JP5371032B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode for secondary battery which has high durability while maintaining low resistance, and to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery using the same. <P>SOLUTION: In the positive electrode for secondary battery including a positive electrode active material, a conductive agent and a binder, and the nonaqueous electrolyte secondary battery using the same, the quantity of the binder is 10 pts.mass or less relative to 100 pts.mass of the positive electrode active material, and the electrode has a porosity of 30-50%, and a pore diameter of 0.09-0.30 &mu;m. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は二次電池用正極およびこれを用いた非水電解液二次電池に関する。更に詳細には従来の二次電池では実現が困難であった高出力特性と耐久性とを共に発現させ得る二次電池用正極およびこれを用いた非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same. More specifically, the present invention relates to a positive electrode for a secondary battery that can exhibit both high output characteristics and durability, which are difficult to realize with a conventional secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.

近年、自動車用の二次電池においてはより高出力の特性が求められており、急速に開発が進められている。これまでに、二次電池を高出力化する手法として、BET比表面積が3m/g以上のスピネル構造マンガン酸化物を正極に使用することや、比表面積が4m/g以上である電極を使用することなどが提案されている。 In recent years, secondary batteries for automobiles have been required to have higher output characteristics and are being developed rapidly. Up to now, as a method for increasing the output of the secondary battery, a spinel structure manganese oxide having a BET specific surface area of 3 m 2 / g or more is used for the positive electrode, or an electrode having a specific surface area of 4 m 2 / g or more. It has been proposed to use it.

また、単に活物質の比表面積を大きくするだけではなく、電極構成材料の粒子サイズを極めて小さくすることにより、サイクル特性および出力特性を向上させた高出力電池が得られることも提案されている。   It has also been proposed that a high-power battery having improved cycle characteristics and output characteristics can be obtained by not only increasing the specific surface area of the active material but also extremely reducing the particle size of the electrode constituent material.

かかる技術で採用する電極構成材料の粒子サイズ、特に正極活物質の平均粒子径の下限は多くの場合5μm以上であった。この理由として、分散性といったプロセス面での課題のみならず、活物質の小粒子化に伴って結着剤などの活物質以外の固形分の含有量が増加し、単位質量あたりの活物質量、すなわち容量密度が減少してしまうということが主な背景にあると考えられる。   In many cases, the lower limit of the particle size of the electrode constituent material employed in such a technique, particularly the average particle size of the positive electrode active material, was 5 μm or more. The reason for this is not only the problem in terms of process such as dispersibility, but also the content of solids other than the active material such as the binder increases as the active material becomes smaller, and the amount of active material per unit mass In other words, the main reason is that the capacity density decreases.

しかし、自動車や電動工具などの用途においては容量密度を多少犠牲にしても高出力を適用する必要性がある。例えば、特許文献1では電極構成材料の活物質の粒子径を5μ以下に小さくし電極の構造を制御することで、出力密度を有意に向上することが確認されている。   However, in applications such as automobiles and power tools, it is necessary to apply high output even if the capacity density is somewhat sacrificed. For example, Patent Document 1 confirms that the power density is significantly improved by controlling the electrode structure by reducing the particle diameter of the active material of the electrode constituent material to 5 μm or less.

さらに、電極構成材料である活物質の粒子径を極めて小さくした場合、比表面積が大きくなるため、粒子間をつなぐ導電パスを形成し、その効果を十分引き出すために多量の導電剤が必要となることが確認されている。
特開2002−151055号公報
Furthermore, when the particle size of the active material that is an electrode constituent material is extremely small, the specific surface area is increased, so that a large amount of conductive agent is required to form a conductive path that connects the particles and to fully bring out the effect. It has been confirmed.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-151055

しかし、出力を高めるための電極の低抵抗化にとって粒子径の小さい活物質を利用するだけでは不十分であり、粒子径の小さい活物質の利用によって発揮される特性を引き出す適切な導電パスの形成が必要である。   However, it is not enough to use an active material with a small particle size to reduce the resistance of the electrode to increase the output, and the formation of an appropriate conductive path that draws out the characteristics exhibited by the use of an active material with a small particle size. is necessary.

同一導電剤量においても電極密度により形成される導電パスは異なる場合がある。電極の密度が低下すると電極構成要素である活物質や導電剤といった構成材料間の距離が空き、導電パスが分断されて短いものが多くなり、使用期間の増加に伴い次第に抵抗が上昇する要因となりうる。一方、電極密度が高すぎると電極を構成する固形分の充填、空隙の減少による拡散の阻害が生じるため抵抗が高くなる。このように、電極密度も電極の抵抗に影響を与える要素の一つであり、高出力化のためには導電剤量の調整だけでなく電極密度の最適化が必要となる。   Even with the same amount of conductive agent, the conductive paths formed may differ depending on the electrode density. When the density of the electrode decreases, the distance between the constituent materials such as the active material and conductive agent, which are electrode components, becomes vacant, and the conductive path is broken to increase the number of short ones, which causes the resistance to increase gradually as the usage period increases. sell. On the other hand, if the electrode density is too high, the resistance increases because the solid content constituting the electrode is inhibited from being diffused due to the reduction of the voids. Thus, the electrode density is one of the factors that affect the resistance of the electrode. In order to increase the output, not only the amount of the conductive agent but also the optimization of the electrode density is required.

他にも抵抗に影響を与える要素がある。その一つに二次電池に使用される結着剤は活物質同士または活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持するという重要な役割を担うが、そのほとんどが絶縁物質であるため結着剤量が増加するほど電極体積あたりの抵抗が増加するという点がある。上記のような高出力化のための活物質の小粒子径化や必要に応じた導電剤量の増加は、電極内において結着剤の増量を不可避的に伴うため、電極全体の抵抗が増加するという問題を生じうる。   There are other factors that affect resistance. For example, binders used in secondary batteries play an important role in maintaining the electrode structure by binding active materials or between active materials and current collectors, but most of them are insulating materials. Therefore, there is a point that the resistance per electrode volume increases as the amount of the binder increases. Increasing the particle size of the active material for higher output as described above and increasing the amount of conductive agent as necessary inevitably increases the amount of binder in the electrode, increasing the overall resistance of the electrode. Can cause problems.

一方、極めて少ない量の結着剤で電極を作製した場合、電極構造の保持能力は極めて弱く、電解液の含浸や充放電に伴う活物質の膨張収縮などによる電極層の剥離が容易に発生する。電極層の剥離が生じると、電子の流れを切断することになり、電気抵抗が増加しやすい状況となる。このような電極は、長期間にわたって抵抗の増加を抑制しかつ高い入出力特性を発現させる必要がある電池の用途、例えば自動車用電池用途において要求される耐久性を満足しないという問題が生じうる。   On the other hand, when an electrode is produced with a very small amount of binder, the electrode structure has a very low holding capacity, and the electrode layer easily peels off due to the impregnation of the electrolyte or expansion / contraction of the active material accompanying charge / discharge. . When the electrode layer is peeled off, the flow of electrons is cut, and the electrical resistance is likely to increase. Such an electrode may cause a problem that it does not satisfy the durability required in battery applications that need to suppress increase in resistance and develop high input / output characteristics over a long period of time, for example, automotive battery applications.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は活物質の小粒子径化による高出力化の効果を最大限引き出しつつ、抵抗上昇率が抑制された高い耐久性を有する二次電池用正極およびこれを用いた非水電解液二次電池を提供することにある。また、さらなる目的はこれにより高出力を保持する機能を保有した自動車用二次電池を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to achieve a high durability in which the rate of increase in resistance is suppressed while maximizing the effect of increasing the output by reducing the particle size of the active material. Another object is to provide a positive electrode for a secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same. A further object is to provide a secondary battery for an automobile having a function of maintaining a high output.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、二次電池用正極の活物質として小さい粒子を用いる際に電極層内の結着性および電極密度を改善することにより上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have improved the binding properties and electrode density in the electrode layer when using small particles as the active material of the positive electrode for secondary batteries. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明の二次電池用正極は正極活物質と導電剤と結着剤とを含む。そして、本発明の二次電池用正極は、前記結着剤の量が前記正極活物質100質量部に対して10質量部以下であり、電極の空隙率が30%以上50%以下であり、細孔径が0.09μm以上0.30μm以下である。   That is, the positive electrode for secondary batteries of the present invention includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. And the positive electrode for secondary batteries of the present invention, the amount of the binder is 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, the porosity of the electrode is 30% or more and 50% or less, The pore diameter is 0.09 μm or more and 0.30 μm or less.

本発明によれば、高出力特性と耐久性を兼ね備えた非水電解液二次電池が得られる。その結果、高出力で耐久性に優れた自動車用二次電池が得られる。   According to the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high output characteristics and durability can be obtained. As a result, an automotive secondary battery having high output and excellent durability can be obtained.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(正極の構成)
本発明の代表的な一実施形態は正極活物質と導電剤と結着剤とを含む二次電池用正極に関する。そして、本発明の二次電池用正極は、前記結着剤の量が前記正極活物質100質量部に対して10質量部以下であり、電極の空隙率が30%以上50%以下であり、細孔径が0.09μm以上0.30μm以下である。かような形態によれば、電極内の抵抗が低減され、高出力特性を有し、優れた耐久性を有する二次電池用正極を得ることができる。
(Positive electrode configuration)
One typical embodiment of the present invention relates to a positive electrode for a secondary battery including a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. And the positive electrode for secondary batteries of the present invention, the amount of the binder is 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, the porosity of the electrode is 30% or more and 50% or less, The pore diameter is 0.09 μm or more and 0.30 μm or less. According to such a form, the resistance in an electrode is reduced, it has a high output characteristic, and the positive electrode for secondary batteries which has the outstanding durability can be obtained.

図1は、本発明の二次電池用正極を表す模式図である。電極層2には、正極活物質3、導電剤4、結着剤5、および空隙6が含まれる。そして、電極層2は集電体1の上に形成されている。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a positive electrode for a secondary battery according to the present invention. The electrode layer 2 includes a positive electrode active material 3, a conductive agent 4, a binder 5, and voids 6. The electrode layer 2 is formed on the current collector 1.

上述のように、本発明の二次電池用正極は、電極構成材料として活物質と導電剤と結着剤を含む。以下、本発明の二次電池用正極について詳細に説明する。   As described above, the positive electrode for a secondary battery of the present invention includes an active material, a conductive agent, and a binder as an electrode constituent material. Hereinafter, the positive electrode for a secondary battery of the present invention will be described in detail.

[空隙率]
本発明の二次電池用正極は、電極の空隙率が30%以上50%以下、好ましくは30%以上45%以下であることを特徴とする。本発明において「空隙率」とは電極層の体積に対する、電極層内部に存在する空隙部(細孔)の総体積の割合を意味する。空隙率の算出方法は特に制限されないが、例えば、電極層の電極密度および電極層を構成する構成材料の真密度から下記式を用いて算出することができる。ここで、「電極密度」とは電極層内の細孔を考慮した密度をいい、電極層と集電体からなる電極のうち、電極層の固形分の平均的な充填度合い、すなわち電極層内の固形分の平均密度をいう。また、「真密度」とは電極層を構成する固形分の、細孔を考慮しない理論密度をいう。
[Porosity]
The positive electrode for a secondary battery of the present invention is characterized in that the porosity of the electrode is 30% to 50%, preferably 30% to 45%. In the present invention, “porosity” means the ratio of the total volume of voids (pores) existing inside the electrode layer to the volume of the electrode layer. The method for calculating the porosity is not particularly limited. For example, the porosity can be calculated from the electrode density of the electrode layer and the true density of the constituent material constituting the electrode layer using the following formula. Here, the “electrode density” refers to the density in consideration of the pores in the electrode layer. Among the electrodes composed of the electrode layer and the current collector, the average filling degree of the solid content of the electrode layer, that is, in the electrode layer The average density of solid content. The “true density” refers to a theoretical density that does not take into account pores of solids constituting the electrode layer.

Figure 0005371032
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電極密度は、例えば電極および集電体について質量および厚さを測定し、測定した質量および厚さの値から下記関係式を用いて算出することができる。   The electrode density can be calculated, for example, by measuring the mass and thickness of the electrode and the current collector and using the following relational expression from the measured mass and thickness values.

Figure 0005371032
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正極活物質、導電剤、および結着剤の配合比がx:y:zである場合に、正極活物質、導電剤、および結着剤からなる固形分の真密度は下記式により求めることができる。   When the compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder is x: y: z, the true density of the solid content composed of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder can be obtained by the following formula. it can.

Figure 0005371032
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また、水銀圧入法による細孔分布測定などにより電極層内部に存在する空隙(細孔)の体積を測定し、電極層の体積に対する割合として空隙率を求めてもよい。水銀圧入法とは、どれくらいの圧力をかけたときに、どれくらいの大きさの孔に水銀が入っていくかを、理論的に計算する方法である。かける圧力を連続的に増加させながら、水銀液面の表面の変化(つまり細孔への水銀侵入量)を検出することにより、試料表面の細孔の大きさとその体積を測定することができる。   Alternatively, the volume of voids (pores) existing inside the electrode layer may be measured by measuring the pore distribution by a mercury intrusion method, and the porosity may be obtained as a ratio to the volume of the electrode layer. The mercury intrusion method is a method of theoretically calculating how much pressure is applied and how much mercury enters the hole. By detecting the change in the surface of the mercury liquid surface (that is, the amount of mercury penetrating into the pores) while continuously increasing the applied pressure, the size and volume of the pores on the sample surface can be measured.

