JP5289735B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン伝導性に優れ、高出力化を図ることができるリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery that has excellent lithium ion conductivity and can achieve high output.

パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、これらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であるという理由から、リチウム二次電池が実用化され広く普及するに至っている。また一方で、自動車の分野においても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急がれており、この電気自動車用の電源としても、リチウム二次電池が検討されている。特に、電気自動車用電源としてリチウム二次電池を用いて実用化を図る場合、現状のリチウム二次電池では出力が低いため、リチウム二次電池の高出力化が必要とされている。   With the miniaturization of personal computers, video cameras, mobile phones, etc., in the fields of information-related equipment and communication equipment, lithium secondary batteries have been put into practical use because of their high energy density as the power source used for these equipment. It has become widespread. On the other hand, in the field of automobiles, the development of electric vehicles has been urgently caused by environmental problems and resource problems, and lithium secondary batteries have been studied as power sources for the electric vehicles. In particular, when a lithium secondary battery is used as a power source for an electric vehicle, the output of the current lithium secondary battery is low. Therefore, it is necessary to increase the output of the lithium secondary battery.

ところで、特許文献1においては、ナノサイズの細孔を有するメソポーラスシリカが、正極、負極、電解液およびセパレータのうちの少なくとも一つに有するリチウム二次電池が開示されている。この技術は、メソポーラスシリカを用いることで、特に水系リチウム二次電池における低温での充放電特性を改善するものであり、リチウム二次電池の高出力化を目的としたものではなかった。   By the way, Patent Document 1 discloses a lithium secondary battery in which mesoporous silica having nano-sized pores is included in at least one of a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator. This technique uses mesoporous silica to improve charge / discharge characteristics at a low temperature particularly in an aqueous lithium secondary battery, and is not intended to increase the output of the lithium secondary battery.

特許文献2においては、負極のリチウムイオン吸蔵材である炭素材料に、電解液を孔内に保持することが可能な無機多孔質粒子粉末が添加混合されているリチウム二次電池が開示されている。この技術は、無機多孔質粒子粉末を添加することで、負極に含まれる電解液を均一に保持させ、充放電サイクル特性を向上させるものであった。また、特許文献3においては、細孔容積等が特定の範囲内にあるシリカゲルを有するイオン伝導体を、固体電解質膜として用いたリチウム二次電池が開示されている(特許文献3の請求項13)。   Patent Document 2 discloses a lithium secondary battery in which an inorganic porous particle powder capable of holding an electrolytic solution in a hole is added to and mixed with a carbon material that is a lithium ion storage material for a negative electrode. . In this technique, by adding inorganic porous particle powder, the electrolytic solution contained in the negative electrode is uniformly held, and the charge / discharge cycle characteristics are improved. Patent Document 3 discloses a lithium secondary battery using an ion conductor having silica gel having a pore volume and the like within a specific range as a solid electrolyte membrane (claim 13 of Patent Document 3). ).

特許文献4においては、細孔に方向性を付与した多孔質体薄膜にイオン伝導体を担持させた固体電解質膜が開示されている。特許文献5においては、Niを主成分とする発泡状金属または繊維状金属を、負極集電体として用いた非水電解液系二次電池が開示されている。特許文献6においては、導電化材の含有量を集電体側で多くセパレータ側で少なくすることで、エネルギー密度および出力密度の向上を図る技術が開示されている。特許文献7においては、電極材料の固形分濃度を集電体側で高くセパレータ側で低くすることで、出力密度の向上を図る技術が開示されている。
特開2005―243342号公報 特開平10−188957号公報 特開2004―2114号公報 特開2002―42549号公報 特開平9―213307号公報 特許37477981号 特開2005−50755号公報
Patent Document 4 discloses a solid electrolyte membrane in which an ion conductor is supported on a porous thin film in which directionality is imparted to pores. Patent Document 5 discloses a non-aqueous electrolyte secondary battery using a foamed metal or a fibrous metal containing Ni as a main component as a negative electrode current collector. Patent Document 6 discloses a technique for improving the energy density and the output density by increasing the content of the conductive material on the collector side and decreasing it on the separator side. Patent Document 7 discloses a technique for improving the output density by increasing the solid content concentration of the electrode material on the collector side and lowering it on the separator side.
JP 2005-243342 A JP-A-10-188957 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2114 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-42549 JP-A-9-213307 Japanese Patent No. 37477981 JP 2005-50755 A

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン伝導性に優れ、高出力化を図ることができるリチウム二次電池を提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its main object to provide a lithium secondary battery that is excellent in lithium ion conductivity and can achieve high output.

上記課題を解決するために、本発明においては、正極集電体と、上記正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層と、負極集電体と、上記負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層と、上記正極層および上記負極層の間に配置されたセパレータと、リチウム塩を含有する非水電解液と、を有するリチウム二次電池であって、上記正極層が、リチウムイオン伝導性を向上させる多孔質のリチウムイオン伝導性向上多孔質部材を含有することを特徴とするリチウム二次電池を提供する。   In order to solve the above problems, in the present invention, a positive electrode current collector, a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material, a negative electrode current collector, and the negative electrode current collector A lithium secondary battery comprising a negative electrode layer formed thereon and containing a negative electrode active material, a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt. Then, the positive electrode layer contains a porous lithium ion conductivity-improving porous member that improves lithium ion conductivity, and a lithium secondary battery is provided.

本発明によれば、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材を、リチウムイオン伝導性の低い正極層に用いることで、リチウムイオン伝導性を向上させることができ、リチウム二次電池の内部抵抗の低下、高出力化を図ることができる。   According to the present invention, by using the lithium ion conductivity improving porous member for the positive electrode layer having low lithium ion conductivity, the lithium ion conductivity can be improved, the internal resistance of the lithium secondary battery is reduced, High output can be achieved.

上記発明においては、上記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材が、メソポーラスシリカであることが好ましい。表面酸性度が高くリチウムイオン伝導性に優れているからである。   In the said invention, it is preferable that the said lithium ion conductivity improvement porous member is a mesoporous silica. This is because the surface acidity is high and the lithium ion conductivity is excellent.

上記発明においては、上記正極集電体が、発泡金属集電体であることが好ましい。細孔径が均一で、表面積が大きく、正極集電体と正極層との接触面積を増加させ、電子伝導性を向上させることができるからである。   In the above invention, the positive electrode current collector is preferably a foam metal current collector. This is because the pore diameter is uniform, the surface area is large, the contact area between the positive electrode current collector and the positive electrode layer can be increased, and the electron conductivity can be improved.

