JP5522844B2 - Electrode for electrochemical element and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、電池、キャパシタなどの電気化学素子に用い得る電極と、該電極を有するリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to an electrode that can be used for an electrochemical element such as a battery or a capacitor, and a lithium ion secondary battery having the electrode.

近年、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型軽量で且つ高容量の二次電池やキャパシタが必要とされるようになってきた。現在、この要求に応え得る高容量二次電池やキャパシタには、一般に、LiCoO、LiNiO、LiMnなどが正極活物質として用いられている。 In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers, and the practical application of electric vehicles, secondary batteries and capacitors having a small size and a high capacity have been required. Currently, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and the like are generally used as positive electrode active materials for high-capacity secondary batteries and capacitors that can meet this requirement.

しかしながら、これらの正極活物質は、以下のような欠点を抱えている。LiCoOは充電状態での熱的安定性が低い。また、LiNiOは、LiCoOに比べて高容量であるが、充電状態での熱的安定性がLiCoOよりも低い。更に、LiMnは充電状態での熱的安定性は高いが、LiCoOに比べて体積当たりの容量が小さい。 However, these positive electrode active materials have the following drawbacks. LiCoO 2 has low thermal stability in the charged state. In addition, LiNiO 2 has a higher capacity than LiCoO 2 , but its thermal stability in a charged state is lower than LiCoO 2 . Furthermore, LiMn 2 O 4 has high thermal stability in the charged state, but has a smaller capacity per volume than LiCoO 2 .

このような事情を受けて、例えば、LiMnの熱的安定性とLiNiOの高容量とを両立させるため、LiNiOの層状の結晶構造を保持させつつ、熱的安定性の高いMnでNiを所定量置換させたリチウム含有複合酸化物が提案されている(特許文献1、2)。 In response to these circumstances, for example, in order to achieve both high capacity of thermal stability and LiNiO 2 of LiMn 2 O 4, while retaining the crystal structure of LiNiO 2 layered, high thermal stability Mn Lithium-containing composite oxides in which a predetermined amount of Ni is substituted are proposed (Patent Documents 1 and 2).

特開2003−221236号公報JP 2003-221236 A 国際公開第02/40404号公報International Publication No. 02/40404

ところで、二次電池の高容量化を図るには、正極活物質の種類の選択に加えて、正極活物質を含む正極合剤層の密度を高めて、正極活物質の充填量を増やすことが考えられる。   By the way, in order to increase the capacity of the secondary battery, in addition to selecting the type of the positive electrode active material, increasing the density of the positive electrode mixture layer containing the positive electrode active material and increasing the filling amount of the positive electrode active material. Conceivable.

しかしながら、正極合剤層の密度を高めると、正極合剤層中の空隙が減少するため、非水電解液が浸透し難くなって、電池製造時における非水電解液の注入工程に時間がかかるようになり、電池の生産性が低下することがある。また、非水電解液が正極合剤層中に均一に浸透し難くなることで、却って電池の容量が低下したり、充放電サイクル特性などの電池特性が低下したりする虞もある。   However, when the density of the positive electrode mixture layer is increased, voids in the positive electrode mixture layer are reduced, so that it is difficult for the nonaqueous electrolyte to permeate, and the nonaqueous electrolyte injection process during battery production takes time. As a result, battery productivity may be reduced. In addition, since the non-aqueous electrolyte does not easily penetrate into the positive electrode mixture layer, there is a possibility that the capacity of the battery may be reduced, and battery characteristics such as charge / discharge cycle characteristics may be deteriorated.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高密度であり、かつ非水電解液の浸透性が良好な電気化学素子用電極と、該電極を有するリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is an electrode for an electrochemical element having a high density and good nonaqueous electrolyte permeability, and a lithium ion secondary having the electrode. To provide a battery.

前記目的を達成し得た本発明の電気化学素子用電極は、集電体の片面または両面に活物質を含有する電極合剤層を有する電気化学素子用電極であって、下記一般式(1)
LiNi(1−y−z)Co (1)
[前記一般式(1)中、Mは、MnおよびAlのうちの少なくとも1種の元素であり、0.9≦x≦1.3、0<y<1、0<z<1およびy+z<1である]で表され、体積基準の粒度分布において、2つのピークトップを有しており、小粒径側のピーク(A)のピークトップが粒径2〜4μmの範囲内に存在し、かつ大粒径側のピーク(B)のピークトップが粒径8.8〜11μmの範囲内に存在しており、前記ピーク(A)における粒径の体積頻度をA、前記ピーク(B)における粒径の体積頻度をBとしたとき、0.18≦A/(A+B)≦0.45の関係を満たしており、累積体積50%の粒径が4.6〜10.3μmであるリチウム含有複合酸化物を活物質として使用し、水銀圧入法により求められる電極合剤層の細孔分布曲線において、2つのピークトップを有しており、小孔径側のピーク(a)のピークトップが細孔径140〜220nmの範囲内に存在し、かつ大孔径側のピーク(b)のピークトップが細孔径330〜910nmの範囲内に存在しており、前記ピーク(a)におけるピークトップの細孔容積をa(ml/g)、前記ピーク(b)におけるピークトップの細孔容積をb(ml/g)としたとき、0.26≦a/(a+b)≦0.53の関係を満たすことを特徴とするものである。
The electrode for an electrochemical element of the present invention that has achieved the above object is an electrode for an electrochemical element having an electrode mixture layer containing an active material on one side or both sides of a current collector. )
Li x Ni (1-yz) Co y M z O 2 (1)
[In the general formula (1), M is at least one element of Mn and Al, 0.9 ≦ x ≦ 1.3, 0 <y <1, 0 <z <1, and y + z <. 1), and has two peak tops in the volume-based particle size distribution, and the peak top of the peak (A) on the small particle size side is in the range of 2 to 4 μm in particle size, And the peak top of the peak (B) on the large particle size side exists in the range of the particle size of 8.8 to 11 μm, the volume frequency of the particle size in the peak (A) is A, and the peak (B) When the volume frequency of the particle size is B, the lithium content satisfying the relationship of 0.18 ≦ A / (A + B) ≦ 0.45 and the particle size of the cumulative volume of 50% is 4.6 to 10.3 μm. Using the composite oxide as the active material, the pore distribution curve of the electrode mixture layer obtained by the mercury intrusion method is used. And the peak top of the peak (a) on the small pore diameter side exists in the pore diameter range of 140 to 220 nm, and the peak top of the peak (b) on the large pore diameter side is fine. The pore diameter is within a range of 330 to 910 nm, the peak top pore volume in the peak (a) is a (ml / g), and the peak top pore volume in the peak (b) is b (ml / ml). When g), the relationship 0.26 ≦ a / (a + b) ≦ 0.53 is satisfied.

また、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有しており、前記正極が、本発明の電気化学素子用電極であることを特徴とするものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode is an electrode for an electrochemical device of the present invention. .

本発明によれば、高密度であり、かつ非水電解液の浸透性が良好な電気化学素子用電極と、該電極を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an electrode for an electrochemical element that has a high density and good non-aqueous electrolyte permeability, and a lithium ion secondary battery having the electrode.

本発明の電気化学素子(リチウムイオン二次電池)の一例を示す模式図であり、(a)平面図、(b)断面図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrochemical element (lithium ion secondary battery) of this invention, (a) Top view, (b) Cross-sectional view. 図1の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of FIG. 1.

本発明の電気化学素子用電極(以下、単に「電極」という場合がある。)は、集電体の片面または両面に、活物質などを含有する電極合剤層が形成されることで構成されている。   The electrode for an electrochemical element of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “electrode”) is constituted by forming an electrode mixture layer containing an active material or the like on one side or both sides of a current collector. ing.

本発明の電極は、前記一般式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物を活物質として用いている。本発明の電極は、例えば、電気化学素子の正極に用いられる。すなわち、前記リチウム含有複合酸化物は、リチウムイオン二次電池などの電気化学素子の正極活物質として作用し、電気化学素子の高容量化に寄与する。   The electrode of the present invention uses a lithium-containing composite oxide represented by the general formula (1) as an active material. The electrode of the present invention is used, for example, as a positive electrode of an electrochemical element. That is, the lithium-containing composite oxide acts as a positive electrode active material for an electrochemical element such as a lithium ion secondary battery, and contributes to increasing the capacity of the electrochemical element.

また、電気化学素子の高容量化を図るには、電極合剤層の密度を高め、活物質の充填量を増やすことが好ましい。しかしながら、前記の通り、電極に係る電極合剤層の高密度化によって、電気化学素子の有する非水電解液が電極合剤層中に良好に浸透し難くなるため、電気化学素子の特性低下や生産性低下が引き起こされてしまう。   Moreover, in order to increase the capacity of the electrochemical device, it is preferable to increase the density of the electrode mixture layer and increase the filling amount of the active material. However, as described above, the density of the electrode mixture layer related to the electrode makes it difficult for the nonaqueous electrolyte solution of the electrochemical element to penetrate well into the electrode mixture layer. Productivity will be reduced.