Figure 0005371032
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なお、測定に用いられる装置については特に制限されないが、0.01mg程度の測定能を有する精密天秤および数μm程度、よりこの好ましくは0.1μm程度の測定能を有する膜厚計を用いることが好ましい。   The apparatus used for the measurement is not particularly limited, but a precision balance having a measuring ability of about 0.01 mg and a film thickness meter having a measuring ability of about several μm, more preferably about 0.1 μm are preferably used. preferable.

リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池の充放電は、活物質のリチウムイオンが電極層内の空隙部を満たした電解質中に出入りし、同時に電子が導電剤を通して移動することによってなされる。このため、電極の抵抗は電解質に満たされた空隙内部および活物質界面におけるリチウムイオンの移動性ならびに活物質と導電剤の界面における電子の移動性が大きく影響すると考えられる。一般に、電子の移動速度よりもイオンの移動速度のほうが遅いため、リチウムイオン二次電池の充放電においては、リチウムイオンの拡散性の制御が低抵抗化にとって重要である。このため、活物質の比表面積を大きくし、そしてリチウムイオンの拡散に十分な空隙領域を確保することでリチウムイオンの輸送を良好なものとでき、電極全体の抵抗を抑制することができる。一方で、十分なリチウムイオンの拡散領域を確保しても、電子の伝導パスが弱い場合には活物質本来の性能を十分に引き出すことができず、電極の抵抗が上昇する要因となる。   Charging / discharging of non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries is performed by the lithium ions of the active material entering and exiting the electrolyte filling the voids in the electrode layer, and at the same time, electrons move through the conductive agent. The For this reason, it is considered that the resistance of the electrode is greatly influenced by the mobility of lithium ions inside the void filled with the electrolyte and at the interface of the active material and the mobility of electrons at the interface between the active material and the conductive agent. In general, since the movement speed of ions is slower than the movement speed of electrons, in the charge / discharge of a lithium ion secondary battery, control of lithium ion diffusivity is important for reducing resistance. For this reason, by increasing the specific surface area of the active material and securing a void region sufficient for the diffusion of lithium ions, the transport of lithium ions can be improved, and the resistance of the entire electrode can be suppressed. On the other hand, even if a sufficient diffusion region of lithium ions is secured, if the electron conduction path is weak, the original performance of the active material cannot be sufficiently obtained, which causes the resistance of the electrode to increase.

本発明では上記範囲の空隙率を採用することによって、リチウムイオンが拡散する空隙領域を十分に広く確保し、固形分によるリチウムイオンの拡散の阻害を軽減することが可能となるため、抵抗上昇率を抑制することができる。空隙率が50%を超えるとエネルギー密度が低下するとともに、導電パスが弱まり、使用期間の増加に伴い次第に抵抗が上昇するため好ましくない。また、空隙率が30%未満である場合には固形分の充填によるリチウムイオンの拡散の阻害が生じ、抵抗が上昇するため好ましくない。   In the present invention, by adopting the porosity in the above range, it is possible to secure a sufficiently large void region in which lithium ions diffuse and to reduce inhibition of lithium ion diffusion due to solid content. Can be suppressed. If the porosity exceeds 50%, the energy density is lowered, the conductive path is weakened, and the resistance gradually increases with an increase in the period of use, which is not preferable. Moreover, when the porosity is less than 30%, the diffusion of lithium ions due to the filling of the solid content is inhibited, and the resistance is increased, which is not preferable.

[細孔径]
本発明の二次電池正極は、細孔径が0.09μm以上0.30μm以下、好ましくは0.1μm以上0.25μm以下であることを特徴とする。本発明において「細孔径」とは電極構造内部に存在する空隙部(細孔)の細孔直径の平均値をいう。細孔径の測定方法は特に制限されないが、例えば水銀圧入法による細孔分布測定によって求まる。
[Pore diameter]
The positive electrode of the secondary battery of the present invention is characterized in that the pore diameter is 0.09 μm or more and 0.30 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 0.25 μm or less. In the present invention, the “pore diameter” means an average value of pore diameters of voids (pores) existing in the electrode structure. The method for measuring the pore diameter is not particularly limited, and can be determined, for example, by measuring the pore distribution by mercury porosimetry.

電極層において、活物質等が結着剤によって結着された固形分以外の空隙部分は細孔状となっていると考えられ、電解質の満たされたこれらの細孔部をリチウムイオンが拡散する。このリチウムイオンの拡散が充放電反応を担うため、リチウムイオンの拡散に適切な大きさの細孔径を確保することによって、電極全体の抵抗を抑制することが可能となる。   In the electrode layer, it is considered that the voids other than the solid content in which the active material or the like is bound by the binder are pores, and lithium ions diffuse through these pores filled with the electrolyte. . Since the diffusion of lithium ions is responsible for the charge / discharge reaction, it is possible to suppress the resistance of the entire electrode by ensuring a pore size having an appropriate size for the diffusion of lithium ions.

本発明では上記範囲の細孔径を有する電極を用いることで、空隙部への電解質の含浸が良好なものとなり、リチウムイオンの拡散が良好となって電極の抵抗を抑制することができるため好ましい。細孔径が0.30μmを超えると導電パスが弱まり、抵抗上昇を招くおそれがある。また、細孔径が0.09μm未満である場合にはリチウムイオンが拡散する空隙領域が狭いため、リチウムイオンの拡散の阻害が生じやすい。   In the present invention, it is preferable to use an electrode having a pore diameter in the above-mentioned range because the electrolyte is satisfactorily impregnated in the void portion, the lithium ion diffusion is improved, and the resistance of the electrode can be suppressed. When the pore diameter exceeds 0.30 μm, the conductive path is weakened, which may increase resistance. In addition, when the pore diameter is less than 0.09 μm, the void region in which lithium ions diffuse is narrow, so that inhibition of lithium ion diffusion is likely to occur.

このように、本発明の二次電池正極は空隙率および細孔径を制御することによって、強固な導電パスの確保とリチウムイオンの拡散の阻害の軽減を実現し、抵抗上昇率の抑制を可能とするものである。   As described above, the secondary battery positive electrode of the present invention can control the porosity and pore diameter, thereby ensuring a strong conductive path and reducing the inhibition of lithium ion diffusion and enabling the resistance increase rate to be suppressed. To do.

[正極活物質]
本発明の二次電池用正極に用いられる正極活物質は、平均粒子径が0.1〜10μmのものを用いることが好ましく、0.5〜7μmのものを用いることがより好ましく、1〜5μmのものを用いることが特に好ましい。かかる範囲の平均粒子径を有する活物質を用いることにより、電極の反応抵抗の低下と電池の容量密度の増大が図れ、高出力の電極を作製することができる。なお、本発明において、平均粒子径は、レーザー回折散乱法を用いて得られたD50値(メディアン径)を採用するものとする。
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material used for the positive electrode for secondary batteries of the present invention preferably has an average particle size of 0.1 to 10 μm, more preferably 0.5 to 7 μm, and more preferably 1 to 5 μm. It is particularly preferable to use those. By using an active material having an average particle diameter in such a range, the reaction resistance of the electrode can be reduced and the capacity density of the battery can be increased, and a high output electrode can be produced. In addition, in this invention, D50 value (median diameter) obtained using the laser diffraction scattering method shall be employ | adopted for an average particle diameter.

上記正極活物質は、以下に制限されることはないが、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガンニッケルコバルト酸リチウムおよびオリビン型燐酸鉄からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。これらを用いると、平均粒子径を上記範囲に容易に調整することが可能である。   The positive electrode active material is not limited to the following, but is at least one selected from the group consisting of lithium manganate, lithium nickelate, lithium cobaltate, lithium manganese nickel cobaltate and olivine-type iron phosphate Is preferred. When these are used, the average particle diameter can be easily adjusted to the above range.

[正極側の結着剤]
本発明の二次電池用正極において、結着剤の量は上述した正極活物質100質量部に対して10質量部以下であることが好ましく、3〜10質量部であることがより好ましく、4〜8質量部であることが特に好ましい。また、上記の結着剤の量は、導電剤100質量部に対して90質量部以下であることが好ましく、40〜90質量部であることがより好ましく、50〜80質量部であることが特に好ましい。結着剤の量が正極活物質100質量部に対して10質量部を超えると、電極全体の抵抗が上昇する場合がある。結着剤の量を上記範囲とすることで、粒子径の変化に伴い変動しうる結着剤量を常に少量に抑制し、結着剤による電極内の空隙の充填および活物質および導電剤等の固形分の被覆を抑制することが可能となる。
[Binder on the positive electrode side]
In the positive electrode for a secondary battery of the present invention, the amount of the binder is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material described above. It is especially preferable that it is -8 mass parts. The amount of the binder is preferably 90 parts by mass or less, more preferably 40 to 90 parts by mass, and 50 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive agent. Particularly preferred. When the amount of the binder exceeds 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, the resistance of the entire electrode may increase. By setting the amount of the binder within the above range, the amount of the binder that can fluctuate with a change in the particle size is always suppressed to a small amount, filling the voids in the electrode with the binder and the active material and the conductive agent, etc. It becomes possible to suppress the coating of the solid content.

本発明の結着剤は、フッ素系樹脂を主成分として含むことが好ましい。かかる場合に、耐薬品性(耐電解液性)を良好に維持できるという優れた効果がある。ここで言う「主成分」とは、前記結着剤の成分の中で最も配合比の高い成分を意味する。フッ素系樹脂の含有量は本発明の目的を損なわない範囲であれば特に制限されないが、前記結着剤中に20質量%以上含まれることが好ましく、50質量%以上含まれることがより好ましく、80質量%以上含まれることが特に好ましい。   The binder of the present invention preferably contains a fluororesin as a main component. In such a case, there is an excellent effect that chemical resistance (electrolytic solution resistance) can be maintained well. The term “main component” as used herein means a component having the highest blending ratio among the components of the binder. The content of the fluororesin is not particularly limited as long as it does not impair the object of the present invention, but it is preferably contained in the binder at 20% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, It is particularly preferable that the content is 80% by mass or more.

上記のフッ素樹脂としては、以下に制限されることはないが、例えばフッ化ビニリデン系樹脂、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/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、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合体(PFA)、ポリクロロトリフロロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、およびこれらの少なくとも一種を主成分とする共重合体、ならびにビニリデンフルオロライド系フッ素ゴム、プロピレン/テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム、および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系フッ素ゴムなどのフッ素ゴムなどが挙げられる。   Examples of the fluororesin include, but are not limited to, vinylidene fluoride resin, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer Polymers (ECTFE), copolymers based on at least one of these, vinylidene fluoride fluoropolymers, propylene / tetrafluoroethylene fluororubbers, and tetrafluoroethylene / perful Such as fluorine rubber, such as Russia alkyl vinyl ether type fluorine-containing rubber.

中でも好ましくはフッ化ビニリデン系樹脂であり、より好ましくは極性を有する官能基を含有するフッ化ビニリデン系樹脂である。フッ化ビニリデン系樹脂を結着剤として用いることにより、活物質を細粒化しても均一分散が可能であり、製造の際にはスラリーを容易に調製できるという利点がある。さらに、上記結着剤は活物質および導電剤の被覆防止の観点から繊維状であることが好ましい。   Among them, preferred is a vinylidene fluoride resin, and more preferred is a vinylidene fluoride resin containing a functional group having polarity. By using a vinylidene fluoride resin as a binder, there is an advantage that uniform dispersion is possible even if the active material is finely divided, and that a slurry can be easily prepared during production. Further, the binder is preferably fibrous from the viewpoint of preventing the coating of the active material and the conductive agent.

フッ化ビニリデン系樹脂に含有される官能基としては以下に限定されることはないが、例えば既知のカルボキシル基、エポキシ基、水酸基等の極性基を用いることができる。かかる極性基を含有するフッ素樹脂は、すなわちフッ素樹脂の変性品(以下、「変性処理したフッ素系樹脂」とも称する)であり、かかる極性基を有しない「未変性品」に比して一層結着性を向上させることができる。なお、本明細書において、上述の「変性処理」とは、ポリマーに対して極性を有する官能基を導入することを意味する。   The functional group contained in the vinylidene fluoride resin is not limited to the following, and for example, known polar groups such as a carboxyl group, an epoxy group, and a hydroxyl group can be used. Such a fluororesin containing a polar group is a modified product of a fluororesin (hereinafter also referred to as a “modified fluororesin”), and is further bonded to an “unmodified product” that does not have such a polar group. Wearability can be improved. In the present specification, the above-mentioned “modification treatment” means introducing a functional group having polarity with respect to the polymer.

また、結着剤として上記の未変性のフッ素系樹脂または変性処理したフッ素系樹脂を単独で用いても、両方を含有してもよい。   Further, as the binder, the above-mentioned unmodified fluororesin or modified fluororesin may be used alone or both may be contained.

