JP5610031B1 - Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

【課題】 高温、高電圧使用時に優れたサイクル特性及び優れた充放電容量を示すリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】 集電体と、集電体の表面に配置され、正極活物質及び結着剤を含む正極活物質層と、正極活物質層の表面の少なくとも一部に配置される被覆層と、を有し、被覆層は複数の絶縁性の無機粉末と、被覆層用バインダーと、を有し、被覆層は空隙を有することを特徴とする。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery exhibiting excellent cycle characteristics and excellent charge / discharge capacity when used at high temperature and high voltage. A current collector, a positive electrode active material layer that is disposed on a surface of the current collector and includes a positive electrode active material and a binder, and a coating layer that is disposed on at least a part of the surface of the positive electrode active material layer The coating layer has a plurality of insulating inorganic powders and a coating layer binder, and the coating layer has voids. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極及び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 a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.

近年、携帯電話や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、小型軽量でかつ高容量の二次電池が必要とされている。現在、高容量二次電池としては、正極材料としてコバルト酸リチウム(LiCoO)、負極材料として炭素系材料を用いたリチウムイオン二次電池が商品化されている。 In recent years, along with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and the practical application of electric vehicles, secondary batteries with small and light weight and high capacity are required. Currently, lithium ion secondary batteries using lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode material and a carbon-based material as a negative electrode material are commercialized as high capacity secondary batteries.

リチウムイオン二次電池は高温、高電圧使用環境下においても使用できることが要望されている。本明細書では4.3V以上の電圧で使用することを高電圧使用と定義する。しかし高温、高電圧で駆動された場合には、リチウムイオン二次電池はサイクル特性が極端に悪化するという問題があった。   Lithium ion secondary batteries are required to be usable even in high temperature and high voltage environments. In this specification, use at a voltage of 4.3 V or higher is defined as high voltage use. However, when driven at a high temperature and a high voltage, the lithium ion secondary battery has a problem that the cycle characteristics are extremely deteriorated.

この原因として、高温、高電圧で駆動された場合、充電時に正極近傍で電解液の酸化分解が生じ、酸化分解により生じた酸などによって正極活物質などの金属成分が溶出することが考えられている。正極活物質から金属成分が溶出すると、正極の容量が下がりサイクル特性が悪化する。また電解液の酸化分解や金属成分の溶出によって生じた、電解液の分解物や金属成分の溶出物は、正極側から負極側に移動して、負極表面で還元分解される。その結果、分解物が負極活物質表面に堆積し、その堆積物により、負極活物質へのリチウムの挿入が阻害され、結果としてサイクル特性が悪化する。   As a cause of this, when driven at a high temperature and a high voltage, it is considered that the oxidative decomposition of the electrolyte occurs in the vicinity of the positive electrode during charging, and the metal components such as the positive electrode active material are eluted by the acid generated by the oxidative decomposition. Yes. When the metal component is eluted from the positive electrode active material, the capacity of the positive electrode decreases and the cycle characteristics deteriorate. Also, the electrolytic solution decomposition product and metal component elution product generated by the oxidative decomposition of the electrolytic solution and the elution of the metal component move from the positive electrode side to the negative electrode side, and are reductively decomposed on the negative electrode surface. As a result, a decomposition product is deposited on the surface of the negative electrode active material, and the deposit inhibits lithium insertion into the negative electrode active material, resulting in deterioration of cycle characteristics.

高温、高電圧の使用環境下においてサイクル特性を上げるために、様々な検討が行われている。   Various studies have been conducted to improve cycle characteristics under high temperature and high voltage use environments.

例えば特許文献1には、正極活物質層の上にマグネシアを含む無機粒子からなるフィラー粒子とバインダーとが含まれた被覆層を形成することが記載されている。この技術では、正極活物質層の上に設けられた被覆層が電解液の分解物や金属成分の溶出物を物理的にトラップする。特許文献1には、この被覆層を有することで、リチウムイオン二次電池は高温、高電圧の使用環境下でのサイクル特性、保存特性に優れることが記載されている。   For example, Patent Document 1 describes that a coating layer containing filler particles made of inorganic particles containing magnesia and a binder is formed on a positive electrode active material layer. In this technique, the coating layer provided on the positive electrode active material layer physically traps the decomposition product of the electrolytic solution and the elution product of the metal component. Patent Document 1 describes that by having this coating layer, the lithium ion secondary battery is excellent in cycle characteristics and storage characteristics under high temperature and high voltage use environments.

しかしながら、特許文献1には、被覆層が形成されることによって充放電容量がどの程度下がるかは記載されていない。また特許文献1には、被覆層を構成するマグネシアは水と反応してアルカリ性になると記載されており、被覆層の構成成分であるマグネシアは溶出すると推測される。つまり被覆層はサイクルを重ねると徐々に破壊されていくと推測される。従って高温、高電圧の使用環境下でも安定的な物質で正極活物質層を保護することが求められる。   However, Patent Document 1 does not describe how much the charge / discharge capacity decreases due to the formation of the coating layer. Patent Document 1 describes that magnesia constituting the coating layer reacts with water and becomes alkaline, and it is assumed that magnesia, which is a constituent component of the coating layer, elutes. That is, it is estimated that the coating layer is gradually destroyed as the cycle is repeated. Therefore, it is required to protect the positive electrode active material layer with a stable material even under a high temperature and high voltage use environment.

また特許文献2には、電池反応に関与するイオンを透過できる絶縁体、半導体、絶縁体と半導体の複合体から選択される膜によって負極に対向する面の正極表面が被覆されている二次電池が記載されている。特許文献2には正極表面が上記膜で被覆されることにより電池内部の短絡を抑制でき、電池のサイクル寿命を延ばすことができることが記載されている。特許文献2には正極表面に窒化物をスパッタリングして成膜することが開示されている。特許文献2に記載の技術ではスパッタリングにより窒化物よりなる保護膜を形成していることから、保護膜は空隙のない緻密な膜である。そのため特許文献2に記載の窒化物からなる保護膜を有するリチウム電池は、保護膜がないリチウム電池に比べて保護膜が抵抗となって充放電容量が下がることが推測される。特許文献2には、保護膜が形成されることによって充放電容量がどの程度下がるかは記載されていない。また特許文献2には、高温、高電圧での使用については記載されていない。   Patent Document 2 discloses a secondary battery in which the surface of the positive electrode facing the negative electrode is covered with a film selected from an insulator, a semiconductor, and a composite of an insulator and a semiconductor that can transmit ions involved in the battery reaction. Is described. Patent Document 2 describes that the surface of the positive electrode is covered with the above film, whereby a short circuit inside the battery can be suppressed and the cycle life of the battery can be extended. Patent Document 2 discloses that a film is formed by sputtering a nitride on the surface of a positive electrode. In the technique described in Patent Document 2, since the protective film made of nitride is formed by sputtering, the protective film is a dense film without voids. Therefore, it is presumed that the lithium battery having the protective film made of nitride described in Patent Document 2 has a lower resistance to charge / discharge capacity than the lithium battery without the protective film. Patent Document 2 does not describe how much the charge / discharge capacity decreases due to the formation of the protective film. Patent Document 2 does not describe use at high temperature and high voltage.

特開2008−53207号公報JP 2008-53207 A 特開平6−168739号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-168739

本発明者らは、高温、高電圧の使用環境下において優れたサイクル特性及び優れた充放電容量を有するリチウムイオン二次電池とするのに有利な被覆層の材料について検討した。   The inventors of the present invention have studied a material for a coating layer that is advantageous for making a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics and excellent charge / discharge capacity in a high temperature and high voltage use environment.

