JP4887671B2 - Lithium secondary battery, positive electrode provided in the battery, and manufacturing method thereof - Google Patents

Lithium secondary battery, positive electrode provided in the battery, and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

本発明はリチウムイオン二次電池の製造技術に関し、詳しくはリチウム二次電池に備えられる正極及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a manufacturing technology of a lithium ion secondary battery, and more particularly to a positive electrode provided in a lithium secondary battery and a manufacturing method thereof.

リチウム二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る材料(活物質)を有する正極を備え、該正極と負極の間の電解質(典型的には非水電解液)をリチウムイオンが行き来することにより充放電する二次電池である。
一般にリチウム二次電池に装備される正極は、アルミニウム等から構成される導電性基体(以下「集電体」という。)と該集電体上に形成された活物質層とから構成されている。かかる活物質層は、LiNiO2、LiCoO2等の正極活物質と結着材と必要に応じて用いられる導電材とを含み、ペースト(又はスラリー)状に調製された活物質層形成用組成物(即ち活物質層形成用ペースト)を集電体に塗布することによって形成されている。
A lithium secondary battery includes a positive electrode having a material (active material) capable of inserting and extracting lithium ions, and lithium ions travel back and forth between an electrolyte (typically a non-aqueous electrolyte) between the positive electrode and the negative electrode. It is the secondary battery which charges / discharges by.
In general, a positive electrode equipped in a lithium secondary battery is composed of a conductive substrate (hereinafter referred to as “current collector”) made of aluminum or the like and an active material layer formed on the current collector. . The active material layer includes a positive electrode active material such as LiNiO 2 and LiCoO 2 , a binder, and a conductive material used as necessary, and is formed into a paste (or slurry) composition for forming an active material layer (Ie, active material layer forming paste) is applied to a current collector.

活物質層形成用ペーストとして、従来、有機溶剤を溶媒とし且つポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の溶剤系結着材を含む溶剤系ペースト(特許文献3及び4)と、水を溶媒とし且つポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の水系結着材を含む水系ペースト(特許文献1及び2)とが利用されているが、これらペーストの使用は活物質の内容に応じて一長一短があった。
例えば、非水電解液を採用したリチウムイオン二次電池の場合、溶剤系ペースト(即ち溶剤系結着材)の使用は、初期内部抵抗が比較的低く、高い初期出力を実現し得る。その反面、非水電解液の吸収による結着材の膨潤又は溶解によって結着力の低下即ち活物質と集電体との密着性の低下を来たし易いという短所がある。かかる密着性の低下は電池のサイクル特性の劣化(低寿命)を招く虞があるため好ましくない。
他方、水系ペースト(即ち水系結着材)の使用は、水系結着材が非水電解液に不溶であることから活物質の結着性能に優れ、電池の良好なサイクル特性(長寿命)を実現し得る。その反面、正極活物質の内容(例えばLiNixCo1-x2(0≦x≦1)等のリチウム遷移金属複合酸化物)によっては水系ペーストの使用によって典型的には集電体表面又は活物質表面に高電気抵抗性を示す化合物(例えば酸化物、水酸化物)が生成され易く、延いては電池の初期内部抵抗が増大し易いという短所がある。初期内部抵抗の増大は放電特性の低下を招くため好ましくない。
As a paste for forming an active material layer, conventionally, a solvent-based paste (Patent Documents 3 and 4) containing an organic solvent as a solvent and a solvent-based binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), water as a solvent and polytetra An aqueous paste (Patent Documents 1 and 2) containing an aqueous binder such as fluoroethylene (PTFE) is used, but the use of these pastes has advantages and disadvantages depending on the content of the active material.
For example, in the case of a lithium ion secondary battery employing a non-aqueous electrolyte, the use of a solvent-based paste (that is, a solvent-based binder) has a relatively low initial internal resistance and can achieve a high initial output. On the other hand, there is a disadvantage that the binding force is reduced by the swelling or dissolution of the binder due to absorption of the non-aqueous electrolyte, that is, the adhesion between the active material and the current collector is easily lowered. Such a decrease in adhesion is not preferable because there is a risk that the cycle characteristics of the battery will deteriorate (low life).
On the other hand, the use of an aqueous paste (that is, an aqueous binder) is superior in binding performance of the active material since the aqueous binder is insoluble in the non-aqueous electrolyte, and has good cycle characteristics (long life) of the battery. It can be realized. On the other hand, depending on the content of the positive electrode active material (for example, a lithium transition metal composite oxide such as LiNi x Co 1-x O 2 (0 ≦ x ≦ 1)), There is a disadvantage that a compound (for example, oxide or hydroxide) having high electrical resistance is easily generated on the surface of the active material, and the initial internal resistance of the battery is likely to increase. An increase in the initial internal resistance is not preferable because it causes a decrease in discharge characteristics.

また、リチウム二次電池では、その使用方法や環境変化(例えば過充電、高温暴露)等の影響によって、該電池の内部において酸素が発生する場合がある。かかる酸素の発生を放置すると、電解質を構成する溶媒の酸化、更には電池の過熱等の不具合が生じることがある。特許文献5には、正極活物質から発生する酸素を吸収可能な物質と導電剤との複合材料を有する正極を備えたリチウム二次電池が記載されている。より適切に酸素の発生を抑制し得るリチウム二次電池が提供されれば有益である。   In addition, in a lithium secondary battery, oxygen may be generated inside the battery due to the influence of the usage method, environmental change (for example, overcharge, high temperature exposure), and the like. If such oxygen generation is left unattended, problems such as oxidation of the solvent constituting the electrolyte and overheating of the battery may occur. Patent Document 5 describes a lithium secondary battery including a positive electrode having a composite material of a substance capable of absorbing oxygen generated from a positive electrode active material and a conductive agent. It would be beneficial to provide a lithium secondary battery that can more appropriately suppress the generation of oxygen.

特開2002−42817号公報JP 2002-42817 A 特開2000−182606号公報JP 2000-182606 A 特開平11−260411号公報JP-A-11-260411 特開平8−106897号公報JP-A-8-106897 特開平11−144734号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-144734

本発明は、活物質層形成用ペーストを用いてリチウム二次電池の正極に活物質層を形成する場合における前記課題を解消するべく創出されたものであり、前記水系ペーストを用いる場合と溶剤系ペーストを用いる場合それぞれの長所を具備するとともに短所を解消し得る、より高性能な正極を提供すると共に、そのような正極を備えるリチウム二次電池を提供することを目的とする。本発明はまた、前記水系ペーストを用いる場合と溶剤系ペーストを用いる場合それぞれの長所を具備するとともに短所を解消し、更に高温時等における酸素の放出を抑制し得る正極を提供すると共に、そのような正極を備えるリチウム二次電池を提供することを目的とする。   The present invention was created in order to solve the above-described problems in the case of forming an active material layer on the positive electrode of a lithium secondary battery using the active material layer forming paste. An object of the present invention is to provide a higher-performance positive electrode that has advantages and disadvantages when using a paste, and to provide a lithium secondary battery including such a positive electrode. The present invention also provides a positive electrode that has the advantages of both the case of using the aqueous paste and the case of using the solvent-based paste, eliminates the disadvantage, and can further suppress the release of oxygen at high temperatures. It aims at providing a lithium secondary battery provided with a positive electrode.

本発明は、リチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)に用いられる正極の製造方法を提供する。即ち、ここで開示される一つの正極製造方法は、リチウム二次電池に用いられる正極の製造方法であって、(1)有機溶剤と、正極活物質であって有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーを含むコーティング材によって表面がコーティングされた活物質と、有機溶剤に対して可溶性(該有機溶剤中に高度に分散し得る性状を包含する。以下同じ。)である少なくとも一種の結着材とを有する活物質層形成用組成物を用意する工程と、(2)その組成物を正極集電体の表面に付与して該集電体上に正極活物質層を形成する工程とを包含する方法である。なお、コーティング材は、セリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材を含む(後述)。 The present invention provides a method for producing a positive electrode used in a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery). That is, one positive electrode manufacturing method disclosed herein is a method for manufacturing a positive electrode used in a lithium secondary battery, and is (1) an organic solvent and a positive electrode active material which is substantially free from an organic solvent. An active material whose surface is coated with a coating material containing at least one binder that is insoluble, and at least soluble in an organic solvent (including properties that can be highly dispersed in the organic solvent; the same shall apply hereinafter). A step of preparing a composition for forming an active material layer having a kind of binder, and (2) forming the cathode active material layer on the current collector by applying the composition to the surface of the cathode current collector. Including the step of: The coating material contains an oxygen storage material mainly composed of cerium composite oxide (described later).

ここで開示される正極製造方法では、有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダー(典型的には前記水系ペーストにおいて水系結着材として使用され得るポリマー)によって表面がコーティングされた正極活物質を使用するとともに、該コーティングされた活物質を正極集電体上に付与して活物質層を形成する材料として、有機溶剤(即ち非水系溶媒)と溶剤系結着材とを含む活物質層形成用組成物(典型的にはペースト状に調製される。)を用いる。かかる構成の正極製造方法によると、上述した溶剤系結着材を使用して活物質層を形成した場合と水系結着材を使用して活物質層を形成した場合の両方の長所を兼備したリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)用正極を製造することができる。   In the positive electrode manufacturing method disclosed herein, the surface is coated with at least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent (typically a polymer that can be used as an aqueous binder in the aqueous paste). In addition to using a positive electrode active material, an organic solvent (that is, a non-aqueous solvent) and a solvent-based binder are included as materials for forming the active material layer by applying the coated active material on the positive electrode current collector An active material layer forming composition (typically prepared in a paste form) is used. According to the positive electrode manufacturing method having such a configuration, the advantages of both the case where the active material layer is formed using the solvent-based binder and the case where the active material layer is formed using the water-based binder are combined. A positive electrode for a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) can be produced.

従って、本発明により提供されるリチウム二次電池用正極は、集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備える正極であり、ここで活物質層は有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーを含むとともにセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材を含むコーティング層が表面に形成された正極活物質及び有機溶剤に対して可溶性である少なくとも一種の結着材を有する。また、本発明は、そのような正極を備えたリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)を提供する。
ここで開示される正極を備えるリチウム二次電池では、溶剤系の活物質層形成用組成物を使用して活物質層が形成される結果、内部抵抗を低く抑えて高い初期出力を実現することができる。また、前記有機溶剤に対して実質的に不溶性であるバインダーにより活物質がコーティングされ、結着されている結果、非水電解液を採用する場合であっても、その電解液の存在による活物質の密着性(典型的には、活物質二次粒子と集電体との間の密着性、活物質同士(二次粒子間又は一次粒子間)の密着性)の低下を防止することができる。その結果、電池の良好なサイクル特性(長寿命)を実現することができる。
Thus, the positive electrode for a Brighter lithium secondary battery provided by the present invention, a current collector and a positive electrode comprising an active material layer formed on the current collector, wherein the active material layer in an organic solvent At least a coating layer containing at least one binder that is substantially insoluble and containing an oxygen storage material mainly composed of a cerium composite oxide is soluble in the positive electrode active material and the organic solvent formed on the surface. It has a kind of binder. Moreover, this invention provides the lithium secondary battery (typically lithium ion secondary battery) provided with such a positive electrode.
In the lithium secondary battery including the positive electrode disclosed herein, the active material layer is formed using the solvent-based composition for forming an active material layer, and as a result, the internal resistance is kept low and high initial output is realized. Can do. In addition, even when a nonaqueous electrolytic solution is employed as a result of the active material being coated and bound with a binder that is substantially insoluble in the organic solvent, the active material due to the presence of the electrolytic solution is used. Of adhesion (typically, adhesion between active material secondary particles and current collector, adhesion between active materials (between secondary particles or primary particles)) can be prevented. . As a result, good cycle characteristics (long life) of the battery can be realized.

ここで開示される好ましい正極製造方法は、前記使用されるコーティング材が導電材を含むことを特徴とする方法であり、ここで開示される好ましい一つの正極は、前記コーティング層が導電材を含む正極である。前記バインダー及び導電材の合計量を100質量%としたときの導電材の含有率が5〜20質量%であることが特に好ましい。
このような正極を備えるリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)では、良好なサイクル特性(長寿命)を実現しつつ初期内部抵抗の更なる低減を図ることができる。
A preferable positive electrode manufacturing method disclosed herein is a method in which the coating material used includes a conductive material, and a preferable positive electrode disclosed herein includes the conductive layer in the coating layer. It is a positive electrode. It is particularly preferable that the content of the conductive material is 5 to 20% by mass when the total amount of the binder and the conductive material is 100% by mass.
In a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) having such a positive electrode, it is possible to further reduce the initial internal resistance while realizing good cycle characteristics (long life).

また、ここで開示される好ましい他の正極製造方法は、平均粒径が5μm〜25μmの範囲にある二次粒子によって実質的に構成されている正極活物質を使用する方法であり、ここで開示される好ましい一つの正極は、平均粒径が5μm〜25μmの範囲にある二次粒子によって実質的に構成されている活物質を有する正極である。
このような活物質を有する正極を備えるリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)では、正極活物質の密着性が高く、高出力が得られやすい。ただし、本発明の実施態様は上記で例示した平均粒径に限定されるものではない。本発明の実施態様には、平均粒径が5μm未満の二次粒子によって実質的に構成されている正極活物質を使用する方法、及び、該活物質を有する正極が包含され得る。
Further, another preferable positive electrode manufacturing method disclosed herein is a method using a positive electrode active material substantially composed of secondary particles having an average particle diameter in the range of 5 μm to 25 μm, and is disclosed herein. One preferable positive electrode is a positive electrode having an active material substantially composed of secondary particles having an average particle diameter in the range of 5 μm to 25 μm.
In a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) including a positive electrode having such an active material, the positive electrode active material has high adhesiveness, and high output is easily obtained. However, the embodiment of the present invention is not limited to the average particle size exemplified above. Embodiments of the present invention can include a method of using a positive electrode active material substantially composed of secondary particles having an average particle size of less than 5 μm, and a positive electrode having the active material.