そこで、本発明の電極では、水銀圧入法により求められる電極合剤層の細孔分布曲線において、2つのピークトップを有し、小孔径側のピーク(a)のピークトップが細孔径140〜220nmの範囲内に存在し、かつ大孔径側のピーク(b)のピークトップが細孔径330〜910nmの範囲内に存在しており、前記ピーク(a)におけるピークトップの細孔容積をa(ml/g)、前記ピーク(b)におけるピークトップの細孔容積をb(ml/g)としたとき、0.26≦a/(a+b)≦0.53の関係を満たすように電極合剤層の細孔分布を制御することで、電極合剤層の密度を高めつつ、非水電解液の浸透性も高めることを可能としている。   Therefore, the electrode of the present invention has two peak tops in the pore distribution curve of the electrode mixture layer obtained by the mercury intrusion method, and the peak top of the peak (a) on the small pore diameter side has a pore diameter of 140 to 220 nm. And the peak top of the peak (b) on the large pore diameter side is in the range of the pore diameter of 330 to 910 nm, and the peak top pore volume in the peak (a) is defined as a (ml / G), where the peak top pore volume in the peak (b) is b (ml / g), the electrode mixture layer satisfies the relationship of 0.26 ≦ a / (a + b) ≦ 0.53 By controlling the pore distribution, it is possible to increase the permeability of the non-aqueous electrolyte while increasing the density of the electrode mixture layer.

なお、本明細書でいう水銀圧入法とは、試料を入れた容器を真空状態にし、そこに水銀を加えて満たし、加圧した際の圧力と試料の細孔に圧入された水銀量の関係から、細孔分布などの情報を得る方法である。また、本明細書でいう細孔分布曲線とは、細孔径の対数を横軸に、単位重量当たりの細孔容積の増加分を細孔径の対数で微分したLog微分細孔容積(cc/g)を縦軸にプロットしたものであり、具体的には、水銀ポロシメーター(Micromeritic社製「Poresizer 9310」)を用い、2×4cmのサイズの試料(集電体を伴った電極)について測定して得られるものである。更に、本明細書において「ピークトップ」とは、細孔分布曲線が有する各ピークにおいて縦軸の座標値が最も大きい値をとる点をいう。   In this specification, the mercury intrusion method refers to the relationship between the pressure when the container containing the sample is evacuated, filled with mercury and filled, and the amount of mercury injected into the pores of the sample. From this, information such as pore distribution is obtained. The pore distribution curve referred to in this specification is a log differential pore volume (cc / g) obtained by differentiating the increase in pore volume per unit weight with the logarithm of pore diameter, with the logarithm of pore diameter as the horizontal axis. ) Is plotted on the vertical axis. Specifically, a 2 × 4 cm sample (electrode with current collector) was measured using a mercury porosimeter (“Poresizer 9310” manufactured by Micromeritic). It is obtained. Further, in this specification, “peak top” refers to a point where the coordinate value of the vertical axis takes the largest value in each peak of the pore distribution curve.

すなわち、電極合剤層の細孔分布曲線において、ピーク(a)やピーク(b)のピークトップが表れる細孔径が小さすぎたり、a/(a+b)の値が大きすぎたりすると、電極合剤層の密度が高くなる一方で、非水電解液の浸透性が低下してしまう。一方、電極合剤層の細孔分布曲線において、ピーク(a)やピーク(b)のピークトップが表れる細孔径が大きすぎたり、a/(a+b)の値が小さすぎたりすると、電極合剤層の密度を高くできなくなる。   That is, in the pore distribution curve of the electrode mixture layer, if the pore diameter at which the peak top of peak (a) or peak (b) appears is too small or the value of a / (a + b) is too large, the electrode mixture While the density of the layer increases, the permeability of the non-aqueous electrolyte decreases. On the other hand, in the pore distribution curve of the electrode mixture layer, if the pore diameter at which the peak top of peak (a) or peak (b) appears is too large, or the value of a / (a + b) is too small, the electrode mixture The layer density cannot be increased.

本発明の電極は、前記一般式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物を活物質として用いるが、このリチウム含有複合酸化物において、NiおよびCoは前記リチウム含有複合酸化物の容量に寄与する成分である。また、Coは、電極合剤層における充填密度向上にも作用する。よって前記一般式(1)において、Coの量を表すyを0より大きくするが、前記の作用をより良好に発揮させる観点から、yは0.1以上であることが好ましい。また、前記一般式(1)において、Coの量を表すyは1より小さいが、Coの量が多いと、本発明の電極が使用される電気化学素子のコスト増大や安全性低下を引き起こす虞がある。よって、前記一般式(1)において、Coの量を表すyは、0.25以下であることが好ましい。   The electrode of the present invention uses the lithium-containing composite oxide represented by the general formula (1) as an active material. In this lithium-containing composite oxide, Ni and Co contribute to the capacity of the lithium-containing composite oxide. It is an ingredient to do. Co also acts to improve the packing density in the electrode mixture layer. Therefore, in the general formula (1), y representing the amount of Co is set to be larger than 0, but y is preferably 0.1 or more from the viewpoint of better exhibiting the above-described action. In the general formula (1), y representing the amount of Co is smaller than 1. However, if the amount of Co is large, there is a risk of causing an increase in cost and a decrease in safety of the electrochemical device in which the electrode of the present invention is used. There is. Therefore, in the general formula (1), y representing the amount of Co is preferably 0.25 or less.

また、前記一般式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物では、MnおよびAlのうちの少なくとも1種である元素Mを含有している。前記リチウム含有複合酸化物が元素MとしてMnを含有する場合には、その結晶格子中にMnが存在することで前記リチウム含有複合酸化物の熱的安定性が向上するため、より安全性の高い電気化学素子を構成することが可能となる。   The lithium-containing composite oxide represented by the general formula (1) contains an element M that is at least one of Mn and Al. When the lithium-containing composite oxide contains Mn as the element M, the thermal stability of the lithium-containing composite oxide is improved by the presence of Mn in the crystal lattice, so that the safety is higher. An electrochemical element can be configured.

更に、前記リチウム含有複合酸化物がMnを含有する場合、Coによって、電気化学素子の充放電でのLiのドープおよび脱ドープに伴うMnの価数変動を抑制し、Mnの平均価数を4価近傍の値に安定させ、Mnを含有するリチウム含有複合酸化物を用いた電気化学素子に特有の負極でのMn析出を抑えることによって、Mnを含有する通常のリチウム含有複合酸化物よりも充放電サイクル特性に優れた電気化学素子を構成することが可能となる。   Further, when the lithium-containing composite oxide contains Mn, Co suppresses fluctuations in the valence of Mn associated with doping and dedoping of Li during charging and discharging of the electrochemical element, and the average valence of Mn is 4 It stabilizes to a value close to the valence, and suppresses Mn precipitation at the negative electrode peculiar to an electrochemical element using a lithium-containing composite oxide containing Mn, so that it is more charged than a normal lithium-containing composite oxide containing Mn. An electrochemical element having excellent discharge cycle characteristics can be configured.

また、前記リチウム含有複合酸化物において、結晶格子中にAlを存在させると、リチウム含有複合酸化物の結晶構造を安定化させることができ、その熱的安定性を向上させ得るため、これによっても、より安全性の高い電気化学素子を構成することが可能となる。また、Alがリチウム含有複合酸化物粒子の粒界や表面に存在することで、その経時安定性や非水電解液との副反応を抑制することができ、より長寿命の電気化学素子を構成することが可能となる。   Further, in the lithium-containing composite oxide, if Al is present in the crystal lattice, the crystal structure of the lithium-containing composite oxide can be stabilized and the thermal stability thereof can be improved. Thus, it is possible to configure a safer electrochemical device. In addition, Al is present at the grain boundaries and surfaces of the lithium-containing composite oxide particles, so that the stability over time and side reactions with the non-aqueous electrolyte can be suppressed, and a longer-lifetime electrochemical device is constructed. It becomes possible to do.

前記リチウム含有複合酸化物において、元素Mを含有させることによる前記の作用を確保する観点から、前記一般式(1)における元素Mの量を表すzを0より大きくするが、前記の作用をより良好に発揮させる観点から、zは0.05以上であることが好ましい。また、前記一般式(1)において、元素Mの量を表すzは1より小さいが、例えば、Alは充放電容量に関与することができないため、前記リチウム含有複合酸化物中の含有量を多くすると、高容量化効果が小さくなる虞がある。よって、前記一般式(1)において、元素Mの量を表すzは、0.35以下であることが好ましい。   In the lithium-containing composite oxide, from the viewpoint of securing the above-described action by including the element M, z representing the amount of the element M in the general formula (1) is set to be larger than 0. From the viewpoint of achieving good results, z is preferably 0.05 or more. In the general formula (1), z representing the amount of the element M is smaller than 1, but for example, since Al cannot participate in the charge / discharge capacity, the content in the lithium-containing composite oxide is increased. As a result, the effect of increasing the capacity may be reduced. Therefore, in the general formula (1), z representing the amount of the element M is preferably 0.35 or less.