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、高温、高電圧の使用環境下において優れたサイクル特性及び優れた充放電容量を有するリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a positive electrode for lithium ion secondary batteries and a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics and excellent charge / discharge capacity under high temperature and high voltage use environments. An object is to provide a secondary battery.

本発明者等が鋭意検討した結果、正極活物質層の表面に複数の絶縁性の無機粉末と被覆層用バインダーとを有し、かつ空隙を有する被覆層を配置することにより、リチウムイオン二次電池が高温、高電圧の使用環境下でも優れたサイクル特性及び充放電容量を発揮できることを見いだした。   As a result of intensive studies by the present inventors, a lithium ion secondary material is formed by disposing a coating layer having a plurality of insulating inorganic powders and a coating layer binder and having voids on the surface of the positive electrode active material layer. It was found that the battery can exhibit excellent cycle characteristics and charge / discharge capacity even under high temperature and high voltage use environment.

すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、集電体と、集電体の表面に配置され、正極活物質及び結着剤を含む正極活物質層と、正極活物質層の表面の少なくとも一部に配置される被覆層と、を有し、被覆層は複数の絶縁性の無機粉末と、被覆層用バインダーと、を有し、被覆層は空隙を有することを特徴とする。   That is, the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a current collector, a positive electrode active material layer disposed on the surface of the current collector and including a positive electrode active material and a binder, and a surface of the positive electrode active material layer. A coating layer disposed at least in part, the coating layer having a plurality of insulating inorganic powders and a binder for the coating layer, wherein the coating layer has voids.

被覆層の表面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)で観察した画像において、被覆層の表面の開口率が5%以上50%以下であることが好ましい。   In an image obtained by observing the surface of the coating layer with a scanning electron microscope, the aperture ratio of the surface of the coating layer is preferably 5% or more and 50% or less.

被覆層の厚みは1μm以上で正極活物質層の厚みの20%以下であることが好ましい。   The thickness of the coating layer is preferably 1 μm or more and 20% or less of the thickness of the positive electrode active material layer.

無機粉末の平均粒径D50は100nm以上1μm以下であることが好ましい。 It is preferable that the average particle size D 50 of the inorganic powder is 100nm or more 1μm or less.

無機粉末は、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び窒化珪素から選ばれる少なくとも1つからなることが好ましい。   The inorganic powder is preferably made of at least one selected from boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride.

本発明のリチウムイオン二次電池は、上記リチウムイオン二次電池用正極と、負極と、非水電解液と、を有することを特徴とする。   The lithium ion secondary battery of this invention has the said positive electrode for lithium ion secondary batteries, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, It is characterized by the above-mentioned.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、正極活物質層の表面の少なくとも一部に配置される被覆層を有する。この被覆層は、複数の絶縁性の無機粉末と被覆層用バインダーとを有する。そして、被覆層は空隙を有する。   The positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention has a coating layer arrange | positioned in at least one part of the surface of a positive electrode active material layer. This coating layer has a plurality of insulating inorganic powders and a coating layer binder. And a coating layer has a space | gap.

このような被覆層を有する正極を用いるため、本発明のリチウムイオン二次電池は高温、高電圧の使用環境下においても優れたサイクル特性及び充放電容量を発揮する。   Since the positive electrode having such a coating layer is used, the lithium ion secondary battery of the present invention exhibits excellent cycle characteristics and charge / discharge capacity even under high temperature and high voltage use environments.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this embodiment. 実施例1、実施例2、実施例3及び比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池のサイクル試験結果を表すグラフである。4 is a graph showing cycle test results of laminated lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2, Example 3 and Comparative Example 1. FIG.

<リチウムイオン二次電池用正極>
本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、集電体と、集電体の表面に配置される正極活物質層と、正極活物質層の表面の少なくとも一部に配置される被覆層と、を有する。
<Positive electrode for lithium ion secondary battery>
The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention includes a current collector, a positive electrode active material layer disposed on the surface of the current collector, a coating layer disposed on at least a part of the surface of the positive electrode active material layer, Have

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電または充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体の材料として、例えばステンレス鋼、チタン、ニッケル、アルミニウム、銅などの金属材料または導電性樹脂を挙げることができる。また集電体は、箔、シート、フィルムなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。   A current collector refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. Examples of the current collector material include metal materials such as stainless steel, titanium, nickel, aluminum, and copper, or conductive resins. The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, or the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector.

集電体は、その厚みが10μm〜100μmであることが好ましい。   The current collector preferably has a thickness of 10 μm to 100 μm.

正極活物質層は、正極活物質と結着剤とを含む。正極活物質層は必要に応じて導電助剤をさらに含んでも良い。   The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a binder. The positive electrode active material layer may further contain a conductive additive as necessary.

正極活物質としては、リチウム含有化合物あるいは他の金属化合物よりなるものを用いることができる。リチウム含有化合物としては、例えば、層状構造を有するリチウムコバルト複合酸化物、層状構造を有するリチウムニッケル複合酸化物、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物、一般式: LiCoNiMn (Dはドープ成分であり、Al、Mg、Ti、Sn、Zn、W、Zr、Mo、Fe、Naからなる成分であり、必要に応じて添加される、p+q+r+s=1、0<p<1、0≦q<1、0≦r<1、0≦s<1、0.8≦a<2.0、−0.2≦x−(a+p+q+r+s)≦0.2)で表される層状構造を有するリチウムコバルト含有複合金属酸化物、一般式:LiMPOで示されるオリビン型リチウムリン酸複合酸化物(MはMn、Fe、Co及びNiのうちの少なくとも一種)、一般式:LiMPOFで示されるフッ化オリビン型リチウムリン酸複合酸化物(MはMn、Fe、Co及びNiのうちの少なくとも一種)、一般式:LiMSiOで示されるケイ酸塩系型リチウム複合酸化物(MはMn、Fe、Co及びNiのうちの少なくとも一種)を用いることができる。また他の金属化合物としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウム若しくは二酸化マンガンなどの酸化物、または硫化チタン若しくは硫化モリブデンなどの二硫化物が挙げられる。 As the positive electrode active material, a lithium-containing compound or another metal compound can be used. Examples of the lithium-containing compound, for example, lithium-cobalt composite oxide having a layered structure, the lithium nickel composite oxide having a layered structure, the lithium manganese composite oxide having a spinel structure represented by the general formula: Li a Co p Ni q Mn r D s O x (D is a doping component, which is a component composed of Al, Mg, Ti, Sn, Zn, W, Zr, Mo, Fe, Na, and is added as necessary, p + q + r + s = 1, 0 < p <1, 0 ≦ q <1, 0 ≦ r <1, 0 ≦ s <1, 0.8 ≦ a <2.0, −0.2 ≦ x− (a + p + q + r + s) ≦ 0.2) Lithium cobalt-containing composite metal oxide having a layered structure, general formula: olivine-type lithium phosphate composite oxide represented by LiMPO 4 (M is at least one of Mn, Fe, Co, and Ni), general formula: Fluorine olivine type lithium phosphate complex oxide represented by Li 2 MPO 4 F (M is at least one of Mn, Fe, Co and Ni), silicate type represented by general formula: Li 2 MSiO 4 A lithium composite oxide (M is at least one of Mn, Fe, Co, and Ni) can be used. Examples of other metal compounds include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide, and disulfides such as titanium sulfide and molybdenum sulfide.