ここで開示される特に好ましい正極製造方法は、活物質の表面に存在するコーティング材の付着物(即ち、前記コーティング層を構成する付着物)の厚みを実質的に0.5μm以下(平均的厚みが0.5μm以下であることをいい、該数値を上回る厚み部分の存在を許容し得る。以下同じ。)とする方法であり、ここで開示される特に好ましい一つの正極は、活物質の表面に存在するコーティング層の厚みが実質的に0.5μm以下であることを特徴とする。
この程度の厚みのコーティング層が形成された活物質を有する正極を備えるリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)では、良好なサイクル特性(長寿命)を実現しつつ高い初期出力を得ることができる。
The particularly preferable method for producing a positive electrode disclosed herein is that the thickness of the coating material deposit (that is, the deposit constituting the coating layer) existing on the surface of the active material is substantially 0.5 μm or less (average thickness). Is less than 0.5 μm, and the presence of a thickness portion exceeding this value can be allowed. The same shall apply hereinafter.) One particularly preferred positive electrode disclosed herein is the surface of the active material. The thickness of the coating layer present in is substantially 0.5 μm or less.
A lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) having a positive electrode having an active material with a coating layer of such a thickness has a high initial output while realizing good cycle characteristics (long life). Can be obtained.

また、ここで開示される特に好ましい他の正極製造方法は、正極活物質として少なくとも一種のリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる方法であり、ここで開示される特に好ましい一つの正極は、活物質が少なくとも一種のリチウム遷移金属複合酸化物であることを特徴とする正極である。ここで「リチウム遷移金属複合酸化物」とは、活物質として機能し得るリチウム及び一種又は二種以上の遷移金属を構成要素とする金属複合酸化物をいい、他の構成要素(例えばAl)を含むものであってもよい。
この種の複合酸化物を正極活物質とする正極を備えるリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)では、良好なサイクル特性(長寿命)と初期内部抵抗の低減を実現しつつエネルギー密度(放電容量)の向上を図ることができる。
Further, another particularly preferable positive electrode manufacturing method disclosed herein is a method in which at least one lithium transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material, and one particularly preferable positive electrode disclosed herein is an active material. Is a positive electrode characterized by being at least one lithium transition metal complex oxide. Here, the “lithium transition metal composite oxide” refers to a metal composite oxide having lithium and one or more transition metals that can function as an active material as constituent elements, and other constituent elements (for example, Al). It may be included.
In a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) having a positive electrode using a composite oxide of this type as a positive electrode active material, while achieving good cycle characteristics (long life) and a reduction in initial internal resistance, The energy density (discharge capacity) can be improved.

本発明に係る正極製造方法は、前記使用されるコーティング材がセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材を含むことを特徴とする方法であり、ここで開示される本発明に係る一つの正極は、前記コーティング層がセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材を含む正極である。酸素貯蔵材としては、セリウム−ジルコニウム複合酸化物を主成分とするものが特に好ましい。
このように酸素貯蔵材を含む正極を備えるリチウム二次電池は、その使用方法や環境変化(例えば過充電、高温暴露)等の影響によって該正極を構成する他のいずれかの材料(例えば正極活物質)から酸素が発生し得る状況におかれた場合、該酸素を上記酸素貯蔵材に貯蔵(吸収)することができる。このことによって、該酸素が正極から放出される事象を抑制することができる。酸素貯蔵材は正極活物質の表面に配置されているので、かかる酸素貯蔵(酸素放出抑制)機能を効率よく発揮することができる。従って、このような正極を備えるリチウム二次電池では、良好なサイクル特性(長寿命)を実現しつつ初期内部抵抗の低減を図るとともに、正極からの酸素放出を抑制することができる。
The positive electrode manufacturing method according to the present invention, the coating material to be the used is a method which comprises an oxygen storage material composed mainly of cerium complex oxide, the one according to the present invention disclosed herein A positive electrode is a positive electrode in which the said coating layer contains the oxygen storage material which has a cerium complex oxide as a main component. As the oxygen storage material, a material mainly composed of a cerium-zirconium composite oxide is particularly preferable.
As described above, a lithium secondary battery including a positive electrode containing an oxygen storage material has any other material (for example, positive electrode active) that constitutes the positive electrode due to the influence of usage, environmental change (for example, overcharge, high temperature exposure), or the like. When oxygen is generated from the substance, the oxygen can be stored (absorbed) in the oxygen storage material. As a result, an event in which the oxygen is released from the positive electrode can be suppressed. Since the oxygen storage material is disposed on the surface of the positive electrode active material, this oxygen storage (oxygen release suppression) function can be efficiently exhibited. Therefore, in the lithium secondary battery including such a positive electrode, it is possible to reduce the initial internal resistance while realizing good cycle characteristics (long life), and to suppress oxygen release from the positive electrode.

また、ここで開示される他の正極製造方法は、前記使用されるコーティング材が前記酸素貯蔵材及び導電材を含むことを特徴とする方法であり、ここで開示される好ましい一つの正極は、前記コーティング層が前記酸素貯蔵材及び導電材を含む正極である。
このような正極を備えるリチウム二次電池では、良好なサイクル特性(長寿命)を実現しつつ初期内部抵抗の更なる低減を図るとともに、正極からの酸素放出を抑制することができる。
Further, another positive electrode manufacturing method disclosed herein is a method in which the coating material used includes the oxygen storage material and a conductive material, and one preferable positive electrode disclosed herein is: The coating layer is a positive electrode including the oxygen storage material and a conductive material.
In the lithium secondary battery including such a positive electrode, it is possible to further reduce the initial internal resistance while achieving good cycle characteristics (long life), and to suppress oxygen release from the positive electrode.

ここで開示される特に好ましい正極製造方法は、前記酸素貯蔵材を含むコーティング材を使用する方法であって、活物質の表面に存在するコーティング材の付着物(前記コーティング層を構成する付着物)の厚みを実質的に0.5μm以下とする方法である。また、ここで開示される特に好ましい一つの正極は、前記コーティング層が酸素貯蔵材を含む正極であって、活物質の表面に存在するコーティング層の厚みが実質的に0.5μm以下であることを特徴とする。例えば、該コーティング材の付着物の厚みを実質的に0.1〜0.5μmの範囲とする方法が好ましく、該コーティング層の厚みが実質的に0.1〜0.5μmの範囲にある正極が好ましい。
この程度の厚みのコーティング層が形成された活物質を有する正極を備えるリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)では、良好なサイクル特性(長寿命)及び高い初期出力を得るとともに、正極からの酸素放出を効果的に抑制することができる。
A particularly preferable method for producing a positive electrode disclosed herein is a method using a coating material containing the oxygen storage material, and deposits of the coating material existing on the surface of the active material (deposits constituting the coating layer). The thickness is substantially 0.5 μm or less. One particularly preferable positive electrode disclosed herein is a positive electrode in which the coating layer contains an oxygen storage material, and the thickness of the coating layer present on the surface of the active material is substantially 0.5 μm or less. It is characterized by. For example, a method in which the thickness of the coating material deposit is substantially in the range of 0.1 to 0.5 μm is preferable, and the thickness of the coating layer is substantially in the range of 0.1 to 0.5 μm. Is preferred.
In a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) including a positive electrode having an active material on which a coating layer having such a thickness is formed, good cycle characteristics (long life) and high initial output are obtained. In addition, oxygen release from the positive electrode can be effectively suppressed.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書によって開示されている技術内容と該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. It should be noted that technical matters other than the contents particularly mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters for those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be implemented based on the technical contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the field.

ここで開示されるリチウム二次電池用正極は、上述の通り、有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーを含むコーティング層が表面に形成された正極活物質を使用し、該活物質を含む溶剤系組成物を用いて所定の集電体の表面に活物質層を形成することによって得られる正極である限り、その構成要素である集電体の組成や形状に特に制限はない。導電性の良好な金属から成る導電性部材が集電体として使用可能であるが、特にリチウムイオン二次電池用の正極集電体としてはアルミニウム(Al)製のものが好ましい。
集電体の形状は、正極及び電池の形状に応じて異なり得るため特に制限はなく、棒状、板状、シート状若しくは箔状等の種々の形態であり得る。例えば、ここで開示されるいずれかの正極を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の好ましい一態様として、捲回型電極体を備える電池が挙げられる。この態様において、アルミ箔等の箔状金属から成る集電体が使用される。即ち、捲回型電極体を備える電池では、Al等から成る正極用箔状集電体の表面に導電層と活物質層とを積層させて得た正極シートと、金属(例えば銅)又はカーボン等から成る負極用箔状集電体の表面に適当な負極活物質を付着させて得た負極シートとを、セパレータを介して重ね合わせ、これを捲回して捲回型電極体を作製する。セパレータとしては例えば多孔質ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)シートを用いることができる。そして、この捲回型電極体を電解液(典型的には後述するような非水電解液)とともに適当な容器に収容することによってリチウムイオン二次電池が構築される。なお、種々の形状の集電体自体の作製は、二次電池の製造分野において従来公知の方法であればよく、本発明を特徴付けるものではない。
As described above, the positive electrode for a lithium secondary battery disclosed herein uses a positive electrode active material on which a coating layer containing at least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent is formed. As long as it is a positive electrode obtained by forming an active material layer on the surface of a predetermined current collector using a solvent-based composition containing an active material, there is no particular limitation on the composition and shape of the current collector that is a constituent element thereof. Absent. A conductive member made of a metal having good conductivity can be used as a current collector, but a positive electrode current collector for a lithium ion secondary battery is particularly preferably made of aluminum (Al).
The shape of the current collector can vary depending on the shape of the positive electrode and the battery, and is not particularly limited. For example, a preferred embodiment of a lithium ion secondary battery constructed using any positive electrode disclosed herein includes a battery including a wound electrode body. In this embodiment, a current collector made of a foil metal such as aluminum foil is used. That is, in a battery equipped with a wound electrode body, a positive electrode sheet obtained by laminating a conductive layer and an active material layer on the surface of a positive electrode foil-shaped current collector made of Al or the like, and a metal (for example, copper) or carbon A negative electrode sheet obtained by adhering an appropriate negative electrode active material to the surface of a foil-like current collector for negative electrode made of, for example, is overlapped via a separator and wound to produce a wound electrode body. As the separator, for example, a porous polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.) sheet can be used. And this lithium ion secondary battery is constructed | assembled by accommodating this winding type electrode body in a suitable container with electrolyte solution (typically nonaqueous electrolyte solution mentioned later). The current collectors having various shapes may be produced by any conventionally known method in the field of manufacturing secondary batteries, and do not characterize the present invention.

ここで開示されるリチウム二次電池用正極に用いられる正極活物質は、従来この種の二次電池で用いられているものであればよく、特定の種類の活物質に限定されない。一般的なリチウム二次電池に用いられる層状構造の酸化物系正極活物質、或いはスピネル構造の酸化物系正極活物質等を好ましく用いることができる。例えば、所望する電池がリチウムイオン二次電池である場合、種々のリチウム遷移金属複合酸化物の使用が好ましい。例えば、リチウムコバルト系複合酸化物(典型的にはLiCoO2)、リチウムニッケル系複合酸化物(典型的にはLiNiO2)、リチウムマンガン系複合酸化物(LiMn24)等を正極活物質として用いることができる。遷移金属元素が2種以上含まれる複合酸化物(例えば一般式:LiNixCo1-x2で示される複合酸化物、ここでxは0<x<1を満足する正の実数)であってもよい。或いは、Ni,Co以外の元素を構成要素とするものでもよい。例えば、一般式:Lix(Ni1-yCoy1-zz2で示される複合酸化物(ここでx、y及びzは好ましくは0.9≦x≦1.1、0≦y≦1、0.01≦z≦0.2を満足する数であり、MはAl、Mn、Ti、Mg、Cr、Fe、V、Zn及びBから成る群から選択される少なくとも一種の元素であることが好ましく、Alを含むものが特に好ましい。)であり得る。また、Ni,Co及びMnの三元素を含むリチウム複合酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/32で示される複合酸化物)を用いてもよく、これら三元素に加えてさらに他の一種又は二種以上の遷移金属元素を含むリチウム複合酸化物(即ち、4元素系又はそれ以上のリチウム複合酸化物)を用いてもよい。
上述のコーティング材で表面がコーティングされた種々のリチウム遷移金属複合酸化物(活物質)と有機溶剤と有機溶剤に対して実質的に可溶性である(高度に分散可能な性状であり得る)少なくとも一種の結着材を含む活物質層形成用組成物(典型的にはペースト状に調製されたもの)を使用することにより、高性能なリチウム二次電池用正極及び該正極を備えたリチウム二次電池を提供することができる。
The positive electrode active material used in the positive electrode for a lithium secondary battery disclosed herein is not limited to a specific type of active material as long as it is conventionally used in this type of secondary battery. An oxide-based positive electrode active material having a layered structure or an oxide-based positive electrode active material having a spinel structure used for a general lithium secondary battery can be preferably used. For example, when the desired battery is a lithium ion secondary battery, it is preferable to use various lithium transition metal composite oxides. For example, lithium cobalt complex oxide (typically LiCoO 2 ), lithium nickel complex oxide (typically LiNiO 2 ), lithium manganese complex oxide (LiMn 2 O 4 ) or the like is used as the positive electrode active material. Can be used. A composite oxide containing two or more transition metal elements (for example, a composite oxide represented by the general formula: LiNi x Co 1-x O 2 , where x is a positive real number satisfying 0 <x <1). May be. Alternatively, an element other than Ni and Co may be used as a constituent element. For example, a composite oxide represented by the general formula: Li x (Ni 1-y Co y ) 1-z M z O 2 (where x, y, and z are preferably 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0 ≦ y ≦ 1, 0.01 ≦ z ≦ 0.2, and M is at least one selected from the group consisting of Al, Mn, Ti, Mg, Cr, Fe, V, Zn, and B It is preferable that it is an element, and the thing containing Al is especially preferable. Alternatively, a lithium composite oxide containing three elements of Ni, Co, and Mn (for example, a composite oxide represented by LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) may be used. In addition, a lithium composite oxide containing one or more other transition metal elements (that is, a four-element or more lithium composite oxide) may be used.
Various lithium transition metal composite oxides (active materials) whose surfaces are coated with the above-mentioned coating materials, at least one kind that is substantially soluble in organic solvents and organic solvents (can be highly dispersible) By using a composition for forming an active material layer containing a binder (typically prepared in a paste form), a high-performance positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary equipped with the positive electrode A battery can be provided.