上記変性処理の方法として、フッ化ビニリデン樹脂の変性方法については特定の方法に限定されるものではない。例えば、(a)フッ化ビニリデン系単量体と官能基を有する単量体とを共重合させる方法;(b)フッ化ビニリデン系樹脂を溶解または膨潤する溶媒中で変性剤と反応させる方法;(c)放射線を照射してグラフト処理を行うことにより変性処理する方法などがある。中でも、(a)フッ化ビニリデン系単量体と官能基を有する単量体とを共重合させる方法によるものが好ましい。以下、上記(a)〜(c)の変性処理の方法を詳細に述べる。   As a method of the modification treatment, the modification method of the vinylidene fluoride resin is not limited to a specific method. For example, (a) a method of copolymerizing a vinylidene fluoride monomer and a monomer having a functional group; (b) a method of reacting with a modifier in a solvent that dissolves or swells the vinylidene fluoride resin; (C) There is a method of modifying treatment by irradiating with radiation and performing grafting treatment. Among these, (a) a method by copolymerizing a vinylidene fluoride monomer and a monomer having a functional group is preferable. Hereinafter, the modification treatment methods (a) to (c) will be described in detail.

(a)フッ化ビニリデン系単量体と極性基を有する単量体との共重合(特開平6−172452号公報(以下、「文献1」とも称する)に記載の方法)
本変性処理の方法で使用されるフッ化ビニリデンは、フッ化ビニリデン単独であっても、またはフッ化ビニリデンと他の単量体との混合物であってもよい。前記他の単量体の例としては、フッ化ビニリデンと共重合可能なフッ素系単量体、またはエチレン、プロピレン等の炭化水素系単量体が挙げられる。フッ化ビニリデンと共重合可能なフッ素系単量体の例としては、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、またはフルオロアルキルビニルエ−テルなどが挙げられる。これらフッ化ビニリデンと共重合可能な他の単量体の量は、得られる共重合体の溶剤溶解性と耐溶剤性とのバランスを考慮して、フッ化ビニリデンと他の単量体との総量の20質量%未満であることが好ましい。
(A) Copolymerization of a vinylidene fluoride monomer and a monomer having a polar group (the method described in JP-A-6-172451 (hereinafter also referred to as “Document 1”))
The vinylidene fluoride used in the method of the modification treatment may be vinylidene fluoride alone or a mixture of vinylidene fluoride and other monomers. Examples of the other monomers include fluorine monomers copolymerizable with vinylidene fluoride or hydrocarbon monomers such as ethylene and propylene. Examples of the fluorine-based monomer copolymerizable with vinylidene fluoride include vinyl fluoride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, or fluoroalkyl vinyl ether. . The amount of these other monomers copolymerizable with vinylidene fluoride is determined by considering the balance between solvent solubility and solvent resistance of the resulting copolymer and the amount of vinylidene fluoride and other monomers. It is preferably less than 20% by mass of the total amount.

上記したフッ化ビニリデンを主構成成分とする単量体(以下、「フッ化ビニリデン系単量体」とも称する)と共重合させる単量体としては、炭素数5〜8の不飽和二塩基酸のモノエステルが好ましい。具体的には、例えば、マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、またはシトラコン酸モノエチルエステルなどを挙げることができる。より好ましくは、マレイン酸モノメチルエステルまたはシトラコン酸モノメチルエステルである。   As a monomer to be copolymerized with the above-described monomer having vinylidene fluoride as a main component (hereinafter also referred to as “vinylidene fluoride monomer”), an unsaturated dibasic acid having 5 to 8 carbon atoms is used. The monoester is preferred. Specific examples include maleic acid monomethyl ester, maleic acid monoethyl ester, citraconic acid monomethyl ester, and citraconic acid monoethyl ester. More preferred is maleic acid monomethyl ester or citraconic acid monomethyl ester.

フッ化ビニリデン系単量体と、不飽和二塩基酸のモノエステル(以下、「極性単量体」とも称する)との共重合においては、懸濁重合、乳化重合、溶液重合などの方法が採用できる。中でも、後処理の容易さ等の点から水系の懸濁重合、または乳化重合が好ましく、水系懸濁重合がより好ましい。   For copolymerization of vinylidene fluoride monomer and unsaturated dibasic acid monoester (hereinafter also referred to as “polar monomer”), methods such as suspension polymerization, emulsion polymerization, and solution polymerization are employed. it can. Among these, aqueous suspension polymerization or emulsion polymerization is preferable from the viewpoint of ease of post-treatment and the like, and aqueous suspension polymerization is more preferable.

前記水系懸濁重合で用いられる懸濁剤の種類と使用量、重合開始剤の種類と使用量、連鎖移動剤の種類と使用量、単量体の仕込み量、重合温度、および重合時間などの重合条件は、文献1に記載の条件を参照して、適宜採用することができる。   The type and amount of suspending agent used in the aqueous suspension polymerization, the type and amount of polymerization initiator, the type and amount of chain transfer agent, the amount of monomer charged, the polymerization temperature, the polymerization time, etc. The polymerization conditions can be appropriately adopted with reference to the conditions described in Document 1.

フッ化ビニリデン系単量体と共重合させる極性単量体(すなわち不飽和二塩基酸のモノエステル)の仕込み量は、フッ化ビニリデン系単量体100質量部に対して好ましくは0.1〜3質量部、より好ましくは0.3〜2質量部である。0.1質量部未満では、得られる共重合体の金属等の基材との接着性等の極性基導入効果が乏しい場合がある。他方、3質量部を超えると、得られる共重合体の耐薬品性が低下する傾向がある。同様の理由により、得られるフッ化ビニリデン系共重合体は、1×10−5〜5×10−4モル/gのカルボニル基を含有することが好ましい。 The charged amount of the polar monomer (that is, monoester of unsaturated dibasic acid) to be copolymerized with the vinylidene fluoride monomer is preferably 0.1 to 100 parts by mass of the vinylidene fluoride monomer. 3 parts by mass, more preferably 0.3-2 parts by mass. If it is less than 0.1 parts by mass, the effect of introducing polar groups such as adhesion of the obtained copolymer to a substrate such as metal may be poor. On the other hand, when the amount exceeds 3 parts by mass, the chemical resistance of the resulting copolymer tends to decrease. For the same reason, the obtained vinylidene fluoride copolymer preferably contains 1 × 10 −5 to 5 × 10 −4 mol / g of carbonyl group.

(b)フッ化ビニリデン系樹脂を溶解または膨潤する溶媒中で変性剤と反応させる方法(特開平6−93025号公報(以下、「文献2」とも称する)に記載の方法)
本変性処理の方法では、フッ化ビニリデン系樹脂と変性剤とを反応させて、フッ化ビニリデン系樹脂を変性する。ここで、変性剤としては、フッ化ビニリデン系樹脂と反応しうる基および加水分解性基を有するシラン系カップリング剤およびチタネート系カップリング剤からなる群より選択される少なくとも1種などを好適に用いることができる。
(B) A method of reacting a vinylidene fluoride resin with a modifier in a solvent that dissolves or swells (a method described in JP-A-6-93025 (hereinafter also referred to as “Document 2”))
In this modification treatment method, a vinylidene fluoride resin and a modifier are reacted to modify the vinylidene fluoride resin. Here, the modifier is preferably at least one selected from the group consisting of a silane coupling agent having a group capable of reacting with a vinylidene fluoride resin and a hydrolyzable group and a titanate coupling agent. Can be used.

本変性処理に用いられるフッ化ビニリデン系樹脂としては、懸濁重合、乳化重合、溶液重合等により得られるフッ化ビニリデンホモポリマー、またはフッ化ビニリデンと不飽和二重結合を有するフッ化ビニリデンと共重合可能な単量体との共重合体が挙げられる。フッ化ビニリデンと共重合可能な単量体としては、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等のフッ素系単量体や、エチレン、メタクリル酸メチル、アクリル酸等の非フッ素系単量体を挙げることができる。中でも、溶剤溶解性、耐薬品性の観点から、フッ化ビニリデンホモポリマーまたはフッ化ビニリデンとフッ素系単量体の共重合体が好ましい。共重合体の場合、フッ化ビニリデンが得られる共重合体の80モル%以上となる量で共重合させることが好ましい。重合形式としては、特に限定されないが、高純度の樹脂が得られる点で、懸濁重合が好ましい。   Examples of the vinylidene fluoride resin used in this modification treatment include vinylidene fluoride homopolymers obtained by suspension polymerization, emulsion polymerization, solution polymerization, etc., or vinylidene fluoride and vinylidene fluoride having unsaturated double bonds. Examples thereof include a copolymer with a polymerizable monomer. Monomers that can be copolymerized with vinylidene fluoride include fluorine monomers such as vinyl fluoride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, ethylene, methyl methacrylate, acrylic Non-fluorinated monomers such as acids can be mentioned. Among these, from the viewpoint of solvent solubility and chemical resistance, a vinylidene fluoride homopolymer or a copolymer of vinylidene fluoride and a fluorine-based monomer is preferable. In the case of a copolymer, it is preferable to carry out copolymerization in an amount that is 80 mol% or more of the copolymer from which vinylidene fluoride is obtained. Although it does not specifically limit as a polymerization form, Suspension polymerization is preferable at the point from which high purity resin is obtained.

本変性処理の方法で用いられるシラン系カップリング剤またはチタネート系カップリング剤は、フッ化ビニリデン系樹脂と反応しうる基と加水分解性基とを有することが必要である。   The silane coupling agent or titanate coupling agent used in this modification treatment method needs to have a group capable of reacting with the vinylidene fluoride resin and a hydrolyzable group.

フッ化ビニリデン系樹脂と反応しうる基(反応性基)の例としては、アミノ基、メルカプト基、ウレイド基、またはこれらの基を含む基がある。アミノ基、メルカプト基、またはウレイド基を含む基の例としては、例えば、β−アミノエチル基、γ−アミノプロピル基、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピル基、N−フェニル−γ−アミノプロピル基、γ−メルカプトプロピル基、またはγ−ウレイドプロピル基などが挙げられる。また、系内または大気中の水分と反応してアミノ基を生成するイソシアネート基のように、潜在的にフッ化ビニリデン系樹脂と反応し得る能力を有する、前記反応性基の前駆体基も、本変性処理の方法においては同様な効果をもたらす。   Examples of the group (reactive group) that can react with the vinylidene fluoride resin include an amino group, a mercapto group, a ureido group, or a group containing these groups. Examples of the group containing an amino group, mercapto group, or ureido group include, for example, β-aminoethyl group, γ-aminopropyl group, N-β-aminoethyl-γ-aminopropyl group, N-phenyl-γ- Examples include aminopropyl group, γ-mercaptopropyl group, and γ-ureidopropyl group. In addition, a precursor group of the reactive group having an ability to potentially react with a vinylidene fluoride resin, such as an isocyanate group that reacts with moisture in the system or the atmosphere to generate an amino group, In the method of this modification | denaturation process, the same effect is brought about.

前記加水分解性基の例としては、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基、ホルミルオキシ基、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基などのアシルオキシ基、−ON=C(CH基、−ON=C(CH)C基のオキシモ基などが挙げられる。より好ましくはアルコキシ基である。 Examples of the hydrolyzable group, a methoxy group, an alkoxy group such as ethoxy group, a formyloxy group, an acetoxy group, an acyloxy group such as a propionyloxy group, -ON = C (CH 3) 2 group, -ON = C (CH 3 ) C 2 H 5 group oximo group and the like can be mentioned. More preferred is an alkoxy group.

本変性処理の方法で使用されるシラン系カップリング剤およびチタネート系カップリング剤の好ましい具体例としては、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、もしくはN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、もしくはγ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランなどのメルカプトシラン、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシランなどのイソシアネートシラン、またはイソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネートなどのアミノチタネートなどが挙げられる。これらは、単独でもまたは2種以上組み合わせても使用することができる。より好ましくは、γ−アミノプロピルトリエトキシシランまたはγ−メルカプトプロピルトリエトキシシランである。   Preferable specific examples of the silane coupling agent and titanate coupling agent used in the method of the modification treatment include N-β (aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β (aminoethyl). -Γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, or N-phenyl-γ-amino Isocyanates such as aminosilanes such as propyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltriethoxysilane, mercaptosilane such as γ-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, and γ-isocyanatopropyltrimethoxysilane Toshiran or isopropyl tri, (N-aminoethyl - aminoethyl) such as amino titanate such as titanates. These may be used alone or in combination of two or more. More preferred is γ-aminopropyltriethoxysilane or γ-mercaptopropyltriethoxysilane.

本変性処理の方法は、前記フッ化ビニリデン系樹脂を溶媒に溶解または膨潤させたものに、上記カップリング剤の少なくとも1種を添加、混合することによって行われる。このとき、フッ化ビニリデン系樹脂とカップリング剤とが反応し、カップリング剤が付加的にフッ化ビニリデン系樹脂に結合する。   This modification treatment method is performed by adding and mixing at least one of the above coupling agents to a solution obtained by dissolving or swelling the vinylidene fluoride resin in a solvent. At this time, the vinylidene fluoride resin and the coupling agent react, and the coupling agent additionally binds to the vinylidene fluoride resin.