また正極活物質は、化学式:LiMO(MはNi,Co及びMnから選択される少なくとも1つである)で表されるリチウム含有酸化物よりなることが好ましく、さらに一般式: LiCoNiMn (Dはドープ成分であり、Al、Mg、Ti、Sn、Zn、W、Zr、Mo、Fe、Naからなる成分であり、必要に応じて添加される、p+q+r+s=1、0<p<1、0≦q<1、0≦r<1、0≦s<1、0.8≦a<2.0、−0.2≦x−(a+p+q+r+s)≦0.2)で表される層状構造を有するリチウムコバルト含有複合金属酸化物よりなることが好ましい。 The positive electrode active material is preferably composed of a lithium-containing oxide represented by the chemical formula: LiMO 2 (M is at least one selected from Ni, Co, and Mn), and further has a general formula: Li a Co p Ni q Mn r D s O x (D is doped component, Al, Mg, Ti, Sn , Zn, W, Zr, Mo, Fe, and a component consisting of Na, are added if necessary, p + q + r + s = 1, 0 <p <1, 0 ≦ q <1, 0 ≦ r <1, 0 ≦ s <1, 0.8 ≦ a <2.0, −0.2 ≦ x− (a + p + q + r + s) ≦ 0. It is preferably made of a lithium cobalt-containing composite metal oxide having a layered structure represented by 2).

リチウム含有酸化物としては、例えば、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi0.6Co0.2Mn0.2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiCoO、LiNi0.8Co0.2、LiCoMnOを用いることができる。中でもLiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi0.5Co0.2Mn0.3は、熱安定性の点で好ましい。 Examples of the lithium-containing oxide include LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0. 3 O 2 , LiCoO 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , LiCoMnO 2 can be used. Among these, LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 and LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 are preferable in terms of thermal stability.

正極活物質はその平均粒径D50が1μm〜20μmである粉末形状であることが好ましい。正極活物質の平均粒径D50が小さいと、同じ質量の正極活物質を使用した場合、正極活物質の個数が増え、正極活物質全体の表面積が大きくなる。正極活物質の表面積が増えることは正極活物質と電解液との反応面積が増えることになり、電解液の分解が促進され、リチウムイオン二次電池のサイクル特性が悪くなる。従って正極活物質の平均粒径D50はあまり小さいことは好ましくなく、正極活物質の平均粒径D50は1μm以上が好ましい。正極活物質の平均粒径D50が20μmより大きいとリチウムイオン二次電池の抵抗が大きくなり、リチウムイオン二次電池の出力特性が下がる。正極活物質の平均粒径D50は粒度分布測定法によって計測できる。 The positive electrode active material preferably has an average particle diameter D 50 is a powder shape is 1 m to 20 m. When the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material is small, when using a positive electrode active material of the same mass, increasing the number of the positive electrode active material, the total surface area of the positive active material is increased. When the surface area of the positive electrode active material is increased, the reaction area between the positive electrode active material and the electrolytic solution is increased, the decomposition of the electrolytic solution is promoted, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are deteriorated. Thus the average particle size D 50 of the positive electrode active material is not preferred is that too small an average particle diameter D 50 of the positive electrode active material is preferably at least 1 [mu] m. When the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material is larger than 20 μm, the resistance of the lithium ion secondary battery is increased, and the output characteristics of the lithium ion secondary battery are lowered. The average particle diameter D 50 of the positive electrode active material can be measured by particle size distribution measurement method.

結着剤は、上記正極活物質及び導電助剤を集電体に繋ぎ止める役割を果たす。結着剤として、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン及びフッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリ酢酸ビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリイミド及びポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、並びにスチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴムを用いることができる。   The binder plays a role of connecting the positive electrode active material and the conductive additive to the current collector. As the binder, for example, fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene, polyethylene and polyvinyl acetate resins, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxy Silyl group-containing resins and rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR) can be used.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために必要に応じて正極活物質層に添加される。導電助剤として、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(登録商標)(KB)、気相法炭素繊維(VGCF)等を単独でまたは二種以上組み合わせて使用することができる。導電助剤の使用量については、特に限定的ではないが、例えば、正極に含有される活物質100質量部に対して、1質量部〜30質量部程度とすることができる。   A conductive support agent is added to a positive electrode active material layer as needed, in order to improve the electroconductivity of an electrode. Carbon black, graphite, acetylene black (AB), ketjen black (registered trademark) (KB), vapor grown carbon fiber (VGCF), etc., which are carbonaceous fine particles, are used alone or in combination of two or more as conductive aids. Can be used. The amount of the conductive auxiliary agent used is not particularly limited, but can be, for example, about 1 part by mass to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material contained in the positive electrode.

正極活物質層を集電体の表面に配置するには、正極活物質及び結着剤、並びに必要に応じて導電助剤を含む正極活物質層形成用組成物を調製し、さらにこの組成物に適当な溶剤を加えてペースト状にしてから、集電体の表面に塗布後、乾燥することによって行うことができる。なお、必要に応じて電極密度を高めるべく正極活物質層を配置された集電体を圧縮してもよい。   In order to dispose the positive electrode active material layer on the surface of the current collector, a positive electrode active material layer-forming composition containing a positive electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive additive is prepared. An appropriate solvent is added to form a paste, which is then applied to the surface of the current collector and then dried. In addition, you may compress the collector which arrange | positioned the positive electrode active material layer so that an electrode density may be raised as needed.

正極活物質層形成用組成物の塗布方法としては、ロールコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いればよい。   As a method for applying the composition for forming a positive electrode active material layer, a conventionally known method such as a roll coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method may be used.

粘度調整のための溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メタノール、メチルイソブチルケトン(MIBK)などが使用可能である。   As a solvent for adjusting the viscosity, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methanol, methyl isobutyl ketone (MIBK) and the like can be used.

被覆層は正極活物質層の表面の少なくとも一部に配置される。正極活物質層の表面の少なくとも一部は被覆層によって被覆されるので、正極活物質は電解液と直接接触しにくい。そのため、正極活物質による電解液の分解反応が抑制される。そのためサイクル特性が悪化するのを抑制できる。   The coating layer is disposed on at least a part of the surface of the positive electrode active material layer. Since at least a part of the surface of the positive electrode active material layer is covered with the coating layer, the positive electrode active material is unlikely to be in direct contact with the electrolytic solution. Therefore, the decomposition reaction of the electrolyte solution by the positive electrode active material is suppressed. Therefore, it can suppress that cycling characteristics deteriorate.

被覆層は空隙を有する。被覆層は複数の絶縁性の無機粉末と被覆層用バインダーとを有する。被覆層において複数の無機粉末はところどころ隙間をあけて配置されており、被覆層用バインダーは無機粉末同士の間及び無機粉末と正極活物質層との間に配置される。空隙は無機粉末同士の間、無機粉末と被覆層用バインダーとの間または無機粉末と正極活物質層との間に形成される。被覆層に空隙があるため、リチウムイオンは被覆層を容易に通過し正極活物質層へ到達する。つまり被覆層はリチウムイオンの伝導の抵抗になりにくく、被覆層が正極活物質層の表面に配置されていても正極の充放電容量は低下しにくい。   The coating layer has voids. The coating layer has a plurality of insulating inorganic powders and a coating layer binder. In the coating layer, the plurality of inorganic powders are arranged with some gaps, and the coating layer binder is arranged between the inorganic powders and between the inorganic powder and the positive electrode active material layer. The voids are formed between the inorganic powders, between the inorganic powder and the coating layer binder, or between the inorganic powder and the positive electrode active material layer. Since there are voids in the coating layer, lithium ions easily pass through the coating layer and reach the positive electrode active material layer. That is, the covering layer is unlikely to become a resistance to lithium ion conduction, and even if the covering layer is disposed on the surface of the positive electrode active material layer, the charge / discharge capacity of the positive electrode is unlikely to decrease.