ここで開示されるコーティング材は、有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーを含み、該バインダーによって所定の正極活物質の表面をコーティングし得る内容のものである限りにおいて他の構成要素に制限はない。例えば、従来の活物質層形成用水系ペーストを本発明に係るコーティング材として用いることができる。
「有機溶剤(典型的にはリチウムイオン二次電池等において非水電解液として用いられ得る有機溶剤)に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダー」としては、そのような性状を有する種々のポリマーを使用し得るが、従来、リチウム二次電池の正極の活物質層を形成するのに水系結着材として好適に用いられている種々のポリマーが好適である。例えば、親水性(水溶性)ポリマーであるカルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(HPMCP)等、種々のセルロース誘導体が好適例として挙げられる。これらのうちCMCの使用が好ましい。或いはまた、水分散性ポリマーであるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂、酢酸ビニル共重合体、スチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)、アラビアゴム等のゴム類が他の好適例として挙げられる。これらのうちPTFE等のフッ素系樹脂が好ましい。
これらポリマー(バインダー)を例えば水に溶解又は分散して成る組成物が、本発明に係るコーティング材として好ましい。
The coating material disclosed herein includes at least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent, and may have other contents as long as the binder can coat the surface of a predetermined positive electrode active material. There are no restrictions on the components. For example, a conventional aqueous paste for forming an active material layer can be used as the coating material according to the present invention.
“At least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent (typically an organic solvent that can be used as a non-aqueous electrolyte in a lithium ion secondary battery, etc.)” has various properties having such properties. Conventionally, various polymers that have been suitably used as an aqueous binder for forming an active material layer of a positive electrode of a lithium secondary battery are suitable. For example, various cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), and hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP) which are hydrophilic (water-soluble) polymers Is a preferred example. Of these, the use of CMC is preferred. Alternatively, water-dispersible polymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetra Rubbers such as fluororesin such as fluoroethylene copolymer (ETFE), vinyl acetate copolymer, styrene butadiene block copolymer (SBR), acrylic acid modified SBR resin (SBR latex), gum arabic, etc. It is mentioned as a suitable example. Of these, fluorine resins such as PTFE are preferred.
A composition obtained by dissolving or dispersing these polymers (binders) in, for example, water is preferable as the coating material according to the present invention.

また、活物質層形成用組成物(典型的にはペースト状に調製されたもの)に含有される好適な結着材としては、従来、リチウム二次電池の正極の活物質層を形成するために溶剤系結着材として用いられている種々の有機溶剤可溶性(分散性)ポリマーが挙げられる。この種のポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリプロピレンオキサイド(PPO)、ポリエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体(PEO−PPO)等が例示される。PVDF、PVDC等が好ましい。   Moreover, as a suitable binder contained in the composition for forming an active material layer (typically prepared in a paste form), conventionally, an active material layer for a positive electrode of a lithium secondary battery is formed. And various organic solvent-soluble (dispersible) polymers used as solvent-based binders. Examples of this type of polymer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide-propylene oxide copolymer (PEO-PPO), and the like. The PVDF, PVDC and the like are preferable.

活物質層形成用組成物及び/又はコーティング材には、導電性(電子伝導性)向上のために必要に応じて種々の導電材を添加することができる。用いる導電材としては、従来この種の二次電池において利用されているものであればよく、特定の導電材に限定されない。例えば、カーボンブラック(アセチレンブラック等)のような炭素(カーボン)粉末、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いることができる。   Various conductive materials can be added to the composition for forming an active material layer and / or the coating material as necessary to improve conductivity (electron conductivity). The conductive material used is not limited to a specific conductive material as long as it is conventionally used in this type of secondary battery. For example, carbon (carbon) powder such as carbon black (acetylene black or the like), conductive metal powder such as nickel powder, or the like can be used.

次に、正極製造方法について説明する。ここで開示される方法は、適当な有機溶剤と、正極活物質であって有機溶剤(典型的にはリチウムイオン二次電池等において非水電解液として用いられ得る有機溶剤)に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーを含むコーティング材によって表面がコーティングされた活物質と、有機溶剤に対して可溶性である少なくとも一種の結着材と、を有する活物質層形成用組成物を用意(典型的には調製)するとともに、かかる組成物を適当な正極集電体の表面に付与(典型的には塗布)して該集電体上に正極活物質層を形成することによって特徴付けられる方法であり、正極製造に要するこれら以外の処理(例えば所定粒径の正極活物質(一次粒子及び二次粒子)の調製や、集電体の成形加工)については従来の正極製造方法と同様であればよい。   Next, the positive electrode manufacturing method will be described. The method disclosed here is substantially different from an appropriate organic solvent and a positive electrode active material that is an organic solvent (typically an organic solvent that can be used as a non-aqueous electrolyte in a lithium ion secondary battery or the like). An active material layer-forming composition comprising an active material whose surface is coated with a coating material containing at least one binder that is insoluble in water and at least one binder material that is soluble in an organic solvent is prepared ( Typically prepared) and applied (typically applied) to the surface of a suitable positive electrode current collector to form a positive electrode active material layer on the current collector. Other processes required for positive electrode manufacturing (for example, preparation of positive electrode active materials (primary particles and secondary particles) having a predetermined particle diameter and current collector molding) are the same as those of conventional positive electrode manufacturing methods. It is sufficient.

コーティング材は、リチウム二次電池用正極の製造に従来用いられてきた水系の活物質層形成用ペーストと同様に調製すればよく、特別な操作を必要としない。例えば、有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダー(CMC、PTFE等)を適当な質量割合で水に添加し、混合することによってペースト(又はスラリー)状のコーティング材を調製することができる。コーティング材には、正極活物質の表面に形成される該コーティング材(主としてバインダー)から成るコーティング層における導電性(電子伝導性)を向上させるべく、導電材を更に含有させることが好ましい。
特に限定しないが、例えば、前記バインダー及び導電材の合計量を100質量%としたときの1〜30質量%が導電材の含有率となるようにこれらを配合することが適当であり、かかる含有率が5〜20質量%であることが好ましい。なお、これらコーティング層を構成する要素と水系溶媒との配合比は特に限定されない。使用するバインダーの種類に応じて好適な流動性(粘度)とバインダー密度が与えられるように適当な配合比であればよい。例えば、コーティング材全体のほぼ80〜95質量%が水系溶媒となるように調製することができる。
The coating material may be prepared in the same manner as the aqueous active material layer forming paste conventionally used in the production of positive electrodes for lithium secondary batteries, and does not require any special operation. For example, a paste (or slurry) -like coating material is prepared by adding at least one binder (CMC, PTFE, etc.) that is substantially insoluble in an organic solvent to water at an appropriate mass ratio and mixing. be able to. The coating material preferably further contains a conductive material in order to improve the conductivity (electron conductivity) in the coating layer made of the coating material (mainly binder) formed on the surface of the positive electrode active material.
Although it does not specifically limit, For example, it is suitable to mix | blend these so that 1-30 mass% when the total amount of the said binder and electrically conductive material shall be 100 mass% becomes the content rate of an electrically conductive material, Such content The rate is preferably 5 to 20% by mass. In addition, the compounding ratio of the element which comprises these coating layers, and an aqueous solvent is not specifically limited. An appropriate blending ratio may be used so that suitable fluidity (viscosity) and binder density are given according to the type of binder used. For example, it can be prepared so that approximately 80 to 95% by mass of the entire coating material becomes an aqueous solvent.

上述のようにして調製したコーティング材を使用して目的の正極活物質の表面をコーティングする。コーティング手段としては、粉体を何らかの物質でコーティングする用途に採用され得る従来公知の種々の方法を用いることができる。例えば、正極活物質粉末をコーティング材に浸漬する方法、液状又はミスト状のコーティング材を正極活物質(典型的には粉末)に塗布又は噴霧する方法の採用が好ましい。コーティング材の付与後、適当な条件で正極活物質を乾燥させることによって所望する厚みのコーティング層を活物質表面に形成することができる。
コーティング層の厚みは、使用したコーティング材の組成や正極活物質の性状に応じて異なり得るが、付着物の厚みが実質的に概ね1μm以下(例えば0.005μm〜1μm、典型的には0.01μm〜1μm)となるようにコーティングすることが適当であり、実質的に0.5μm以下(例えば0.01μm〜0.5μm、特に好ましくは0.05μm〜0.5μm)となるようにコーティングすることが好ましい。或いは、コーティング対象である正極活物質(二次粒子)の平均粒径(例えば5μm〜25μm)の概ね0.5〜5%(典型的には1〜3%)に相当するサイズをコーティング層の厚みに設定してもよい。
このような厚み範囲であると内部抵抗の低減と活物質層における良好な導電性(電子伝導性)とに優れる活物質層(正極)を形成することができる。コーティング層に適当量の導電材を含有する場合にはそれによって導電性(電子伝導性)の向上が図られているため、導電材を含有しない場合よりも相対的にコーティング層をより厚く形成することができる。例えば、導電材を含む場合、その好適範囲が実質的に1.5μm以下(例えば0.01μm〜1.5μm、より好ましくは0.05μm〜1μm、特に好ましくは0.1μm〜1μm、例えば0.1μm〜0.5μm)であり得る。
The surface of the target positive electrode active material is coated using the coating material prepared as described above. As the coating means, various conventionally known methods that can be employed for coating powders with any substance can be used. For example, it is preferable to employ a method of immersing the positive electrode active material powder in a coating material, or a method of applying or spraying a liquid or mist-like coating material to the positive electrode active material (typically powder). After application of the coating material, the coating layer having a desired thickness can be formed on the active material surface by drying the positive electrode active material under appropriate conditions.
The thickness of the coating layer may vary depending on the composition of the coating material used and the properties of the positive electrode active material, but the thickness of the deposit is substantially 1 μm or less (for example, 0.005 μm to 1 μm, typically 0.005 μm). It is appropriate to coat so that it becomes 01 μm to 1 μm), and it is coated so as to be substantially 0.5 μm or less (for example, 0.01 μm to 0.5 μm, particularly preferably 0.05 μm to 0.5 μm). It is preferable. Alternatively, the size corresponding to approximately 0.5 to 5% (typically 1 to 3%) of the average particle diameter (for example, 5 to 25 μm) of the positive electrode active material (secondary particles) to be coated is set to be the coating layer. You may set to thickness.
When the thickness is within such a range, an active material layer (positive electrode) excellent in reduction of internal resistance and good conductivity (electron conductivity) in the active material layer can be formed. When an appropriate amount of conductive material is contained in the coating layer, the conductivity (electron conductivity) is improved thereby, so that the coating layer is formed relatively thicker than when no conductive material is contained. be able to. For example, when a conductive material is included, the preferable range is substantially 1.5 μm or less (for example, 0.01 μm to 1.5 μm, more preferably 0.05 μm to 1 μm, particularly preferably 0.1 μm to 1 μm, for example, 0.1 μm). 1 μm to 0.5 μm).

なお、使用する正極活物質は、従来公知の方法で調製・提供されるものをそのまま使用すればよく、特別な処理を必要としない。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物から成る活物質は、原子組成に応じて適宜選択されるいくつかの原料化合物を所定のモル比で混合し、適当な手段で焼成することによって調製することができる。また、焼成物を適当な手段で粉砕、造粒及び分級することによって所望する平均粒径及び/又は粒径分布を有する二次粒子、例えば平均粒径が5μm〜25μmの範囲にある二次粒子によって実質的に構成された正極活物質粉体を得ることができる。このような正極活物質粉体の調製方法自体は、本発明を何ら特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。   In addition, what is necessary is just to use the positive electrode active material to be used as it is prepared and provided by a conventionally well-known method, and does not require a special process. For example, an active material composed of a lithium transition metal composite oxide can be prepared by mixing several raw material compounds appropriately selected according to the atomic composition at a predetermined molar ratio and firing by an appropriate means. . Also, secondary particles having a desired average particle size and / or particle size distribution by pulverizing, granulating and classifying the fired product by appropriate means, for example, secondary particles having an average particle size in the range of 5 μm to 25 μm. Thus, a positive electrode active material powder substantially constituted can be obtained. Such a method of preparing the positive electrode active material powder itself does not characterize the present invention at all, and thus a detailed description thereof is omitted.

