発させる。揮発成分は定量吸引ポンプを通じて、一定容量のガス捕集管に採取する。圧力と温度からガス量を求めると共に、ガスクロマトグラフにて組成分析し、水素(H )の発生量(mg)を求め、カーボンブラック1g当たりからの水素量に換算した値を計算する(単位はmg/g)。
An electrode for an electrochemical element comprising an active material and a conductive agent,
The weight ratio of the conductive agent to the active material weight is 0.5 wt% or more and 15 wt% or less,
The conductive agent is
Characterized in that it is obtained by the following measuring method (1500 ° C. × 30 minutes) the dehydrogenation amount is 1.2 mg / g or less, and 24M4DBP absorption conforming to JIS K6217 includes more oil furnace carbon black 130 cm 3/100 g Electrode for electrochemical element.
(Measurement method)
0.5 g of carbon black is precisely weighed, put in an alumina tube, and decompressed to 0.01 Torr (1.3 Pa). Then, the decompression system is closed, and the carbon black is held in an electric furnace at 1500 ° C. for 30 minutes and exists in carbon black. Decomposes and volatilizes oxygen and hydrogen compounds. Volatile components are collected in a fixed-capacity gas collection tube through a quantitative suction pump. The amount of gas is determined from the pressure and temperature, the composition is analyzed by gas chromatography, the amount of hydrogen (H 2 ) generated (mg) is determined, and the value converted to the amount of hydrogen per gram of carbon black is calculated (the unit is mg / g).
オイルファーネスカーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)が80m/g以上、300m/g以下であることを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用電極。 2. The electrode for an electrochemical element according to claim 1, wherein the oil adsorption carbon black has a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 80 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less. オイルファーネスカーボンブラックの結晶子サイズLcが10Å以上、40Å以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の電気化学素子用電極。   The electrode for an electrochemical element according to claim 1 or 2, wherein the crystallite size Lc of the oil furnace carbon black is 10 to 40 cm. 活物質が、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物を少なくとも含有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電気化学素子用電極。   The electrode for an electrochemical element according to any one of claims 1 to 3, wherein the active material contains at least a compound capable of inserting and extracting lithium. リチウムを吸蔵・放出可能な化合物が、リチウム遷移金属複合酸化物であることを特徴とする請求項4に記載の電気化学素子用電極。   The electrode for an electrochemical element according to claim 4, wherein the compound capable of inserting and extracting lithium is a lithium transition metal composite oxide. リチウム遷移金属複合酸化物が、主として層状構造で同定される結晶構造を有し、下記(1)式で表される組成であることを特徴とする請求項5に記載の電気化学素子用電極。
Li1+αNiMnCo1−x−y−z …(1)
(ただし、−0.1≦α≦0.2、0<x≦0.5、0<y<1.0、0≦z≦0.5、0.8≦x+y+z≦1.0であり、MはAl,Fe,Ti,Mg,Cr,Ga,Cu,Zn,Nb,及びZrの何れか1種以上)
6. The electrode for an electrochemical element according to claim 5, wherein the lithium transition metal composite oxide has a crystal structure mainly identified by a layered structure and has a composition represented by the following formula (1).
Li 1 + α Ni x Mn y Co z M 1-xy z O 2 (1)
(However, −0.1 ≦ α ≦ 0.2, 0 <x ≦ 0.5, 0 <y <1.0, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0.8 ≦ x + y + z ≦ 1.0, M is one or more of Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, Nb, and Zr)
リチウム遷移金属複合酸化物が、一次粒子が凝集して二次粒子を形成して成り、該二次粒子の形状が球状ないし楕円球状であることを特徴とする請求項5または6に記載の電気化学素子用電極。   The electricity according to claim 5 or 6, wherein the lithium transition metal composite oxide is formed by agglomerating primary particles to form secondary particles, and the shape of the secondary particles is spherical or elliptical. Electrode for chemical elements. 正極と、負極と、リチウム塩を含有する非水電解質とを含むリチウム二次電池であって、
正極および負極の少なくとも一方が、請求項4ないし7のいずれか1項に記載の電気化学素子用電極であることを特徴とするリチウム二次電池。
A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt,
A lithium secondary battery, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode for an electrochemical element according to any one of claims 4 to 7.
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