また、前記の通り、前記一般式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物において、Coの量を表すyと元素Mの量を表すzとの合計y+zは、1より小さくするが、リチウム含有複合酸化物において、Niは容量向上に寄与する成分であるため、Coおよび元素Mの量が多すぎると、Ni量が少なくなって高容量化効果が小さくなる虞がある。よって、前記一般式(1)において、Coの量を表すyと元素Mの量を表すzとの合計y+zは、0.5以下であることが好ましい。   Further, as described above, in the lithium-containing composite oxide represented by the general formula (1), the total y + z of y representing the amount of Co and z representing the amount of the element M is smaller than 1, but the lithium In the composite oxide containing Ni, since Ni is a component that contributes to an increase in capacity, if the amount of Co and element M is too large, the amount of Ni may decrease and the effect of increasing the capacity may be reduced. Therefore, in the general formula (1), the total y + z of y representing the amount of Co and z representing the amount of the element M is preferably 0.5 or less.

前記の組成を有するリチウム含有複合酸化物は、その真密度が4.55〜4.95g/cmと大きな値になり、高い体積エネルギー密度を有する材料となる。なお、例えばMnを一定範囲で含むリチウム含有複合酸化物の真密度は、その組成により大きく変化するが、前記のような狭い組成範囲では構造が安定化され、均一性を高めることができるため、例えばLiCoOの真密度に近い大きな値となるものと考えられる。また、リチウム含有複合酸化物の質量当たりの容量を大きくすることができ、可逆性に優れた材料とすることができる。 The lithium-containing composite oxide having the above composition has a large true density of 4.55 to 4.95 g / cm 3 and is a material having a high volume energy density. For example, the true density of the lithium-containing composite oxide containing Mn in a certain range varies greatly depending on the composition, but the structure is stabilized and the uniformity can be improved in the narrow composition range as described above. For example, it is considered to be a large value close to the true density of LiCoO 2 . Moreover, the capacity | capacitance per mass of lithium containing complex oxide can be enlarged, and it can be set as the material excellent in reversibility.

前記リチウム含有複合酸化物は、特に化学量論比に近い組成のときに、その真密度が大きくなるが、具体的には、前記一般組成式(1)において、Liの量を表すxは、0.9以上1.3以下とすることが好ましく、xの値をこのように調整することで、真密度および可逆性を高めることができる。   The lithium-containing composite oxide has a higher true density especially when the composition is close to the stoichiometric ratio. Specifically, in the general composition formula (1), x representing the amount of Li is It is preferable to set it to 0.9 or more and 1.3 or less, and true density and reversibility can be improved by adjusting the value of x in this way.

前記一般式(1)で表されるリチウム含有複合酸化物は、Li含有化合物(水酸化リチウムなど)、Ni含有化合物(硫酸ニッケルなど)、Co含有化合物(硫酸コバルトなど)、Mn含有化合物(硫酸マンガンなど)、およびAl含有化合物(硫酸アルミニウムなど)を混合し、焼成するなどして製造することができる。また、より高い純度で前記リチウム含有複合酸化物を合成するには、Ni、Coおよび元素Mに係る元素を含む複合化合物(水酸化物、酸化物など)とLi含有化合物とを混合し、焼成することが好ましい。   The lithium-containing composite oxide represented by the general formula (1) includes Li-containing compounds (such as lithium hydroxide), Ni-containing compounds (such as nickel sulfate), Co-containing compounds (such as cobalt sulfate), and Mn-containing compounds (sulfuric acid). Manganese and the like) and an Al-containing compound (such as aluminum sulfate) can be mixed and fired. In addition, in order to synthesize the lithium-containing composite oxide with higher purity, a composite compound (hydroxide, oxide, etc.) containing elements related to Ni, Co and element M and a Li-containing compound are mixed and fired. It is preferable to do.

焼成条件は、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。   Firing conditions can be, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, but once heated to a temperature lower than the firing temperature (for example, 250 to 850 ° C.) and maintained at that temperature, preheating is performed. After that, it is preferable to raise the temperature to the firing temperature to advance the reaction. Although there is no restriction | limiting in particular about the time of preheating, Usually, what is necessary is just to be about 0.5 to 30 hours. The atmosphere during firing can be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (such as argon, helium, or nitrogen) and oxygen gas, or an oxygen gas atmosphere. The oxygen concentration (volume basis) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more.

本発明の電極では、水銀圧入法により求められる電極合剤層の細孔分布曲線において、2つのピークトップを有し、小孔径側のピーク(a)のピークトップが細孔径140〜220nmの範囲内に存在し、かつ大孔径側のピーク(b)のピークトップが細孔径330〜910nmの範囲内に存在しており、前記ピーク(a)におけるピークトップの細孔容積をa(ml/g)、前記ピーク(b)におけるピークトップの細孔容積をb(ml/g)としたとき、0.26≦a/(a+b)≦0.53の関係を満たすようにするが、電極合剤層の細孔分布をこのように制御するには、特定の形態を有する前記リチウム含有複合酸化物を使用したり、電極製造時におけるカレンダー処理(詳しくは後述する)の条件を調整したりする方法が挙げられる。   In the electrode of the present invention, the pore distribution curve of the electrode mixture layer determined by the mercury intrusion method has two peak tops, and the peak top of the peak (a) on the small pore diameter side is within the pore diameter range of 140 to 220 nm. And the peak top of the peak (b) on the large pore diameter side exists in the range of the pore diameter of 330 to 910 nm, and the pore volume of the peak top in the peak (a) is expressed as a (ml / g ), Where the peak top pore volume in the peak (b) is b (ml / g), the relationship 0.26 ≦ a / (a + b) ≦ 0.53 is satisfied. In order to control the pore distribution of the layer in this manner, a method of using the lithium-containing composite oxide having a specific form or adjusting the conditions of calendar treatment (details will be described later) during electrode production Is mentioned .

すなわち、本発明の電極では、前記リチウム含有複合酸化物に、体積基準の粒度分布において、2つのピークトップを有しており、小粒径側のピーク(A)のピークトップが粒径2〜4μmの範囲内に存在し、かつ大粒径側のピーク(B)のピークトップが粒径8.8〜11μmの範囲内に存在しており、前記ピーク(A)におけるピークトップの体積頻度をA、前記ピーク(B)におけるピークトップの体積頻度をBとしたとき、0.18≦A/(A+B)≦0.45の関係を満たしており、累積体積50%の粒径(D50)が4.6〜10.3μmであるものを使用する。これにより電極合剤層の細孔分布を前記のように制御することが容易にでき、また、電極合剤層の細孔分布を前記のように制御するとともに、前記リチウム含有複合酸化物に前記の粒度分布を持つものを使用することで、高密度であり、かつ非水電解液の浸透性の高い電極合剤層を有する電極とすることができる。 That is, in the electrode of the present invention, the lithium-containing composite oxide has two peak tops in a volume-based particle size distribution, and the peak top of the small particle size side (A) has a particle size of 2 to 2. The peak top of the peak (B) on the large particle size side exists within the range of 4 μm and the peak top (B) has a particle size within the range of 8.8 to 11 μm. A, where B represents the volume frequency of the peak top in the peak (B), the relationship 0.18 ≦ A / (A + B) ≦ 0.45 is satisfied, and the particle size (D 50 ) has a cumulative volume of 50%. Having a diameter of 4.6 to 10.3 μm. As a result, the pore distribution of the electrode mixture layer can be easily controlled as described above, and the pore distribution of the electrode mixture layer is controlled as described above, and the lithium-containing composite oxide has the above-described control. By using a material having a particle size distribution of, it is possible to obtain an electrode having an electrode mixture layer having a high density and a high permeability of the non-aqueous electrolyte.

本明細書でいう前記リチウム含有複合酸化物の体積基準の粒度分布は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置、例えば、日機装社製「マイクロトラックHRA」などにより測定されたものである。   The volume-based particle size distribution of the lithium-containing composite oxide referred to in the present specification is measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus, for example, “Microtrack HRA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.