このようにして得られたコーティング層付き正極活物質を使用して、活物質層を集電体上に形成する。典型的には、前記コーティング層付き正極活物質と、有機溶剤に対して実質的に可溶性(高度な分散を含む)である少なくとも一種の結着材と、適当な有機溶剤とを有する活物質層形成用組成物を調製し、その組成物を使用して正極集電体上に正極活物質層を形成する。
かかる溶剤系組成物は、好ましくは従来の溶剤系組成物(即ち前記溶剤系ペースト)と同様にペースト状に調製すればよく、特別な処理を要しない。即ち、コーティング層付き正極活物質と、溶剤系結着材(例えばPVDF)を適当な質量割合で適当な有機溶剤に添加し、混合することによってペースト(又はスラリー)状組成物を容易に調製することができる。例えば、活物質と結着材の合計量を100質量%としたときの活物質の含有率が85〜99質量%、結着材の含有率が1〜15質量%となるようにこれらを配合して、適用な有機溶剤に添加することが好ましい。有機溶剤(非水系溶媒)としては、従来の溶剤系ペーストの調製に用いられる有機溶剤が好適に用いられ得る。例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メチルエチルケトン、トルエン、等が例示される。NMPの使用が好ましい。活物質層を構成する要素と有機溶剤との配合比は特に限定されない。例えば、活物質層形成用組成物(ペースト)全体のほぼ40〜90質量%が有機溶剤(例えばNMP)となるように調製することができる。
Using the positive electrode active material with the coating layer thus obtained, an active material layer is formed on the current collector. Typically, an active material layer comprising the positive electrode active material with a coating layer, at least one binder material that is substantially soluble (including highly dispersed) in an organic solvent, and a suitable organic solvent. A forming composition is prepared, and a positive electrode active material layer is formed on the positive electrode current collector using the composition.
Such a solvent-based composition is preferably prepared in a paste like the conventional solvent-based composition (that is, the solvent-based paste), and does not require any special treatment. That is, a paste (or slurry) composition is easily prepared by adding a positive electrode active material with a coating layer and a solvent-based binder (for example, PVDF) to an appropriate organic solvent at an appropriate mass ratio and mixing them. be able to. For example, when the total amount of the active material and the binder is 100% by mass, the active material content is 85 to 99% by mass, and the binder content is 1 to 15% by mass. Thus, it is preferably added to an applicable organic solvent. As the organic solvent (non-aqueous solvent), an organic solvent used for preparing a conventional solvent-based paste can be suitably used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl ethyl ketone, toluene and the like are exemplified. The use of NMP is preferred. The compounding ratio of the elements constituting the active material layer and the organic solvent is not particularly limited. For example, it can be prepared such that approximately 40 to 90% by mass of the entire composition for forming an active material layer (paste) is an organic solvent (for example, NMP).

また、形成する活物質層中の正極活物質と集電体との間における十分な導電経路(導電パス)を確保するため、導電材を更に含有させることが好ましい。使用する導電材の好適例は上述のとおりであるが、コーティング材に含有させるものと同じものであってもよく異なるものであってもよい。特に限定しないが、活物質と導電材と結着材の合計量を100質量%としたときの活物質の含有率が80〜95質量%、導電材の含有率が2〜15質量%、結着材の含有率が1〜15質量%となるようにこれらを配合することが好ましい。   Moreover, in order to ensure a sufficient conductive path (conductive path) between the positive electrode active material and the current collector in the active material layer to be formed, it is preferable to further include a conductive material. Although the suitable example of the electrically conductive material to be used is as above-mentioned, it may be the same as what is contained in a coating material, and may differ. Although not particularly limited, the content of the active material is 80 to 95% by mass, the content of the conductive material is 2 to 15% by mass, and the binder is 100% by mass when the total amount of the active material, the conductive material and the binder is 100% by mass. These are preferably blended so that the content of the dressing is 1 to 15% by mass.

上述のようにして調製した活物質層形成用ペーストを、集電体の表面に付与することによって集電体上に導電層を形成する。典型的には、適当な塗布装置(コーター)を使用して、集電体表面に活物質層形成用ペーストを所定の厚みで層状に塗布することができる。塗布する厚みは、特に限定されず、正極及び電池の形状や用途に応じて適宜異なり得る。例えば、厚み10〜30μm程度の箔状集電体(例えばAl箔)の表面に厚み5μm〜100μm程度(乾燥後)に導電層形成用ペーストを塗布する。塗布後、適当な乾燥機を用いて塗布物を乾燥することによって、集電体表面に所定の厚みの活物質層を形成することができる。こうして得られた正極を、所望によりプレスすることによって、目的とする厚みの正極シートを得ることができる。   A conductive layer is formed on the current collector by applying the active material layer forming paste prepared as described above to the surface of the current collector. Typically, the active material layer forming paste can be applied in a layer with a predetermined thickness on the surface of the current collector using an appropriate application device (coater). The thickness to be applied is not particularly limited, and may vary depending on the shape and application of the positive electrode and the battery. For example, the conductive layer forming paste is applied to the surface of a foil-like current collector (for example, Al foil) having a thickness of about 10 to 30 μm so as to have a thickness of about 5 to 100 μm (after drying). After the application, the active material layer having a predetermined thickness can be formed on the surface of the current collector by drying the applied product using an appropriate dryer. By pressing the positive electrode thus obtained as desired, a positive electrode sheet having a desired thickness can be obtained.

本発明によると、ここで開示される製造方法により得られた正極を備えたリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)を製造することができる。従って、本発明は、他の側面として、ここで開示される正極を作製又は用意することを特徴とするリチウム二次電池の製造方法を提供する。
なお、リチウム二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)を作製する手段は、上述の正極を製造(又は用意)し且つその正極を用いること以外、従来のリチウム二次電池製造方法に準じればよく、特に説明を要する特別な処理を必要としない。
According to the present invention, a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) including a positive electrode obtained by the manufacturing method disclosed herein can be manufactured. Therefore, this invention provides the manufacturing method of the lithium secondary battery characterized by producing or preparing the positive electrode disclosed here as another aspect.
In addition, the means for producing a lithium secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) is based on a conventional method for producing a lithium secondary battery, except that the positive electrode is manufactured (or prepared) and the positive electrode is used. Well, it does not require special processing that requires special explanation.

例えば、本発明に係る正極シート(上述の説明文参照)と、適当な負極シート及びセパレータとを用い、従来公知の方法に基づいて、上述したような捲回型その他のシート構造電極を備えるリチウムイオン二次電池を構築することができる。
具体的には、リチウムイオン(Li)を挿入及び脱離可能なグラファイト構造(層状構造)のカーボン材料(即ち負極活物質)を有するリチウムイオン二次電池用負極シート及び上述したセパレータを予め用意する。そして、正極シートと負極シートとをセパレータを介して重ね合わせる(積層する)。この積層物を適当な電池容器に収容する。好ましい態様では、該積層物を捲回して捲回型電極構造体を構成し、それを電池容器に収容する。或いは、複数枚の正極シート及び複数枚の負極シートをそれぞれセパレータを挟んで交互に積層した積層型電極構造体を構成し、それを電池容器に収容してもよい。
For example, lithium having a wound type or other sheet structure electrode as described above based on a conventionally known method using a positive electrode sheet (see the above description) according to the present invention and an appropriate negative electrode sheet and separator. An ion secondary battery can be constructed.
Specifically, a negative electrode sheet for a lithium ion secondary battery having a carbon material (that is, a negative electrode active material) having a graphite structure (layered structure) capable of inserting and removing lithium ions (Li + ) and the separator described above are prepared in advance. To do. Then, the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are overlapped (stacked) via a separator. This laminate is housed in a suitable battery container. In a preferred embodiment, the laminate is wound to form a wound electrode structure, which is accommodated in a battery container. Alternatively, a stacked electrode structure in which a plurality of positive electrode sheets and a plurality of negative electrode sheets are alternately stacked with separators interposed therebetween may be configured and accommodated in a battery container.

このような電極構造体を収容した電池容器に、予め用意しておいた電解液を供給(注入)することにより、正極、負極及びセパレータに電解液を含浸させる。これにより、所望するリチウムイオン二次電池を構築することができる。
典型的には、リチウムイオン二次電池用電解液は、非水系溶媒と該溶媒に添加され溶解しているリチウム塩(支持塩)とを含む非水電解液である。
非水系溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性の溶媒を用いることができる。プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等の、一般に非水系電池(リチウムイオン二次電池等)の電解液等に使用し得るものとして知られている非水系溶媒から選択される一種又は二種以上を用いることができる。
A positive electrode, a negative electrode, and a separator are impregnated with an electrolytic solution by supplying (injecting) an electrolytic solution prepared in advance to a battery container containing such an electrode structure. Thereby, the desired lithium ion secondary battery can be constructed.
Typically, the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery is a nonaqueous electrolytic solution containing a nonaqueous solvent and a lithium salt (supporting salt) added to and dissolved in the solvent.
As the non-aqueous solvent, aprotic solvents such as carbonates, esters, ethers, nitriles, sulfones, and lactones can be used. Propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, Generally, non-aqueous batteries (lithium ion secondary batteries) such as dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, etc. 1 type or 2 types or more selected from the non-aqueous solvent known as what can be used for electrolyte solution etc. of a battery etc. can be used.

電解液に含有させる支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC49SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiI等から選択される一種又は二種以上のリチウム化合物(リチウム塩)を用いることができる。
なお、電解液における支持塩の濃度は、従来のリチウムイオン二次電池で使用される電解液と同様でよく、特に制限はない。適当なリチウム化合物(支持塩)を0.1〜5mol/L程度の濃度で含有する電解液を使用することができる。
As the supporting salt to be contained in the electrolytic solution, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , one or more lithium compounds (lithium salts) selected from LiI and the like can be used.
In addition, the density | concentration of the supporting salt in electrolyte solution may be the same as that of the electrolyte solution used with the conventional lithium ion secondary battery, and there is no restriction | limiting in particular. An electrolytic solution containing an appropriate lithium compound (supporting salt) at a concentration of about 0.1 to 5 mol / L can be used.

ここで開示される正極は、前記コーティング層が表面に形成された正極活物質を備える。このコーティング層を利用して、該正極及びこれを用いたリチウム二次電池に更なる機能を付与することができる。即ち、本発明によると、集電体と該集電体上に形成された活物質層とを備え、ここで該活物質層は、有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーとセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材(典型的には、実質的に該セリウム複合酸化物からなる酸素貯蔵材)とを含むコーティング層が表面に形成された正極活物質、及び、有機溶剤に対して可溶性である少なくとも一種の結着材、を含有する正極が提供される。このような正極は、溶剤系結着材を使用して活物質層を形成した場合と水系結着材を使用して活物質層を形成した場合の両方の長所を兼備し、且つ、高温時等における酸素の放出が抑制されたものであり得る。
上記構成の正極では、酸素貯蔵材がコーティング層の構成要素として正極活物質の表面に配置されているので、正極活物質から発生する酸素を該酸素貯蔵材によって効果的に吸収することができる。従って、良好なサイクル特性(長寿命)と初期内部抵抗の低減とを両立し、且つ、正極からの酸素放出が効果的に抑制されたリチウム二次電池を構築することができる。また、セリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材は、従来から酸素貯蔵物質として知られる他の金属酸化物(例えば酸化鉄、酸化銅等)に比べて、より効率よく酸素を貯蔵し得る。例えば、より厳しい条件下(高温等)においても正極から酸素が放出される現象を抑制し得る。また、より少量の使用によって所望の性能(酸素の放出を抑制する性能)を発揮し得る。このことは、酸素貯蔵材の過剰な添加を不要とし、酸素の放出を抑制する性能と他の電池性能(例えば内部抵抗値)とがより高度にバランスしたリチウム二次電池を構築し得るという観点から好ましい。
The positive electrode disclosed here includes a positive electrode active material having the coating layer formed on the surface thereof. By using this coating layer, a further function can be imparted to the positive electrode and a lithium secondary battery using the positive electrode. That is, according to the present invention, it comprises a current collector and an active material layer formed on the current collector, wherein the active material layer is at least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent. And a positive electrode active material having a coating layer formed on the surface thereof, and an oxygen storage material mainly containing cerium composite oxide (typically, an oxygen storage material substantially consisting of the cerium composite oxide), and A positive electrode is provided that contains at least one binder that is soluble in an organic solvent. Such a positive electrode has the advantages of both when a solvent-based binder is used to form an active material layer and when a water-based binder is used to form an active material layer, and at high temperatures. Or the like, in which the release of oxygen is suppressed.
In the positive electrode having the above configuration, the oxygen storage material is disposed on the surface of the positive electrode active material as a component of the coating layer, so that oxygen generated from the positive electrode active material can be effectively absorbed by the oxygen storage material. Therefore, it is possible to construct a lithium secondary battery that achieves both good cycle characteristics (long life) and a reduction in initial internal resistance, and in which oxygen release from the positive electrode is effectively suppressed. In addition, an oxygen storage material mainly composed of a cerium composite oxide can store oxygen more efficiently than other metal oxides conventionally known as oxygen storage materials (for example, iron oxide and copper oxide). . For example, the phenomenon in which oxygen is released from the positive electrode can be suppressed even under more severe conditions (eg, high temperature). Moreover, desired performance (performance which suppresses discharge | release of oxygen) can be exhibited by use of a smaller amount. This means that an excessive addition of an oxygen storage material is unnecessary, and a lithium secondary battery in which the performance of suppressing the release of oxygen and other battery performance (for example, internal resistance value) is more highly balanced can be constructed. To preferred.

前記セリウム複合酸化物としては、正極活物質から酸素が発生し得る条件下(例えば、リチウム遷移金属酸化物では一般に凡そ200℃以上)において酸素を貯蔵(吸収)し得る複合酸化物が好ましい。例えば、セリウム(Ce)と、ジルコニウム(Zr)及びイットリウム(Y)から選択される少なくとも一方と、を構成金属元素として含むセリウム複合酸化物を好ましく選択することができる。セリウム及びジルコニウムを構成金属元素として含むセリウム複合酸化物(即ちセリウム−ジルコニウム複合酸化物、以下「Ce−Zr複合酸化物」と表記することもある。)が特に好ましい。このようなコーティング層に含まれるバインダーとしては、前述した正極と同様のポリマー(親水性又は水溶性ポリマー、水分散性ポリマー等)を例示することができる。また、活物質層に含まれる結着材としては、前述した正極と同様のポリマー(有機溶剤可溶性ポリマー等)を例示することができる。   The cerium composite oxide is preferably a composite oxide capable of storing (absorbing) oxygen under conditions where oxygen can be generated from the positive electrode active material (eg, generally about 200 ° C. or higher for lithium transition metal oxides). For example, a cerium composite oxide containing cerium (Ce) and at least one selected from zirconium (Zr) and yttrium (Y) as a constituent metal element can be preferably selected. A cerium composite oxide containing cerium and zirconium as constituent metal elements (that is, a cerium-zirconium composite oxide, hereinafter sometimes referred to as “Ce—Zr composite oxide”) is particularly preferable. Examples of the binder contained in such a coating layer include the same polymers as the positive electrode described above (hydrophilic or water-soluble polymers, water-dispersible polymers, etc.). Moreover, as a binder contained in an active material layer, the polymer (organic solvent soluble polymer etc.) similar to the positive electrode mentioned above can be illustrated.