上記発明においては、上記正極層に含有される上記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が、上記正極集電体側表面から上記セパレータ側表面に向かって、段階的または連続的に増加していることが好ましい。正極集電体側表面におけるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量を少なくすることにより、正極集電体側表面における電子伝導性を向上させることができるからである。   In the above invention, the content of the lithium ion conductivity improving porous member contained in the positive electrode layer increases stepwise or continuously from the positive electrode current collector side surface toward the separator side surface. Preferably it is. This is because the electron conductivity on the surface of the positive electrode current collector can be improved by reducing the content of the porous member for improving lithium ion conductivity on the surface of the positive electrode current collector.

本発明においては、内部抵抗が小さく、高出力なリチウム二次電池を得ることができるという効果を奏する。   In this invention, there exists an effect that internal resistance is small and a high output lithium secondary battery can be obtained.

以下、本発明のリチウム二次電池について詳細に説明する。   Hereinafter, the lithium secondary battery of the present invention will be described in detail.

本発明のリチウム二次電池は、正極集電体と、上記正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層と、負極集電体と、上記負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層と、上記正極層および上記負極層の間に配置されたセパレータと、リチウム塩を含有する非水電解液と、を有するリチウム二次電池であって、上記正極層が、リチウムイオン伝導性を向上させる多孔質のリチウムイオン伝導性向上多孔質部材を含有することを特徴とするものである。   The lithium secondary battery of the present invention is formed on the positive electrode current collector, the positive electrode current collector, the positive electrode layer containing the positive electrode active material, the negative electrode current collector, and the negative electrode current collector. A lithium secondary battery comprising: a negative electrode layer containing a negative electrode active material; a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer; and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt. The layer contains a porous lithium ion conductivity-improving porous member that improves lithium ion conductivity.

本発明によれば、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材を、リチウムイオン伝導性の低い正極層に用いることで、リチウムイオン伝導性を向上させることができ、リチウム二次電池の内部抵抗の低下、高出力化を図ることができる。また、後述するように、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材は、表面酸性度が高い材料を用いてなるものであることが好ましいが、このようなリチウムイオン伝導性に優れた材料を用い、さらにその材料を多孔質部材として用いることで、多孔質表面でリチウムイオンを効果的に伝導させることができ、リチウム二次電池の内部抵抗の低下、高出力化を図ることができるのである。   According to the present invention, by using the lithium ion conductivity improving porous member for the positive electrode layer having low lithium ion conductivity, the lithium ion conductivity can be improved, the internal resistance of the lithium secondary battery is reduced, High output can be achieved. Further, as will be described later, the lithium ion conductivity-improving porous member is preferably made of a material having a high surface acidity, but using such a material excellent in lithium ion conductivity, By using the material as the porous member, lithium ions can be effectively conducted on the porous surface, and the internal resistance of the lithium secondary battery can be reduced and the output can be increased.

図1は、本発明のリチウム二次電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるリチウム二次電池は、正極集電体1と、正極活物質2を含有する正極層3と、負極集電体4と、負極活物質5を含有する負極層6と、正極層3および負極層6の間に配置されたセパレータ7と、リチウム塩を含有する非水電解液(図示せず)とを有し、正極層3が、リチウムイオン伝導性を向上させる多孔質のリチウムイオン伝導性向上多孔質部材8を含有するものである。本発明において、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材8は、通常、正極層3に含有される。さらに後述するように、本発明においては、正極集電体1および負極集電体4の少なくとも一方が、発泡金属等の多孔質金属を用いた集電体であることが好ましい。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lithium secondary battery of the present invention. A lithium secondary battery shown in FIG. 1 includes a positive electrode current collector 1, a positive electrode layer 3 containing a positive electrode active material 2, a negative electrode current collector 4, a negative electrode layer 6 containing a negative electrode active material 5, and a positive electrode The separator 7 disposed between the layer 3 and the negative electrode layer 6 and a non-aqueous electrolyte (not shown) containing a lithium salt, and the positive electrode layer 3 is a porous material that improves lithium ion conductivity. The porous member 8 containing improved lithium ion conductivity is contained. In the present invention, the lithium ion conductivity improving porous member 8 is usually contained in the positive electrode layer 3. As will be described later, in the present invention, at least one of the positive electrode current collector 1 and the negative electrode current collector 4 is preferably a current collector using a porous metal such as a foam metal.

図2は、本発明のリチウム二次電池の他の例を示す概略断面図である。図2に示されるリチウム二次電池は、正極層3に含有されるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材8の含有量が、正極集電体1側の表面からセパレータ7側の表面に向かって、連続的に増加しているものである。これにより、さらなる内部抵抗の低減化や高出力化を図ることができる。
以下、本発明のリチウム二次電池について、構成ごとに説明する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the lithium secondary battery of the present invention. In the lithium secondary battery shown in FIG. 2, the content of the lithium ion conductivity improving porous member 8 contained in the positive electrode layer 3 is increased from the surface on the positive electrode current collector 1 side to the surface on the separator 7 side. It is continuously increasing. As a result, the internal resistance can be further reduced and the output can be increased.
Hereinafter, the lithium secondary battery of this invention is demonstrated for every structure.

1.リチウムイオン伝導性向上多孔質部材
本発明に用いられるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材について説明する。本発明に用いられるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材は、リチウムイオン伝導性を向上させる多孔質の部材である。
1. Lithium ion conductivity improving porous member The lithium ion conductivity improving porous member used in the present invention will be described. The lithium ion conductivity improving porous member used in the present invention is a porous member that improves lithium ion conductivity.

上記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材は、リチウムイオン伝導性を向上させるものであれば特に限定されるものではないが、中でも、表面酸性度の高い材料を用いてなるものであることが好ましい。表面酸性度の高い材料は、アニオンおよびカチオンの解離度が高くなることから、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。上記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の表面酸性度としては、特に限定されるものではないが、ハメット酸度関数(Ho)で表記すれば、例えば−3.0〜−6.0の範囲内、中でも−3.0〜−4.0の範囲内であることが好ましい。   Although the said lithium ion conductivity improvement porous member will not be specifically limited if a lithium ion conductivity is improved, Especially, it is preferable that it is what uses a material with high surface acidity. A material having a high surface acidity has a high degree of dissociation of anions and cations, so that lithium ion conductivity can be improved. The surface acidity of the lithium ion conductivity-improving porous member is not particularly limited. However, when expressed by the Hammett acidity function (Ho), for example, within a range of -3.0 to -6.0, Especially, it is preferable to be in the range of -3.0 to -4.0.

本発明においては、多孔質の部材を用いることにより、その多孔質表面において、リチウムイオンを効果的に伝導させることができる。リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の平均細孔径としては、特に限定されるものではないが、例えば1nm〜10nmの範囲内である。   In the present invention, by using a porous member, lithium ions can be effectively conducted on the porous surface. Although it does not specifically limit as an average pore diameter of a lithium ion conductivity improvement porous member, For example, it exists in the range of 1 nm-10 nm.