本発明の電極に係る電極合剤層には、通常、活物質以外に、バインダや導電助剤を含有させる。本発明の電極に係る電極合剤層で使用されるバインダとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン(PHFP)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、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)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、または、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体およびそれら共重合体のNaイオン架橋体などが挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、電気化学素子内での安定性や電気化学素子の特性などを考慮すると、PVDF、PTFE、PHFPが好ましく、また、これらを併用したり、これらのモノマーにより形成される共重合体を用いたりしてもよい。   In addition to the active material, the electrode mixture layer according to the electrode of the present invention usually contains a binder and a conductive additive. Examples of the binder used in the electrode mixture layer according to the electrode of the present invention include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene (PHFP), and styrene butadiene rubber. , Tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer Polymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride- Interfluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoro Methyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, or ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-methyl methacrylate copolymer, and copolymers thereof Na ion crosslinked body etc. of these are mentioned, These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Among these, considering the stability in the electrochemical element and the characteristics of the electrochemical element, PVDF, PTFE, and PHFP are preferable. In addition, a copolymer formed of these monomers can be used together. It may be used.

本発明の電極に係る電極合剤層で使用される導電助剤としては、電気化学素子内で化学的に安定なものであればよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(商品名)、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維;アルミニウム粉などの金属粉末;フッ化炭素;酸化亜鉛;チタン酸カリウムなどからなる導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高い黒鉛と、吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。また、導電助剤の形態としては、一次粒子に限定されず、二次凝集体や、チェーンストラクチャーなどの集合体の形態のものも用いることができる。このような集合体の方が、取り扱いが容易であり、生産性が良好となる。   The conductive additive used in the electrode mixture layer according to the electrode of the present invention may be any one that is chemically stable in the electrochemical element. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite, acetylene black, ketjen black (trade name), carbon black such as channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber; aluminum Metallic powders such as powders; Fluorinated carbon; Zinc oxide; Conductive whiskers made of potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; One species may be used alone, or two or more species may be used in combination. Among these, highly conductive graphite and carbon black excellent in liquid absorption are preferable. Further, the form of the conductive auxiliary agent is not limited to primary particles, and secondary aggregates and aggregated forms such as chain structures can also be used. Such an assembly is easier to handle and has better productivity.

本発明の電極は、前記リチウム含有複合酸化物を活物質として含有する電極合剤層を、集電体の片面または両面に形成することにより製造することができる。   The electrode of the present invention can be produced by forming an electrode mixture layer containing the lithium-containing composite oxide as an active material on one side or both sides of a current collector.

電極合剤層は、例えば、前記リチウム含有複合酸化物や、バインダおよび導電助剤などを溶剤に添加してペースト状やスラリー状の電極合剤含有組成物を調製し、これを種々の塗工方法によって集電体表面に塗布し、乾燥し、更にカレンダー処理によって電極合剤層の厚みを調整することにより形成することができる。また、このカレンダー処理での条件の調整によっても、電極合剤層の細孔分布を調整することができる。例えば、電極に用いた前記リチウム含有複合酸化物の粒度分布が、前記好適値から多少外れるものであっても、電極作製時のカレンダー処理条件の選択によって、電極合剤層の細孔分布を、前記のように調整することができる。   The electrode mixture layer is prepared by, for example, preparing a paste-like or slurry-like electrode mixture-containing composition by adding the lithium-containing composite oxide, a binder, a conductive auxiliary agent, or the like to a solvent, and applying it to various coatings. It can be formed by applying to the surface of the current collector by a method, drying, and adjusting the thickness of the electrode mixture layer by calendering. Also, the pore distribution of the electrode mixture layer can be adjusted by adjusting the conditions in the calendar process. For example, even if the particle size distribution of the lithium-containing composite oxide used for the electrode is slightly deviated from the preferred value, the pore distribution of the electrode mixture layer can be determined by selecting the calendering conditions during electrode preparation. It can be adjusted as described above.

電極合剤含有組成物を集電体表面に塗布する際の塗工方法としては、例えば、ドクターブレードを用いた基材引き上げ方式;ダイコータ、コンマコータ、ナイフコータなどを用いたコータ方式;スクリーン印刷、凸版印刷などの印刷方式:などを採用することができる。   Examples of the coating method for applying the electrode mixture-containing composition to the surface of the current collector include a substrate lifting method using a doctor blade; a coater method using a die coater, comma coater, knife coater, etc .; screen printing, letterpress Printing methods such as printing can be adopted.

電極合剤層においては、前記リチウム含有複合酸化物を、80〜99質量%とし、バインダを、0.5〜10質量%とし、導電助剤を、0.5〜10質量%とすることが好ましい。   In the electrode mixture layer, the lithium-containing composite oxide may be 80 to 99 mass%, the binder may be 0.5 to 10 mass%, and the conductive additive may be 0.5 to 10 mass%. preferable.

また、カレンダー処理後において、電極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、15〜200μmであることが好ましい。更に、電極合剤層の細孔分布を制御するには、カレンダー処理の条件としては、例えば、線圧を、10〜15kN/cmとすることが好ましい。そして、例えば、電極合剤層に用いた前記リチウム含有複合酸化物のD50や粒度分布曲線におけるピーク(B)の存在する粒径が、前記の範囲の中でも比較的大きい場合には、前記の線圧をより高くすることが好ましい。他方、電極合剤層に用いた前記リチウム含有複合酸化物の粒度分布曲線におけるピーク(A)の存在する粒径が、前記の範囲の中でも比較的小さい場合には、前記の線圧をより低くすることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the thickness of an electrode mixture layer is 15-200 micrometers per single side | surface of a collector after a calendar process. Furthermore, in order to control the pore distribution of the electrode mixture layer, as a condition for the calendar treatment, for example, the linear pressure is preferably set to 10 to 15 kN / cm. Then, for example, a particle size in the presence of the peak (B) at D 50 and particle size distribution curve of the lithium-containing composite oxide used for the electrode mixture layer, when a relatively large among the range of the It is preferable to increase the linear pressure. On the other hand, when the particle size at which the peak (A) in the particle size distribution curve of the lithium-containing composite oxide used in the electrode mixture layer is relatively small within the above range, the linear pressure is lowered. It is preferable to do.

電極の集電体の材質は、構成された電気化学素子において化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼の表面に炭素層またはチタン層を形成した複合材などを用いることができる。これらの中でも、アルミニウムまたはアルミニウム合金が特に好ましい。これらは、軽量で電子伝導性が高いからである。電極の集電体には、例えば、前記材質からなるフォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが使用される。また、集電体の表面に、表面処理を施して凹凸を付けることもできる。集電体の厚みは特に限定されないが、通常1〜500μmである。   The material of the electrode current collector is not particularly limited as long as it is an electron conductor that is chemically stable in the constructed electrochemical device. For example, in addition to aluminum or aluminum alloy, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, etc., a composite material in which a carbon layer or a titanium layer is formed on the surface of aluminum, aluminum alloy, or stainless steel can be used. . Among these, aluminum or an aluminum alloy is particularly preferable. This is because they are lightweight and have high electron conductivity. As the current collector of the electrode, for example, a foil, a film, a sheet, a net, a punching sheet, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, or the like made of the above materials is used. In addition, the surface of the current collector can be roughened by surface treatment. Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is 1-500 micrometers.

なお、本発明の電極は、前記の製造方法により製造されたものに限定されず、他の製造方法により製造されたものであってもよい。   In addition, the electrode of this invention is not limited to what was manufactured by the said manufacturing method, The electrode manufactured by the other manufacturing method may be used.

また、本発明の電極には、必要に応じて、電気化学素子内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。   Moreover, you may form in the electrode of this invention according to a conventional method the lead body for electrically connecting with the other member in an electrochemical element as needed.

本発明の電気化学素子用電極を正極として用いることにより、電池(リチウムイオン一次電池、リチウムイオン二次電池)、キャパシタなどの電気化学素子を構成することができる。   By using the electrode for an electrochemical element of the present invention as a positive electrode, an electrochemical element such as a battery (a lithium ion primary battery or a lithium ion secondary battery) or a capacitor can be configured.

すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を備え、かつ前記正極として本発明の電気化学素子用電極を有していればよく、正極以外の構成および構造については特に制限はなく、従来から知られているリチウムイオン二次電池で採用されている構成および構造を適用することができる。   That is, the lithium ion secondary battery of the present invention may include a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and may have the electrochemical element electrode of the present invention as the positive electrode. There is no restriction | limiting in particular about a structure, The structure and structure employ | adopted by the lithium ion secondary battery known conventionally can be applied.

負極には、例えば、負極活物質および結着剤、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤からなる負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。   The negative electrode has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer composed of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material and a binder and, if necessary, a conductive additive is included on one or both sides of the current collector. Can be used.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、リチウムと合金化可能な金属(Si、Snなど)またはその合金などが挙げられる。また、結着剤および導電助剤には、本発明の電極に使用し得るものとして先に例示したものと同じものが使用できる。   Examples of the negative electrode active material include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, and metals that can be alloyed with lithium (Si , Sn, etc.) or alloys thereof. Moreover, the same thing as what was illustrated previously as what can be used for the electrode of this invention can be used for a binder and a conductive support agent.