酸素貯蔵材を構成するCe−Zr複合酸化物は、酸化セリウムに酸化ジルコニウムが固溶した材料(セリア−ジルコニア固溶体と称されることもある。)であり得る。例えば、セリウムとジルコニウムとの原子数の比(Ce/Zr)が凡そ1/10〜10/1の範囲にあるCe−Zr複合酸化物を好ましく使用することができる。上記原子数比(Ce/Zr)が凡そ1/1〜5/1の範囲にあるCe−Zr複合酸化物がより好ましい。
このような酸素貯蔵材としては、従来公知の方法で調製・提供されるセリウム複合酸化物をそのまま使用することができる。例えば、Ce−Zr複合酸化物から成る酸素貯蔵材は、セリウムを含む化合物及びジルコニウムを含む化合物を原子組成に応じて所定のモル比で混合し、適当な手段で焼成することによって調製することができる。また、かかる焼成物を適当な手段で粉砕、造粒及び分級することによって、所望する平均粒径及び/又は粒径分布を有する酸素貯蔵材粉体を得ることができる。例えば、平均粒径が0.05μm〜10μmの範囲にある粒子(典型的には二次粒子)によって実質的に構成された酸素貯蔵材粉体を好ましく用いることができる。このような性状の酸素貯蔵材は、正極活物質等から発生する酸素を効率よく吸収するのに適している。
The Ce-Zr composite oxide constituting the oxygen storage material may be a material in which zirconium oxide is dissolved in cerium oxide (sometimes referred to as ceria-zirconia solid solution). For example, a Ce—Zr composite oxide having a ratio of the number of atoms of cerium and zirconium (Ce / Zr) in the range of about 1/10 to 10/1 can be preferably used. A Ce-Zr composite oxide having the atomic ratio (Ce / Zr) in the range of about 1/1 to 5/1 is more preferable.
As such an oxygen storage material, a cerium composite oxide prepared and provided by a conventionally known method can be used as it is. For example, an oxygen storage material composed of a Ce-Zr composite oxide can be prepared by mixing a compound containing cerium and a compound containing zirconium in a predetermined molar ratio according to the atomic composition, and firing by a suitable means. it can. Further, by pulverizing, granulating and classifying the fired product by an appropriate means, an oxygen storage material powder having a desired average particle size and / or particle size distribution can be obtained. For example, an oxygen storage material powder substantially composed of particles (typically secondary particles) having an average particle diameter in the range of 0.05 μm to 10 μm can be preferably used. The oxygen storage material having such properties is suitable for efficiently absorbing oxygen generated from the positive electrode active material or the like.

ここで開示される正極の好ましい一態様では、正極活物質100質量部に対して酸素貯蔵材を例えば凡そ0.05〜30質量部(好ましくは凡そ0.05〜25質量部、より好ましくは凡そ0.1〜20質量部)の割合で有する。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物から成る正極活物質を採用する場合、該リチウム遷移金属複合酸化物に含まれるリチウム以外の金属元素の合計原子数100に対して、前記酸素貯蔵材に含まれる金属元素の合計原子数(例えば、実質的にCe−Zr複合酸化物からなる酸素貯蔵材ではセリウムとジルコニウムの合計原子数)が凡そ0.1〜20(より好ましくは凡そ1〜10)の範囲となる割合で該酸素貯蔵材を有する正極とすることができる。正極活物質と酸素貯蔵材とを上記割合で有する正極は、酸素の放出を抑制する性能と、他の性能(例えば、該正極を用いて電池を構築した場合における内部抵抗値)とのバランスに優れたものとなり得る。   In a preferred embodiment of the positive electrode disclosed herein, the oxygen storage material is, for example, about 0.05 to 30 parts by mass (preferably about 0.05 to 25 parts by mass, and more preferably about 100 parts by mass of the positive electrode active material). 0.1 to 20 parts by mass). For example, when a positive electrode active material made of a lithium transition metal composite oxide is employed, the metal contained in the oxygen storage material with respect to the total number of atoms 100 of metal elements other than lithium contained in the lithium transition metal composite oxide The total number of atoms of elements (for example, the total number of atoms of cerium and zirconium in the case of an oxygen storage material consisting essentially of Ce—Zr composite oxide) is in the range of about 0.1 to 20 (more preferably about 1 to 10). It can be set as the positive electrode which has this oxygen storage material in the ratio which becomes. The positive electrode having the positive electrode active material and the oxygen storage material in the above ratio is in a balance between the performance of suppressing the release of oxygen and other performance (for example, the internal resistance value when a battery is constructed using the positive electrode). It can be excellent.

ここで開示される正極の好ましい一態様では、前記コーティング層が、前記バインダー及び前記酸素貯蔵材に加えて更に導電材を含む。導電材として好ましく使用し得る材料及びその好ましい含有率は上述した正極と同様である。例えば、前記バインダー及び導電材の合計量を100質量%としたときの導電材の含有率が1〜30質量%となるようにこれらを配合することが適当であり、かかる含有率が5〜20質量%であることが好ましい。また、正極活物質との関係では、通常は、正極活物質100質量部に対する導電材の含有量を3〜20質量部(好ましくは5〜15質量部)程度とすることが適当である。
酸素貯蔵材(又は酸素貯蔵材及び導電材)を含むコーティング層の実質的な厚み(平均的厚み)は、例えば0.5μm以下(典型的には0.01μm〜0.5μm、好ましくは0.05μm〜0.5μm)とすることができ、0.1μm〜0.5μmの範囲とすることが特に好ましい。この程度の厚みとすることにより、良好なサイクル特性(長寿命)と高い初期出力と正極からの酸素放出を抑制する性能とを高いレベルで実現することができる。
In a preferred embodiment of the positive electrode disclosed herein, the coating layer further contains a conductive material in addition to the binder and the oxygen storage material. The material that can be preferably used as the conductive material and the preferable content thereof are the same as those of the positive electrode described above. For example, it is appropriate to blend these so that the content of the conductive material is 1 to 30% by mass when the total amount of the binder and the conductive material is 100% by mass, and the content is 5 to 20%. It is preferable that it is mass%. In relation to the positive electrode active material, it is usually appropriate that the content of the conductive material is about 3 to 20 parts by mass (preferably 5 to 15 parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
The substantial thickness (average thickness) of the coating layer containing the oxygen storage material (or oxygen storage material and conductive material) is, for example, 0.5 μm or less (typically 0.01 μm to 0.5 μm, preferably 0. 05 μm to 0.5 μm), particularly preferably in the range of 0.1 μm to 0.5 μm. By setting the thickness to this level, good cycle characteristics (long life), high initial output, and performance of suppressing oxygen release from the positive electrode can be realized at a high level.

このように酸素貯蔵材を含む活物質層を有する正極は、例えば、以下の工程:
有機溶剤と、正極活物質であって有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーとセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材(例えば、実質的にCe−Zr複合酸化物からなる酸素貯蔵材)とを含むコーティング材によって表面がコーティングされた活物質と、有機溶剤に対して可溶性である少なくとも一種の結着材と、を有する活物質層形成用組成物を用意する工程;及び
前記組成物を正極集電体の表面に付与して該集電体上に正極活物質層を形成する工程;
を包含する正極製造方法によって好ましく製造することができる。かかる製造方法は、酸素貯蔵材を含有するコーティング材を使用する以外は、前述した正極製造方法と同様にして実施することができる。好ましい一つの態様では、コーティング材に含ませる酸素貯蔵材として、平均粒径が0.05μm〜5μmの範囲にある粒子(典型的には二次粒子)によって実質的に構成された酸素貯蔵材粉体を使用する。
Thus, the positive electrode which has an active material layer containing an oxygen storage material, for example, includes the following steps:
An oxygen storage material (for example, a Ce-Zr composite oxide substantially comprising an organic solvent, a positive electrode active material and at least one binder that is substantially insoluble in the organic solvent and a cerium composite oxide) And a step of preparing an active material layer forming composition having an active material whose surface is coated with a coating material containing an oxygen storage material) and at least one binder material that is soluble in an organic solvent. And applying the composition to the surface of a positive electrode current collector to form a positive electrode active material layer on the current collector;
It can manufacture preferably by the positive electrode manufacturing method including this. Such a production method can be carried out in the same manner as the positive electrode production method described above, except that a coating material containing an oxygen storage material is used. In one preferred embodiment, the oxygen storage material powder substantially composed of particles (typically secondary particles) having an average particle size in the range of 0.05 μm to 5 μm as the oxygen storage material included in the coating material Use the body.

有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーとセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材とを含むコーティング材によって表面がコーティングされた正極活物質は、例えば、水系溶媒と、該水系溶媒に溶解又は分散したバインダーであって有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーと、正極活物質粉末と、セリウム複合酸化物を主成分とする(典型的には、実質的にCe−Zr複合酸化物からなる)酸素貯蔵材粉体と、を含むコーティング用組成物を用意し、該組成物から前記水系溶媒を除去する(即ち、該組成物を乾燥させる)ことによって得ることができる。前記コーティング用組成物に更に導電材を含ませることにより、有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーとセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材と導電材とを含むコーティング材によって表面がコーティングされた正極活物質を好適に得ることができる。   The positive electrode active material whose surface is coated with a coating material containing at least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent and an oxygen storage material mainly composed of a cerium composite oxide includes, for example, an aqueous solvent, A binder dissolved or dispersed in the aqueous solvent and having at least one binder substantially insoluble in an organic solvent, a positive electrode active material powder, and a cerium composite oxide as a main component (typically, Preparing a coating composition comprising an oxygen storage material powder (consisting essentially of a Ce-Zr composite oxide) and removing the aqueous solvent from the composition (ie, drying the composition) Can be obtained by: A coating comprising at least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent, an oxygen storage material mainly composed of a cerium composite oxide, and a conductive material by further including a conductive material in the coating composition. A positive electrode active material whose surface is coated with a material can be suitably obtained.

以下、本発明に関する実験例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, experimental examples relating to the present invention will be described. However, the present invention is not intended to be limited to the specific examples.

参考例1〜6:リチウムイオン二次電池の製造(1)>
以下のようにして円筒形標準タイプである18650型のリチウムイオン二次電池を製造した。ここでは正極活物質として式:LiNi0.8Co0.15Al0.052で表されるリチウム遷移金属複合酸化物粉末を使用した。なお、この複合酸化物(二次粒子)の平均粒径は約10μmであり、粒径5μm〜25μmの二次粒子に富む正極活物質であった。
< Reference Examples 1 to 6: Production of lithium ion secondary battery (1)>
A cylindrical standard type 18650 type lithium ion secondary battery was manufactured as follows. Here, a lithium transition metal composite oxide powder represented by the formula: LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was used as the positive electrode active material. This composite oxide (secondary particles) had an average particle diameter of about 10 μm, and was a positive electrode active material rich in secondary particles having a particle diameter of 5 μm to 25 μm.

カルボキシメチルセルロース(CMC)を水に溶かし、CMC濃度が約1.0質量%であるコーティング材を作製した。このコーティング材を使用して前記複合酸化物の表面に所定の厚みのコーティング層を形成した。即ち、前記複合酸化物粉末を本コーティング材中に浸漬し、次いで空気中で乾燥した。この浸漬処理を繰り返し行うことによってコーティング層の平均的厚みが約0.01μmである活物質(参考例1)、約0.05μmである活物質(参考例2)、約0.1μmである活物質(参考例3)、約0.2μmである活物質(参考例4)、約0.5μmである活物質(参考例5)及び約1μmである活物質(参考例6)を得た。これらコーティング層の厚みが相互に異なる計6種の活物質粉末(参考例1〜6)をそれぞれ使用し、計6種類のリチウムイオン二次電池を以下に示すように製造した。以下、使用した活物質の種類(前記参考例1〜6)に対応させ、計6種類のリチウムイオン二次電池をそれぞれ参考例1、2、3、4、5及び6とする。 Carboxymethylcellulose (CMC) was dissolved in water to prepare a coating material having a CMC concentration of about 1.0% by mass. Using this coating material, a coating layer having a predetermined thickness was formed on the surface of the composite oxide. That is, the composite oxide powder was immersed in the coating material and then dried in air. By repeating this dipping treatment, the active material having an average thickness of the coating layer of about 0.01 μm ( Reference Example 1), the active material of about 0.05 μm ( Reference Example 2), and the active material of about 0.1 μm. A material ( Reference Example 3), an active material of about 0.2 μm ( Reference Example 4), an active material of about 0.5 μm ( Reference Example 5) and an active material of about 1 μm ( Reference Example 6) were obtained. A total of six types of active material powders ( Reference Examples 1 to 6) having different coating layer thicknesses were used, and a total of six types of lithium ion secondary batteries were manufactured as shown below. Hereinafter, a total of six types of lithium ion secondary batteries will be referred to as Reference Examples 1, 2, 3, 4, 5, and 6, respectively, corresponding to the types of active materials used ( Reference Examples 1 to 6).