上記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の形状としては、特に限定されるものではないが、例えば球状、楕円球等を挙げることができる。上記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の平均粒径としては、例えば0.01μm〜20μmの範囲内であることが好ましい。   The shape of the porous member for improving lithium ion conductivity is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape and an elliptical sphere. As an average particle diameter of the said lithium ion conductivity improvement porous member, it is preferable to exist in the range of 0.01 micrometer-20 micrometers, for example.

リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の材料としては、リチウムイオン伝導性を向上させることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えばシリカ系材料等を挙げることができる。さらに、上記シリカ系材料としては、具体的にはメソポーラスシリカ等を挙げることができる。また、本発明においては、上記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材として、特開2005−243342号公報に記載された、ラジアル型構造を有するメソポーラスシリカを用いることもできる。また、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材として、ZrOおよびWO等を用いることもできる。 The material for the lithium ion conductivity-improving porous member is not particularly limited as long as it can improve lithium ion conductivity, and examples thereof include a silica-based material. Furthermore, specific examples of the silica-based material include mesoporous silica. In the present invention, mesoporous silica having a radial structure described in JP-A-2005-243342 can also be used as the lithium ion conductivity improving porous member. Moreover, ZrO 2 and WO 3 can also be used as the lithium ion conductivity improving porous member.

正極層に含まれるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量としては、例えば2重量%〜60重量%の範囲内であることが好ましい。リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が多すぎると、電子伝導性の低下が生じる可能性があり、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が少なすぎると、リチウムイオン伝導性の向上を充分に図れない可能性があるからである。   As content of the lithium ion conductivity improvement porous member contained in a positive electrode layer, it is preferable to exist in the range of 2 weight%-60 weight%, for example. If the content of the porous member with improved lithium ion conductivity is too high, the electron conductivity may be lowered. If the content of the porous member with improved lithium ion conductivity is too low, the lithium ion conductivity is improved. This is because there is a possibility that it cannot be sufficiently achieved.

本発明においては、正極層に含有されるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が、正極集電体側表面からセパレータ側表面に向かって、段階的または連続的に増加していることが好ましい。正極集電体側表面におけるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量を少なくすることにより、正極集電体側表面における電子伝導性を向上させることができるからである。   In the present invention, the content of the lithium ion conductivity improving porous member contained in the positive electrode layer is preferably increased stepwise or continuously from the positive electrode current collector side surface to the separator side surface. . This is because the electron conductivity on the surface of the positive electrode current collector can be improved by reducing the content of the porous member for improving lithium ion conductivity on the surface of the positive electrode current collector.

セパレータ側表面からその5μm内側までの領域に含まれるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材の平均含有率を、セパレータ側表面領域平均含有率とする。セパレータ側表面領域平均含有率としては、特に限定されるものではないが、例えば5重量%〜60重量%の範囲内であることが好ましい。
正極集電体側表面からその5μm内側までの領域に含まれるリチウムイオン伝導性向上多孔質部材の平均含有率を、正極集電体側表面領域平均含有率とする。正極集電体側表面領域平均含有率としては、特に限定されるものではないが、例えば2重量%〜5重量%の範囲内であることが好ましい。
セパレータ側表面領域平均含有率と、正極集電体側表面領域平均含有率との差としては、例えば5重量%〜50重量%の範囲内であることが好ましい。
Let the average content rate of the lithium ion conductivity improvement porous member contained in the area | region from the separator side surface to the 5 micrometer inner side be a separator side surface area average content rate. Although it does not specifically limit as a separator side surface region average content rate, For example, it is preferable to exist in the range of 5 weight%-60 weight%.
Let the average content rate of the lithium ion conductivity improvement porous member contained in the area | region from the positive electrode collector side surface to the inside of 5 micrometers be a positive electrode collector side surface area average content rate. Although it does not specifically limit as a positive electrode collector side surface area average content rate, For example, it is preferable to exist in the range of 2 weight%-5 weight%.
The difference between the separator-side surface region average content and the positive electrode current collector-side surface region average content is preferably, for example, in the range of 5 wt% to 50 wt%.

正極層に、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量の傾斜を付与する方法としては、所望の傾斜を付与することができる方法であれば特に限定されるものではないが、具体的には、活物質とリチウムイオン伝導性向上多孔質部材との比重の相違を利用する方法、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量を変化させた複数のペーストを用いる方法、および活物質の磁性を利用する方法等を挙げることができる。   The method for imparting a gradient of the content of the lithium ion conductivity improving porous member to the positive electrode layer is not particularly limited as long as it is a method capable of imparting a desired gradient. Specifically, , A method utilizing the difference in specific gravity between the active material and the lithium ion conductivity-improving porous member, a method using a plurality of pastes in which the content of the lithium ion conductivity-improving porous member is changed, and the magnetism of the active material The method of utilization etc. can be mentioned.

活物質とリチウムイオン伝導性向上多孔質部材との比重の相違を利用する方法においては、通常、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材と、それよりも比重の重い活物質とが用いられる。これにより、比重の重い活物質はより沈降し易いため、結果としてリチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量に傾斜が生じる。活物質とリチウムイオン伝導性向上多孔質部材と比重の差としては、所望の傾斜が生じれば特に限定されるものではないが、例えば1.0g/cm〜5.0g/cmの範囲内、中でも2.0g/cm〜4.0g/cmの範囲内であることが好ましい。 In the method using the difference in specific gravity between the active material and the lithium ion conductivity-improved porous member, a lithium ion conductivity-improved porous member and an active material having a higher specific gravity than that are usually used. Thereby, since the active material with a heavy specific gravity tends to settle more, as a result, inclination arises in content of a lithium ion conductivity improvement porous member. The difference between the active material and lithium ion conductivity enhancing porous member and the specific gravity, but not desired tilt is particularly limited so Shojire, for example in a range from 1.0g / cm 3 ~5.0g / cm 3 among them, preferably in the range of inter alia 2.0g / cm 3 ~4.0g / cm 3 .

例えば活物質、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材、結着材、導電化材および溶媒等を含有するペーストを用意し、集電体に塗布する。その後、乾燥を行う前に、集電体上に塗布されたペーストを数時間〜数十時間静置することにより、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量に傾斜が生じる。比重の相違を利用する方法により、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が連続的に変化した電極層(正極層または負極層)を得ることができる。   For example, a paste containing an active material, a lithium ion conductivity improving porous member, a binder, a conductive material and a solvent is prepared and applied to a current collector. Then, before drying, the paste applied on the current collector is allowed to stand for several hours to several tens of hours, whereby the content of the lithium ion conductivity improving porous member is inclined. By the method using the difference in specific gravity, an electrode layer (positive electrode layer or negative electrode layer) in which the content of the porous member having improved lithium ion conductivity is continuously changed can be obtained.

リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量を変化させた複数のペーストを用いる方法は、このような複数のペーストを集電体に順次塗布することにより、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量を傾斜させる方法である。複数のペーストを用いる方法により、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が段階的に変化した電極層(正極層または負極層)を得ることができる。本発明においては、通常、2〜4種類のペーストが用いられ、中でも2〜3種類のペーストを用いることが好ましい。ペーストの塗布方法としては、ドクターブレード法等の一般的な塗布方法を挙げることができる。   The method of using a plurality of pastes in which the content of the porous member improved in lithium ion conductivity is changed is that the plurality of pastes are sequentially applied to the current collector to thereby contain the porous member improved in lithium ion conductivity. It is a method of tilting the amount. By a method using a plurality of pastes, an electrode layer (positive electrode layer or negative electrode layer) in which the content of the lithium ion conductivity improving porous member is changed stepwise can be obtained. In the present invention, usually 2 to 4 types of pastes are used, and 2 to 3 types of pastes are preferably used. Examples of the paste application method include a general application method such as a doctor blade method.

活物質の磁性を利用する方法は、活物質に磁場を印加することにより、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量を傾斜させる方法である。磁場を印加し集電体側表面における活物質の含有量を増やすことにより、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量に傾斜を生じさせる。なお、活物質の磁性を利用する方法においては、通常、磁性の影響を受けないリチウムイオン伝導性向上多孔質部材が用いられる。印加する磁束密度としては、特に限定されるものではないが、例えば3000ガウス〜7000ガウスの範囲内であることが好ましい。この方法では、磁場性の印加方法により、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量を段階的に変化させることもでき、連続的に変化させることもできる。   The method using the magnetism of the active material is a method of inclining the content of the porous member with improved lithium ion conductivity by applying a magnetic field to the active material. By applying a magnetic field and increasing the content of the active material on the current collector side surface, the content of the lithium ion conductivity-improving porous member is inclined. In the method using the magnetism of the active material, a lithium ion conductivity improving porous member which is not affected by magnetism is usually used. Although it does not specifically limit as a magnetic flux density to apply, For example, it is preferable to exist in the range of 3000 gauss-7000 gauss. In this method, the content of the lithium ion conductivity-improving porous member can be changed stepwise or continuously by a magnetic field application method.

本発明においては、上述した傾斜付与方法により、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が段階的または連続的に変化した電極層を得ることができる。すなわち、本発明においては、活物質およびリチウムイオン伝導性向上多孔質部材を含有するペーストを集電体に塗布し、集電体側表面からその反対側表面に向かって、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が段階的または連続的に増加した電極層を得る傾斜付与方法を行う電極層形成工程を有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ことができる。   In the present invention, an electrode layer in which the content of the lithium ion conductivity-improving porous member is changed stepwise or continuously can be obtained by the above-described gradient imparting method. That is, in the present invention, a paste containing an active material and a lithium ion conductivity-improving porous member is applied to a current collector, and the lithium ion conductivity-improving porous material from the current collector side surface toward the opposite surface. It is possible to provide a method for manufacturing a lithium secondary battery, which includes an electrode layer forming step of performing an inclination imparting method for obtaining an electrode layer in which the content of a member is increased stepwise or continuously.

2.正極
次に、本発明に用いられる正極について説明する。本発明に用いられる正極は、通常、正極集電体と、正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層とを有する。
2. Next, the positive electrode used in the present invention will be described. The positive electrode used in the present invention usually has a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material.

上記正極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばアルミニウム、SUS、ニッケル、鉄およびチタン等を挙げることができ、中でもアルミニウムおよびSUSが好ましい。さらに、上記正極集電体は、緻密金属集電体であっても良く、多孔質金属集電体であっても良いが、中でも本発明においては、上記正極集電体が多孔質金属集電体であることが好ましい。正極集電体と正極層との接触面積が増加し、電子伝導性を向上させることができるからである。上述したように、本発明においては、リチウムイオン伝導性向上多孔質部材を用いることで、リチウムイオン伝導性を向上させることができる。リチウム二次電池の高出力化を図るためには、リチウムイオン伝導性の向上とともに、電子伝導性の向上を図ることが好ましい。従って、多孔質金属集電体を用いることにより、電子伝導性を向上させることができ、結果として電子伝導性およびリチウムイオン伝導性を両方向上させることができ、高出力なリチウム二次電池を得ることができるのである。   The material of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include aluminum, SUS, nickel, iron and titanium. Among them, aluminum and SUS are preferable. . Further, the positive electrode current collector may be a dense metal current collector or a porous metal current collector. In the present invention, the positive electrode current collector is a porous metal current collector. It is preferable that it is a body. This is because the contact area between the positive electrode current collector and the positive electrode layer is increased, and the electron conductivity can be improved. As described above, in the present invention, lithium ion conductivity can be improved by using the lithium ion conductivity improving porous member. In order to increase the output of the lithium secondary battery, it is preferable to improve the electron conductivity as well as the lithium ion conductivity. Therefore, by using the porous metal current collector, the electron conductivity can be improved, and as a result, both the electron conductivity and the lithium ion conductivity can be improved, and a high-power lithium secondary battery is obtained. It can be done.

上記多孔質金属集電体としては、三次元網目構造を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、発泡金属を用いた集電体、繊維金属を用いた集電体等を挙げることができ、中でも発泡金属を用いた集電体が好ましい。細孔径が均一で、表面積が大きいという利点を有するからである。また、上記多孔質金属集電体は、表面にめっき処理が施されたものであっても良い。表面にめっき処理を施すことにより、用いることができる多孔質金属集電体の選択の幅を広げることができるからである。めっき処理に用いられる金属としては、電気化学的に安定な金属であれば特に限定されるものではないが、例えば白金、金等を挙げることができ、中でも白金が好ましい。特に本発明においては、上記正極集電体が、Ptめっきを施した発泡SUSであることが好ましい。   The porous metal current collector is not particularly limited as long as it has a three-dimensional network structure. For example, a current collector using foam metal, a current collector using fiber metal, etc. Among them, a current collector using a foam metal is preferable. This is because the pore diameter is uniform and the surface area is large. The porous metal current collector may have a surface plated. This is because the range of selection of a porous metal current collector that can be used can be widened by plating the surface. The metal used for the plating treatment is not particularly limited as long as it is an electrochemically stable metal, and examples thereof include platinum and gold. Among these, platinum is preferable. In particular, in the present invention, the positive electrode current collector is preferably foamed SUS subjected to Pt plating.

上記多孔質金属集電体の平均細孔径としては、特に限定されるものではないが、例えば50μm〜600μmの範囲内、中でも50μm〜150μmの範囲内であることが好ましい。上記多孔質金属集電体の厚さとしては、特に限定されるものではないが、例えば100μm〜500μmの範囲内、中でも100μm〜250μmの範囲内であることが好ましい。   The average pore diameter of the porous metal current collector is not particularly limited. For example, it is preferably in the range of 50 μm to 600 μm, and more preferably in the range of 50 μm to 150 μm. The thickness of the porous metal current collector is not particularly limited, but is preferably in the range of 100 μm to 500 μm, and more preferably in the range of 100 μm to 250 μm.