負極の集電体の材質は、構成された電池において化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。例えば、銅または銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、銅、銅合金またはステンレス鋼の表面に炭素層またはチタン層を形成した複合材などを用いることができる。これらの中でも、銅または銅合金が特に好ましい。これらは、リチウムと合金化せず、電子伝導性も高いからである。負極の集電体には、例えば、前記の材質からなるフォイル、フィルム、シート、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが使用できる。また、集電体の表面に、表面処理を施して凹凸を付けることもできる。集電体の厚みは特に限定されないが、通常1〜500μmである。   The material of the current collector of the negative electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductor that is chemically stable in the constructed battery. For example, in addition to copper or copper alloy, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, etc., a composite material in which a carbon layer or a titanium layer is formed on the surface of copper, copper alloy, or stainless steel can be used. . Among these, copper or a copper alloy is particularly preferable. This is because they are not alloyed with lithium and have high electron conductivity. For the current collector of the negative electrode, for example, a foil, a film, a sheet, a net, a punching sheet, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, or the like made of the above materials can be used. In addition, the surface of the current collector can be roughened by surface treatment. Although the thickness of a collector is not specifically limited, Usually, it is 1-500 micrometers.

負極は、例えば、負極活物質および結着剤、更には必要に応じて導電助剤を含有する負極合剤を溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物(結着剤は溶剤に溶解していてもよい)を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成することにより得ることができる。なお、負極は前記の製造方法により得られたものに限定されず、他の方法により製造したものであってもよい。負極合剤層の厚みは、集電体の片面当たり10〜300μmであることが好ましい。   The negative electrode is, for example, a paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition (binder) in which a negative electrode active material and a binder, and further, if necessary, a negative electrode mixture containing a conductive additive are dispersed in a solvent. May be dissolved in a solvent) on one or both sides of the current collector and dried to form a negative electrode mixture layer. The negative electrode is not limited to the one obtained by the above production method, and may be one produced by another method. The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 300 μm per one side of the current collector.

セパレータは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステルなどのポリエステル;などで構成された多孔質膜であることが好ましい。なお、セパレータは、100〜140℃において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましい。そのため、セパレータは、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、100〜140℃の熱可塑性樹脂を成分とするものがより好ましく、ポリエチレンを主成分とする単層の多孔質膜であるか、ポリエチレンとポリプロピレンとを2〜5層積層した積層多孔質膜などの多孔質膜を構成要素とする積層多孔質膜であることが好ましい。ポリエチレンとポリプロピレンなどのポリエチレンより融点の高い樹脂を混合または積層して用いる場合には、多孔質膜を構成する樹脂としてポリエチレンが30質量%以上であることが望ましく、50質量%以上であることがより望ましい。   The separator is preferably a porous film composed of polyolefin such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer; polyester such as polyethylene terephthalate and copolymer polyester; In addition, it is preferable that a separator has the property (namely, shutdown function) which the hole obstruct | occludes in 100-140 degreeC. Therefore, the separator has a melting point, that is, a thermoplastic resin having a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) of 100 to 140 ° C. in accordance with JIS K 7121 as a component. Preferably, it is a single layer porous film mainly composed of polyethylene or a laminated porous film comprising a porous film such as a laminated porous film in which 2 to 5 layers of polyethylene and polypropylene are laminated. Is preferred. When a resin having a melting point higher than that of polyethylene such as polyethylene and polypropylene is used by mixing or laminating, it is desirable that polyethylene is 30% by mass or more, and 50% by mass or more as a resin constituting the porous membrane. More desirable.

このような樹脂多孔質膜としては、例えば、従来から知られている非水二次電池などで使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された多孔質膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより作製されたイオン透過性の多孔質膜を用いることができる。   As such a resin porous membrane, for example, a porous membrane composed of the above-mentioned exemplified thermoplastic resin used in a conventionally known non-aqueous secondary battery or the like, that is, a solvent extraction method, a dry type Alternatively, an ion-permeable porous film manufactured by a wet stretching method or the like can be used.

セパレータの平均孔径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.05μm以上であって、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。   The average pore size of the separator is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less.

また、セパレータの特性としては、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜500secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。更に、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する場合がある。 Moreover, as a characteristic of the separator, a Gurley value represented by the number of seconds in which 100 ml of air permeates the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2 is 10 to 500 sec. It is desirable to be. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated.

なお、リチウムイオン二次電池内部が150℃以上となった場合でも、本発明の電極に係る前記リチウム含有複合酸化物は、熱的安定性に優れているため、安全性を保つことができる。   Even when the inside of the lithium ion secondary battery is 150 ° C. or higher, the lithium-containing composite oxide according to the electrode of the present invention is excellent in thermal stability, and thus safety can be maintained.

非水電解液には、電解質塩を有機溶媒に溶解させた溶液を使用することができる。溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、これらの2種以上を併用してもよい。また、アミンイミド系有機溶媒や、含イオウまたは含フッ素系有機溶媒なども用いることができる。これらの中でも、ECとMECとDECとの混合溶媒が好ましく、この場合、混合溶媒の全容量に対して、DECを15容量%以上80容量%以下の量で含むことがより好ましい。このような混合溶媒であれば、電池の低温特性や充放電サイクル特性を高く維持しつつ、高電圧充電時における溶媒の安定性を高めることができるからである。   As the non-aqueous electrolyte, a solution in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent can be used. Examples of the solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone, 1, 2 -Dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, Sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, diethyl ether, 1,3-propane sultone, etc. Aprotic organic solvents, and the like, may be used these alone, or in combination of two or more of these. Also, amine imide organic solvents, sulfur-containing or fluorine-containing organic solvents, and the like can be used. Among these, a mixed solvent of EC, MEC, and DEC is preferable. In this case, it is more preferable to include DEC in an amount of 15% by volume to 80% by volume with respect to the total volume of the mixed solvent. This is because such a mixed solvent can enhance the stability of the solvent during high-voltage charging while maintaining the low temperature characteristics and charge / discharge cycle characteristics of the battery high.

非水電解液に係る電解質塩としては、リチウムの過塩素酸塩、有機ホウ素リチウム塩、トリフロロメタンスルホン酸塩などの含フッ素化合物の塩、またはイミド塩などが好適に用いられる。このような電解質塩の具体例としては、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO)3、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここで、Rfはフルオロアルキル基を表す。〕などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、これらの2種以上を併用してもよい。これらの中でも、LiPFやLiBFなどが、充放電特性が良好なことからより好ましい。これらの含フッ素有機リチウム塩はアニオン性が大きく、かつイオン分離しやすいので前記溶媒に溶解しやすいからである。溶媒中における電解質塩の濃度は特に限定されないが、通常0.5〜1.7mol/Lである。 As the electrolyte salt related to the non-aqueous electrolyte, a salt of a fluorine-containing compound such as lithium perchlorate, lithium organic boron, trifluoromethanesulfonate, imide salt, or the like is preferably used. Specific examples of the electrolyte salt, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3, LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (Rf 3 OSO 2 ) 2 [where Rf Represents a fluoroalkyl group. These may be used alone or in combination of two or more thereof. Among these, LiPF 6 and LiBF 4 are more preferable because of good charge / discharge characteristics. This is because these fluorine-containing organic lithium salts have a large anionic property and are easily ion-separated, so that they are easily dissolved in the solvent. The concentration of the electrolyte salt in the solvent is not particularly limited, but is usually 0.5 to 1.7 mol / L.

また、前記の非水電解液に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。なお、前記リチウム含有複合酸化物がMnを含む場合には、その表面活性を安定にできることから、硫黄元素を含む添加剤を加えることが特に好ましい。   In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexyl benzene, biphenyl, and fluorobenzene are used for the purpose of improving the safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of the non-aqueous electrolyte. An additive such as t-butylbenzene may be added as appropriate. In addition, when the said lithium containing complex oxide contains Mn, since the surface activity can be stabilized, it is especially preferable to add the additive containing a sulfur element.

本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、本発明の電極と前記の負極とを、前記のセパレータを介して積層した電極積層体や、更にこれを渦巻状に巻回した電極巻回体を作製し、このような電極体と、前記の非水電解液とを、常法に従い外装体内に封入して構成される。電池の形態としては、従来から知られているリチウムイオン二次電池と同様に、筒形(円筒形や角筒形)の外装缶を使用した筒形電池や、扁平形(平面視で円形や角形の扁平形)の外装缶を使用した扁平形電池、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池などとすることができる。また、外装缶には、スチール製やアルミニウム製のものが使用できる。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes, for example, an electrode laminate in which the electrode of the present invention and the negative electrode are laminated via the separator, and an electrode wound body obtained by winding the electrode laminate in a spiral shape. The electrode body and the non-aqueous electrolyte are prepared and sealed in an exterior body according to a conventional method. As the form of the battery, similarly to the conventionally known lithium ion secondary battery, a cylindrical battery using a cylindrical (cylindrical or rectangular) outer can, or a flat shape (circular in plan view) A flat battery using a rectangular flat-shaped outer can, a soft package battery using a metal-deposited laminated film as an outer package, and the like. The outer can can be made of steel or aluminum.