前記のようにして得たコーティング層付き活物質、導電材であるアセチレンブラック、及び結着材であるPVDFを有機溶剤(NMP)と混合し、各参考例に係る活物質層形成用ペーストを調製した。このペーストに含まれる各材料(NMP以外)の凡その質量比は、活物質:85質量%、アセチレンブラック:10質量%、PVDF:5質量%である。
かかるペーストを、正極集電体としての厚み約15μmの長尺状アルミニウム箔の両面に塗布(付着)して乾燥させ、該集電体の両面に厚み約20μmの正極活物質層を形成した。次いで全体の厚みが約40μmとなるようにプレスした。このようにして使用した活物質粉末毎に、計6種の正極シート(参考例1〜6)を作製した。
The active material with a coating layer obtained as described above, acetylene black as a conductive material, and PVDF as a binder are mixed with an organic solvent (NMP) to prepare an active material layer forming paste according to each reference example. did. The approximate mass ratio of each material (other than NMP) contained in this paste is active material: 85% by mass, acetylene black: 10% by mass, and PVDF: 5% by mass.
This paste was applied (attached) to both sides of a long aluminum foil having a thickness of about 15 μm as a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of about 20 μm on both surfaces of the current collector. Subsequently, it pressed so that the whole thickness might be set to about 40 micrometers. A total of six types of positive electrode sheets ( Reference Examples 1 to 6) were prepared for each active material powder used in this manner.

他方、負極活物質用のカーボン材料として黒鉛粉末(キシダ化学株式会社製品)を使用し、結着材としてCMC及びスチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)を使用して負極活物質層形成用組成物を調製した。即ち、前記負極活物質及び結着材をイオン交換水と混合し、負極活物質層形成用ペーストを調製した。このペーストに含まれる各材料(水以外)の凡その質量比は、カーボン材料:98質量%、CMC:1質量%、SBR:1質量%である。
そして、かかるペーストを、負極集電体としての厚み約15μmの長尺状銅箔の両面に塗布(付着)して乾燥させ、該集電体の両面に厚み約20μmの負極活物質層を形成した。次いで全体の厚みが約40μmとなるようにプレスした。このようにして負極シートを作製した。
On the other hand, a graphite powder (Kishida Chemical Co., Ltd. product) is used as the carbon material for the negative electrode active material, and CMC and a styrene butadiene block copolymer (SBR) are used as the binder. Was prepared. That is, the negative electrode active material and the binder were mixed with ion exchange water to prepare a negative electrode active material layer forming paste. The approximate mass ratio of each material (other than water) contained in the paste is carbon material: 98 mass%, CMC: 1 mass%, and SBR: 1 mass%.
Then, the paste is applied (attached) to both sides of a long copper foil having a thickness of about 15 μm as a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer having a thickness of about 20 μm on both sides of the current collector. did. Subsequently, it pressed so that the whole thickness might be set to about 40 micrometers. In this way, a negative electrode sheet was produced.

こうして得られた正極シート及び負極シートを2枚のセパレータ(ここでは多孔質ポリエチレンシートを用いた。)とともに積層し、この積層シートを捲回して捲回型電極構造体を作製した。この電極構造体を電解液とともに容器に収容して、直径18mm、高さ65mm(即ち18650型)の円筒型リチウムイオン二次電池を得られた正極シート毎に計6種類作製した(参考例1〜6)。電解液としては従来のリチウムイオン二次電池に用いられる電解液を特に制限なく用いることができるが、ここではエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との3:7(体積比)混合溶媒に1mol/LのLiPF6を溶解させた組成の非水電解液を用いた。 The positive electrode sheet and the negative electrode sheet thus obtained were laminated together with two separators (here, a porous polyethylene sheet was used), and this laminated sheet was wound to produce a wound electrode structure. A total of six types of this electrode structure were prepared for each positive electrode sheet obtained by accommodating a cylindrical lithium ion secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm (that is, 18650 type) by accommodating the electrode structure together with an electrolytic solution ( Reference Example 1). ~ 6). As the electrolytic solution, an electrolytic solution used in a conventional lithium ion secondary battery can be used without any particular limitation. Here, a 3: 7 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) is used. A nonaqueous electrolytic solution having a composition in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved was used.

参考例7〜12:リチウムイオン二次電池の製造(2)>
コーティング材として導電材を含むものを使用した以外は、上述の参考例1〜6と同様の材料及び手順によって、18650型リチウムイオン二次電池を製造した。
即ち、CMCと導電材(アセチレンブラック粉末)とを、CMC及び導電材の合計量を100質量%としたときの導電材の含有率が10質量%となる質量比で水に溶かし、CMC濃度が約1.0質量%であり導電材濃度が約10質量%であるコーティング材を作製した。このコーティング材を使用し、上述の参考例1〜6と同様のプロセスにより、コーティング層の平均的厚みが約0.01μmである活物質(参考例7)、約0.05μmである活物質(参考例8)、約0.1μmである活物質(参考例9)、約0.2μmである活物質(参考例10)、約0.5μmである活物質(参考例11)及び約1μmである活物質(参考例12)を得た。
これらコーティング層の厚みが相互に異なる計6種の活物質粉末(参考例7〜12)をそれぞれ使用して計6種の活物質層形成用ペーストを調製し、それらを使用して計6種の正極シート(参考例7〜12)を作製した。それら正極シートを用いる以外は上述の参考例1〜6と同様の材料(負極シート、セパレータ等)とプロセスによって、計6種類のリチウムイオン二次電池を製造した。以下、使用した活物質の種類(前記参考例7〜12)に対応させ、当該6種類のリチウムイオン二次電池をそれぞれ参考例7、8、9、10、11及び12とする。
< Reference Examples 7 to 12: Production of lithium ion secondary battery (2)>
A 18650 type lithium ion secondary battery was manufactured by the same material and procedure as those of Reference Examples 1 to 6 described above except that a conductive material containing a conductive material was used.
That is, CMC and conductive material (acetylene black powder) were dissolved in water at a mass ratio of 10% by mass when the total content of CMC and conductive material was 100% by mass, and the CMC concentration was A coating material having about 1.0% by mass and a conductive material concentration of about 10% by mass was produced. Using this coating material, an active material ( Reference Example 7) having an average thickness of the coating layer of about 0.01 μm and an active material (about 0.05 μm) by the same process as in Reference Examples 1 to 6 above ( Reference Example 8), an active material of about 0.1 μm ( Reference Example 9), an active material of about 0.2 μm ( Reference Example 10), an active material of about 0.5 μm ( Reference Example 11) and about 1 μm An active material ( Reference Example 12) was obtained.
A total of 6 types of active material powders ( Reference Examples 7 to 12) having different coating layer thicknesses were used to prepare a total of 6 types of active material layer forming pastes. Positive electrode sheets ( Reference Examples 7 to 12) were prepared. Except for using these positive electrode sheets, a total of six types of lithium ion secondary batteries were manufactured using the same materials (negative electrode sheets, separators, etc.) and processes as in Reference Examples 1 to 6 described above. Hereinafter, the six types of lithium ion secondary batteries are referred to as Reference Examples 7, 8, 9, 10, 11, and 12, respectively, corresponding to the types of active materials used ( Reference Examples 7 to 12).

<比較例1:リチウムイオン二次電池の製造(3)>
本比較例では、前記コーティング材による処理を施さない前記複合酸化物粉末を正極活物質(即ちコーティング層の無い正極活物質)として使用し、その他の材料及び条件は参考例1〜6と同様にして本比較例に係る活物質層形成用ペースト(溶剤系)を調製した。その後、上述の参考例1〜6と同様の材料とプロセスによって、該ペーストから正極シートを作製し、次いで該正極シートを用いて本比較例に係る18650型リチウムイオン二次電池を製造した。
<Comparative Example 1: Production of lithium ion secondary battery (3)>
In this comparative example, the composite oxide powder not subjected to the treatment with the coating material is used as a positive electrode active material (that is, a positive electrode active material without a coating layer), and other materials and conditions are the same as those in Reference Examples 1 to 6. An active material layer forming paste (solvent type) according to this comparative example was prepared. Thereafter, a positive electrode sheet was produced from the paste by the same material and process as in Reference Examples 1 to 6 described above, and then an 18650 type lithium ion secondary battery according to this comparative example was produced using the positive electrode sheet.

<比較例2:リチウムイオン二次電池の製造(4)>
本比較例では、前記コーティング材による処理を施さない前記複合酸化物粉末を正極活物質(即ちコーティング層の無い正極活物質)として使用し、水系の活物質層形成用ペーストを調製した。
即ち、コーティング層の無い正極活物質、CMC及びアセチレンブラック粉末をイオン交換水と混合して活物質層形成用ペーストを調製した。この水系ペーストに含まれる各材料(水以外)の凡その質量比は、活物質:87質量%、アセチレンブラック:10質量%、CMC:3質量%である。その後、上述の参考例1〜6と同様の材料とプロセスによって、該ペーストから正極シートを作製し、次いで該正極シートを用いて本比較例に係る18650型リチウムイオン二次電池を製造した。
<Comparative example 2: Production of lithium ion secondary battery (4)>
In this comparative example, the composite oxide powder not subjected to the treatment with the coating material was used as a positive electrode active material (that is, a positive electrode active material having no coating layer) to prepare an aqueous active material layer forming paste.
That is, a positive electrode active material without a coating layer, CMC, and acetylene black powder were mixed with ion-exchanged water to prepare an active material layer forming paste. The approximate mass ratio of each material (other than water) contained in this aqueous paste is active material: 87% by mass, acetylene black: 10% by mass, and CMC: 3% by mass. Thereafter, a positive electrode sheet was produced from the paste by the same material and process as in Reference Examples 1 to 6 described above, and then an 18650 type lithium ion secondary battery according to this comparative example was produced using the positive electrode sheet.

<試験例1:初期内部抵抗及び耐久性の評価>
参考例及び比較例で得られたリチウムイオン二次電池について、以下に示す抵抗測定方法によって、初期内部抵抗値(以下「初期抵抗値」という。)を測定した。また、これらの二次電池に下記条件の充放電サイクル試験を行った後に同様の測定方法によって、充放電繰り返し後の内部抵抗値(以下「耐久後抵抗値」という。)の値を測定した。
<Test Example 1: Initial internal resistance and durability evaluation>
About the lithium ion secondary battery obtained by each reference example and the comparative example, the initial internal resistance value (henceforth "initial resistance value") was measured with the resistance measuring method shown below. In addition, after performing a charge / discharge cycle test under the following conditions on these secondary batteries, the value of the internal resistance after repeated charge / discharge (hereinafter referred to as “resistance value after durability”) was measured by the same measurement method.

[初期抵抗値の測定]
環境温度25℃において、1000mA/cm2の定電流で3.75Vまで充電した後に、3.75Vで定電位充電を行い、合計充電時間が1.5時間になるまで充電を続けた。このときの充電状態(State of charge:SOC)は満充電の約60%である。その後、以下の(a)〜(f)の順に充放電を行い、各充放電後の電圧を縦軸とし且つ充放電電流を横軸とした電流(I)−電圧(V)プロット値の一次近似直線の傾きから初期抵抗値を求めた。結果を表1に示す。
(a) 300mA/cm2で10秒間放電する。
(b) 300mA/cm2で10秒間充電する。
(c) 900mA/cm2で10秒間放電する。
(d) 900mA/cm2で10秒間充電する。
(e)2700mA/cm2で10秒間放電する。
(f)2700mA/cm2で10秒間充電する。
[Measurement of initial resistance]
After charging to 3.75 V at a constant current of 1000 mA / cm 2 at an environmental temperature of 25 ° C., constant potential charging was performed at 3.75 V, and charging was continued until the total charging time was 1.5 hours. The state of charge (SOC) at this time is about 60% of full charge. Thereafter, charge and discharge are performed in the order of the following (a) to (f), and the primary value of the current (I) -voltage (V) plot value with the voltage after each charge / discharge as the vertical axis and the charge / discharge current as the horizontal axis. The initial resistance value was determined from the slope of the approximate line. The results are shown in Table 1.
(a) Discharge at 300 mA / cm 2 for 10 seconds.
(b) Charge at 300 mA / cm 2 for 10 seconds.
(c) Discharge at 900 mA / cm 2 for 10 seconds.
(d) Charge at 900 mA / cm 2 for 10 seconds.
(e) Discharge at 2700 mA / cm 2 for 10 seconds.
(f) Charge at 2700 mA / cm 2 for 10 seconds.

[耐久後抵抗値充放電サイクル試験]
環境温度60℃において、電流密度2Cの定電流で4.1Vまで充電し、次いで同じ電流密度で3.0Vまで放電した。このサイクル(2Cの定電流で4.1Vまで充電し、3.0Vまで放電するサイクル)を500回繰り返した。なお、符号「C」は放電時間率を表す。従って、電流密度2Cとは、その電池の電池容量(Ah)に相当する電気量を0.5時間で供給し得る電流密度(A)を意味する。そして、初期抵抗値と同様、充放電後のI−Vプロット値の一次近似直線の傾きから500サイクル充放電後の抵抗値(耐久後抵抗値)を求めた。結果を表1に示す。
[Endurance resistance charge / discharge cycle test]
At an environmental temperature of 60 ° C., the battery was charged to 4.1 V at a constant current of 2 C, and then discharged to 3.0 V at the same current density. This cycle (a cycle of charging to 4.1 V at a constant current of 2 C and discharging to 3.0 V) was repeated 500 times. The symbol “C” represents the discharge time rate. Therefore, the current density 2C means a current density (A) that can supply an amount of electricity corresponding to the battery capacity (Ah) of the battery in 0.5 hours. Then, similarly to the initial resistance value, the resistance value after 500 cycles of charge / discharge (resistance value after endurance) was determined from the slope of the primary approximate line of the IV plot value after charge / discharge. The results are shown in Table 1.