次に、正極集電体上に形成される正極層について説明する。本発明に用いられる正極層は、少なくとも正極活物質を含有するものであり、通常さらに、導電化材および結着材を含有する。上記正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えばLiCoO、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiFePO等を挙げることができ、中でもLiNiOが好ましい。また上記導電化材としては、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック等を挙げることができる。さらに上記結着剤としては、例えばポリビニリデンフロライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を挙げることができる。 Next, the positive electrode layer formed on the positive electrode current collector will be described. The positive electrode layer used in the present invention contains at least a positive electrode active material, and usually further contains a conductive material and a binder. The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude / release lithium ions. Examples thereof include LiCoO 2 , LiCoO 4 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiFePO 4. Among these, LiNiO 2 is preferable. Examples of the conductive material include carbon black and acetylene black. Furthermore, examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE).

3.負極
次に、本発明に用いられる負極について説明する。本発明に用いられる負極は、通常、負極集電体と、負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層とを有する。
3. Next, the negative electrode used in the present invention will be described. The negative electrode used in the present invention usually has a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on the negative electrode current collector and containing a negative electrode active material.

上記負極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば銅、ステンレス、ニッケル等を挙げることができ、中でも銅が好ましい。さらに、上記負極集電体は、緻密金属集電体であっても良く、多孔質金属集電体であっても良いが、中でも本発明においては、上記負極集電体が多孔質金属集電体であることが好ましい。多孔質金属集電体については、上記「2.正極」に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。また、本発明においては、電池ケースが負極の機能を兼ね備えていても良い。   The material for the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity, and examples thereof include copper, stainless steel, nickel, and the like, among which copper is preferable. Furthermore, the negative electrode current collector may be a dense metal current collector or a porous metal current collector. In the present invention, the negative electrode current collector is a porous metal current collector. It is preferable that it is a body. The porous metal current collector is the same as that described in “2. Cathode” above, and will not be described here. In the present invention, the battery case may have a negative electrode function.

本発明に用いられる負極層は、少なくとも負極活物質を含有するものであり、必要に応じて、導電化材および結着材を含有しても良い。上記負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、およびグラファイト等の炭素材料等を挙げることができ、中でもグラファイトが好ましい。また、上記負極活物質は、粉末状であっても良く、薄膜状であっても良い。なお、負極層に用いられる導電化材および結着剤については、上記正極層と同様のものを用いることができる。   The negative electrode layer used in the present invention contains at least a negative electrode active material, and may contain a conductive material and a binder as necessary. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude / release lithium ions. For example, metal lithium, lithium alloy, metal oxide, metal sulfide, metal nitride, and Examples thereof include carbon materials such as graphite, among which graphite is preferable. The negative electrode active material may be in the form of a powder or a thin film. In addition, about the electrically conductive material and binder used for a negative electrode layer, the thing similar to the said positive electrode layer can be used.

4.その他の部材
本発明のリチウム二次電池は、正極層および負極層の間に配置されたセパレータを有する。本発明に用いられるセパレータとしては、非水電解液を保持する機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を挙げることができる。
4). Other Members The lithium secondary battery of the present invention has a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer. The separator used in the present invention is not particularly limited as long as it has a function of holding a nonaqueous electrolytic solution. For example, a porous film such as polyethylene and polypropylene, a nonwoven fabric such as a resin nonwoven fabric, and a glass fiber nonwoven fabric. Etc.

本発明に用いられる非水電解液は、通常、リチウム塩および非水溶媒を有する。上記リチウム塩としては、一般的なリチウム二次電池に用いられるリチウム塩であれば特に限定されるものではないが、例えばLiPF、LiBF、LiN(CFSO、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSOおよびLiClO等を挙げることができる。一方、上記非水溶媒としては、上記リチウム塩を溶解できるものであれば特に限定されるものではないが、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、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、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−ブチロラクトン等が挙げられる。本発明においては、これらの非水溶媒を一種のみ用いても良く、二種以上を混合して用いても良い。また、上記非水電解液として、常温溶融塩を用いることもできる。 The nonaqueous electrolytic solution used in the present invention usually has a lithium salt and a nonaqueous solvent. The lithium salt is not particularly limited as long as it is a lithium salt used in a general lithium secondary battery. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and LiClO 4 . On the other hand, the non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the lithium salt. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxy Ethane, 1,2-diethoxyethane, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, etc. Can be mentioned. In the present invention, these non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, room temperature molten salt can also be used as said non-aqueous electrolyte.

本発明に用いられる電池ケースの形状としては、上述した正極、負極およびセパレータ等を収納できるものであれば特に限定されるものではないが、具体的には、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等を挙げることができる。また、本発明のリチウム二次電池は、正極層、セパレータおよび負極層から構成される電極体を有する。上記電極体の形状としては、特に限定されるものではないが、具体的には、平板型および捲回型等を挙げることができる。   The shape of the battery case used in the present invention is not particularly limited as long as it can accommodate the above-described positive electrode, negative electrode, separator, and the like. Specifically, a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, A laminating type etc. can be mentioned. Moreover, the lithium secondary battery of this invention has an electrode body comprised from a positive electrode layer, a separator, and a negative electrode layer. The shape of the electrode body is not particularly limited, and specific examples include a flat plate type and a wound type.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例1−1]
n−メチルピロリドン溶液5重量部に、結着材であるポリビニリデンフロライド(PVDF)を5重量部添加し、3分間撹拌を行った。次に、導電化材であるアセチレンブラックを8重量部添加し、10分間撹拌を行った。次に、メソポーラスシリカ(平均粒径0.64μm、比表面積1093m/g)を2重量部添加し、10分間撹拌を行った。次に、正極活物質であるLiNiO粉末を85重量部添加し、10分間撹拌を行った。これにより、正極層形成用ペーストを得た。
[Example 1-1]
5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder was added to 5 parts by weight of the n-methylpyrrolidone solution, and stirred for 3 minutes. Next, 8 parts by weight of acetylene black as a conductive material was added and stirred for 10 minutes. Next, 2 parts by weight of mesoporous silica (average particle size 0.64 μm, specific surface area 1093 m 2 / g) was added and stirred for 10 minutes. Next, 85 parts by weight of LiNiO 2 powder as a positive electrode active material was added and stirred for 10 minutes. Thus, a positive electrode layer forming paste was obtained.