また被覆層は複数の無機粉末で形成された複雑な形状をしているので表面積が大きい。そのため被覆層は正極活物質から溶出した金属成分の溶出物や電解液の分解物を物理的にトラップしやすい。金属成分の溶出物や電解液の分解物を正極表面で物理的にトラップできるので、負極活物質表面に分解物等が堆積するのを抑制できる。結果としてリチウムイオン二次電池のサイクル特性が悪化するのを抑制できる。   Moreover, since the coating layer has a complicated shape formed of a plurality of inorganic powders, the surface area is large. Therefore, the coating layer is easy to physically trap the eluate of the metal component eluted from the positive electrode active material and the decomposition product of the electrolytic solution. Since the eluate of the metal component and the decomposition product of the electrolytic solution can be physically trapped on the surface of the positive electrode, it is possible to suppress the decomposition product from being deposited on the surface of the negative electrode active material. As a result, deterioration of the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be suppressed.

また被覆層用バインダーは無機粉末同士及び無機粉末と正極活物質層とを結着させている。そのため被覆層は正極活物質層から剥離しにくい。そのためサイクルを重ねても上記被覆層の効果が持続しやすい。   Moreover, the binder for coating layers binds inorganic powders and inorganic powder and a positive electrode active material layer. Therefore, the coating layer is difficult to peel from the positive electrode active material layer. Therefore, the effect of the coating layer is likely to persist even after repeated cycles.

被覆層用バインダーは無機粉末に対して3質量%以上50質量%以下で被覆層に含まれればよい。被覆層用バインダーが無機粉末に対して50質量%より多く被覆層に含有されると、無機粉末による正極活物質層の保護効果が少なくなり、また空隙が形成されにくくなる。被覆層用バインダーが無機粉末に対して3質量%より少なく被覆層に含有されると、被覆層用バインダーの結着効果が得にくくなる。   The binder for coating layers should just be contained in a coating layer at 3 mass% or more and 50 mass% or less with respect to inorganic powder. When the coating layer binder is contained in the coating layer in an amount of more than 50% by mass with respect to the inorganic powder, the protective effect of the positive electrode active material layer by the inorganic powder is reduced, and voids are hardly formed. When the coating layer binder is contained in the coating layer in an amount of less than 3% by mass with respect to the inorganic powder, the binding effect of the coating layer binder is difficult to obtain.

空隙は被覆層のどこにあってもよい。空隙は被覆層の表面だけでなく、被覆層の内部にあってもよい。また一つの空隙は他の空隙と連通していてもよい。   The void may be anywhere in the coating layer. The voids may be inside the coating layer as well as the surface of the coating layer. One gap may communicate with another gap.

被覆層の表面を電子顕微鏡で観察すると、被覆層に開口部があることがわかる。この開口部は、被覆層に含まれる空隙を通じて表面から正極活物質層が観察されている箇所を指す。従ってこの開口部の面積を被覆層全体の面積で割ることによって、開口率を求めることができる。この時、被覆層全体の面積は開口部の面積を含む。   When the surface of the coating layer is observed with an electron microscope, it can be seen that the coating layer has an opening. This opening part points out the location where the positive electrode active material layer is observed from the surface through the space | gap contained in a coating layer. Therefore, the aperture ratio can be obtained by dividing the area of the opening by the area of the entire coating layer. At this time, the area of the entire coating layer includes the area of the opening.

被覆層の表面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)で観察した画像において、被覆層の表面の開口率が5%以上50%以下であることが好ましい。開口率が5%以上であると被覆層のリチウムイオンの透過性が良好である。開口率が50%以下であれば、正極活物質に電解液が直接接触することを少なくでき、そのため正極活物質による電解液の分解を良好に抑制できる。   In an image obtained by observing the surface of the coating layer with a scanning electron microscope, the aperture ratio of the surface of the coating layer is preferably 5% or more and 50% or less. When the aperture ratio is 5% or more, the lithium ion permeability of the coating layer is good. If the opening ratio is 50% or less, the electrolyte solution can be less likely to be in direct contact with the positive electrode active material, and therefore, the decomposition of the electrolyte solution by the positive electrode active material can be satisfactorily suppressed.

被覆層の厚みは、実質的に無機粉末の平均粒径D50と同等以上となる。正極活物質層の表面に無機粉末が少なくとも一層となる厚みを有する被覆層が配置されていれば、正極活物質層は被覆層によって保護される。 The thickness of the coating layer is substantially the average particle diameter D 50 of the inorganic powder equal to or greater than. If a coating layer having a thickness at which the inorganic powder is at least one layer is disposed on the surface of the positive electrode active material layer, the positive electrode active material layer is protected by the coating layer.

また被覆層の厚みは1μm以上で正極活物質層の厚みの20%以下であることが好ましい。被覆層の厚みが1μm以上であれば、高温、高電圧の使用環境下でもリチウムイオン二次電池のサイクル特性をより向上することが出来る。被覆層の厚みが正極活物質層の厚みの20%以下であれば、電池内において正極活物質層の体積すなわち正極活物質の量を減らさなくてもよく、リチウムイオン二次電池の充放電容量を低下させなくてすむ。   The thickness of the coating layer is preferably 1 μm or more and 20% or less of the thickness of the positive electrode active material layer. If the thickness of the coating layer is 1 μm or more, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be further improved even under high temperature and high voltage use environment. If the thickness of the coating layer is 20% or less of the thickness of the positive electrode active material layer, it is not necessary to reduce the volume of the positive electrode active material layer, that is, the amount of the positive electrode active material in the battery, and the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery It is not necessary to lower

無機粉末の平均粒径D50は、正極活物質の平均粒径D50よりも小さいことが好ましい。無機粉末の平均粒径D50が正極活物質の平均粒径D50よりも小さいと、無機粉末を含む被覆層は正極活物質層の表面の凹凸に沿って正極活物質層を被覆することが出来る。そうすると正極活物質層の表面に存在する正極活物質の表面を無機粉末を含む被覆層が被覆しやすい。正極活物質の表面の少なくとも一部が無機粉末を含む被覆層で被覆されれば、正極活物質の表面が電解液と直接接触することを抑制でき、電解液が正極活物質によって分解されるのを抑制できる。無機粉末は、平均粒径D50が100nm以上1μm以下であることが好ましい。無機粉末の平均粒径D50が100nm以上1μm以下であれば、より無機粉末を含む被覆層が正極活物質層の表面を被覆しやすい。 The average particle diameter D 50 of the inorganic powder is preferably smaller than the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material. When the average particle diameter D 50 of the inorganic powder is smaller than the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material, the coating layer containing an inorganic powder to coat the positive electrode active material layer along the irregularities on the surface of the positive electrode active material layer I can do it. As a result, the surface of the positive electrode active material existing on the surface of the positive electrode active material layer is easily covered with the coating layer containing the inorganic powder. If at least a part of the surface of the positive electrode active material is coated with a coating layer containing an inorganic powder, the surface of the positive electrode active material can be prevented from coming into direct contact with the electrolytic solution, and the electrolytic solution is decomposed by the positive electrode active material. Can be suppressed. Inorganic powder preferably has an average particle size D 50 is 100nm or more 1μm or less. When the average particle diameter D 50 of the inorganic powder is 100nm or 1μm or less, the coating layer tends to coat the surface of the positive electrode active material layer containing more inorganic powder.

無機粉末は、絶縁性であるため、正極活物質層の表面に絶縁性の無機粉末を含む被覆層が配置されると正極と負極とが短絡するのを抑制できる。   Since the inorganic powder is insulative, it is possible to suppress a short circuit between the positive electrode and the negative electrode when a coating layer containing the insulating inorganic powder is disposed on the surface of the positive electrode active material layer.