Figure 0004887671
Figure 0004887671

表1に示す結果から明らかなように、本発明によって提供される正極を採用したリチウムイオン二次電池(各参考例)では、溶剤系の活物質層形成用ペーストを使用して正極活物質層が形成された結果、従来の水系の活物質層形成用ペーストを使用して構築された比較例2のリチウムイオン二次電池よりも初期内部抵抗値が低いことが確認された。この結果は、本発明により提供されるリチウムイオン二次電池は初期内部抵抗が低く、高出力を実現し得ることを示すものである。更にコーティング層に導電材を含有させることにより、初期内部抵抗値をより効果的に低減し得ることが確認された。
同時に、各参考例のリチウムイオン二次電池では、本発明のコーティング層を有する正極活物質が使用されている結果、従来の溶剤系の活物質層形成用ペーストを使用して構築された比較例1のリチウムイオン二次電池よりも耐久後抵抗値が著しく低いことが確認された。この結果は、本発明により提供されるリチウムイオン二次電池は充放電サイクル特性に優れ、高耐久性即ち長寿命を実現し得ることを示すものである。
As is clear from the results shown in Table 1, in the lithium ion secondary battery (each reference example ) employing the positive electrode provided by the present invention, a positive electrode active material layer is formed using a solvent-based active material layer forming paste. As a result, it was confirmed that the initial internal resistance value was lower than that of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 constructed using a conventional aqueous active material layer forming paste. This result shows that the lithium ion secondary battery provided by the present invention has a low initial internal resistance and can realize a high output. Furthermore, it was confirmed that the initial internal resistance value can be more effectively reduced by including a conductive material in the coating layer.
At the same time, in the lithium ion secondary batteries of each reference example , as a result of using the positive electrode active material having the coating layer of the present invention, comparative examples constructed using conventional solvent-based active material layer forming pastes It was confirmed that the resistance value after endurance was significantly lower than that of No. 1 lithium ion secondary battery. This result shows that the lithium ion secondary battery provided by the present invention is excellent in charge / discharge cycle characteristics and can realize high durability, that is, long life.

<実施例13:リチウムイオン二次電池の製造(5)>
Ce/Zrが凡そ1/1の原子数比であるセリア−ジルコニア複合酸化物粉末(酸素貯蔵材粉末、平均粒径約1μm)を含むコーティング材を使用した以外は上述の参考例1〜6と同様の材料及び手順によって、18650型リチウムイオン二次電池を製造した。
即ち、リチウム遷移金属複合酸化物粉末(正極活物質粉末)、セリア−ジルコニア複合酸化物粉末(酸素貯蔵材粉末)、導電材としてのアセチレンブラック及びCMCを水(イオン交換水)と混合してコーティング材を調製した。このコーティング材は、正極活物質及び酸素貯蔵材を、該正極活物質を構成するリチウム以外の金属元素(Ni,Co及びAl)の合計原子数100に対し、該酸素貯蔵材を構成する金属元素(Ce及びZr)の原子数が凡そ5となる割合で含有する。即ち、正極活物質に対して約5atom%の酸素貯蔵材を含有する。このコーティング材を穏やかに加熱して水を蒸発させることにより、CMC及び酸素貯蔵材を含み平均的厚みが約0.2μmであるコーティング層が表面に形成された活物質を得た。
<Example 13: Production of lithium ion secondary battery (5)>
Reference Examples 1 to 6 described above, except that a coating material containing ceria-zirconia composite oxide powder (oxygen storage material powder, average particle size of about 1 μm) with Ce / Zr being an atomic ratio of about 1/1 is used. A 18650 type lithium ion secondary battery was manufactured by the same material and procedure.
That is, lithium transition metal composite oxide powder (positive electrode active material powder), ceria-zirconia composite oxide powder (oxygen storage material powder), acetylene black and CMC as a conductive material are mixed with water (ion exchange water) and coated. A material was prepared. In this coating material, the positive electrode active material and the oxygen storage material are composed of the metal element constituting the oxygen storage material with respect to the total number of atoms 100 of metal elements (Ni, Co and Al) other than lithium constituting the positive electrode active material. (Ce and Zr) are contained at a ratio of approximately 5 atoms. That is, it contains about 5 atom% oxygen storage material with respect to the positive electrode active material. By gently heating this coating material to evaporate water, an active material having a coating layer containing CMC and an oxygen storage material and having an average thickness of about 0.2 μm was obtained.

このコーティング層付き活物質、導電材としてのアセチレンブラック、及び結着材としてのPVDFを有機溶剤(NMP)と混合し、実施例13に係る活物質層形成用ペーストを調製した。このペーストに含まれる各材料(NMP以外)の凡その質量比は、活物質:85質量%、アセチレンブラック:10質量%、PVDF:5質量%である。かかるペーストを、正極集電体としての厚み約15μmの長尺状アルミニウム箔の両面に塗布(付着)して乾燥させ、該集電体の両面に厚み約20μmの正極活物質層を形成した。次いで全体の厚みが約40μmとなるようにプレスした。このようにして正極シートを作製した。該正極シートを用いる以外は上述の参考例1〜6と同様の材料(負極シート、セパレータ等)とプロセスによってリチウムイオン二次電池を製造した。 This active material with a coating layer, acetylene black as a conductive material, and PVDF as a binder were mixed with an organic solvent (NMP) to prepare an active material layer forming paste according to Example 13. The approximate mass ratio of each material (other than NMP) contained in this paste is active material: 85% by mass, acetylene black: 10% by mass, and PVDF: 5% by mass. This paste was applied (attached) to both sides of a long aluminum foil having a thickness of about 15 μm as a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of about 20 μm on both surfaces of the current collector. Subsequently, it pressed so that the whole thickness might be set to about 40 micrometers. In this way, a positive electrode sheet was produced. A lithium ion secondary battery was manufactured by the same material (negative electrode sheet, separator, etc.) and process as those in Reference Examples 1 to 6 except that the positive electrode sheet was used.

<実施例14:リチウムイオン二次電池の製造(6)>
コーティング材として導電材を含むものを使用した以外は実施例13と同様の材料及び手順によってリチウムイオン二次電池を製造した。
即ち、正極活物質粉末、酸素貯蔵材粉末、導電材(アセチレンブラック粉末)及びCMCを水と混合した。これにより、正極活物質に対して約5atom%の割合で酸素貯蔵材を含有し、且つ、正極活物質100質量部に対して凡そ10質量部の割合で導電材を含有するコーティング材を調製した。このコーティング材を使用し、実施例13と同様のプロセスにより、CMC、酸素貯蔵材及び導電材を含む平均的厚み約0.2μmのコーティング層が表面に形成された活物質を得た。このコーティング層付き活物質を使用して活物質層形成用ペーストを調製し、それを使用して正極シートを作製した。該正極シートを用いた以外は上述の実施例13と同様の材料とプロセスによってリチウムイオン二次電池を製造した。
<Example 14: Production of lithium ion secondary battery (6)>
A lithium ion secondary battery was produced by the same material and procedure as in Example 13 except that a conductive material containing a conductive material was used.
That is, the positive electrode active material powder, the oxygen storage material powder, the conductive material (acetylene black powder), and CMC were mixed with water. As a result, a coating material containing an oxygen storage material at a rate of about 5 atom% with respect to the positive electrode active material and containing a conductive material at a rate of approximately 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material was prepared. . Using this coating material, an active material in which a coating layer having an average thickness of about 0.2 μm including CMC, an oxygen storage material and a conductive material was formed on the surface by the same process as in Example 13 was obtained. An active material layer forming paste was prepared using this active material with a coating layer, and a positive electrode sheet was prepared using the paste. A lithium ion secondary battery was manufactured by the same material and process as in Example 13 except that the positive electrode sheet was used.

<比較例3及び4:リチウムイオン二次電池の製造(7)>
水系の活物質層形成用ペーストを用いて正極シートを作製した以外は実施例13及び14と同様の材料及び手順によってリチウムイオン二次電池を製造した。
即ち、実施例13に係るコーティング層付き活物質、導電材としてのアセチレンブラック、及び結着材としてのCMCを水と混合して、比較例3に係る活物質層形成用ペーストを調製した。この水系ペーストに含まれる各材料(水以外)の凡その質量比は、活物質:85質量%、アセチレンブラック:10質量%、CMC:5質量%である。該ペーストを用いた以外は上述の実施例13と同様の材料とプロセスによって、比較例3に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
また、実施例13に係るコーティング層付き活物質に代えて実施例14に係るコーティング層付き活物質を用いた以外は比較例3と同様の材料とプロセスによって、比較例4に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
<Comparative Examples 3 and 4: Production of Lithium Ion Secondary Battery (7)>
A lithium ion secondary battery was manufactured by the same material and procedure as in Examples 13 and 14, except that a positive electrode sheet was prepared using an aqueous active material layer forming paste.
That is, the active material layer-forming paste according to Comparative Example 3 was prepared by mixing the active material with a coating layer according to Example 13, acetylene black as a conductive material, and CMC as a binder with water. The approximate mass ratio of each material (other than water) contained in this aqueous paste is active material: 85% by mass, acetylene black: 10% by mass, and CMC: 5% by mass. A lithium ion secondary battery according to Comparative Example 3 was manufactured using the same materials and processes as in Example 13 except that the paste was used.
Moreover, it replaced with the active material with a coating layer which concerns on Example 13, and was using the active material with a coating layer which concerns on Example 14 by the same material and process as the comparative example 3, and the lithium ion secondary which concerns on the comparative example 4 A battery was manufactured.

<比較例5:リチウムイオン二次電池の製造(8)>
本比較例では、前記コーティング材による処理を施さない前記複合酸化物粉末を正極活物質(即ちコーティング層の無い正極活物質)として使用し、水系の活物質層形成用ペーストを調製した。
即ち、コーティング層の無い正極活物質、CMC及びアセチレンブラック粉末をイオン交換水と混合して活物質層形成用ペーストを調製した。この水系ペーストに含まれる各材料(水以外)の凡その質量比は、活物質:85質量%、アセチレンブラック:10質量%、CMC:5質量%である。その後、上述の実施例13と同様の材料とプロセスによって該ペーストから正極シートを作製し、該正極シートを用いてリチウムイオン二次電池を製造した。
<Comparative Example 5: Production of lithium ion secondary battery (8)>
In this comparative example, the composite oxide powder not subjected to the treatment with the coating material was used as a positive electrode active material (that is, a positive electrode active material having no coating layer) to prepare an aqueous active material layer forming paste.
That is, a positive electrode active material without a coating layer, CMC, and acetylene black powder were mixed with ion-exchanged water to prepare an active material layer forming paste. The approximate mass ratio of each material (other than water) contained in this aqueous paste is active material: 85% by mass, acetylene black: 10% by mass, and CMC: 5% by mass. Then, the positive electrode sheet was produced from this paste with the material and process similar to the above-mentioned Example 13, and the lithium ion secondary battery was manufactured using this positive electrode sheet.

<比較例6及び7:リチウムイオン二次電池の製造(9)>
有機溶剤可溶性のバインダー及び有機溶剤を含むコーティング材を使用した以外は実施例13及び14と同様の材料及び手順によってリチウムイオン二次電池を作製した。
即ち、正極活物質粉末、酸素貯蔵材粉末及びPVDFを有機溶剤(NMP)と混合した。これにより、正極活物質に対して約5atom%の割合で酸素貯蔵材粉末を含有するコーティング材を調製した。このコーティング材を使用して、実施例13と同様のプロセスにより、コーティング層の平均的厚みが約0.2μmである活物質(比較例6)を得た。このコーティング層付き活物質を使用した以外は実施例13と同様の材料とプロセスによって、比較例6に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
また、正極活物質粉末、酸素貯蔵材粉末、導電材(アセチレンブラック粉末)及びPVDFを有機溶剤(NMP)と混合した。これにより、正極活物質に対して約5atom%の割合で酸素貯蔵材粉末を含有し、且つ、正極活物質100質量部に対して凡そ10質量部の割合で導電材を含有するコーティング材を調製した。このコーティング材を使用して、実施例13と同様のプロセスにより、コーティング層の平均的厚みが約0.2μmである活物質(比較例7)を得た。このコーティング層付き活物質を使用した以外は実施例13と同様の材料とプロセスによって、比較例7に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
<Comparative Examples 6 and 7: Production of lithium ion secondary battery (9)>
A lithium ion secondary battery was produced by the same material and procedure as in Examples 13 and 14 except that a coating material containing an organic solvent-soluble binder and an organic solvent was used.
That is, positive electrode active material powder, oxygen storage material powder, and PVDF were mixed with an organic solvent (NMP). This prepared the coating material which contains oxygen storage material powder in the ratio of about 5 atom% with respect to a positive electrode active material. Using this coating material, an active material (Comparative Example 6) having an average thickness of the coating layer of about 0.2 μm was obtained by the same process as in Example 13. A lithium ion secondary battery according to Comparative Example 6 was manufactured using the same materials and processes as in Example 13 except that this active material with a coating layer was used.
Moreover, positive electrode active material powder, oxygen storage material powder, conductive material (acetylene black powder) and PVDF were mixed with an organic solvent (NMP). As a result, a coating material containing the oxygen storage material powder at a rate of about 5 atom% with respect to the positive electrode active material and containing a conductive material at a rate of about 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material is prepared. did. Using this coating material, an active material (Comparative Example 7) having an average thickness of the coating layer of about 0.2 μm was obtained by the same process as in Example 13. A lithium ion secondary battery according to Comparative Example 7 was manufactured using the same materials and processes as in Example 13 except that this active material with a coating layer was used.