前記溶媒の例としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、またはジメチルスルホキシドなどを挙げることができる。また、フッ化ビニリデン系樹脂を膨潤させる溶媒の例としては、2−ブタノン、アセトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、またはテトラヒドロフランなどを挙げることができ、これら溶媒は単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。   Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and dimethyl sulfoxide. Examples of the solvent for swelling the vinylidene fluoride resin include 2-butanone, acetone, cyclohexanone, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. These solvents are used alone or in combination of two or more. be able to.

カップリング剤の量としては、シラン系カップリング剤中のシリコンまたはチタネート系カップリング剤中のチタンの質量がフッ化ビニリデン系樹脂の質量に対して100〜8000ppmとなるようにすることが好ましい。なお、シラン系カップリング剤とチタネート系カップリング剤とを併用する場合は両カップリング剤中のシリコンとチタンとの合計量を上記範囲内とすることが好ましい。100ppm未満では、変性後のポリマーを結着剤または接着剤等として使用した場合、基材あるいは充填剤への接着力が不十分となる場合がある。8000ppmを超えると、基材等との接着力が添加量の増大に比してほとんど増大しないか、むしろ低下する場合がある。   As the amount of the coupling agent, it is preferable that the mass of silicon in the silane coupling agent or titanium in the titanate coupling agent is 100 to 8000 ppm relative to the mass of the vinylidene fluoride resin. In addition, when using together a silane coupling agent and a titanate coupling agent, it is preferable to make the total amount of the silicon and titanium in both coupling agents into the said range. If it is less than 100 ppm, when the modified polymer is used as a binder or an adhesive, the adhesive force to the substrate or filler may be insufficient. If it exceeds 8000 ppm, the adhesive strength with the substrate or the like may hardly increase as compared to the increase in the amount added, or rather may decrease.

その他、反応温度などの反応条件は、文献2に記載の反応条件を参照して、適宜採用することができる。   In addition, the reaction conditions such as the reaction temperature can be appropriately adopted with reference to the reaction conditions described in Document 2.

(c)放射線を照射してグラフト処理を行うことにより変性処理する方法(特開2005−47275号公報(以下、「文献3」とも称する)に記載の方法)
本変性処理の方法は、下記(1)〜(4)の工程を経て行われる。
(C) Method of modifying treatment by irradiating with radiation and performing graft treatment (method described in JP-A-2005-47275 (hereinafter also referred to as “Document 3”))
This modification treatment method is performed through the following steps (1) to (4).

(1)フッ化ビニリデン系樹脂と不飽和モノマーとを溶融混合する。   (1) Melt-mix vinylidene fluoride resin and unsaturated monomer.

(2)(1)で得られた混合物をフィルム、シート、顆粒または粉末の形にする。   (2) The mixture obtained in (1) is formed into a film, sheet, granule or powder.

(3)(2)の工程で得られた生成物に空気の非存在下で、光子(γ)または電子(β)を線量1〜15Mradで照射する。   (3) The product obtained in the step (2) is irradiated with photons (γ) or electrons (β) at a dose of 1 to 15 Mrad in the absence of air.

(4)必要な場合には、さらに(3)で得られた生成物を処理してフッ化ビニリデン系樹脂にグラフトしていない不飽和モノマーの全部または一部を除去する。   (4) If necessary, the product obtained in (3) is further treated to remove all or part of the unsaturated monomer not grafted to the vinylidene fluoride resin.

本変性処理の方法で用いられるフッ化ビニリデン系樹脂は、上述の(b)の変性処理の方法の場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。   The vinylidene fluoride resin used in the method for the modification treatment is the same as that in the method for the modification treatment (b) described above, and the description thereof is omitted here.

前記不飽和モノマーの具体例としては、カルボン酸とその誘導体、酸塩化物、イソシアネート、オキサゾリン、エポキシド、アミンまたはヒドロキシドなどが挙げられる。前記カルボン酸は2〜20個の炭素原子を含むものが好ましい。これらのカルボン酸の誘導体の例としては、例えば、不飽和カルボン酸の無水物、エステル誘導体、アミド誘導体、イミド誘導体および金属塩(アルカリ金属塩など)がある。   Specific examples of the unsaturated monomer include carboxylic acids and derivatives thereof, acid chlorides, isocyanates, oxazolines, epoxides, amines, and hydroxides. The carboxylic acid preferably contains 2 to 20 carbon atoms. Examples of these carboxylic acid derivatives include, for example, unsaturated carboxylic acid anhydrides, ester derivatives, amide derivatives, imide derivatives, and metal salts (such as alkali metal salts).

これらの中でも、好ましい不飽和モノマーは、4〜10個の炭素原子を有する不飽和ジカルボン酸とその誘導体、またはその無水物である。具体例としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、アリル琥珀酸、4−シクロヘキシ−1,2−ジカルボン酸、4−メチル−4−シクロヘキシ−1,2−ジカルボン酸、ビシクロ[2,2,1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸、x−メチルビシクロ[2,2,1]へプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸、または無水マレイン酸などが挙げられる。   Among these, preferred unsaturated monomers are unsaturated dicarboxylic acids having 4 to 10 carbon atoms and derivatives thereof, or anhydrides thereof. Specific examples include, for example, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, allyl succinic acid, 4-cyclohexyl-1,2-dicarboxylic acid, 4-methyl-4-cyclohexyl-1,2-dicarboxylic acid, bicyclo [2,2,1] hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid, x-methylbicyclo [2,2,1] hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid, or maleic anhydride Etc.

また、不飽和モノマーの他の例としては、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、マレイン酸モノエチル、マレイン酸ジエチル、フマル酸モノメチル、フマル酸ジメチル、イソコン酸モノメチル、イソコン酸ジエチル、アクリルアミド、メタクリルアミド、マレイン酸のモノアミド、マレイン酸のジアミド、マレイン酸のN−モノエチルアミド、マレイン酸のN,N−ジエチルアミド、マレイン酸のN−モノブチルアミド、マレイン酸のN,N−ジブチルアミド、フマル酸のモノアミド、フマル酸のジアミド、フマル酸のN−モノエチルアミド、フマル酸のN,N−ジエチルアミド、フマル酸のN−モノブチルアミド、フマル酸のN,N−ジブチルアミド、マレイミド、N−ブチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、またはメタクリル酸カリウムが挙げられる。これらの中でも、無水マレイン酸がより好ましい。   Other examples of unsaturated monomers include, for example, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, monoethyl maleate, diethyl maleate, monomethyl fumarate, Dimethyl fumarate, monomethyl isoconate, diethyl isoconate, acrylamide, methacrylamide, monoamide of maleic acid, diamide of maleic acid, N-monoethylamide of maleic acid, N, N-diethylamide of maleic acid, N- of maleic acid Monobutylamide, maleic acid N, N-dibutylamide, fumaric acid monoamide, fumaric acid diamide, fumaric acid N-monoethylamide, fumaric acid N, N-diethyla N-monobutylamide of fumaric acid, N, N-dibutylamide of fumaric acid, maleimide, N-butylmaleimide, N-phenylmaleimide, sodium acrylate, sodium methacrylate, potassium acrylate, or potassium methacrylate Can be mentioned. Among these, maleic anhydride is more preferable.

前記の工程(1)〜(4)の実施条件は、文献3に記載の実施条件を参照して、適宜採用することができる。   The implementation conditions of the above steps (1) to (4) can be appropriately adopted with reference to the implementation conditions described in Document 3.

以上のような(a)〜(c)の変性処理の方法のうち、特に、(a)フッ化ビニリデン系単量体と極性基を有する他の単量体との共重合による変性処理の方法が好ましい。   Among the modification treatment methods (a) to (c) described above, in particular, (a) a modification treatment method by copolymerization of a vinylidene fluoride monomer and another monomer having a polar group. Is preferred.

前記結着剤の重量平均分子量は、変性品の場合、35万〜100万であることが好ましく、45万〜70万であることがより好ましい。一方、未変性品の場合、50万〜100万であることが好ましく、50万〜70万であることがより好ましい。重量平均分子量が35万以上である場合には電極構造の保持に十分な剥離強度を確保できる。一方、重量平均分子量が100万以下であれば電極スラリーの粘度調整が比較的容易であり、電極の塗布を容易に行うことができる。本発明の分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)によって測定する。   In the case of a modified product, the weight average molecular weight of the binder is preferably 350,000 to 1,000,000, and more preferably 450,000 to 700,000. On the other hand, in the case of an unmodified product, it is preferably 500,000 to 1,000,000, and more preferably 500,000 to 700,000. When the weight average molecular weight is 350,000 or more, it is possible to ensure a sufficient peel strength for maintaining the electrode structure. On the other hand, if the weight average molecular weight is 1,000,000 or less, it is relatively easy to adjust the viscosity of the electrode slurry, and the electrode can be easily applied. The molecular weight of the present invention is measured by GPC (Gel Permeation Chromatography).

このように、結着剤の重要な要素は、種類、添加量および分子量である。前記種類については、一般に、変性品の方が未変性品よりも結着性に優れる。前記添加量については、多くなるほど電池の容量密度は低下する反面、結着性が向上する。前記分子量については、一般に、分子量の大きい方が結着性に優れる。   Thus, the important elements of the binder are the type, amount added and molecular weight. In general, the modified product has better binding properties than the unmodified product. As the amount of addition increases, the capacity density of the battery decreases, but the binding property improves. As for the molecular weight, generally, the larger the molecular weight, the better the binding property.

本発明の結着剤は従来と比較して有意に少ない量で結着剤の量の増加による電極の抵抗の増加を伴うことなく、電極構造の保持および出力特性を向上することができ、さらに容量密度を高く維持することもできる。   The binding agent of the present invention can improve the retention and output characteristics of the electrode structure without increasing the resistance of the electrode due to an increase in the amount of the binding agent in a significantly smaller amount compared to the conventional one, The capacity density can be kept high.

[正極側の導電剤]
本発明の二次電池用正極に用いられる導電剤としては、黒鉛、無定形炭素および繊維状炭素からなる群より選択される少なくとも1種の炭素材料であることが好ましい。このような炭素材料を用いることにより、上述のような小さい粒子径の活物質を使用しても電極内の導電性を確保することができ、正極の低抵抗化および二次電池の高出力化が可能となる。
[Conductive agent on the positive electrode side]
The conductive agent used in the positive electrode for secondary battery of the present invention is preferably at least one carbon material selected from the group consisting of graphite, amorphous carbon, and fibrous carbon. By using such a carbon material, the conductivity in the electrode can be ensured even when an active material having a small particle diameter as described above is used, the resistance of the positive electrode is reduced, and the output of the secondary battery is increased. Is possible.

前記黒鉛としては、例えば燐片状や繊維状等が挙げられるが、これらに限定されることはない。また、前記無定形炭素としては以下に限定されることはないが、例えばカーボンブラック、より具体的にはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどが挙げられ、これらは天然由来のものでもよく、人造のものでもよい。前記繊維状炭素は、直径が10〜150nmであることが好ましく、20〜100nmであることがより好ましい。また、長さは1〜150μmであることが好ましく、10〜100μmであることがより好ましい。前記繊維状炭素がかかる範囲にある場合、導電性が付与されるという効果を奏する。具体的には、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。   Examples of the graphite include flakes and fibers, but are not limited thereto. Further, the amorphous carbon is not limited to the following, for example, carbon black, more specifically, acetylene black, ketjen black, furnace black, etc., these may be naturally derived, It may be artificial. The fibrous carbon preferably has a diameter of 10 to 150 nm, and more preferably 20 to 100 nm. Moreover, it is preferable that it is 1-150 micrometers in length, and it is more preferable that it is 10-100 micrometers. When the fibrous carbon is in such a range, there is an effect that conductivity is imparted. Specific examples include, but are not limited to, carbon nanofibers and carbon nanotubes.

[正極側の集電体]
本発明の二次電池用正極に用いられる集電体としては、非水電解液二次電池に使用されている各種公知の材料を用いることができる。具体的には、アルミニウム箔、ニッケル箔、鉄箔、チタン箔、ステンレス箔、もしくは銅箔などの金属箔、または前記金属箔を物理的な表面処理もしくは化学的な表面処理を行ったものが好ましく挙げられる。正極で使用するという観点から、アルミニウム箔、または物理的な表面処理もしくは化学的な表面処理を行ったアルミニウム箔がより好ましい。アルミニウム箔を用いることにより、耐食性に優れた正極を得ることができる。前記物理的な表面処理の例としては、例えば、パンチング、または凹凸を付けるために型ロールと受ロールとで加工する方法などが挙げられる。また、前記化学的な表面処理の例としては、例えば、メッキ処理、接着剤塗布、合金化、または防錆処理などが挙げられる。
[Current collector on the positive electrode side]
As the current collector used for the positive electrode for secondary battery of the present invention, various known materials used for non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. Specifically, metal foil such as aluminum foil, nickel foil, iron foil, titanium foil, stainless steel foil, or copper foil, or those obtained by subjecting the metal foil to physical surface treatment or chemical surface treatment are preferable. Can be mentioned. From the viewpoint of use in the positive electrode, an aluminum foil or an aluminum foil subjected to physical surface treatment or chemical surface treatment is more preferable. By using an aluminum foil, a positive electrode having excellent corrosion resistance can be obtained. Examples of the physical surface treatment include, for example, punching or a method of processing with a mold roll and a receiving roll in order to give unevenness. Examples of the chemical surface treatment include plating treatment, adhesive application, alloying, or rust prevention treatment.