本発明のリチウムイオン二次電池は、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器などの各種電子機器の電源用途を始めとして、電動工具、自動車、自転車、電力貯蔵用などの用途にも適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention can be applied to power tools, automobiles, bicycles, power storage applications, etc., as well as power supplies for various electronic devices such as portable electronic devices such as mobile phones and laptop computers. be able to.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<リチウム含有複合酸化物の合成>
水酸化ナトリウムの添加によってpHを約12に調整したアンモニア水を反応容器に入れ、これを強攪拌しながら、この中に、硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンを、それぞれ、2.4mol/dm、0.8mol/dm、0.8mol/dmの濃度で含有する混合水溶液と、25質量%濃度のアンモニア水とを、それぞれ、23cm/分、6.6cm/分の割合で、定量ポンプを用いて滴下して、NiとCoとMnとの共沈化合物(球状の共沈化合物)を合成した。なお、この際、反応液の温度は50℃に保持し、また、反応液のpHが12付近に維持されるように、6.4mol/dm濃度の水酸化ナトリウム水溶液の滴下も同時に行い、更に窒素ガスを1dm/分の流量でバブリングした。
Example 1
<Synthesis of lithium-containing composite oxide>
Aqueous ammonia whose pH was adjusted to about 12 by adding sodium hydroxide was placed in a reaction vessel, and while vigorously stirring, nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were each added to 2.4 mol / dm 3. , 0.8 mol / dm 3, a mixed aqueous solution containing a concentration of 0.8 mol / dm 3, and aqueous ammonia 25% strength by weight, respectively, 23cm 3 / min at a rate of 6.6 cm 3 / min, The solution was added dropwise using a metering pump to synthesize a coprecipitation compound of Ni, Co, and Mn (spherical coprecipitation compound). At this time, the temperature of the reaction solution is kept at 50 ° C., and a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 6.4 mol / dm 3 is dropped at the same time so that the pH of the reaction solution is maintained around 12. Further, nitrogen gas was bubbled at a flow rate of 1 dm 3 / min.

前記の共沈化合物を水洗、濾過および乾燥させて、NiとCoとMnとを6:2:2のモル比で含有する水酸化物を得た。この水酸化物0.196molと、0.204molのLiOH・HOとをエタノール中に分散させてスラリー状にした後、遊星型ボールミルで40分間混合し、室温で乾燥させて混合物を得た。次いで、前記混合物をアルミナ製のるつぼに入れ、2dm/分のドライエアーフロー中で600℃まで加熱し、その温度で2時間保持して予備加熱を行い、更に900℃に昇温して12時間焼成することにより、リチウム含有複合酸化物を合成した。 The coprecipitated compound was washed with water, filtered and dried to obtain a hydroxide containing Ni, Co and Mn in a molar ratio of 6: 2: 2. 0.196 mol of this hydroxide and 0.204 mol of LiOH.H 2 O were dispersed in ethanol to form a slurry, and then mixed with a planetary ball mill for 40 minutes and dried at room temperature to obtain a mixture. . Next, the mixture is put in an alumina crucible, heated to 600 ° C. in a dry air flow of 2 dm 3 / min, kept at that temperature for 2 hours for preheating, further heated to 900 ° C. and heated to 12 ° C. The lithium-containing composite oxide was synthesized by firing for a period of time.

得られたリチウム含有複合酸化物を水で洗浄した後、大気中(酸素濃度が約20vol%)で、850℃で12時間熱処理し、その後乳鉢で粉砕して粉体とした。その際粉砕する力および時間を調整し、2通りの粉砕工程を行い、粒子径の異なる2種類の粉体を得た後、それらを混合した。混合後のリチウム含有複合酸化物は、デシケーター中で保存した。   The obtained lithium-containing composite oxide was washed with water, heat-treated at 850 ° C. for 12 hours in the air (oxygen concentration of about 20 vol%), and then pulverized in a mortar to obtain a powder. At that time, the pulverization force and time were adjusted, and two pulverization steps were performed to obtain two types of powders having different particle diameters, and then mixed. The lithium-containing composite oxide after mixing was stored in a desiccator.

得られたリチウム含有複合酸化物の混合粉体について、日機装社製「マイクロトラックHRA」を使用して粒度分布を測定したところ、D50=8.1μm、体積基準の粒度分布曲線における小粒径側のピーク(A)のピークトップの粒径が3.2μm、大粒径側のピーク(B)のピークトップの粒径が10.2μm、A/(A+B)の値が0.40であることが判明した。 When the particle size distribution of the obtained mixed powder of lithium-containing composite oxide was measured using “Microtrac HRA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd., D 50 = 8.1 μm, small particle size in the volume-based particle size distribution curve The particle size of the peak top of the peak (A) on the side is 3.2 μm, the particle size of the peak top of the peak (B) on the large particle size side is 10.2 μm, and the value of A / (A + B) is 0.40. It has been found.

また、前記リチウム含有複合酸化物の混合粉体について、その組成分析を、ICP(Inductive Coupled Plasma)法を用いて以下のように行った。まず、前記リチウム含有複合酸化物0.2gを100mL容器に入れた。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLを順に加えて加熱溶解し、冷却後、さらに25倍に希釈してICP(JARREL ASH社製「ICP−757」)にて組成を分析した(検量線法)。得られた結果から、前記リチウム含有複合酸化物の組成を導出したところ、Li1.02Ni0.6Co0.2Mn0.2で表される組成であることが判明した。 Further, the composition analysis of the mixed powder of the lithium-containing composite oxide was performed as follows using an ICP (Inductively Coupled Plasma) method. First, 0.2 g of the lithium-containing composite oxide was placed in a 100 mL container. Thereafter, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water were sequentially added and dissolved by heating. After cooling, the solution was further diluted 25 times and analyzed by ICP (“ICP-757” manufactured by JARREL ASH) ( Calibration curve method). From the obtained results, the composition of the lithium-containing composite oxide was derived and found to be a composition represented by Li 1.02 Ni 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 .

<正極の作製>
前記リチウム含有複合酸化物96質量部と、バインダであるPVDFを10質量%の濃度で含むN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。
<Preparation of positive electrode>
96 parts by mass of the lithium-containing composite oxide, 20 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution containing PVDF as a binder at a concentration of 10% by mass, 1 part by mass of artificial graphite as a conductive auxiliary agent, and 1 part by mass of ketjen black was kneaded using a biaxial kneader, and NMP was added to adjust the viscosity to prepare a positive electrode mixture-containing paste.

前記の正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成した後、線圧13kN/cmでカレンダー処理を行って、正極合剤層の厚みおよび細孔分布を調節し、アルミニウム箔の露出部にアルミニウム製のリード体を溶接して、所定の幅および長さになるように切断し、帯状の正極を作製した。   The positive electrode mixture-containing paste is applied to both surfaces of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, dried to form a positive electrode mixture layer, and then subjected to a calendar treatment at a linear pressure of 13 kN / cm. Then, the thickness of the positive electrode mixture layer and the pore distribution were adjusted, and an aluminum lead body was welded to the exposed portion of the aluminum foil, and was cut to a predetermined width and length to produce a strip-shaped positive electrode .

得られた正極における正極合剤層は、片面あたりの厚みが65μmであった。また、水銀圧入法により求めた正極合剤層の体積基準の細孔分布曲線において、ピーク(a)のピークトップが細孔径188nm、ピーク(b)のピークトップが細孔径442nmの位置にあり、a/(a+b)の値は0.41であった。   The positive electrode mixture layer in the obtained positive electrode had a thickness of 65 μm per one side. Further, in the volume-based pore distribution curve of the positive electrode mixture layer obtained by mercury porosimetry, the peak top of peak (a) is at a position where the pore diameter is 188 nm, and the peak top of peak (b) is at a position where the pore diameter is 442 nm, The value of a / (a + b) was 0.41.