絶縁性の無機粉末として、例えば、窒化物、炭化物、金属酸化物が使用できる。窒化物としては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素及び窒化炭素が例示できる。炭化物としては炭化珪素、炭化ホウ素が例示できる。金属酸化物としては、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムが例示できる。   As the insulating inorganic powder, for example, a nitride, a carbide, or a metal oxide can be used. Examples of the nitride include boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, and carbon nitride. Examples of the carbide include silicon carbide and boron carbide. Examples of the metal oxide include silica, alumina, magnesium oxide, zirconium oxide, and hafnium oxide.

特に無機粉末は熱的に安定であるものが好ましい。その理由から、無機粉末は窒化物であることが好ましい。一般的に窒化物は1500℃程度まで熱的に安定である。1500℃はリチウムイオン二次電池の熱暴走範囲より十分に高い温度であるので、窒化物はリチウムイオン二次電池が熱暴走するのを抑制できる。   In particular, the inorganic powder is preferably thermally stable. For this reason, the inorganic powder is preferably a nitride. In general, nitride is thermally stable up to about 1500 ° C. Since 1500 ° C. is a temperature sufficiently higher than the thermal runaway range of the lithium ion secondary battery, the nitride can suppress the thermal runaway of the lithium ion secondary battery.

また一般的に窒化物は化学的な安定性が高く、電池反応に伴う余分な副反応を起こすことなく配置することが可能である。その物質の化学的な安定性が高いため、無機粉末は、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び窒化珪素から選ばれる少なくとも1つからなることが好ましい。   In general, nitrides have high chemical stability, and can be arranged without causing extra side reactions associated with battery reactions. The inorganic powder is preferably composed of at least one selected from boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride because the substance has high chemical stability.

被覆層は正極活物質層の表面に配置される。被覆層と正極活物質層とが混合しないように被覆層は正極活物質層ができあがってから配置されることが望ましい。   The coating layer is disposed on the surface of the positive electrode active material layer. In order to prevent the coating layer and the positive electrode active material layer from being mixed, the coating layer is desirably disposed after the positive electrode active material layer is formed.

この正極活物質層へ被覆層を配置する方法は、特に限定されない。例えば、以下の方法で正極活物質層へ被覆層を配置できる。被覆層の材料を有機溶媒もしくは水に溶かして溶液を作成し、噴霧器を用いて正極活物質層の塗布面に噴霧し、有機溶媒または水を揮発、除去することによって正極活物質層に被覆層を配置することができる。この場合の有機溶媒はエタノール、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メタノール、ブタノール、メチルイソブチルケトン(MIBK)などが使用できる。水は蒸留水やイオン交換水など、不純物を取り除いたものが好ましい。   The method for disposing the coating layer on the positive electrode active material layer is not particularly limited. For example, the coating layer can be disposed on the positive electrode active material layer by the following method. Dissolve the material of the coating layer in an organic solvent or water to create a solution, spray it on the application surface of the positive electrode active material layer using a sprayer, and volatilize and remove the organic solvent or water to coat the coating layer on the positive electrode active material layer Can be arranged. In this case, ethanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methanol, butanol, methyl isobutyl ketone (MIBK), or the like can be used as the organic solvent. The water is preferably water from which impurities have been removed, such as distilled water or ion exchange water.

また被覆層の材料を粘度調整のための有機溶媒もしくは水に溶かしてペースト状の混合物を作成し、そのペースト状の混合物を正極活物質層上に塗布し、塗布後に乾燥することによって正極活物質層に被覆層を配置することができる。塗布方法としては、スプレーコート法を用いればよい。粘度調整のための有機溶媒としては、エタノール、NMP、メタノール、ブタノール、MIBKなどが使用可能である。水は蒸留水やイオン交換水など、不純物を取り除いたものが好ましい。 Also, the material of the coating layer is dissolved in an organic solvent or water for viscosity adjustment to create a paste-like mixture, the paste-like mixture is applied on the positive electrode active material layer, and dried after the application, whereby the positive electrode active material A coating layer can be disposed on the layer. As the coating method, it may be used SPRAY coating method. As the organic solvent for adjusting the viscosity, ethanol, NMP, methanol, butanol, MIBK and the like can be used. The water is preferably water from which impurities have been removed, such as distilled water or ion exchange water.

上記した被覆層の配置方法において、被覆層における開口率の調整は、被覆層の塗布量を調整するによって行うことができる。被覆層の塗布量が多い方が開口率は小さくなる。   In the above-described coating layer arrangement method, the aperture ratio in the coating layer can be adjusted by adjusting the coating amount of the coating layer. The larger the coating amount of the coating layer, the smaller the aperture ratio.

被覆層用バインダーとして、ケイ素元素、アルミニウム元素、ジルコニウム元素などの元素を含む無機バインダー、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂などが使用できる。   As the binder for the coating layer, an inorganic binder containing an element such as silicon element, aluminum element, zirconium element, phenol resin, polyimide resin, epoxy resin, or melamine resin can be used.

被覆層の配置を簡便にするために、被覆層用バインダーとして、有機溶媒に溶解でき、有機溶媒が揮発したら室温で固化するバインダーを用いることが好ましい。このようなバインダーを用いれば、被覆層を形成するために電極を加熱する必要がない。被覆層用バインダーとして、例えば常温で固化させることのできる無機バインダーを用いることが好ましい。無機バインダーは化学的に安定であるため、電池反応に伴う分解反応を抑制することができる。無機バインダーとしては、ジルコニウム元素、特に酸化ジルコニウムを含む無機バインダーを好ましく用いることができる。   In order to simplify the arrangement of the coating layer, it is preferable to use a binder that can be dissolved in an organic solvent and solidifies at room temperature when the organic solvent volatilizes. When such a binder is used, it is not necessary to heat the electrode in order to form the coating layer. As the binder for the coating layer, for example, an inorganic binder that can be solidified at room temperature is preferably used. Since the inorganic binder is chemically stable, the decomposition reaction accompanying the battery reaction can be suppressed. As the inorganic binder, an inorganic binder containing zirconium element, particularly zirconium oxide, can be preferably used.

図1に本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を説明する模式図を示す。図1において、集電体1の上に正極活物質3が結着剤2によって結着されている。正極活物質層4は、正極活物質3と結着剤2とからなる。被覆層5は正極活物質層4の上に配置される。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to this embodiment. In FIG. 1, a positive electrode active material 3 is bound on a current collector 1 by a binder 2. The positive electrode active material layer 4 includes a positive electrode active material 3 and a binder 2. The coating layer 5 is disposed on the positive electrode active material layer 4.

図1の被覆層5において、無機粉末51はところどころに隙間を空けて配置され、被覆層用バインダー52は無機粉末51同士の間及び無機粉末51と正極活物質層4との間に配置されている。被覆層用バインダー52によって、複数の無機粉末51同士また無機粉末51と正極活物質層4とが結着されている。図1にみられるように空隙6が無機粉末51同士の間、無機粉末51と被覆層用バインダー52との間または無機粉末51と正極活物質層4との間に形成される。また無機粉末51は正極活物質3及び結着剤2の表面の凹凸に沿って配置している。   In the coating layer 5 of FIG. 1, the inorganic powder 51 is disposed with a gap in some places, and the coating layer binder 52 is disposed between the inorganic powders 51 and between the inorganic powder 51 and the positive electrode active material layer 4. Yes. A plurality of inorganic powders 51 or the inorganic powder 51 and the positive electrode active material layer 4 are bound together by the coating layer binder 52. As seen in FIG. 1, voids 6 are formed between the inorganic powders 51, between the inorganic powder 51 and the coating layer binder 52, or between the inorganic powder 51 and the positive electrode active material layer 4. The inorganic powder 51 is arranged along the unevenness of the surfaces of the positive electrode active material 3 and the binder 2.