得られた正極層形成用ペーストを、厚さ15μmのAl集電体上にドクターブレードにより目付量20.5mg/cmで塗布し、80℃で30分間乾燥させた。次に、ロールプレス機にてプレスを行い、電極密度を2.3g/cmとした。最後に、電極面積2cmとなるように打ち抜き、正極を得た。 The obtained paste for positive electrode layer formation was applied onto a 15 μm thick Al current collector with a doctor blade at a basis weight of 20.5 mg / cm 2 and dried at 80 ° C. for 30 minutes. Next, it pressed with the roll press machine and made the electrode density 2.3g / cm < 3 >. Finally, punching was performed so that the electrode area was 2 cm 2 to obtain a positive electrode.

得られた正極と、負極として用意したLi金属とを用いて、2032型コインセルを得た。なお、セパレータには、厚さ25μmのポリエチレン(PE)製微多孔膜を用いた。電解液には、エチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)を体積比率3:7で混合した混合溶媒に、支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度1mol/Lで溶解したものを用いた。 Using the obtained positive electrode and Li metal prepared as the negative electrode, a 2032 type coin cell was obtained. The separator was a microporous film made of polyethylene (PE) having a thickness of 25 μm. In the electrolytic solution, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as a supporting salt at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7. A thing was used.

[実施例1−2および比較例1−1]
正極層形成用ペーストの組成および目付量、並びにプレス後の電極密度を、表1のように調整したこと以外は、実施例1−1と同様にして、コインセルを得た。
[Example 1-2 and Comparative Example 1-1]
A coin cell was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that the composition and basis weight of the positive electrode layer forming paste and the electrode density after pressing were adjusted as shown in Table 1.

[評価]
実施例1−1、実施例1−2および比較例1−1で得られたコインセルのIV抵抗を評価した。まず以下のSOC(state of charge)調整を行い、次にIV抵抗を測定した。
(1)SOC調整
SOC調整の条件を以下に示す。
(a)充電:電流500μA、電圧4.3V、CCモード
(b)休止:5分
(c)放電:電流500μA、電圧3.0V、CCモード
(d)休止:5分
この(a)〜(d)を3サイクル行い、次に以下の充電を行った。
(e)充電:電流500μA、電圧3.72V、CCCVモード、24時間
[Evaluation]
The IV resistance of the coin cell obtained in Example 1-1, Example 1-2, and Comparative Example 1-1 was evaluated. First, the following SOC (state of charge) adjustment was performed, and then the IV resistance was measured.
(1) SOC adjustment Conditions for SOC adjustment are shown below.
(A) Charging: current 500 μA, voltage 4.3 V, CC mode (b) Pause: 5 minutes (c) Discharge: current 500 μA, voltage 3.0 V, CC mode (d) Pause: 5 minutes These (a) to ( d) was performed for 3 cycles, and then the following charge was performed.
(E) Charging: current 500 μA, voltage 3.72 V, CCCV mode, 24 hours

(2)IV抵抗測定
IV抵抗測定の条件を以下に示す。
(f)放電:電流1.5mA、電圧4.3V、時間10秒
(g)休止:5分
(h)充電:電流1.5mA、電圧3.0V、時間10秒
(i)休止:5分
この(f)〜(i)を1サイクルとして、電流値を5mA、15mAと変化させて測定し、IV特性の傾きからIV抵抗(Ω)を算出した。得られた結果を表1に示す。
(2) IV resistance measurement Conditions for IV resistance measurement are shown below.
(F) Discharge: current 1.5 mA, voltage 4.3 V, time 10 seconds (g) pause: 5 minutes (h) charge: current 1.5 mA, voltage 3.0 V, time 10 seconds (i) pause: 5 minutes Measured by changing (f) to (i) to one cycle and changing the current value to 5 mA and 15 mA, IV resistance (Ω) was calculated from the slope of the IV characteristics. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 0005289735
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実施例1−1および実施例1−2と、比較例1−1とを比較すると、メソポーラスシリカを添加することにより、IV抵抗が大幅に抵抗することが確認された。   When Example 1-1 and Example 1-2 were compared with Comparative Example 1-1, it was confirmed that the IV resistance was greatly increased by adding mesoporous silica.

[実施例2−1]
n−メチルピロリドン溶液5重量部に、結着材であるポリビニリデンフロライド(PVDF)を5重量部添加し、3分間撹拌を行った。次に、導電化材であるアセチレンブラック(AB)を2重量部添加し、10分間撹拌を行った。次に、メソポーラスシリカ(平均粒径0.64μm、比表面積1093m/g)を8重量部添加し、10分間撹拌を行った。次に、正極活物質であるLiNiO粉末を85重量部添加し、10分間撹拌を行った。これにより、正極層形成用ペーストを得た。
[Example 2-1]
5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder was added to 5 parts by weight of the n-methylpyrrolidone solution, and stirred for 3 minutes. Next, 2 parts by weight of acetylene black (AB) as a conductive material was added and stirred for 10 minutes. Next, 8 parts by weight of mesoporous silica (average particle size 0.64 μm, specific surface area 1093 m 2 / g) was added and stirred for 10 minutes. Next, 85 parts by weight of LiNiO 2 powder as a positive electrode active material was added and stirred for 10 minutes. Thus, a positive electrode layer forming paste was obtained.

得られた正極層形成用ペーストを、Ptめっきを施した発泡SUS集電体(厚さ0.5mm)上にドクターブレードにより目付量105mg/cmで塗布し、80℃で30分間乾燥させた。次に、平板プレス機にてプレスを行い、電極密度を2.3g/cmとした。最後に、電極面積2cmとなるように打ち抜き、正極を得た。 The obtained paste for forming a positive electrode layer was applied onto a foamed SUS current collector (thickness 0.5 mm) subjected to Pt plating with a basis weight of 105 mg / cm 2 by a doctor blade, and dried at 80 ° C. for 30 minutes. . Next, it pressed with the flat plate press and made the electrode density 2.3g / cm < 3 >. Finally, punching was performed so that the electrode area was 2 cm 2 to obtain a positive electrode.

得られた正極と、負極として用意したLi金属と、市販のセル(日本トムセル社製)とを用いて測定用セルを得た。なお、セパレータには、厚さ25μmのポリエチレン(PE)製微多孔膜を用いた。電解液には、エチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)を体積比率3:7で混合した混合溶媒に、支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度1mol/Lで溶解したものを用いた。 A measurement cell was obtained using the obtained positive electrode, Li metal prepared as the negative electrode, and a commercially available cell (manufactured by Nippon Tom Cell). The separator was a microporous film made of polyethylene (PE) having a thickness of 25 μm. In the electrolytic solution, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as a supporting salt at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7. A thing was used.

[比較例2−1および比較例2−2]
正極層形成用ペーストの組成および目付量、並びにプレス後の電極密度を、表2のように調整したこと以外は、実施例2−1と同様にして、測定用セルを得た。なお、比較例2−2においては、集電箔として厚さ15μmのAl集電体を使用した。
[Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2]
A measurement cell was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that the composition and basis weight of the positive electrode layer forming paste and the electrode density after pressing were adjusted as shown in Table 2. In Comparative Example 2-2, an Al current collector having a thickness of 15 μm was used as the current collector foil.