前記集電体の厚さは5〜20μmであることが好ましく、10〜15μmであることがより好ましい。   The thickness of the current collector is preferably 5 to 20 μm, and more preferably 10 to 15 μm.

以上のような集電体を用いることにより、アンカー効果による集電体と電極層とのより強固な機械的結合の形成、集電体と電極層との物理的相互作用、または結着剤を用いる際の集電体と電極層とのより強固な化学的結合の形成などを得ることができる。したがって、小粒径の正極活物質であっても良好な結着状態を示す正極を製造することができる。   By using the current collector as described above, formation of a stronger mechanical bond between the current collector and the electrode layer due to the anchor effect, physical interaction between the current collector and the electrode layer, or a binder Formation of a stronger chemical bond between the current collector and the electrode layer when used can be obtained. Therefore, even if it is a positive electrode active material with a small particle diameter, the positive electrode which shows a favorable binding state can be manufactured.

本発明に用いられる集電体の製造方法としては、特に制限されることはないが、例えば圧延製箔製法などが挙げられる。
[その他]
また、前記電極層には、必要であれば、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマーなどが含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。
Although it does not restrict | limit especially as a manufacturing method of the electrical power collector used for this invention, For example, the rolling foil manufacturing method etc. are mentioned.
[Others]
In addition, the electrode layer may include a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like, if necessary. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

支持塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、ビスペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム(LiBETI)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。 Examples of the supporting salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, bispentafluoroethylsulfonylimide lithium (LiBETI), LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like. Can be mentioned.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。ここで、前記ポリマーは、本発明の電極が採用された電池の電解質層において用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers. Here, the polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used in the electrolyte layer of the battery in which the electrode of the present invention is employed, but is preferably the same.

重合開始剤は、イオン伝導性ポリマーの架橋性基に作用して、架橋反応を進行させるために配合される。開始剤として作用させるための外的要因に応じて、光重合開始剤、熱重合開始剤などに分類される。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)や、光重合開始剤であるベンジルジメチルケタール(BDK)等が挙げられる。   The polymerization initiator is added to act on the crosslinkable group of the ion conductive polymer to advance the crosslinking reaction. Depending on the external factor for acting as an initiator, it is classified into a photopolymerization initiator, a thermal polymerization initiator and the like. Examples of the polymerization initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN), which is a thermal polymerization initiator, and benzyl dimethyl ketal (BDK), which is a photopolymerization initiator.

本発明の二次電池用正極の電極層に含まれる上記成分の配合比は、特に限定されず、リチウムイオン二次電池などの二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The compounding ratio of the above components contained in the electrode layer of the positive electrode for the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and is adjusted by appropriately referring to known knowledge about secondary batteries such as lithium ion secondary batteries. sell.

正極側の電極層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池などの二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、正極側の電極層の厚さは、好ましくは10〜100μm程度であり、より好ましくは20〜50μmである。電極層の厚さが10μm程度以上であれば、電池容量が充分に確保されうる。一方、電極層の厚さが100μm程度以下であれば、電極深部(集電体側)にリチウムイオンなどが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大という問題の発生が抑制されうる。なお、負極および電解質層については、下記で詳述する。   The thickness of the electrode layer on the positive electrode side is also not particularly limited, and conventionally known knowledge about secondary batteries such as lithium ion secondary batteries can be appropriately referred to. As an example, the thickness of the positive electrode layer is preferably about 10 to 100 μm, more preferably 20 to 50 μm. When the thickness of the electrode layer is about 10 μm or more, the battery capacity can be sufficiently secured. On the other hand, if the thickness of the electrode layer is about 100 μm or less, the problem of an increase in internal resistance due to the difficulty of diffusing lithium ions or the like into the electrode deep part (current collector side) can be suppressed. The negative electrode and the electrolyte layer will be described in detail below.

本発明の二次電池用正極は、下記(1)〜(3)の段階を含む方法により得られうる。   The positive electrode for a secondary battery of the present invention can be obtained by a method including the following steps (1) to (3).

(1)上記の正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極活物質スラリーを調製する段階
(2)集電体に前記正極活物質スラリーを塗布し乾燥する段階
(3)得られた乾燥物をプレスすることによって空隙率を調整する段階
上記で述べた通り、前記結着剤の量が前記正極活物質100質量部に対して10質量部以下であり、電極の空隙率が30%以上50%以下であり、細孔径が0.09μm以上0.30μm以下であることを特徴とする。
(1) A step of preparing a positive electrode active material slurry containing the above positive electrode active material, a conductive agent and a binder. (2) A step of applying the positive electrode active material slurry to a current collector and drying it. (3) Obtained drying The step of adjusting the porosity by pressing an object As described above, the amount of the binder is 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, and the porosity of the electrode is 30% or more 50% or less, and the pore diameter is 0.09 μm or more and 0.30 μm or less.

本発明の二次電池用正極は、従来公知の方法により製造することができる。その具体的な例としては、例えば、下記(1)〜(3)の段階を含む製造方法が挙げられる。   The positive electrode for a secondary battery of the present invention can be produced by a conventionally known method. Specific examples thereof include a production method including the following steps (1) to (3).

(1)前記正極活物質、前記導電剤および前記結着剤の混合物をスラリー粘度調製溶媒に分散して正極活物質スラリーを調製する段階
(2)前記集電体の表面に前記正極活物質スラリーを塗布し乾燥する段階
(3)得られた乾燥物をプレスすることによって空隙率を調整する段階
二次電池用正極の構成要素のうち、活物質、導電剤および結着剤については、上記に記載した内容と同様であるので、ここでは説明を省略する。
(1) A step of preparing a positive electrode active material slurry by dispersing a mixture of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder in a slurry viscosity adjusting solvent. (2) The positive electrode active material slurry on the surface of the current collector. (3) The step of adjusting the porosity by pressing the obtained dried product Among the components of the positive electrode for the secondary battery, the active material, the conductive agent and the binder are described above. Since it is the same as that described, the description is omitted here.

前記スラリー粘度調製溶媒は、特に制限されることはないが、例えば、NMPなどが挙げられる。スラリーはホモジナイザーまたは混練装置などを用いて溶媒および固形分よりインク化される。スラリーを集電体に塗布するための塗布手段も特に限定されないが、例えば、自走型コータ、ドクターブレード法、スプレー法などの一般に用いられる手段が採用されうる。   The slurry viscosity adjusting solvent is not particularly limited, and examples thereof include NMP. The slurry is converted into ink from the solvent and the solid content using a homogenizer or a kneader. The application means for applying the slurry to the current collector is not particularly limited, and generally used means such as a self-propelled coater, a doctor blade method, and a spray method may be employed.

その後、集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる。これにより、塗膜中の溶媒が除去される。塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極製造について従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、スラリーの塗布量やスラリー粘度調製溶媒の揮発速度に応じて適宜設定されうる。   Thereafter, the coating film formed on the surface of the current collector is dried. Thereby, the solvent in a coating film is removed. The drying means for drying the coating film is not particularly limited, and conventionally known knowledge about electrode production can be appropriately referred to. For example, heat treatment is exemplified. Drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the coating amount of the slurry and the volatilization rate of the slurry viscosity adjusting solvent.

本発明の二次電池用正極は電極の空隙率が30%以上50%以下であり、細孔径が0.09μm以上0.30μm以下であることを特徴とする。この空隙率は、正極活物質スラリーを集電体に塗布し乾燥した後のプレス段階において、荷重およびギャップを調整することによって上記のような所望の範囲に調整することができる。ここで、ギャップとは電極とプレスロール間の隙間をいう。   The positive electrode for a secondary battery of the present invention is characterized in that the porosity of the electrode is 30% or more and 50% or less, and the pore diameter is 0.09 μm or more and 0.30 μm or less. This porosity can be adjusted to the desired range as described above by adjusting the load and gap in the pressing stage after the positive electrode active material slurry is applied to the current collector and dried. Here, the gap refers to a gap between the electrode and the press roll.

また、本発明の二次電池用正極は細孔径が0.09μm以上0.30μm以下であることを特徴とする。細孔径は、活物質の粒子径や形状、電極層内の空隙率、および導電助剤や結着剤の種類や量を調整することによって上記のような所望の範囲に調整することができる。当業者であれば、水銀圧入法等を用いて、所望の細孔径になったかどうかを確認することができるため、活物質の粒子径と電極層内の空隙率とを調整することにより所望の細孔径に制御できる。   In addition, the positive electrode for a secondary battery of the present invention is characterized in that the pore diameter is 0.09 μm or more and 0.30 μm or less. The pore diameter can be adjusted to the desired range as described above by adjusting the particle diameter and shape of the active material, the porosity in the electrode layer, and the type and amount of the conductive auxiliary agent and binder. A person skilled in the art can confirm whether or not the desired pore diameter has been obtained by using a mercury intrusion method or the like. Therefore, by adjusting the particle diameter of the active material and the porosity in the electrode layer, a desired pore diameter can be obtained. The pore size can be controlled.

本発明の二次電池用正極は非水電解液二次電池に用いられうる。本発明による正極の構成は、積層型電池にも双極型電池にも適用することができる。以下に、本発明の非水電解液二次電池に用いられる負極および本発明の非水電解質二次電池の構造について説明する。   The positive electrode for a secondary battery of the present invention can be used for a non-aqueous electrolyte secondary battery. The configuration of the positive electrode according to the present invention can be applied to both a stacked battery and a bipolar battery. Below, the structure of the negative electrode used for the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention and the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention is demonstrated.

(電池の構造)
本発明の非水電解液二次電池は、上記の二次電池用正極によって構成される。本実施形態の非水電解液二次電池によれば、非水電解液二次電池を構成する二次電池用正極が出力特性に優れることから、出力特性に優れる非水電解液二次電池が提供されうる。
(Battery structure)
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is constituted by the above-described positive electrode for a secondary battery. According to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment, since the positive electrode for a secondary battery constituting the nonaqueous electrolyte secondary battery is excellent in output characteristics, a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in output characteristics is provided. Can be provided.

(負極の構成)
本発明の非水電解液二次電池に用いられる負極の構成は、従来公知の構成を採用することができる。
(Configuration of negative electrode)
A conventionally well-known structure can be employ | adopted for the structure of the negative electrode used for the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention.

負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、黒鉛、非晶質炭素難、および難黒鉛化性炭素などのカーボン、金属材料、並びにリチウムアルミニウム合金、リチウムスズ合金およびリチウムケイ素合金などのリチウム合金が挙げられる。これらの中でも、容量および出力特性に優れた電池を構成できる観点から、好ましくはカーボンである。場合によっては、2種以上の活物質が併用されてもよい。   Although it does not specifically limit as a negative electrode active material, For example, lithium alloys, such as carbon, metal materials, and lithium aluminum alloy, lithium tin alloy, and lithium silicon alloy, such as graphite, amorphous carbon difficulty, and non-graphitizable carbon Is mentioned. Among these, carbon is preferable from the viewpoint that a battery excellent in capacity and output characteristics can be configured. In some cases, two or more active materials may be used in combination.

前記負極活物質の平均粒子径および含有量は特に限定されず、リチウム二次電池等の二次電池についての公知の知見が適宜参照されうる。   The average particle diameter and content of the negative electrode active material are not particularly limited, and known knowledge about secondary batteries such as lithium secondary batteries can be appropriately referred to.

また、必要であれば、導電剤、結着剤、支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマーなどが含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。   Further, if necessary, a conductive agent, a binder, a supporting salt (lithium salt), an ion conductive polymer, and the like can be included. When an ion conductive polymer is included, a polymerization initiator for polymerizing the polymer may be included.

導電剤の例としては、以下に制限されることはないが、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)などの種々の炭素繊維などが挙げられる。前記導電剤の含有量は特に限定されず、リチウム二次電池等の二次電池についての公知の知見が適宜参照されうる。   Examples of the conductive agent include, but are not limited to, carbon black such as acetylene black, carbon powder such as graphite, and various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF). Can be mentioned. Content of the said electrically conductive agent is not specifically limited, The well-known knowledge about secondary batteries, such as a lithium secondary battery, can be referred suitably.

結着剤の例としては、以下に制限されることはないが、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ酢酸ビニル、ポリイミドおよびユリア樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂およびポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂、並びにブチルゴムおよびスチレン系ゴムなどのゴム系材料が挙げられる。   Examples of binders include, but are not limited to, thermoplastic resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl acetate, polyimide and urea resins, and thermosetting resins such as epoxy resins and polyurethane resins. And rubber materials such as butyl rubber and styrene rubber.

支持塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー、重合開始剤については、上記実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。これらの成分の配合比は、特に限定されず、リチウムイオン二次電池などの二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。   The supporting salt (lithium salt), the ion conductive polymer, and the polymerization initiator are the same as in the above embodiment, and the description thereof is omitted here. The blending ratio of these components is not particularly limited, and can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about secondary batteries such as lithium ion secondary batteries.