<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、上記リチウムイオン二次電池用正極を有することを特徴とする。上記リチウムイオン二次電池用正極を有するリチウムイオン二次電池は、高温、高電圧の使用環境下でも優れたサイクル性能を有する。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of this invention has the said positive electrode for lithium ion secondary batteries, It is characterized by the above-mentioned. The lithium ion secondary battery having the positive electrode for a lithium ion secondary battery has excellent cycle performance even in a high temperature and high voltage use environment.

本発明のリチウムイオン二次電池は、電池構成要素として、上記したリチウムイオン二次電池用正極に加えて、負極、セパレータ、電解液を用いる。   The lithium ion secondary battery of the present invention uses a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution as a battery component in addition to the above-described positive electrode for a lithium ion secondary battery.

負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。負極活物質層は、負極活物質、結着剤を含み、必要に応じて導電助剤を含む。集電体、結着剤、導電助剤は正極で説明したものと同様である。   The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer bound to the surface of the current collector. A negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and a binder, and contains a conductive support agent as needed. The current collector, binder and conductive additive are the same as those described for the positive electrode.

負極活物質としては、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物、あるいは高分子材料などを用いることができる。   As the negative electrode active material, a carbon-based material that can occlude and release lithium, an element that can be alloyed with lithium, an elemental compound that has an element that can be alloyed with lithium, or a polymer material can be used.

炭素系材料としては、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類が挙げられる。ここで、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。   Examples of the carbon-based material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, coke, graphite, glassy carbon, organic polymer compound fired body, carbon fiber, activated carbon, or carbon black. Here, the organic polymer compound fired body refers to a material obtained by firing and carbonizing a polymer material such as phenols and furans at an appropriate temperature.

リチウムと合金化可能な元素は、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Biの少なくとも1種を有するとよい。中でも、リチウムと合金化可能な元素は、珪素(Si)または錫(Sn)であるとよい。   Elements that can be alloyed with lithium are Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn. , Pb, Sb, Bi may be included. Among them, the element that can be alloyed with lithium is preferably silicon (Si) or tin (Sn).

リチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物としては、例えば、ZnLiAl、AlSb、SiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi、SiC、Si、SiO、SiO(0<v≦2)、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSiOあるいはLiSnOなどが使用できる。リチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物は珪素化合物または錫化合物であることがよい。珪素化合物は、SiO(0.5≦x≦1.5)であることがよい。錫化合物は、例えば、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)などが使用できる。 Examples of elemental compounds having elements that can be alloyed with lithium include ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, SiC, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO or LiSnO can be used. The elemental compound having an element that can be alloyed with lithium is preferably a silicon compound or a tin compound. The silicon compound is preferably SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5). As the tin compound, for example, a tin alloy (Cu-Sn alloy, Co-Sn alloy, or the like) can be used.

高分子材料としては、ポリアセチレン、ポリピロールなどが使用できる。   As the polymer material, polyacetylene, polypyrrole, or the like can be used.

セパレータは正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータは、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、あるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミックス製の多孔質膜が使用できる。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. As the separator, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramics can be used.

電解液はリチウムイオン二次電池用に用いることのできる電解液が使用できる。電解液は、溶媒とこの溶媒に溶解された電解質とを含んでいる。   As the electrolytic solution, an electrolytic solution that can be used for a lithium ion secondary battery can be used. The electrolytic solution includes a solvent and an electrolyte dissolved in the solvent.

例えば溶媒として環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類が使用できる。環状エステル類として、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等が使用できる。鎖状エステル類として、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等が使用できる。エーテル類として、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等が使用できる。   For example, cyclic esters, chain esters, and ethers can be used as the solvent. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers that can be used include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, and the like.

また上記電解液に溶解させる電解質として、例えばLiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を使用することができる。 As the electrolyte dissolved in the electrolytic solution, for example, a lithium salt such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 can be used.

例えば、電解液として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの溶媒にLiClO、LiPF、LiBF、LiCFSOなどのリチウム塩を0.5mol/lから1.7mol/l程度の濃度で溶解させた溶液を使用することができる。 For example, as an electrolytic solution, 0.5 mol / l to 1.7 mol / l of a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 in a solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate. A solution dissolved at a certain concentration can be used.

上記リチウムイオン二次電池は車両に搭載することができる。上記リチウムイオン二次電池は、優れたサイクル性能を有するため、そのリチウムイオン二次電池を搭載した車両は、寿命、出力の面で高性能となる。   The lithium ion secondary battery can be mounted on a vehicle. Since the lithium ion secondary battery has excellent cycle performance, a vehicle equipped with the lithium ion secondary battery has high performance in terms of life and output.

車両としては、電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両であればよく、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電動フォークリフト、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車が挙げられる。   The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a battery as a whole or a part of a power source. For example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid railway vehicle, an electric forklift, an electric wheelchair, and an electric assist. Bicycles and electric motorcycles are examples.

以上、本発明のリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of the positive electrode for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary battery of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

<リチウムイオン二次電池用正極の作成>
(正極A)
まず正極活物質として平均粒径D50が5μmのLiNi0.5Co0.2Mn0.3と導電助剤としてアセチレンブラックと、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、それぞれ94質量部、3質量部、3質量部として混合し混合物とした。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて、スラリーを作製した。
<Creation of positive electrode for lithium ion secondary battery>
(Positive electrode A)
First, LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 having an average particle diameter D 50 of 5 μm as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, The mixture was mixed as 94 parts by mass, 3 parts by mass, and 3 parts by mass to obtain a mixture. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a slurry.

集電体として厚み20μmのアルミニウム箔を準備した。集電体にスラリーをのせ、ドクターブレードを用いてスラリーが膜状になるように集電体に塗布した。得られたシートを80℃で20分間乾燥してNMPを揮発させて除去した。その後、ロ−ルプレス機により、集電体と集電体上の塗布物を強固に密着接合させた。この時電極密度は3.2g/cmとなるようにした。接合物を120℃で6時間、真空乾燥機で加熱した。加熱後の接合物を、所定の形状(25mm×30mmの矩形状)に切り取り、正極Aとした。正極Aの厚さは50μm程度であった。 An aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared as a current collector. The slurry was placed on the current collector and applied to the current collector using a doctor blade so that the slurry became a film. The obtained sheet was dried at 80 ° C. for 20 minutes to volatilize and remove NMP. Thereafter, the current collector and the coated material on the current collector were firmly and closely joined by a roll press. At this time, the electrode density was set to 3.2 g / cm 2 . The bonded product was heated in a vacuum dryer at 120 ° C. for 6 hours. The bonded product after heating was cut into a predetermined shape (rectangular shape of 25 mm × 30 mm) to obtain a positive electrode A. The thickness of the positive electrode A was about 50 μm.