<負極の作製>
負極活物質である数平均粒子径が10μmの天然黒鉛97.5質量部と、バインダであるスチレンブタジエンゴム1.5質量部と、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース1質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを厚みが8μmの銅箔の両面に塗布し、乾燥させて負極合剤層を形成した後、カレンダー処理を行って、負極合剤層の厚みを調節し、銅箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、所定の幅および長さになるように切断し、帯状の負極を作製した。なお、得られた負極の全厚は128μmであった。
<Production of negative electrode>
Water was added to 97.5 parts by mass of natural graphite having a number average particle diameter of 10 μm as a negative electrode active material, 1.5 parts by mass of styrene butadiene rubber as a binder, and 1 part by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener. And mixed to prepare a negative electrode mixture-containing paste. The negative electrode mixture-containing paste was applied to both sides of a copper foil having a thickness of 8 μm and dried to form a negative electrode mixture layer, and then calendering was performed to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer. A nickel lead body was welded to the exposed portion and cut to a predetermined width and length to produce a strip-shaped negative electrode. The total thickness of the obtained negative electrode was 128 μm.

<非水電解液の調製>
ECとMECとDECとの容積比2:3:1の混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度で溶解させて、非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent having a volume ratio of EC: MEC: DEC of 2: 3: 1 to prepare a non-aqueous electrolyte.

<電池の組み立て>
前記帯状の正極を、厚みが16μmの微孔性ポリエチレンセパレータ(空孔率:41%)を介して前記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極巻回体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が厚さ5.0mm、幅42mm、高さ61mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに前記電極巻回体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。続いて、蓋板に設けた注入口から非水電解液を注入し、その後注入口を封止して、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウムイオン二次電池を得た。また、非水電解液注入直後からの電池のインピーダンスの経時変化を測定し、インピーダンスが安定した時間を、非水電解液の含浸必要時間として評価した。
<Battery assembly>
The belt-like positive electrode is stacked on the belt-like negative electrode through a microporous polyethylene separator (porosity: 41%) having a thickness of 16 μm, wound in a spiral shape, and then pressed so as to be flat. An electrode winding body having a flat winding structure was formed, and the electrode winding body was fixed with an insulating tape made of polypropylene. Next, the electrode winding body is inserted into a prismatic battery case made of aluminum alloy having an outer dimension of thickness 5.0 mm, width 42 mm, and height 61 mm, the lead body is welded, and an aluminum alloy lid The plate was welded to the open end of the battery case. Subsequently, a non-aqueous electrolyte was injected from an inlet provided in the cover plate, and then the inlet was sealed, so that a lithium ion secondary battery having the structure shown in FIG. 1 and the appearance shown in FIG. 2 was obtained. Moreover, the time-dependent change of the impedance of the battery immediately after injection of the non-aqueous electrolyte was measured, and the time when the impedance was stabilized was evaluated as the time required for impregnation with the non-aqueous electrolyte.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1の(a)は平面図、(b)はその部分断面図であって、図1(b)に示すように、正極1と負極2はセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の電極巻回体6として、角形(角筒形)の電池ケース4に非水電解液と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解質などは図示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2 is spirally wound through the separator 3 and then pressed into a flat shape to form a flat electrode winding body 6 in a rectangular (square tube) battery case 4 together with a non-aqueous electrolyte. Contained. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, a non-aqueous electrolyte, and the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated.

電池ケース4はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この電池ケース4は正極端子を兼ねている。そして、電池ケース4の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状電極巻回体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、電池ケース4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The battery case 4 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer package of the battery. The battery case 4 also serves as a positive electrode terminal. An insulator 5 made of a polyethylene sheet is arranged at the bottom of the battery case 4, and is connected to one end of each of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 from the flat electrode winding body 6 made of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3. The positive electrode lead body 7 and the negative electrode lead body 8 thus drawn are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the battery case 4 via a polypropylene insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、この蓋板9は電池ケース4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、電池ケース4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解質注入口14が設けられており、この非水電解質注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、非水電解質注入口14は、非水電解質注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、非水電解質注入口14として示している)。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the battery case 4, and the opening part of the battery case 4 is sealed by welding the joint part of both, and the inside of the battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, a non-aqueous electrolyte inlet 14 is provided in the lid plate 9, and the non-aqueous electrolyte inlet 14 is welded by, for example, laser welding with a sealing member inserted. The battery is sealed to ensure the hermeticity of the battery (therefore, in the battery of FIGS. 1 and 2, the nonaqueous electrolyte inlet 14 is actually a nonaqueous electrolyte inlet and a sealing member. , For ease of explanation, shown as non-aqueous electrolyte inlet 14). Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、電池ケース4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery of this Example 1, the outer can 5 and the cover plate 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead body 7 to the lid plate 9, and the negative electrode lead body 8 is welded to the lead plate 13, The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by conducting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the battery case 4, the sign may be reversed. There is also.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極体の内周側の部分は断面にしていない。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode body is not cross-sectional.

実施例2、3および比較例1〜8
実施例1と同様に合成したリチウム含有複合酸化物から、粉砕する力および時間を変化させて、得られる2種類の粒子径およびその混合量を調整し、表1に示すD50、ピーク(A)およびピーク(B)のピークトップの粒径、並びにA/(A+B)の値を有するリチウム含有複合酸化物の混合粉体を得た。これらのリチウム含有複合酸化物の混合粉体を正極活物質に使用し、正極作製時のカレンダー処理の線圧を表1に示す通りにした以外は、実施例1と同様にして正極を作製し、これらの正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
Examples 2, 3 and Comparative Examples 1-8
From the lithium-containing composite oxide synthesized in the same manner as in Example 1, the pulverization force and time were changed to adjust the two types of particle diameters obtained and the amount of mixture thereof, and D 50 , peak (A ) And a peak top particle size of peak (B), and a mixed powder of lithium-containing composite oxide having a value of A / (A + B). A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed powder of these lithium-containing composite oxides was used as the positive electrode active material, and the linear pressure of the calendar treatment at the time of positive electrode preparation was as shown in Table 1. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that these positive electrodes were used.

実施例および比較例の電池について、正極に用いた正極活物質(リチウム含有複合酸化物)の粒度分布に関する各値を表1に、水銀注入法により求めた各正極に係る正極合剤層の細孔分布に関する各値を表2に、それぞれ示す。   For the batteries of the examples and comparative examples, Table 1 shows the values related to the particle size distribution of the positive electrode active material (lithium-containing composite oxide) used for the positive electrode. Table 2 shows the respective values concerning the pore distribution.

また、実施例および比較例の電池に係る正極について、以下の方法によって正極合剤層の密度を測定した。正極を10cm×10cmのサイズに切り取り、その質量を最小目盛0.1mgの電子天秤を用いて測定し、集電体の質量を差し引いて正極合剤層の質量を算出した。一方、正極の全厚を最小目盛1μmのマイクロメーターで10点測定し、これらの測定値から集電体の厚みを差し引いた値の平均値と、面積とから、正極合剤層の体積を算出した。そして、前記正極合剤層の質量を前記体積で割ることにより正極合剤層の密度を算出した。   Moreover, about the positive electrode which concerns on the battery of an Example and a comparative example, the density of the positive mix layer was measured with the following method. The positive electrode was cut into a size of 10 cm × 10 cm, the mass was measured using an electronic balance with a minimum scale of 0.1 mg, and the mass of the current collector was subtracted to calculate the mass of the positive electrode mixture layer. On the other hand, the total thickness of the positive electrode was measured at 10 points with a micrometer having a minimum scale of 1 μm, and the volume of the positive electrode mixture layer was calculated from the average value obtained by subtracting the thickness of the current collector from these measured values and the area. did. Then, the density of the positive electrode mixture layer was calculated by dividing the mass of the positive electrode mixture layer by the volume.

更に、実施例および比較例の各電池について、非水電解液の含浸時間を84分に固定し、0.2Cの電流レートで充電電圧が4.2Vに達するまで行う定電流充電と、4.2Vの定電圧で電流密度が1/10に低下するまで行う定電圧充電で満充電にした。その後0.2Cの電流レートで放電終止電圧を2.5Vとして放電して容量を測定し、これを電池容量とした。なお、各電池の非水電解液の含浸時間は、非水電解液の注入直後から84分経過後に定電流充電を開始することで、84分に固定した。   Furthermore, for each battery of the example and the comparative example, the non-aqueous electrolyte impregnation time is fixed to 84 minutes, and constant current charging is performed until the charging voltage reaches 4.2 V at a current rate of 0.2 C; The battery was fully charged by constant voltage charging performed at a constant voltage of 2 V until the current density decreased to 1/10. Thereafter, the battery was discharged at a discharge rate of 2.5 V at a current rate of 0.2 C, and the capacity was measured. In addition, the impregnation time of the non-aqueous electrolyte of each battery was fixed to 84 minutes by starting constant current charge after 84 minutes passed immediately after injection | pouring of non-aqueous electrolyte.