負極側の集電体は導電性の材料から構成される。特に限定されることはないが、例えばアルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔などが挙げられる。負極側の集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。   The current collector on the negative electrode side is made of a conductive material. Although it does not specifically limit, For example, aluminum foil, nickel foil, copper foil, etc. are mentioned. The general thickness of the negative electrode current collector is 1 to 30 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used.

負極側の電極層の厚さについても、従来公知の知見が適宜参照されうる。   Regarding the thickness of the electrode layer on the negative electrode side, conventionally known knowledge can be referred to as appropriate.

(積層型電池)
本発明の電池は、積層型の非水電解液二次電池(以下、「積層型電池」とも称する)でありうる。
(Stacked battery)
The battery of the present invention may be a laminated nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also referred to as “laminated battery”).

一の集電体の両面とそれぞれ電気的に結合した正極活物質層を有する正極と、他の集電体の両面とそれぞれ電気的に結合した負極活物質層を有する負極と、前記正極および前記負極の間に配置された電解質層と、が交互に積層されてなる非水電解液二次電池である。前記正極は、上記実施形態の非水電解液二次電池用正極である。   A positive electrode having a positive electrode active material layer electrically coupled to both surfaces of one current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer electrically coupled to both surfaces of another current collector, the positive electrode, and the It is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which electrolyte layers disposed between negative electrodes are alternately stacked. The positive electrode is a positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above embodiment.

図2は、本発明の積層型の非水電解液二次電池の概要を示す断面図である。以下、図2に示す積層型電池を例に挙げて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an outline of the multilayer nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. Hereinafter, the multilayer battery shown in FIG. 2 will be described in detail as an example, but the technical scope of the present invention is not limited to such a form.

図2に示す本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の電池要素17が、外装であるラミネートシート22の内部に封止された構造を有する。   The stacked battery 10 of this embodiment shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular battery element 17 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 22 that is an exterior.

図2に示すように、本実施形態の積層型電池10の電池要素17は、複数の単電池層16を含む。単電池層16は、電解質層13と、電解質層13の一方の面に形成された正極活物質層12と、電解質層13の他方の面に形成された負極活物質層15と、から構成される。そして、各正極活物質層12間には正極集電体11が配置され、各負極活物質層15間には負極集電体14が配置される。すなわち、電池要素17は、複数の単電池層16および複数の各集電体(正極集電体11および負極集電体14)から構成される。   As shown in FIG. 2, the battery element 17 of the stacked battery 10 of the present embodiment includes a plurality of single battery layers 16. The unit cell layer 16 includes an electrolyte layer 13, a positive electrode active material layer 12 formed on one surface of the electrolyte layer 13, and a negative electrode active material layer 15 formed on the other surface of the electrolyte layer 13. The A positive electrode current collector 11 is disposed between the positive electrode active material layers 12, and a negative electrode current collector 14 is disposed between the negative electrode active material layers 15. That is, the battery element 17 includes a plurality of single battery layers 16 and a plurality of current collectors (the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 14).

そして、正極集電体11および負極集電体14は、それぞれ正極タブ18および負極タブ19に電気的に接続される。そして電池要素17は、これらの正極タブ18および負極タブ19が外部に導出するように、外装であるラミネートシート22により封止されている。   The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 14 are electrically connected to the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19, respectively. The battery element 17 is sealed with a laminate sheet 22 as an exterior so that the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 are led out to the outside.

なお、図2に示す積層型電池10においては、正極活物質層12が負極活物質層15よりも一回り大きいが、かような形態のみには制限されない。負極活物質層15と同じかまたは一回り小さい正極活物質層13もまた、用いられうる。   In the stacked battery 10 shown in FIG. 2, the positive electrode active material layer 12 is slightly larger than the negative electrode active material layer 15, but is not limited to such a form. A positive electrode active material layer 13 that is the same as or slightly smaller than the negative electrode active material layer 15 may also be used.

以下、本実施形態の積層型電池10を構成する部材について簡単に説明する。ただし、電極を構成する成分については上記で説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。また、本発明の技術的範囲が下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態が同様に採用されうる。   Hereinafter, members constituting the stacked battery 10 of the present embodiment will be briefly described. However, since the components constituting the electrode are as described above, the description thereof is omitted here. Further, the technical scope of the present invention is not limited to the following forms, and conventionally known forms can be similarly adopted.

[電解質層]
電解質層13は、電解質を含む層である。電解質層13に含まれる電解質(具体的には、リチウム塩)は、充放電時に正負極間を移動するリチウムイオンのキャリアーとしての機能を有する。電解質としては特に限定されないが、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer 13 is a layer containing an electrolyte. The electrolyte (specifically, lithium salt) contained in the electrolyte layer 13 has a function as a carrier of lithium ions that moves between the positive and negative electrodes during charge and discharge. The electrolyte is not particularly limited, but a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used.

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiBETI、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). Further, as a supporting salt (lithium salt), it is added to an active material layer of an electrode such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiBETI, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3. Compounds that can be used can be employed as well.

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲルポリマー電解質(ゲル電解質)と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。   On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel polymer electrolyte containing an electrolytic solution (gel electrolyte) and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、特に限定されない。例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ヘキサフルオロピレン(HFP)のポリマー、PAN、PMMAおよびこれらの共重合体等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系高分子には、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。また、可塑剤としては、通常リチウムイオン電池などの非水電解液二次電池に用いられる電解液を用いることが可能である。   The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. The ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) is not particularly limited. Examples thereof include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoropyrene (HFP) polymer, PAN, PMMA, and copolymers thereof. In such polyalkylene oxide polymers, electrolyte salts such as lithium salts can be well dissolved. Moreover, as a plasticizer, it is possible to use the electrolyte solution normally used for nonaqueous electrolyte secondary batteries, such as a lithium ion battery.

なお、電解質層13が液体電解質やゲルポリマー電解質から構成される場合には、電解質層13にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。   In the case where the electrolyte layer 13 is composed of a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, a separator may be used for the electrolyte layer 13. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。従って、電解質層13が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。   The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, when the electrolyte layer 13 is composed of an intrinsic polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the reliability of the battery can be improved.

ゲルポリマー電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of gel polymer electrolyte or intrinsic polymer electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.

[タブ]
積層型電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層正極集電体(11a)に電気的に接続されたタブ(正極タブ18および負極タブ19)が外装であるラミネートシート22の外部に取り出される。具体的には、正極集電体11に電気的に接続された正極タブ18と、負極集電体14に電気的に接続された負極タブ19とが、外装の外部に取り出される。
[tab]
In the laminated battery 10, the tab (positive electrode tab 18 and negative electrode tab 19) electrically connected to the outermost positive electrode current collector (11a) is used for taking out current outside the battery. Take out to the outside. Specifically, the positive electrode tab 18 electrically connected to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode tab 19 electrically connected to the negative electrode current collector 14 are taken out of the exterior.

タブ(正極タブ18および負極タブ19)を構成する材料は特に制限されず、積層型電池用のタブとして従来用いられている公知の材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等が例示される。なお、正極タブ18と負極タブ19とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、本実施形態のように、別途準備したタブ(18、19)を集電体(11、14)に接続してもよいし、集電体を延長することによりタブとしてもよい。   The material which comprises a tab (the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19) is not restrict | limited in particular, The well-known material conventionally used as a tab for laminated batteries can be used. Examples of the constituent material of the tab include aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof. Note that the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 may be made of the same material or different materials. Further, as in the present embodiment, separately prepared tabs (18, 19) may be connected to the current collector (11, 14), or the current collector may be extended to form a tab.

[外装]
積層型電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素17は、ラミネートシート22などの外装内に収容されることが好ましい。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
[Exterior]
In the laminated battery 10, the battery element 17 is preferably housed in an exterior such as a laminate sheet 22 in order to prevent external impact and environmental degradation during use. The exterior is not particularly limited, and a conventionally known exterior can be used. A polymer-metal composite laminate sheet or the like excellent in thermal conductivity can be preferably used in that heat can be efficiently transferred from a heat source of an automobile and the inside of the battery can be rapidly heated to the battery operating temperature.

また、上述の通り、本発明の二次電池用正極を用いることにより、高出力で耐久性に優れた二次電池を得ることができるが、特に、形状の自由度の高いアルミラミネートの外装体を用いることが好ましい。本発明において、「アルミラミネート」とはアルミニウムを含む積層物をいう。アルミラミネートの外装体を用いると、本発明の非水電解質二次電池の耐久性を一層向上させることが可能となる。この理由は、ラミネートセルは金属製の円筒型や角型セルのように構造的な圧力が加わり、電極と箔の接触を保持できない構造であるため、結着剤による電極との接着力の大小がより重要となると考えられるためである。アルミラミネートの具体的な形態としては、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等が挙げられるが、これらに何ら制限されるものではない。   Further, as described above, by using the positive electrode for a secondary battery of the present invention, a secondary battery having high output and excellent durability can be obtained. In particular, an aluminum laminate exterior body having a high degree of freedom in shape. Is preferably used. In the present invention, “aluminum laminate” refers to a laminate containing aluminum. Use of an aluminum laminate outer package makes it possible to further improve the durability of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. The reason for this is that the laminate cell has a structure that cannot hold the contact between the electrode and the foil because structural pressure is applied like a metal cylindrical or square cell. This is because is considered to be more important. Specific examples of the aluminum laminate include, for example, a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order, but are not limited thereto.

図2に示す積層型電池10によれば、本発明の二次電池用正極が採用されているため、出力特性に優れる非水電解液二次電池が提供されうる。   According to the laminated battery 10 shown in FIG. 2, since the positive electrode for secondary batteries of the present invention is employed, a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent output characteristics can be provided.

上述したような本発明の作用効果は、高出力条件下において用いられる二次電池において特に顕著に発現しうる。従って、本発明の二次電池は、高出力条件下において用いられることが好ましい。具体的には、本発明の二次電池は、好ましくは20C以上、より好ましくは50C以上、さらに好ましくは100C以上の出力を必要とする条件下において用いられる。   The effects of the present invention as described above can be particularly noticeable in a secondary battery used under high output conditions. Therefore, the secondary battery of the present invention is preferably used under high output conditions. Specifically, the secondary battery of the present invention is used under conditions that require an output of preferably 20 C or higher, more preferably 50 C or higher, and even more preferably 100 C or higher.

(双極型電池)
本発明の電池は、双極型の非水電解液二次電池(以下、「双極型電池」とも称する)でありうる。
(Bipolar battery)
The battery of the present invention may be a bipolar non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also referred to as “bipolar battery”).

集電体の一方の面と電気的に結合した正極活物質を有する正極と、前記集電体のもう一方の面と電気的に結合した負極活物質を有する負極と、正極および負極の間に配置された電解質層と、が交互に積層されてなる非水電解液二次電池である。前記正極は、上述した本発明の非水電解液二次電池用正極である。双極型電池を採用することにより、積層型電池に比して一層の高出力密度および高電圧を有しうる利点がある。   A positive electrode having a positive electrode active material electrically coupled to one surface of the current collector, a negative electrode having a negative electrode active material electrically coupled to the other surface of the current collector, and the positive electrode and the negative electrode It is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the arranged electrolyte layers are alternately stacked. The positive electrode is the positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention described above. By adopting a bipolar battery, there is an advantage that a higher power density and a higher voltage can be obtained as compared with a stacked battery.

参考までに、図3に、双極型の非水電解液二次電池30の概要を示す断面図を示す。   For reference, FIG. 3 is a cross-sectional view showing an outline of a bipolar nonaqueous electrolyte secondary battery 30.

(組電池)
本発明の二次電池の複数個を、並列および/または直列に接続して、組電池としてもよい。
(Battery)
A plurality of the secondary batteries of the present invention may be connected in parallel and / or in series to form an assembled battery.

図3は、本実施形態の組電池を示す斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view showing the assembled battery of the present embodiment.

図3に示すように、組電池300は、上記の実施形態に記載の積層型電池10が複数個接続されることにより構成される。各積層型電池10の正極タブ18および負極タブ19がバスバーを用いて接続されることにより、各積層型電池10が接続されている。組電池300の一の側面には、組電池300全体の電極として、電極ターミナル(320、330)が設けられている。   As shown in FIG. 3, the assembled battery 300 is configured by connecting a plurality of the stacked batteries 10 described in the above embodiment. Each stacked battery 10 is connected by connecting the positive electrode tab 18 and the negative electrode tab 19 of each stacked battery 10 using a bus bar. On one side surface of the assembled battery 300, electrode terminals (320 and 330) are provided as electrodes of the entire assembled battery 300.

組電池300を構成する複数個の積層型電池10を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池300の長期信頼性が向上しうる。   The connection method when connecting the plurality of stacked batteries 10 constituting the assembled battery 300 is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately employed. For example, a technique using welding such as ultrasonic welding or spot welding, or a technique of fixing using rivets, caulking, or the like can be employed. According to such a connection method, the long-term reliability of the assembled battery 300 can be improved.

本発明の組電池300によれば、組電池300を構成する個々の積層型電池10が出力特性に優れることから、出力特性に優れる組電池が提供されうる。   According to the assembled battery 300 of the present invention, since the individual stacked batteries 10 constituting the assembled battery 300 are excellent in output characteristics, an assembled battery excellent in output characteristics can be provided.