(正極B)
絶縁性の無機粉末として、平均粒径D50が500nmの窒化ホウ素の粉末を準備した。被覆層用バインダーとしてテトラブトキシジルコニウムを準備した。窒化ホウ素粉末とテトラブトキシジルコニウムを質量比で3:2になるように秤量して混合して混合物とした。混合物をブタノールに分散した。噴霧器を用いて上記したブタノールに分散した混合物を正極Aの表面に噴霧回数を1回として噴霧した。噴霧回数1回の噴霧時間は噴霧範囲における単位面積当たり5秒とした。ブタノールを揮発、除去することにより正極Aの表面に厚み1μmの窒化ホウ素粉末と被覆層用バインダーとからなる被覆層を形成した。これを正極Bとする。正極Bの表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると被覆層は正極活物質層の表面に追随するように配置されていることが確認できた。
(Positive electrode B)
As insulating inorganic powder, the average particle diameter D 50 was prepared powder of boron nitride 500 nm. Tetrabutoxyzirconium was prepared as a binder for the coating layer. Boron nitride powder and tetrabutoxyzirconium were weighed and mixed so as to have a mass ratio of 3: 2 to obtain a mixture. The mixture was dispersed in butanol. The mixture dispersed in butanol as described above was sprayed on the surface of the positive electrode A using the sprayer as the number of sprays was one. The spraying time for one spraying was 5 seconds per unit area in the spraying range. By volatilizing and removing butanol, a coating layer made of boron nitride powder having a thickness of 1 μm and a coating layer binder was formed on the surface of the positive electrode A. This is designated as positive electrode B. When the surface of the positive electrode B was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed that the coating layer was disposed so as to follow the surface of the positive electrode active material layer.

(正極C)
噴霧回数を2回とした以外は正極Bと同様にして正極Aの表面に厚み2μmの窒化ホウ素粉末と被覆層用バインダーとからなる被覆層を形成した。これを正極Cとする。噴霧回数を2回としたとは具体的には、噴霧範囲全体に1回噴霧した後で、2回目の噴霧を1回目の噴霧した箇所に1回目の噴霧と同様に再度行ったことで行った。正極Cの表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると被覆層は正極活物質層の表面に追随するように配置されていることが確認できた。
(Positive electrode C)
A coating layer composed of a boron nitride powder having a thickness of 2 μm and a coating layer binder was formed on the surface of the positive electrode A in the same manner as the positive electrode B, except that the number of sprays was two. This is designated as positive electrode C. Specifically, the number of times of spraying was set to twice, after spraying once over the entire spraying range, the second spraying was performed again at the location where the first spraying was performed in the same manner as the first spraying. It was. When the surface of the positive electrode C was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed that the coating layer was disposed so as to follow the surface of the positive electrode active material layer.

(正極D)
噴霧回数を5回とした以外は正極Bと同様にして正極Aの表面に厚み5μmの窒化ホウ素粉末と被覆層用バインダーとからなる被覆層を形成した。これを正極Dとする。正極Dの表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると被覆層は正極活物質層の表面に追随するように配置されていることが確認できた。
(Positive electrode D)
A coating layer comprising a boron nitride powder having a thickness of 5 μm and a coating layer binder was formed on the surface of the positive electrode A in the same manner as the positive electrode B except that the number of sprays was changed to 5. This is a positive electrode D. When the surface of the positive electrode D was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed that the coating layer was disposed so as to follow the surface of the positive electrode active material layer.

<被覆層の走査型電子顕微鏡(SEM)による画像観察>
上記正極B、C、Dの各被覆層を走査型電子顕微鏡で観察し、被覆層の表面における開口率を計測した。SEMの焦点距離は、被膜層の厚みに応じて1μm〜5μmの表面深さが観察可能なように設定した。開口部は、被覆層に含まれる空隙を通じて表面から正極活物質層が観察されている箇所を指す。開口率(%)=開口部の面積÷被覆層全体の面積×100で計算した。正極Bの被覆層の開口率は50%であり、正極Cの被覆層の開口率は25%であり、正極Dの被覆層の開口率は5%であった。
<Image Observation of Covering Layer by Scanning Electron Microscope (SEM)>
Each coating layer of the positive electrodes B, C, and D was observed with a scanning electron microscope, and the aperture ratio on the surface of the coating layer was measured. The focal length of the SEM was set so that a surface depth of 1 μm to 5 μm could be observed depending on the thickness of the coating layer. An opening part points out the location where the positive electrode active material layer is observed from the surface through the space | gap contained in a coating layer. Aperture ratio (%) = area of opening portion / area of entire coating layer × 100. The opening ratio of the coating layer of the positive electrode B was 50%, the opening ratio of the coating layer of the positive electrode C was 25%, and the opening ratio of the coating layer of the positive electrode D was 5%.

<ラミネート型リチウムイオン二次電池作製>
(実施例1)
正極Bを正極として用いた実施例1のラミネート型リチウムイオン二次電池を次のようにして作製した。
<Production of laminated lithium-ion secondary battery>
Example 1
A laminate type lithium ion secondary battery of Example 1 using the positive electrode B as the positive electrode was produced as follows.

負極は以下のように作製した。黒鉛粉末97質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック1質量部と、結着剤として、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)1質量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)1質量部とを混合して混合物とした。この混合物を適量のイオン交換水に分散させてスラリーを作製した。このスラリーを負極用集電体である厚み20μmの銅箔にドクターブレードを用いて膜状になるように塗布した。スラリーを塗布した集電体を乾燥後プレスし、接合物を120℃で6時間、真空乾燥機で加熱した。所定の形状(25mm×30mmの矩形状)に切り取り、負極とした。負極の厚さは45μm程度であった。   The negative electrode was produced as follows. A mixture of 97 parts by weight of graphite powder, 1 part by weight of acetylene black as a conductive additive, 1 part by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) as a binder was prepared. . This mixture was dispersed in an appropriate amount of ion-exchanged water to prepare a slurry. This slurry was applied to a copper foil having a thickness of 20 μm, which is a negative electrode current collector, in a film shape using a doctor blade. The current collector coated with the slurry was dried and pressed, and the bonded product was heated with a vacuum dryer at 120 ° C. for 6 hours. A predetermined shape (rectangular shape of 25 mm × 30 mm) was cut out to form a negative electrode. The thickness of the negative electrode was about 45 μm.

正極B及び負極を用いて、ラミネート型リチウムイオン二次電池を製作した。詳しくは、正極B及び負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン樹脂からなる矩形状シート(27×32mm、厚さ25μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに電解液を注入した。電解液としてエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネー(DEC)をEC:DEC=3:7(体積比)で混合した溶媒にLiPF6を1mol/lとなるように溶解した溶液を用いた。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群及び電解液が密閉されたラミネート型リチウムイオン二次電池を得た。なお、正極及び負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネート型リチウムイオン二次電池の外側に延出している。以上の工程で、実施例1のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。 A laminate type lithium ion secondary battery was manufactured using the positive electrode B and the negative electrode. Specifically, a rectangular sheet (27 × 32 mm, thickness 25 μm) made of polypropylene resin as a separator was sandwiched between the positive electrode B and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed, and then an electrolyte solution was injected into the bag-like laminated film. As an electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at 1 mol / l in a solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at EC: DEC = 3: 7 (volume ratio) was used. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate type lithium ion secondary battery in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. Note that the positive electrode and the negative electrode each have a tab that can be electrically connected to the outside, and a part of the tab extends to the outside of the laminated lithium ion secondary battery. The laminated lithium ion secondary battery of Example 1 was produced through the above steps.

(実施例2)
実施例1における正極Bを正極Cに変更した以外は実施例1と同様にして実施例2のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 2)
A laminated lithium ion secondary battery of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode B in Example 1 was changed to the positive electrode C.

(実施例3)
実施例1における正極Bを正極Dに変更した以外は実施例1と同様にして実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 3)
A laminated lithium ion secondary battery of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode B in Example 1 was changed to the positive electrode D.

(比較例1)
実施例1における正極Bを正極Aに変更した以外は実施例1と同様にして比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode B in Example 1 was changed to the positive electrode A.