<試験例2:初期内部抵抗及び耐久性の評価並びに昇温試験>
実施例13〜14及び比較例3〜7で得られたリチウムイオン二次電池について、試験例1と同様の測定方法によって、初期内部抵抗値(初期抵抗値)及び充放電繰り返し後の内部抵抗値(耐久後抵抗値)の値を測定した。
また、各リチウムイオン二次電池をSOC100%に充電し、この状態で解体して正極シートを取り出した。それらの正極シートと上記組成の電解液とをアルミニウム製の試料皿に入れ、10℃/分の昇温速度で示差走査型熱量計を用いたDSC(Differential Scanning Calorimetry)測定を行った。これにより得られたDSC曲線のピーク位置から酸素の脱離温度(酸素脱離ピーク温度)を読み取った。
得られた結果を表2に示した。この表には、比較例1に係るリチウムイオン二次電池について同様に昇温試験を行った結果を併せて示している。
<Test Example 2: Initial internal resistance and durability evaluation and temperature rise test>
For the lithium ion secondary batteries obtained in Examples 13 to 14 and Comparative Examples 3 to 7, the initial internal resistance value (initial resistance value) and the internal resistance value after repeated charge and discharge were measured by the same measurement method as in Test Example 1. The value of (resistance value after endurance) was measured.
Each lithium ion secondary battery was charged to 100% SOC, disassembled in this state, and the positive electrode sheet was taken out. The positive electrode sheet and the electrolytic solution having the above composition were placed in an aluminum sample pan, and DSC (Differential Scanning Calorimetry) measurement was performed using a differential scanning calorimeter at a heating rate of 10 ° C./min. The oxygen desorption temperature (oxygen desorption peak temperature) was read from the peak position of the DSC curve thus obtained.
The obtained results are shown in Table 2. This table also shows the results of performing a temperature increase test on the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 in the same manner.

Figure 0004887671
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この表から明らかなように、酸素貯蔵材を含むコーティング層を有する正極活物質を用いた実施例13及び14の正極はいずれも酸素脱離ピーク温度が350℃以上であり、該コーティング層が酸素貯蔵材を含まない参考例4及び10の正極に比べてピーク温度が大幅に上昇した。また、実施例13及び14のリチウムイオン二次電池は、それぞれ参考例参考例10のリチウムイオン二次電池と同様に、低い初期抵抗値及び耐久後抵抗値を示した。この結果は、実施例13及び14のリチウムイオン二次電池には、参考例4及び10の特長を維持しつつ、更に正極からの酸素放出が抑制されたものであることを示している。コーティング層が導電材を含む実施例14では、導電材を含まない実施例13に比べてより良好な結果が得られた。
一方、酸素貯蔵材を含む比較例3及び4の正極では、酸素貯蔵材を含まない比較例5の正極に比べて酸素脱離ピークが大幅に上昇した。また、酸素貯蔵材を含む比較例6及び7の正極では、酸素貯蔵材を含まない比較例5の正極に比べて酸素脱離ピークが大幅に上昇した。しかし、比較例3及び4のリチウムイオン二次電池は、水系の活物質層形成用ペーストを用いていることから、比較例5のリチウムイオン二次電池と同様に初期内部抵抗が高くなる傾向を示した。また、比較例6及び7のリチウムイオン二次電池は、コーティング層を構成するバインダーとしてPVDF(有機溶媒可溶なバインダー)を用いていることから、該バインダーとしてCMCを用いたリチウムイオン二次電池に比べて耐久後抵抗値が上昇しやすいものであった。
As is clear from this table, the positive electrodes of Examples 13 and 14 using the positive electrode active material having a coating layer containing an oxygen storage material both have an oxygen desorption peak temperature of 350 ° C. or higher, and the coating layer has oxygen Compared to the positive electrodes of Reference Examples 4 and 10 that did not contain a storage material, the peak temperature increased significantly. In addition, the lithium ion secondary batteries of Examples 13 and 14 exhibited low initial resistance values and post-endurance resistance values, respectively, similarly to the lithium ion secondary batteries of Reference Example 4 and Reference Example 10. This result shows that in the lithium ion secondary batteries of Examples 13 and 14, the release of oxygen from the positive electrode was further suppressed while maintaining the features of Reference Examples 4 and 10. In Example 14 in which the coating layer contains a conductive material, a better result was obtained than in Example 13 in which the conductive material was not included.
On the other hand, in the positive electrodes of Comparative Examples 3 and 4 including the oxygen storage material, the oxygen desorption peak was significantly increased as compared with the positive electrode of Comparative Example 5 not including the oxygen storage material. In addition, in the positive electrodes of Comparative Examples 6 and 7 including the oxygen storage material, the oxygen desorption peak was significantly increased as compared with the positive electrode of Comparative Example 5 not including the oxygen storage material. However, since the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 3 and 4 use the aqueous active material layer forming paste, the initial internal resistance tends to be high in the same manner as the lithium ion secondary battery of Comparative Example 5. Indicated. Moreover, since the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 6 and 7 use PVDF (organic solvent-soluble binder) as a binder constituting the coating layer, lithium ion secondary batteries using CMC as the binder. The resistance value after endurance was likely to increase compared to.

<実施例15〜20:リチウムイオン二次電池の製造(10)>
コーティング層の厚みを異ならせた以外は上述の実施例13と同様の材料及び手順によってリチウムイオン二次電池を製造した。
即ち、正極活物質に対するCMCの含有割合が異なる計6種のコーティング材(目標とするコーティング層の厚みに対応した濃度でCMCを含むコーティング材)を用意した。これらのコーティング材は、いずれも、正極活物質に対して約5atom%の酸素貯蔵材を含有する。これらのコーティング材を穏やかに加熱して水を蒸発させることにより、コーティング層の平均的厚みが約0.01μmである活物質(実施例15)、約0.05μmである活物質(実施例16)、約0.1μmである活物質(実施例17)、約0.3μmである活物質(実施例18)、約0.5μmである活物質(実施例19)及び約1μmである活物質(実施例20)を得た。これらコーティング層の厚みが相互に異なる計6種の活物質粉末(実施例15〜20)をそれぞれ使用した以外がは実施例13と同様の材料とプロセスによって、実施例15〜20に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
<Examples 15 to 20: Production of lithium ion secondary battery (10)>
A lithium ion secondary battery was manufactured by the same material and procedure as in Example 13 except that the thickness of the coating layer was varied.
That is, a total of six types of coating materials (coating materials containing CMC at a concentration corresponding to the target coating layer thickness) having different CMC content ratios relative to the positive electrode active material were prepared. Each of these coating materials contains about 5 atom% oxygen storage material with respect to the positive electrode active material. By gently heating these coating materials to evaporate the water, an active material having an average thickness of the coating layer of about 0.01 μm (Example 15) and an active material having an average thickness of about 0.05 μm (Example 16). ), An active material that is about 0.1 μm (Example 17), an active material that is about 0.3 μm (Example 18), an active material that is about 0.5 μm (Example 19), and an active material that is about 1 μm (Example 20) was obtained. Lithium ions according to Examples 15 to 20 were produced in the same manner as in Example 13 except that a total of six types of active material powders (Examples 15 to 20) having different coating layer thicknesses were used. A secondary battery was manufactured.

<試験例3:初期内部抵抗及び耐久性の評価並びに昇温試験>
実施例15〜20により得られたリチウムイオン二次電池について、試験例1と同様の測定方法によって、初期抵抗値及び耐久後抵抗値)の値を測定した。また、試験例2と同様に昇温試験を行い、DSC曲線のピーク位置から酸素脱離ピーク温度を読み取った。得られた結果を表3に示した。
<Test Example 3: Initial internal resistance and durability evaluation and temperature rise test>
With respect to the lithium ion secondary batteries obtained in Examples 15 to 20, the initial resistance value and the resistance value after durability) were measured by the same measurement method as in Test Example 1. Further, a temperature increase test was performed in the same manner as in Test Example 2, and the oxygen desorption peak temperature was read from the peak position of the DSC curve. The obtained results are shown in Table 3.

Figure 0004887671
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この表から明らかなように、正極活物質に対して約5atom%の酸素貯蔵材を含有する実施例15〜20の正極によると、いずれも350℃以上という高い酸素脱離ピーク温度が実現された。また、コーティング層の厚みが0.1〜0.3μmの範囲にある実施例17及び18のリチウムイオン二次電池は、高い酸素脱離ピーク温度と低い初期抵抗値と良好なサイクル特性(低い耐久後抵抗値)とを、特に高度なレベルでバランスよく実現するものであった。   As is clear from this table, according to the positive electrodes of Examples 15 to 20 containing about 5 atom% of oxygen storage material with respect to the positive electrode active material, a high oxygen desorption peak temperature of 350 ° C. or higher was realized. . Further, the lithium ion secondary batteries of Examples 17 and 18 having a coating layer thickness in the range of 0.1 to 0.3 μm have high oxygen desorption peak temperatures, low initial resistance values, and good cycle characteristics (low durability). The post-resistance value) is realized in a particularly well-balanced manner at a high level.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、活物質層形成用組成物やコーティング材には本発明の目的を阻害しない範囲で上述した主要素以外の付加的な構成要素(副成分)を含有させることができる。
また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, the composition for forming an active material layer and the coating material can contain additional constituent elements (subcomponents) other than the main elements described above as long as the object of the present invention is not impaired.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Moreover, the technique illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

Claims (19)

リチウム二次電池に用いられる正極であって、
集電体と、
該集電体上に形成された活物質層であって、有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーを含むコーティング層が表面に形成された正極活物質、及び、有機溶剤に対して可溶性である少なくとも一種の結着材、を有する活物質層と、
を備えており、
前記コーティング層は、セリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材を含む、正極。
A positive electrode used in a lithium secondary battery,
A current collector,
An active material layer formed on the current collector, the cathode active material having a coating layer containing at least one binder that is substantially insoluble in an organic solvent formed on the surface, and an organic solvent An active material layer having at least one binder that is soluble with respect to,
Equipped with a,
The said coating layer is a positive electrode containing the oxygen storage material which has a cerium complex oxide as a main component .
前記コーティング層は導電材を含む、請求項1に記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein the coating layer includes a conductive material. 前記バインダー及び導電材の合計量を100質量%としたときの導電材の含有率が5〜20質量%である、請求項2に記載の正極。   The positive electrode according to claim 2, wherein the content of the conductive material is 5 to 20% by mass when the total amount of the binder and the conductive material is 100% by mass. 前記活物質は、平均粒径が5μm〜25μmの範囲にある二次粒子によって実質的に構成されている、請求項1〜3のいずれかに記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein the active material is substantially composed of secondary particles having an average particle diameter in the range of 5 μm to 25 μm. 前記活物質の表面に存在する前記コーティング層の厚みが実質的に0.5μm以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein the thickness of the coating layer present on the surface of the active material is substantially 0.5 μm or less. 前記活物質が少なくとも一種のリチウム遷移金属複合酸化物である、請求項1〜5のいずれかに記載の正極。   The positive electrode according to claim 1, wherein the active material is at least one lithium transition metal composite oxide. 前記セリウム複合酸化物がセリウム−ジルコニウム複合酸化物である、請求項1〜6のいずれかに記載の正極。 The cerium complex oxide of cerium - zirconium composite oxide, the positive electrode according to claim 1. 前記コーティング層は導電材を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の正極。 Wherein the coating layer comprises a conductive material, a positive electrode according to claim 1. 前記活物質の表面に存在する前記コーティング層の厚みが実質的に0.5μm以下である、請求項1〜8のいずれかに記載の正極。 The thickness of the coating layer on the surface of the active material is substantially less than 0.5 [mu] m, the positive electrode according to claim 1. リチウム二次電池に用いられる正極の製造方法であって、以下の工程:
有機溶剤と、正極活物質であって有機溶剤に対して実質的に不溶性である少なくとも一種のバインダーを含むとともにセリウム複合酸化物を主成分とする酸素貯蔵材を含むコーティング材によって表面がコーティングされた活物質と、有機溶剤に対して可溶性である少なくとも一種の結着材と、を有する活物質層形成用組成物を用意する工程;及び
前記組成物を正極集電体の表面に付与して該集電体上に正極活物質層を形成する工程;
を包含する正極製造方法。
A method for producing a positive electrode used in a lithium secondary battery, comprising the following steps:
The surface is coated with a coating material containing an organic solvent and a positive electrode active material and at least one binder that is substantially insoluble in the organic solvent and containing an oxygen storage material mainly composed of cerium composite oxide . Providing a composition for forming an active material layer having an active material and at least one binder soluble in an organic solvent; and applying the composition to the surface of a positive electrode current collector Forming a positive electrode active material layer on the current collector;
A method for producing a positive electrode comprising:
前記コーティング材は導電材を含む、請求項10に記載の方法。 The method of claim 10 , wherein the coating material comprises a conductive material. 前記バインダー及び導電材の合計量を100質量%としたときの導電材の含有率が5〜20質量%である、請求項11に記載の方法。 The method according to claim 11 , wherein the content of the conductive material is 5 to 20% by mass when the total amount of the binder and the conductive material is 100% by mass. 平均粒径が5μm〜25μmの範囲にある二次粒子によって実質的に構成された正極活物質が用いられる、請求項10〜12のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 12 , wherein a positive electrode active material substantially composed of secondary particles having an average particle diameter in the range of 5 µm to 25 µm is used. 前記活物質の表面に存在する前記コーティング材の付着物の厚みを実質的に0.5μm以下とする、請求項10〜13のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 13 , wherein the thickness of the deposit of the coating material existing on the surface of the active material is substantially 0.5 µm or less. 前記活物質として少なくとも一種のリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる、請求項10〜14のいずれかに記載の方法。 The method according to claim 10 , wherein at least one lithium transition metal composite oxide is used as the active material. 前記セリウム複合酸化物がセリウム−ジルコニウム複合酸化物である、請求項10〜15のいずれかに記載の方法。 The method according to claim 10, wherein the cerium composite oxide is a cerium-zirconium composite oxide. 前記コーティング材は導電材を含む、請求項10〜16のいずれかに記載の方法。 The method according to claim 10 , wherein the coating material includes a conductive material. 前記活物質の表面に存在する前記コーティング材の付着物の厚みを実質的に0.5μm以下とする、請求項10〜17のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 17 , wherein a thickness of the coating material deposit on the surface of the active material is substantially 0.5 µm or less. 請求項1〜のいずれかに記載の正極を備えたことを特徴とする、リチウム二次電池。 Characterized by comprising a positive electrode according to any one of claims 1 to 9 lithium secondary battery.
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