なお、組電池300を構成する積層型電池10の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。これにより、容量および電圧を自由に調節することが可能となる。   The connection of the stacked batteries 10 constituting the assembled battery 300 may be all connected in parallel, all may be connected in series, and a combination of series connection and parallel connection is also possible. May be. As a result, the capacity and voltage can be freely adjusted.

(車両)
本発明の電池は、上述した積層型電池10、または組電池300をモータ駆動用電源として車両に搭載されうる。積層型電池10または組電池300をモータ用電源として用いる車両としては車輪をモータによって駆動する自動車、および他の車両(例えば電車)が挙げられる。上記の自動車としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などがある。これにより、従来に比して高寿命で信頼性の高い車両を製造することが可能となる。
(vehicle)
The battery of the present invention can be mounted on a vehicle using the above-described stacked battery 10 or the assembled battery 300 as a motor driving power source. Examples of the vehicle using the stacked battery 10 or the assembled battery 300 as a motor power source include an automobile whose wheels are driven by a motor, and other vehicles (for example, a train). Examples of the automobile include a complete electric car that does not use gasoline, a hybrid automobile such as a series hybrid automobile and a parallel hybrid automobile, and a fuel cell automobile. As a result, it is possible to manufacture a vehicle having a longer life and higher reliability than conventional ones.

参考までに、図4に、組電池を搭載する自動車の概略図を示す。自動車400に搭載される組電池300は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池300を搭載する自動車400は出力特性に優れるとともに、高寿命で信頼性の高い車両となる。   For reference, FIG. 4 shows a schematic diagram of an automobile equipped with an assembled battery. The assembled battery 300 mounted on the automobile 400 has the characteristics as described above. For this reason, the automobile 400 equipped with the assembled battery 300 is excellent in output characteristics, and has a long life and high reliability.

以上、本発明の好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications, omissions, and additions can be made by those skilled in the art.

以下、本発明による二次電池用正極の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、活物質の平均粒子径および電極密度は、以下に記載の方法でそれぞれ測定した。   Hereinafter, the effect of the positive electrode for a secondary battery according to the present invention will be described using the following examples and comparative examples, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples. The average particle diameter and electrode density of the active material were measured by the methods described below.

(平均粒子径の測定)
方法:レーザー回折散乱法による累積の50%粒子径(D50)を測定した。
(Measurement of average particle size)
Method: The cumulative 50% particle diameter (D50) was measured by the laser diffraction scattering method.

装置:日機装株式会社製 マイクロトラック X−100
(電極密度の測定)
方法:電極を直径16mmの円盤に切り出し、切り出した電極と集電体について質量および厚さを測定した。測定した質量および厚さの値から上記関係式(2)を用いて電極密度を算出した。なお、質量の測定には精密天秤(約0.01mgの測定能)を用い、厚さの測定には定圧膜厚計(数μmの測定能)を用いた。このデータを3回採取し、その平均値を電極密度とした。
Device: Nikkiso Co., Ltd. Microtrack X-100
(Measurement of electrode density)
Method: The electrode was cut into a disk having a diameter of 16 mm, and the mass and thickness of the cut electrode and current collector were measured. The electrode density was calculated from the measured mass and thickness values using the relational expression (2). A precision balance (measuring ability of about 0.01 mg) was used for measuring the mass, and a constant-pressure film thickness meter (measuring ability of several μm) was used for measuring the thickness. This data was collected three times, and the average value was taken as the electrode density.

[実施例1]
(正極の作製)
正極活物質として、平均粒子径D50が2.0μmのマンガン酸リチウムを用いた。また、導電剤としてアセチレンブラックを、結着剤として重量平均分子量が50万のポリフッ化ビニリデンのカルボン酸変性品をそれぞれ用いた。結着剤は、活物質100質量部に対して7.1質量部となり、かつ導電剤100質量部に対して60質量部となる量を供試した。これらを混合し、次いでスラリー粘度調製溶媒であるNMPに分散して、正極活物質スラリーを調製した。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode)
As the positive electrode active material, lithium manganate having an average particle diameter D50 of 2.0 μm was used. Further, acetylene black was used as a conductive agent, and a carboxylic acid-modified product of polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 500,000 was used as a binder. The binder was used in an amount of 7.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material and 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive agent. These were mixed and then dispersed in NMP which is a slurry viscosity adjusting solvent to prepare a positive electrode active material slurry.

集電体として、厚さ20μmのアルミニウム箔を用意し、集電体の一方の面に上記で作製したスラリーを塗布し、乾燥後プレスすることで厚み61μmの正極を作製した。プレス後の電極密度は2.10g/cmであり、空隙率は42.9%であった。 As the current collector, an aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared, the slurry prepared above was applied to one surface of the current collector, dried and pressed to prepare a positive electrode having a thickness of 61 μm. The electrode density after pressing was 2.10 g / cm 3 and the porosity was 42.9%.

(負極の作製)
負極活物質として難黒鉛化性炭素、導電剤としてアセチレンブラック、および結着剤としてPVDFを混合し、次いでスラリー粘度調製溶媒であるNMPに分散して、負極活物質スラリーを調製した。結着剤は、活物質100質量部に対して12質量部となり、かつ導電剤100質量部に対して200質量部となる量を供試した。
(Preparation of negative electrode)
Non-graphitizable carbon as a negative electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and PVDF as a binder were mixed, and then dispersed in NMP as a slurry viscosity adjusting solvent to prepare a negative electrode active material slurry. The binder was used in an amount of 12 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material and 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive agent.

さらに、負極側の集電体として厚さ10μmの銅箔を用意し、集電体の一方の面に上記のスラリーを塗布、乾燥後プレスすることで負極を作製した。   Furthermore, a copper foil having a thickness of 10 μm was prepared as a current collector on the negative electrode side, and the above slurry was applied to one surface of the current collector, dried and pressed to prepare a negative electrode.

(評価用セルの作製)
上記で作製した正極および負極を縦10cm、横10cmの大きさに切り出し、厚さ20μmのポリエチレン製セパレータを介して対向させるように積層して評価用電池要素を作製した。なお、負極にはニッケル製タブリードを、正極にはアルミニウム製タブリードを超音波溶接にて接続させた。次いで、前記の評価用電池要素を1対のラミネート外装の内部に設置し、電解液を1ml注入後真空封止して評価用セルを作製した。なお、電解液は、1MLiPFをPC:EC=1:1(体積比)の溶媒に溶解させたものを使用した。
(Production of evaluation cell)
The positive electrode and the negative electrode produced above were cut into a size of 10 cm in length and 10 cm in width, and laminated so as to face each other through a polyethylene separator having a thickness of 20 μm to produce an evaluation battery element. The nickel tab lead was connected to the negative electrode, and the aluminum tab lead was connected to the positive electrode by ultrasonic welding. Next, the battery element for evaluation was placed inside a pair of laminate sheaths, and 1 ml of electrolyte solution was injected and vacuum sealed to prepare an evaluation cell. Incidentally, the electrolyte, the 1MLiPF 6 PC: EC = 1: 1 were used as dissolved in a solvent (volume ratio).

[実施例2]
正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の厚みを59μmとし、電極密度を2.57g/cm、空隙率を34.7%としたこと以外は、実施例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 2]
The same as in Example 1 except that the thickness after pressing was changed to 59 μm, the electrode density was set to 2.57 g / cm 3 , and the porosity was set to 34.7% by changing the pressing conditions at the time of producing the positive electrode. An evaluation cell was produced.

[実施例3]
正極活物質として平均粒子径D50が1.5μmのマンガン酸リチウムを用い、正極の結着剤として重量平均分子量が35万のポリフッ化ビニリデンのカルボン酸変性品を用いた。正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の電極密度を2.60g/cm、空隙率を33.5%とした。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 3]
Lithium manganate having an average particle diameter D50 of 1.5 μm was used as the positive electrode active material, and a polyvinylidene fluoride carboxylic acid modified product having a weight average molecular weight of 350,000 was used as the positive electrode binder. The electrode density after pressing was changed to 2.60 g / cm 3 and the porosity was set to 33.5% by changing the pressing conditions when producing the positive electrode. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode was produced as described above.

[実施例4]
正極活物質として平均粒子径D50が1.5μmのマンガン酸リチウムを用い、正極の結着剤として重量平均分子量が50万のポリフッ化ビニリデンの未変性品を用いた。正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の電極密度を2.60g/cm、空隙率を33.5%とした。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 4]
Lithium manganate having an average particle diameter D50 of 1.5 μm was used as the positive electrode active material, and an unmodified polyvinylidene fluoride having a weight average molecular weight of 500,000 was used as the positive electrode binder. The electrode density after pressing was changed to 2.60 g / cm 3 and the porosity was set to 33.5% by changing the pressing conditions when producing the positive electrode. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode was produced as described above.

[実施例5]
正極の結着剤として重量平均分子量が70万のポリフッ化ビニリデンの未変性品を用いた。正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の電極密度を2.60g/cm、空隙率を33.5%とした。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例4と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 5]
As the positive electrode binder, an unmodified polyvinylidene fluoride product having a weight average molecular weight of 700,000 was used. The electrode density after pressing was changed to 2.60 g / cm 3 and the porosity was set to 33.5% by changing the pressing conditions when producing the positive electrode. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 4 except that the positive electrode was produced as described above.

[実施例6]
正極の結着剤として重量平均分子量が100万のポリフッ化ビニリデンの未変性品を用いた。正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の電極密度を2.60g/cm、空隙率を31.9%とした。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例4と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 6]
A polyvinylidene fluoride unmodified product having a weight average molecular weight of 1,000,000 was used as a binder for the positive electrode. The electrode density after pressing was changed to 2.60 g / cm 3 and the porosity was changed to 31.9% by changing the pressing conditions at the time of producing the positive electrode. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 4 except that the positive electrode was produced as described above.

[実施例7]
正極の結着剤として重量平均分子量が50万のポリフッ化ビニリデンのカルボン酸変性品を用いた。結着剤は、活物質100質量部に対して4.65質量部となり、かつ導電剤100質量部に対して40質量部となる量を供試した。正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の電極密度を2.60g/cm、空隙率を31.5%とした。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例4と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 7]
A polyvinylidene fluoride-modified carboxylic acid modified product having a weight average molecular weight of 500,000 was used as a binder for the positive electrode. The amount of the binder was 4.65 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material and 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive agent. The electrode density after pressing was changed to 2.60 g / cm 3 and the porosity was set to 31.5% by changing the pressing conditions when producing the positive electrode. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 4 except that the positive electrode was produced as described above.

[実施例8]
正極活物質として平均粒子径D50が7.0μmのマンガン酸リチウムを用いた。正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の電極密度を2.60g/cm、空隙率を30.3%とした。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 8]
As the positive electrode active material, lithium manganate having an average particle diameter D50 of 7.0 μm was used. The electrode density after pressing was changed to 2.60 g / cm 3 and the porosity was set to 30.3% by changing the pressing conditions when producing the positive electrode. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode was produced as described above.

[実施例9]
正極活物質として平均粒子径D50が10.0μmのマンガン酸リチウムを用いた。正極の作製時にプレスの条件を変更することによりプレス後の電極密度を2.60g/cm、空隙率を31.9%とした。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Example 9]
As the positive electrode active material, lithium manganate having an average particle diameter D50 of 10.0 μm was used. The electrode density after pressing was changed to 2.60 g / cm 3 and the porosity was changed to 31.9% by changing the pressing conditions at the time of producing the positive electrode. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode was produced as described above.

[比較例1]
正極活物質として、平均粒子径D50が2.0μmのマンガン酸リチウムを用いた。また、導電剤としてアセチレンブラックを、結着剤として重量平均分子量35万のポリフッ化ビニリデンの未変性品をそれぞれ用いた。結着剤は、活物質100質量部に対して12.5質量部となり、かつ導電剤100質量部に対して100質量部となる量を供試した。これらを混合し、次いでスラリー粘度調製溶媒であるNMPに分散して、正極活物質スラリーを調製した。プレス後の電極密度は2.58g/cm、空隙率は31.8%であった。上記のように正極を作製したこと以外は、実施例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Comparative Example 1]
As the positive electrode active material, lithium manganate having an average particle diameter D50 of 2.0 μm was used. In addition, acetylene black was used as the conductive agent, and an unmodified polyvinylidene fluoride product having a weight average molecular weight of 350,000 was used as the binder. The binder was used in an amount of 12.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material and 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive agent. These were mixed and then dispersed in NMP which is a slurry viscosity adjusting solvent to prepare a positive electrode active material slurry. The electrode density after pressing was 2.58 g / cm 3 , and the porosity was 31.8%. An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode was produced as described above.

[比較例2]
正極の作製時にプレス後の電極密度を2.07g/cm、空隙率を39.3%としたこと以外は、比較例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Comparative Example 2]
An evaluation cell was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the electrode density after pressing was 2.07 g / cm 3 and the porosity was 39.3% during the production of the positive electrode.

[比較例3]
正極の作製時にプレス後の電極密度を2.87g/cm、空隙率を25.0%としたこと以外は、比較例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Comparative Example 3]
An evaluation cell was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the electrode density after pressing was 2.87 g / cm 3 and the porosity was 25.0% when the positive electrode was produced.