[評価]
実施例2−1、比較例2−1および比較例2−2で得られた測定用セルのエネルギー密度および容量維持率を評価した。まず、以下のSOC(state of charge)調整を行い、次にエネルギー密度および容量維持率を測定した。
(1)SOC調整
SOC調整の条件を以下に示す。
(a)充電:電流(活物質1gに対して15mA)、電圧4.3V、CCモード
(b)休止:5分
(c)放電:電流(活物質1gに対して15mA)、電圧3.0V、CCモード
(d)休止:5分
この(a)〜(d)を3サイクル行った。その後、エネルギー密度および容量維持率を評価するために、それぞれ下記の条件で充放電(サイクル1およびサイクル2)を行った。
[Evaluation]
The energy density and capacity retention rate of the measurement cells obtained in Example 2-1, Comparative Example 2-1, and Comparative Example 2-2 were evaluated. First, the following SOC (state of charge) adjustment was performed, and then the energy density and capacity retention rate were measured.
(1) SOC adjustment Conditions for SOC adjustment are shown below.
(A) Charging: Current (15 mA for 1 g of active material), voltage 4.3 V, CC mode (b) Pause: 5 minutes (c) Discharge: Current (15 mA for 1 g of active material), voltage 3.0 V CC mode (d) Pause: 5 minutes These (a) to (d) were performed for 3 cycles. Then, in order to evaluate an energy density and a capacity | capacitance maintenance factor, charging / discharging (cycle 1 and cycle 2) was performed on the following conditions, respectively.

(2)エネルギー密度
サイクル1
(e)充電:電流(活物質1gに対して15mA)、電圧4.3V、CCCVモード、24時間
(f)休止:2時間
(g)放電:電流(活物質1gに対して15mA)、電圧3.0V、CCモード
(h)休止:5分
このサイクル1の充放電カーブよりエネルギー量を算出し、下記式により、エネルギー密度(mWh/cc)を求めた。
(2) Energy density Cycle 1
(E) Charging: Current (15 mA for 1 g of active material), voltage 4.3 V, CCCV mode, 24 hours (f) Pause: 2 hours (g) Discharge: Current (15 mA for 1 g of active material), voltage 3.0 V, CC mode (h) Pause: 5 minutes The amount of energy was calculated from the charge / discharge curve of this cycle 1, and the energy density (mWh / cc) was determined by the following formula.

Figure 0005289735
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(3)容量維持率
サイクル2
(e)充電:電流(活物質1gに対して15mA)、電圧4.3V、CCCVモード、24時間
(f)休止:2時間
(g)放電:電流(活物質1gに対して1500mA)、電圧3.0V、CCモード
(h)休止:5分
このサイクル2の放電容量と、上述したサイクル1の放電容量とを用いて、下記式により、容量維持率(%)を求めた。得られた結果を表2に示す。
(3) Capacity maintenance rate Cycle 2
(E) Charging: current (15 mA for 1 g of active material), voltage 4.3 V, CCCV mode, 24 hours (f) pause: 2 hours (g) Discharge: current (1500 mA for 1 g of active material), voltage 3.0 V, CC mode (h) Pause: 5 minutes Using the discharge capacity of cycle 2 and the discharge capacity of cycle 1 described above, the capacity retention rate (%) was determined by the following equation. The obtained results are shown in Table 2.

Figure 0005289735
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Figure 0005289735
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実施例2−1は、比較例2−1と比べて容量維持率が向上することが確認された。同様に、実施例2−1は、比較例2−2と比べてエネルギー密度が向上することが確認された。   In Example 2-1, it was confirmed that the capacity retention rate was improved as compared with Comparative Example 2-1. Similarly, it was confirmed that the energy density of Example 2-1 was improved as compared with Comparative Example 2-2.

[実施例3−1]
(正極の作製)
正極活物質LiNiO85重量部に、メソポーラスシリカ(平均粒径0.64μm、比表面積1093m/g)8重量部を混合し、さらに結着材としてPVDF5重量部、導電化材としてカーボンブラック2重量部を混合し、溶媒としてn−メチルピロリドンを用いて正極層形成用ペーストを作製した。得られた正極層形成用ペーストを、厚さ15μmのAl集電体上にドクターブレードにより厚さ45μmとなるように塗付した。ペースト塗工後直ちに、乾燥・プレス・打ち抜き(φ16mm)を行い、正極を得た。
[Example 3-1]
(Preparation of positive electrode)
8 parts by weight of mesoporous silica (average particle size 0.64 μm, specific surface area 1093 m 2 / g) is mixed with 85 parts by weight of the positive electrode active material LiNiO 2, 5 parts by weight of PVDF as a binder, and carbon black 2 as a conductive material. A positive electrode layer forming paste was prepared by mixing parts by weight and using n-methylpyrrolidone as a solvent. The obtained positive electrode layer forming paste was applied onto a 15 μm thick Al current collector by a doctor blade so as to have a thickness of 45 μm. Immediately after applying the paste, drying, pressing, and punching (φ16 mm) were performed to obtain a positive electrode.

(負極の作製)
Li金属をφ19mmに打ち抜き、負極を得た。
(Preparation of negative electrode)
Li metal was punched into φ19 mm to obtain a negative electrode.

(コインセルの作製)
得られた正極および負極を用いて、CR2030型コインセルを得た。なお、電解液は、エチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)を体積比率3:7で混合した混合溶媒に、支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度1mol/Lで溶解したものを用いた。
(Production of coin cell)
A CR2030 coin cell was obtained using the obtained positive electrode and negative electrode. Incidentally, the electrolyte, a volume of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) Ratio 3: a mixed solvent obtained by mixing 7, dissolved lithium hexafluorophosphate as a supporting salt (LiPF 6) at a concentration of 1 mol / L What was done was used.

(コインセルの評価)
電流密度1mA/cmから20mA/cmまで段階的に変えて充放電(上下限電圧4.1V〜3.0V)を実施し、その時の電圧変化から電池内部抵抗を測定した。結果を表3に示す。
(Evaluation of coin cell)
Current density 1 mA / cm 2 from changing stepwise until 20 mA / cm 2 conducted discharge (upper and lower limit voltage 4.1V~3.0V), to measure the internal resistance of the battery from the voltage change at that time. The results are shown in Table 3.