実施例および比較例の電池の組み立て時に測定した非水電解液の含浸必要時間、実施例および比較例の電池に使用した正極に係る正極合剤層の密度、並びに実施例および比較例の電池における非水電解液の含浸時間を84分に固定した際の電池容量を、表3に示す(表3では、前記の電池容量を単に「電池容量」と記載する)。   In the battery of the example and the comparative example, the time required for impregnation of the nonaqueous electrolyte measured at the time of assembling the battery of the example and the comparative example, the density of the positive electrode mixture layer related to the positive electrode used in the battery of the example and the comparative example The battery capacity when the impregnation time of the non-aqueous electrolyte is fixed at 84 minutes is shown in Table 3 (in Table 3, the battery capacity is simply described as “battery capacity”).

表3から明らかな通り、適正な粒度分布のリチウム含有複合酸化物を活物質に用い、かつ正極合剤層の細孔分布が適正な正極を使用した実施例1〜3の電池では、正極合剤層の密度が高く、非水電解液の含浸時間を固定した際の容量が大きい。また、実施例1〜3の電池は、組み立て時における非水電解液の含浸必要時間が短いことから、生産性が良好であるといる。   As is clear from Table 3, in the batteries of Examples 1 to 3, in which the lithium-containing composite oxide having an appropriate particle size distribution was used as the active material and the positive electrode having the proper pore distribution of the positive electrode mixture layer was used, The density of the agent layer is high, and the capacity when the impregnation time of the nonaqueous electrolyte is fixed is large. In addition, the batteries of Examples 1 to 3 are said to have good productivity because the time required for impregnation with the non-aqueous electrolyte during assembly is short.

これに対し、正極合剤層の細孔分布曲線において、ピーク(a)およびピーク(b)のピークトップの細孔径が小さすぎ、a/(a+b)値が大きすぎる正極を使用した比較例1の電池、体積基準の粒度分布においてピーク(A)のピークトップの粒径が小さすぎるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に使用した比較例4の電池、体積基準の粒度分布においてA/(A+B)値が大きすぎるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用い、正極合剤層の細孔分布曲線においてa/(a+b)値が大きすぎる正極を使用した比較例5の電池、および正極合剤層の細孔分布曲線においてピーク(a)のピークトップの細孔径が小さすぎる正極を使用した比較例7の電池では、組み立て時における非水電解液の含浸必要時間が長く、生産性が劣っており、また、正極合剤層の密度が高いにも関わらず非水電解液の含浸時間を固定した際の容量が小さく、実施例の電池では良好な放電特性が確保できる含浸時間でも、正極合剤層の全体にわたって非水電解液が均一に浸透していないと考えられる。   On the other hand, in the pore distribution curve of the positive electrode mixture layer, Comparative Example 1 using a positive electrode in which the peak top pore diameter of peak (a) and peak (b) is too small and the a / (a + b) value is too large. The battery of Comparative Example 4 in which the lithium-containing composite oxide in which the peak top particle size of the peak (A) is too small in the volume-based particle size distribution is used as the positive electrode active material, and A / (A + B in the volume-based particle size distribution ) The battery of Comparative Example 5 using a lithium-containing composite oxide having an excessively large value as the positive electrode active material, and using the positive electrode having a too large a / (a + b) value in the pore distribution curve of the positive electrode mixture layer, and the positive electrode mixture In the battery of Comparative Example 7 using the positive electrode in which the pore diameter at the peak top of the peak (a) is too small in the pore distribution curve of the layer, the time required for impregnation with the nonaqueous electrolyte during assembly is long, and the productivity is poor. In addition, although the density of the positive electrode mixture layer is high, the capacity when the impregnation time of the nonaqueous electrolyte solution is fixed is small, and the positive electrode mixture can be obtained even in the impregnation time that can ensure good discharge characteristics in the battery of the example. It is considered that the non-aqueous electrolyte does not penetrate uniformly throughout the entire agent layer.

また、体積基準の粒度分布においてD50が大きすぎるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用い、正極合剤層の細孔分布曲線において、ピーク(a)およびピーク(b)のピークトップの細孔径が大きすぎ、a/(a+b)値が小さすぎる正極を使用した比較例2の電池、体積基準の粒度分布において、D50が大きすぎ、ピーク(B)のピークトップの粒径が大きすぎるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に使用した比較例3の電池、体積基準の粒度分布においてA/(A+B)値が小さすぎるリチウム含有複合酸化物を正極活物質に用い、正極合剤層の細孔分布曲線においてa/(a+b)値が小さすぎる正極を使用した比較例6の電池、および正極合剤層の細孔分布曲線においてピーク(b)のピークトップの細孔径が大きすぎる正極を使用した比較例8の電池では、正極合剤層の密度が小さく、非水電解液の含浸時間を固定した際の容量が、実施例の電池よりも小さい。 Further, a lithium-containing composite oxide D 50 is too large in the positive electrode active material in the particle size distribution on the volume basis, in a pore distribution curve of the positive electrode mixture layer, the peak top of the peak (a) and peak (b) fine pore size is too large, a / (a + b) value of Comparative example 2 using too small cathode battery, the volume-based particle size distribution, D 50 is too large, the particle size of the peak top of the peak (B) is too large The battery of Comparative Example 3 using a lithium-containing composite oxide as a positive electrode active material, and using a lithium-containing composite oxide whose A / (A + B) value is too small in the volume-based particle size distribution as the positive electrode active material, The peak top pore diameter of peak (b) is large in the battery of Comparative Example 6 using a positive electrode in which the a / (a + b) value is too small in the pore distribution curve, and in the pore distribution curve of the positive electrode mixture layer. That the battery of Comparative Example 8 using the cathode, reduce the density of the positive electrode mixture layer, the capacity at the time of fixing the impregnation time of the nonaqueous electrolyte solution is smaller than the battery of Example.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (2)

集電体の片面または両面に活物質を含有する電極合剤層を有する電気化学素子用電極であって、
下記一般式(1)
LiNi(1−y−z)Co (1)
[前記一般式(1)中、Mは、MnおよびAlのうちの少なくとも1種の元素であり、0.9≦x≦1.3、0.1≦≦0.250.05≦≦0.35およびy+z≦0.5である]で表され、体積基準の粒度分布において、2つのピークトップを有しており、小粒径側のピーク(A)のピークトップが粒径2〜4μmの範囲内に存在し、かつ大粒径側のピーク(B)のピークトップが粒径8.8〜11μmの範囲内に存在しており、前記ピーク(A)における粒径の体積頻度をA、前記ピーク(B)における粒径の体積頻度をBとしたとき、0.18≦A/(A+B)≦0.45の関係を満たしており、累積体積50%の粒径が4.6〜10.3μmであるリチウム含有複合酸化物を活物質として使用し、
水銀圧入法により求められる電極合剤層の細孔分布曲線において、2つのピークトップを有しており、小孔径側のピーク(a)のピークトップが細孔径140〜220nmの範囲内に存在し、かつ大孔径側のピーク(b)のピークトップが細孔径330〜910nmの範囲内に存在しており、前記ピーク(a)におけるピークトップの細孔容積をa(ml/g)、前記ピーク(b)におけるピークトップの細孔容積をb(ml/g)としたとき、0.26≦a/(a+b)≦0.53の関係を満たすことを特徴とする電気化学素子用電極。
An electrode for an electrochemical element having an electrode mixture layer containing an active material on one side or both sides of a current collector,
The following general formula (1)
Li x Ni (1-yz) Co y M z O 2 (1)
[In the general formula (1), M is at least one element of Mn and Al, and 0.9 ≦ x ≦ 1.3, 0.1 ≦ y ≦ 0.25 , 0.05 ≦ z ≦ 0.35 and y + z ≦ 0.5 ], and has two peak tops in the volume-based particle size distribution, and the peak top of the peak (A) on the small particle size side is the particle size It exists in the range of 2-4 μm, and the peak top of the peak (B) on the large particle size side exists in the range of particle size 8.8-11 μm, and the volume of the particle size in the peak (A) When the frequency is A and the volume frequency of the particle size at the peak (B) is B, the relationship 0.18 ≦ A / (A + B) ≦ 0.45 is satisfied, and the particle size with a cumulative volume of 50% is 4 .6-10.3 μm of lithium-containing composite oxide is used as an active material,
The pore distribution curve of the electrode mixture layer obtained by the mercury intrusion method has two peak tops, and the peak top of the peak (a) on the small pore diameter side is within the pore diameter range of 140 to 220 nm. And the peak top of the peak (b) on the large pore diameter side is in the range of the pore diameter of 330 to 910 nm, the pore volume of the peak top in the peak (a) is a (ml / g), the peak An electrode for an electrochemical element, wherein the relationship of 0.26 ≦ a / (a + b) ≦ 0.53 is satisfied, where b (ml / g) is the peak top pore volume in (b).
正極、負極、セパレータおよび非水電解液を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極が、請求項1に記載の電気化学素子用電極であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte,
The lithium ion secondary battery, wherein the positive electrode is the electrode for an electrochemical element according to claim 1.
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