[比較例4]
正極の作製時にプレス後の電極密度を1.50g/cm、空隙率を56.2%としたこと以外は、実施例1と同様にして評価用セルを作製した。
[Comparative Example 4]
An evaluation cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode density after pressing was 1.50 g / cm 3 and the porosity was 56.2% when the positive electrode was produced.

(評価)
(空隙率・細孔径の測定)
上記で作製した正極について、水銀圧入法により、φ10〜0.003μm範囲で細孔分布および電極層内部に存在する細孔の体積(空隙の体積)を測定した(評価装置:島津製作所製、オートポアIV 9510型、測定細孔径範囲:約φ420μm〜3nm)。そして、電極層全体の体積に対する空隙の体積の割合を空隙率として算出した。測定結果を表1に示す。なお、表中の細孔径は細孔の直径(メディアン径)を表す。また、参考までに実施例1で作成した正極についての細孔分布測定により得られた細孔分布図を図6に示す。
(Evaluation)
(Measurement of porosity and pore diameter)
With respect to the positive electrode produced above, the pore distribution and the volume of pores existing in the electrode layer (volume of voids) were measured in the range of φ10 to 0.003 μm by mercury porosimetry (Evaluation apparatus: Autopore, manufactured by Shimadzu Corporation). IV 9510 type, measurement pore size range: about φ420 μm to 3 nm). And the ratio of the volume of the space | gap with respect to the volume of the whole electrode layer was computed as a porosity. The measurement results are shown in Table 1. In addition, the pore diameter in a table | surface represents the diameter (median diameter) of a pore. For reference, a pore distribution diagram obtained by pore distribution measurement for the positive electrode prepared in Example 1 is shown in FIG.

(IV抵抗の測定)
上記記載の評価用セルを用い、初回充放電後SOC50%の状態から測定を開始した。測定条件は測定温度25℃、電流値3C、放電時間10秒であった(評価装置:北斗電工株式会社製、HJ−1001SM8)。
(Measurement of IV resistance)
Using the evaluation cell described above, the measurement was started from the state of SOC 50% after the first charge / discharge. The measurement conditions were a measurement temperature of 25 ° C., a current value of 3 C, and a discharge time of 10 seconds (evaluation apparatus: HJ-1001SM8, manufactured by Hokuto Denko Corporation).

各評価セルについてのIV抵抗の評価結果を、下記の表1に示す。IV抵抗が低いほど、電気抵抗が低減されることを示す。   The evaluation results of IV resistance for each evaluation cell are shown in Table 1 below. It shows that electrical resistance is reduced, so that IV resistance is low.

(レート特性の測定)
上記で作製した評価用セルについて、放電レート20Cにおける放電容量と放電レート1Cにおける放電容量との比(20Cでの放電容量/1Cでの放電容量)をレート特性として求めた。結果を表1に示す。
(Measurement of rate characteristics)
For the evaluation cell produced above, the ratio of the discharge capacity at the discharge rate 20C and the discharge capacity at the discharge rate 1C (discharge capacity at 20C / 1 discharge capacity at 1C) was determined as a rate characteristic. The results are shown in Table 1.

(抵抗上昇率)
上記で作製し、一連の試験を行った後の評価用セルを、55℃で3月間保存した後のIV抵抗値を各々測定した。そして、初期のIV抵抗値に対する抵抗値の上昇率(抵抗上昇率)を求めた。抵抗上昇率が低いほど、電池の耐久性が向上したことを意味する。各評価セルについての3月間保存した後のIV抵抗値および抵抗上昇率の評価結果を、下記の表1に示す。
(Rate increase rate)
The IV resistance value after each of the evaluation cells prepared above and subjected to a series of tests was stored at 55 ° C. for 3 months was measured. And the increase rate (resistance increase rate) of the resistance value with respect to the initial IV resistance value was calculated | required. A lower resistance increase rate means that the durability of the battery is improved. The evaluation results of the IV resistance value and the resistance increase rate after storage for 3 months for each evaluation cell are shown in Table 1 below.

Figure 0005371032
Figure 0005371032

表1より、結着剤の量、空隙率、細孔径が本発明の所望の範囲にある実施例1〜9の正極を用いると、これらの少なくとも1つが本発明の所望の範囲を外れる比較例1〜4の正極を用いた場合に比べて電極内の電気抵抗および抵抗上昇率が抑制されることがわかった。   From Table 1, when the positive electrode of Examples 1 to 9 in which the amount of the binder, the porosity, and the pore diameter are in the desired ranges of the present invention are used, at least one of these is a comparative example that deviates from the desired range of the present invention. It was found that the electrical resistance in the electrode and the rate of increase in resistance were suppressed as compared with the case where 1-4 positive electrodes were used.

結着剤の量が正極活物質100質量部に対して10質量部を超える比較例1〜3の正極を用いた場合には、電極内の電気抵抗および抵抗上昇率が大きくなった。比較例1〜3では、結着剤による活物質等の被覆や空隙の充填が生じ、抵抗が上昇したと考えられる。   When the positive electrodes of Comparative Examples 1 to 3 in which the amount of the binder exceeded 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, the electric resistance and the resistance increase rate in the electrode were increased. In Comparative Examples 1 to 3, it was considered that the resistance increased due to the covering of the active material or the like with the binder and the filling of the voids.

空隙率が30%未満であり、細孔径が0.30μmを超える比較例3の正極を用いた場合には、電極内の電気抵抗および抵抗上昇率が大きかった。比較例3では、リチウムイオンの拡散が阻害され、電極の抵抗が上昇したと考えられる。   When the positive electrode of Comparative Example 3 having a porosity of less than 30% and a pore diameter exceeding 0.30 μm was used, the electrical resistance in the electrode and the rate of increase in resistance were large. In Comparative Example 3, it is considered that the diffusion of lithium ions was inhibited and the resistance of the electrode was increased.

また、空隙率が50%を超える正極においては、導電パスが弱いため、抵抗が上昇したと考えられる。空隙率が50%を超える比較例4の正極を用いた場合、IV抵抗および抵抗上昇率が非常に大きい値となった。空隙率が50%を超える正極においては、導電パスが弱いため、抵抗が上昇したと考えられる。   Further, in the positive electrode having a porosity exceeding 50%, it is considered that the resistance is increased because the conductive path is weak. When the positive electrode of Comparative Example 4 having a porosity exceeding 50% was used, the IV resistance and the resistance increase rate were very large values. In the positive electrode having a porosity of more than 50%, the resistance is considered to be increased because the conductive path is weak.

これに対し、実施例1〜9の正極は、強固な導電パスが確保されるとともに、リチウムイオンの拡散の阻害を抑制でき、電極内の抵抗が低減されていることが示される。   On the other hand, the positive electrodes of Examples 1 to 9 show that a strong conductive path is ensured, inhibition of lithium ion diffusion can be suppressed, and resistance in the electrode is reduced.

また、実施例1〜9および比較例1〜4の比較から、本願発明の二次電池用正極を用いるとレート特性が概ね向上しうることが示される。   Further, the comparison between Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 shows that the rate characteristics can be generally improved by using the secondary battery positive electrode of the present invention.

以上から、空隙率が30〜50%、細孔径が0.09〜0.30μm、結着剤の量が正極活物質100質量部に対して10質量部以下である場合に、電極層内の高い結着性を維持しつつ、IV抵抗と抵抗上昇率とを所望の関係に調節できることがわかった。   From the above, when the porosity is 30 to 50%, the pore diameter is 0.09 to 0.30 μm, and the amount of the binder is 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, It was found that the IV resistance and the rate of increase in resistance can be adjusted to a desired relationship while maintaining high binding properties.

上記のように、本発明の二次電池用正極によれば、電極層内の結着性を高めて、電気抵抗を低減させることができる。更に、より小さな平均粒子径の活物質およびより少量の結着剤を用い、かつリチウムイオンの良好な拡散が得られる空隙を確保することにより、従来よりも高い結着性、容量密度および耐久性を兼ね備えた二次電池が得られる。   As described above, according to the positive electrode for a secondary battery of the present invention, the binding property in the electrode layer can be improved and the electric resistance can be reduced. Furthermore, by using an active material with a smaller average particle size and a smaller amount of a binder, and ensuring voids that allow good diffusion of lithium ions, higher binding properties, capacity density and durability than before are achieved. Can be obtained.

本発明の一実施形態による二次電池用正極を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positive electrode for secondary batteries by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による積層型電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated battery by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による双極型電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bipolar battery by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による積層型電池を複数個接続して得られる組電池を示す斜視図である。It is a perspective view showing an assembled battery obtained by connecting a plurality of stacked batteries according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による組電池を搭載する自動車の概略図である。It is the schematic of the motor vehicle carrying the assembled battery by one Embodiment of this invention. 水銀圧入法による細孔分布測定により得られた、実施例1の正極についての空孔径分布図である。It is a hole diameter distribution map about the positive electrode of Example 1 obtained by the pore distribution measurement by the mercury intrusion method.

符号の説明Explanation of symbols

1 集電体、
2 電極層、
3 正極活物質、
4 導電剤、
5 結着剤、
6 空隙、
10 積層型電池、
11 正極集電体、
11a 最外層正極集電体、
12、32 正極活物質層、
13、35 電解質層、
14 負極集電体、
15、33 負極活物質層、
16、36 単電池層、
17、37 電池要素、
18、38 正極タブ(端子)、
19、39 負極タブ(端子)、
20、40 正極端子リード、
21、41 負極端子リード、
22、42 ラミネートシート、
30 双極型電池、
31 集電体、
31a 正極側の最外層集電体、
31b 負極側の最外層集電体、
34 双極型電極、
34a、34b 最外層に位置する電極、
43 絶縁層、
300 組電池、
320、330 電極ターミナル、
400 自動車。
1 current collector,
2 electrode layers,
3 positive electrode active material,
4 Conductive agent,
5 binders,
6 gaps,
10 stacked battery,
11 positive electrode current collector,
11a Outermost layer positive electrode current collector,
12, 32 positive electrode active material layer,
13, 35 electrolyte layer,
14 negative electrode current collector,
15, 33 negative electrode active material layer,
16, 36 cell layer,
17, 37 battery element,
18, 38 Positive electrode tab (terminal),
19, 39 Negative electrode tab (terminal),
20, 40 Positive terminal lead,
21, 41 Negative terminal lead,
22, 42 Laminate sheet,
30 Bipolar battery,
31 current collector,
31a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
31b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
34 Bipolar electrode,
34a, 34b The electrode located in the outermost layer,
43 Insulating layer,
300 battery packs,
320, 330 electrode terminal,
400 cars.

Claims (8)

正極活物質と導電剤と結着剤とを含む二次電池用正極であって、
前記結着剤の量が前記正極活物質100質量部に対して10質量部以下であり、
電極の空隙率が30%以上50%以下であり、
細孔径が0.09μm以上0.30μm以下である、二次電池用正極。
A positive electrode for a secondary battery comprising a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder,
The amount of the binder is 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material,
The porosity of the electrode is 30% or more and 50% or less,
A positive electrode for a secondary battery having a pore diameter of 0.09 μm or more and 0.30 μm or less.
前記導電剤が繊維状導電剤を含まない、請求項1に記載の二次電池用正極。The positive electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein the conductive agent does not include a fibrous conductive agent. 前記結着剤が主成分として変性処理したフッ素系樹脂を含む、請求項1または2に記載の二次電池用正極。 Containing fluoroplastics that the binder is denatured treated as the main component, a positive electrode for a secondary battery according to claim 1 or 2. 前記結着剤が35万〜100万の重量平均分子量を有するフッ素系樹脂である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池用正極。 The positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the binder is a fluororesin having a weight average molecular weight of 350,000 to 1,000,000. 前記正極活物質がマンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガンニッケルコバルト酸リチウム、およびオリビン型燐酸鉄からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1〜のいずれか一項に記載の二次電池用正極。 The positive active material is lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide is at least one selected from the group consisting of lithium manganese nickel cobalt oxide, and olivine-type iron phosphate, claim 1 any one of the 4 The positive electrode for secondary batteries as described in the paragraph. 前記導電剤が黒鉛、および無定形炭素からなる群より選択される少なくとも1種の炭素材料を含有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の二次電池用正極。 The conductive agent contains at least one carbon material selected from graphite, and amorphous carbon hydride Ranaru group, a positive electrode for a secondary battery according to any one of claims 1-5. 正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極活物質スラリーを調製する段階と、集電体に前記正極活物質スラリーを塗布し乾燥する段階と、得られた乾燥物をプレスすることによって電極密度を調整する段階と、を含む方法により得られうる、請求項1〜のいずれか一項に記載の二次電池用正極。 A step of preparing a positive electrode active material slurry containing a positive electrode active material, a conductive agent and a binder, a step of applying and drying the positive electrode active material slurry on a current collector, and an electrode by pressing the obtained dried product The positive electrode for secondary batteries as described in any one of Claims 1-6 which can be obtained by the method including the step of adjusting a density. 請求項1〜のいずれか一項に記載の二次電池用正極によって構成される、非水電解液二次電池。
Rechargeable battery composed of a positive electrode, a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1-7.
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