[実施例3−2]
実施例3−1で用いられた正極層形成用ペーストを、厚さ15μmのAl集電体上にドクターブレードにより厚さ45μmとなるように塗付した。次に、メソポーラスシリカ(2.2g/cm)および正極活物質(4.8g/cm)の比重の相違を利用してメソポーラスシリカ含有量を電極厚み方向に傾斜分布を形成するために、塗工したペーストを20時間静置させた。この時、比重が4.8g/cmと重い正極活物質は、Al集電体側に沈降し、Al集電体側の正極活物質比率が大きくなった。この結果、正極層におけるセパレータ側表面のメソポーラスシリカの比率が大きくなった。メソポーラスシリカの電極内分布に傾斜を持たせた後、乾燥、プレス、打ち抜き(φ16mm)を行い、正極を得た。
得られた正極を用いたこと以外は、実施例3−1と同様にしてコインセルを得た。得られたコインセルの電池内部抵抗の結果を表3に示す。
[Example 3-2]
The positive electrode layer forming paste used in Example 3-1 was applied on a 15 μm thick Al current collector by a doctor blade so as to have a thickness of 45 μm. Next, in order to form a gradient distribution of mesoporous silica content in the electrode thickness direction by utilizing the difference in specific gravity of mesoporous silica (2.2 g / cm 3 ) and positive electrode active material (4.8 g / cm 3 ), The coated paste was allowed to stand for 20 hours. At this time, the positive electrode active material having a heavy specific gravity of 4.8 g / cm 3 settled on the Al current collector side, and the ratio of the positive electrode active material on the Al current collector side increased. As a result, the ratio of mesoporous silica on the separator side surface in the positive electrode layer was increased. After inclining the distribution of mesoporous silica in the electrode, drying, pressing, and punching (φ16 mm) were performed to obtain a positive electrode.
A coin cell was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the obtained positive electrode was used. Table 3 shows the results of battery internal resistance of the obtained coin cell.

[実施例3−3]
メソポーラスシリカの使用量を、1重量部、4重量部、8重量部としたこと以外は実施例1と同様にして3種類の正極層形成用ペーストを得た(それぞれペーストA、ペーストB、ペーストCとする)。次に、この3種類のペーストを厚さ15μmのAl集電体上にドクターブレードにより塗付した。ペーストA、B、Cの順番に、それぞれ厚さ15μmに塗布した。メソポーラスシリカの電極内分布に傾斜を持たせた後、乾燥、プレス、打ち抜き(φ16mm)を行い、正極を得た。
得られた正極を用いたこと以外は、実施例3−1と同様にしてコインセルを得た。得られたコインセルの電池内部抵抗の結果を表3に示す。
[Example 3-3]
Three types of positive electrode layer forming pastes were obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of mesoporous silica used was 1 part by weight, 4 parts by weight, and 8 parts by weight (Paste A, Paste B, Paste, respectively) C). Next, these three types of pastes were applied onto a 15 μm thick Al current collector with a doctor blade. The pastes A, B, and C were applied in the order of 15 μm in thickness. After inclining the distribution of mesoporous silica in the electrode, drying, pressing, and punching (φ16 mm) were performed to obtain a positive electrode.
A coin cell was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the obtained positive electrode was used. Table 3 shows the results of battery internal resistance of the obtained coin cell.

[実施例3−4]
実施例3−1で用いられた正極層形成用ペーストを、厚さ15μmのAl集電体上にドクターブレードにより厚さ45μmとなるように塗付した。次に、正極活物質の磁性を利用してAl集電体下部から磁場(磁束密度5000ガウス)を印加してAl集電体側の正極活物質比率を増加させた。この結果、正極層におけるセパレータ側表面のメソポーラスシリカの比率が大きくなった。メソポーラスシリカの電極内分布に傾斜を持たせた後、乾燥、プレス、打ち抜き(φ16mm)を行い、正極を得た。
得られた正極を用いたこと以外は、実施例3−1と同様にしてコインセルを得た。得られたコインセルの電池内部抵抗の結果を表3に示す。
[Example 3-4]
The positive electrode layer forming paste used in Example 3-1 was applied on a 15 μm thick Al current collector by a doctor blade so as to have a thickness of 45 μm. Next, using the magnetism of the positive electrode active material, a magnetic field (magnetic flux density of 5000 gauss) was applied from the bottom of the Al current collector to increase the ratio of the positive electrode active material on the Al current collector side. As a result, the ratio of mesoporous silica on the separator side surface in the positive electrode layer was increased. After inclining the distribution of mesoporous silica in the electrode, drying, pressing, and punching (φ16 mm) were performed to obtain a positive electrode.
A coin cell was obtained in the same manner as in Example 3-1, except that the obtained positive electrode was used. Table 3 shows the results of battery internal resistance of the obtained coin cell.

Figure 0005289735
Figure 0005289735

実施例3−1と、実施例3−2〜3−4とを比較すると、正極層内にメソポーラスシリカの傾斜を形成することにより、内部抵抗が低下することが確認された。   When Example 3-1 was compared with Examples 3-2 to 3-4, it was confirmed that the internal resistance was decreased by forming a gradient of mesoporous silica in the positive electrode layer.

本発明のリチウム二次電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the lithium secondary battery of this invention. 本発明のリチウム二次電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the lithium secondary battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 正極集電体
2 … 正極活物質
3 … 正極層
4 … 負極集電体
5 … 負極活物質
6 … 負極層
7 … セパレータ
8 … リチウムイオン伝導性向上多孔質部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode collector 2 ... Positive electrode active material 3 ... Positive electrode layer 4 ... Negative electrode collector 5 ... Negative electrode active material 6 ... Negative electrode layer 7 ... Separator 8 ... Porous member which improves lithium ion conductivity

Claims (4)

正極集電体と、前記正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層と、負極集電体と、前記負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層と、前記正極層および前記負極層の間に配置されたセパレータと、リチウム塩を含有する非水電解液と、を有するリチウム二次電池であって、
前記正極層が、リチウムイオン伝導性を向上させる多孔質のリチウムイオン伝導性向上多孔質部材を含有し、
前記正極層に含有される前記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の含有量が、前記正極集電体側表面から前記セパレータ側表面に向かって、段階的または連続的に増加していることを特徴とするリチウム二次電池。
A positive electrode current collector, a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material, a negative electrode current collector, and a negative electrode layer formed on the negative electrode current collector and containing a negative electrode active material A lithium secondary battery comprising: a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer; and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt,
The positive electrode layer contains a porous lithium ion conductivity improving porous member that improves lithium ion conductivity,
The content of the lithium ion conductivity-improving porous member contained in the positive electrode layer is increased stepwise or continuously from the positive electrode current collector side surface toward the separator side surface. Rechargeable lithium battery.
前記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材が、メソポーラスシリカであることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium ion conductivity improving porous member is mesoporous silica. 前記正極集電体が、発泡金属集電体であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode current collector is a foam metal current collector. 前記リチウムイオン伝導性向上多孔質部材の平均細孔径が、1nm〜10nmの範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載のリチウム二次電池。  4. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein an average pore diameter of the lithium ion conductivity improving porous member is in a range of 1 nm to 10 nm.
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