<実施例1、実施例2、実施例3及び比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池のサイクル特性評価>
実施例1、実施例2、実施例3及び比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池のサイクル特性を評価した。サイクル特性の評価としては、以下の条件で充放電を繰り返したサイクル試験を行い各サイクルの放電容量を測定した。充電の際は、60℃において1Cレート、電圧4.5VでCC充電(定電流充電)をした。放電の際は3.0V、1CレートでCC放電(定電流放電)を行った。この充放電を1サイクルとし、200サイクルまでサイクル試験を行った。この際の放電容量は、正極活物質の質量あたりの放電容量を計算して用いた。従って放電容量の単位はmAh/gである。図2に実施例1、実施例2、実施例3及び比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池のサイクル数と放電容量(mAh/g)の関係を示す。
<Evaluation of cycle characteristics of laminated lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2, Example 3 and Comparative Example 1>
The cycle characteristics of the laminated lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 were evaluated. As an evaluation of cycle characteristics, a cycle test in which charging and discharging were repeated under the following conditions was performed, and the discharge capacity of each cycle was measured. When charging, CC charging (constant current charging) was performed at 60 ° C. at a 1C rate and a voltage of 4.5V. When discharging, CC discharge (constant current discharge) was performed at 3.0 V and 1 C rate. This charging / discharging was made into 1 cycle, and the cycle test was done to 200 cycles. The discharge capacity at this time was used by calculating the discharge capacity per mass of the positive electrode active material. Therefore, the unit of discharge capacity is mAh / g. FIG. 2 shows the relationship between the number of cycles and the discharge capacity (mAh / g) of the laminated lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2, Example 3 and Comparative Example 1.

図2の結果をみると、初回の放電容量は、実施例1、実施例2及び実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池は、比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池と同等か若干低かった。具体的には、比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の初回の放電容量が191.5mAh/gに対して、実施例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の初回の放電容量が189.4mAh/g、実施例2のラミネート型リチウムイオン二次電池の初回の放電容量が187.9mAh/g、実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池の初回の放電容量が192.3mAh/gであった。   The results of FIG. 2 show that the initial discharge capacity of the laminated lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2 and Example 3 is equal to or slightly the same as the laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1. It was low. Specifically, the initial discharge capacity of the laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 is 191.5 mAh / g, whereas the initial discharge capacity of the laminated lithium ion secondary battery of Example 1 is 189.mA. 4 mAh / g, the initial discharge capacity of the laminate type lithium ion secondary battery of Example 2 is 187.9 mAh / g, the initial discharge capacity of the laminate type lithium ion secondary battery of Example 3 is 192.3 mAh / g there were.

このことから、窒化ホウ素粉末と被覆層用バインダーとからなる被覆層が正極活物質層の表面に配置される正極を用いても、ラミネート型リチウムイオン二次電池の初回の放電容量はほとんど変わらないことがわかった。被覆層には空隙が存在する。そのため被覆層が正極活物質層の表面に配置されていても、被覆層がリチウムイオンの伝導の抵抗にはあまりならなかったためと推察される。また被覆層の厚みが異なる実施例1、実施例2及び実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池の初回の放電容量の結果から、被覆層の厚みを厚くしても初回の放電容量が低下することはないことがわかった。   Therefore, even when a positive electrode in which a coating layer composed of boron nitride powder and a binder for the coating layer is disposed on the surface of the positive electrode active material layer is used, the initial discharge capacity of the laminated lithium ion secondary battery is hardly changed. I understood it. There are voids in the coating layer. Therefore, even if the coating layer is disposed on the surface of the positive electrode active material layer, it is assumed that the coating layer did not have much resistance to lithium ion conduction. Further, from the results of the initial discharge capacities of the laminated lithium ion secondary batteries of Examples 1, 2 and 3 having different coating layer thicknesses, the initial discharge capacity is reduced even if the coating layer thickness is increased. I found out that there was nothing to do.

そして、65サイクルまでは、実施例1、実施例2及び実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池の放電容量は、比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の放電容量とほぼ同等であった。65サイクル目以降は、実施例1、実施例2及び実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池の放電容量は、比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の放電容量より高くなった。   Up to 65 cycles, the discharge capacities of the laminated lithium ion secondary batteries of Examples 1, 2 and 3 were almost the same as the discharge capacity of the laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1. It was. After the 65th cycle, the discharge capacities of the laminated lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2 and Example 3 were higher than the discharge capacity of the laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1.

200サイクル目の放電容量を比較すると、比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の200サイクル目の放電容量が95.9mAh/gに対して、実施例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の200サイクル目の放電容量が117.6mAh/g、実施例2のラミネート型リチウムイオン二次電池の200サイクル目の放電容量が127.3mAh/g、実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池の200サイクル目の放電容量が130.2mAh/gとなった。つまり200サイクル目の放電容量は比較例1<実施例1<実施例2<実施例3の順に高くなった。このことから被覆層の厚みが厚い方が、サイクル特性が高いことがわかった。またこの結果から、60℃という高温において窒化ホウ素粉末と被覆層用バインダーとからなる被覆層が正極活物質層の表面に1μm以上形成されている正極を用いたラミネート型リチウムイオン二次電池は、被覆層が形成されていない正極を用いたラミネート型リチウムイオン二次電池に比べてサイクル特性が向上することがわかった。   Comparing the discharge capacity at the 200th cycle, the discharge capacity at the 200th cycle of the laminate type lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was 95.9 mAh / g, whereas the laminate type lithium ion secondary battery of Example 1 was The discharge capacity at the 200th cycle was 117.6 mAh / g, the discharge capacity at the 200th cycle of the laminate type lithium ion secondary battery of Example 2 was 127.3 mAh / g, and the laminate type lithium ion secondary battery of Example 3 was The discharge capacity at the 200th cycle was 130.2 mAh / g. That is, the discharge capacity at the 200th cycle increased in the order of Comparative Example 1 <Example 1 <Example 2 <Example 3. From this, it was found that the thicker the coating layer, the higher the cycle characteristics. Further, from this result, the laminate type lithium ion secondary battery using the positive electrode in which the coating layer composed of the boron nitride powder and the coating layer binder is formed on the surface of the positive electrode active material layer at 1 μm or more at a high temperature of 60 ° C. It was found that the cycle characteristics were improved as compared with a laminated lithium ion secondary battery using a positive electrode on which no coating layer was formed.

上記の結果より、複数の絶縁性の無機粉末と被覆層用バインダーとを有し、かつ空隙を有する被覆層を正極活物質層の表面に有すると、リチウムイオン二次電池は、高温、高電圧の使用環境下においても優れたサイクル特性及び充放電容量を有することがわかった。   From the above results, when the surface of the positive electrode active material layer has a plurality of insulating inorganic powders and a binder for the coating layer and has a void on the surface of the positive electrode active material layer, the lithium ion secondary battery has a high temperature and a high voltage. It was found that it has excellent cycle characteristics and charge / discharge capacity even under the usage environment.

1:集電体、2:結着剤、3:正極活物質、4:正極活物質層、5:被覆層、51:無機粉末、52:被覆層用バインダー、6:空隙。
1: current collector, 2: binder, 3: positive electrode active material, 4: positive electrode active material layer, 5: coating layer, 51: inorganic powder, 52: binder for coating layer, 6: void.

Claims (4)

集電体と、
該集電体の表面に配置され、正極活物質及び結着剤を含む正極活物質層と、
該正極活物質層の表面の少なくとも一部に配置される被覆層と、
を有し、
該被覆層は複数の絶縁性の無機粉末と、被覆層用バインダーと、を有し、
該被覆層は空隙を有し、
前記被覆層の表面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)で観察した画像において、前記被覆層の表面の開口率が5%以上50%以下であり、
前記開口率は、開口部の面積÷前記被覆層全体の面積×100で計算され、
前記開口部は、前記被覆層の表面から前記正極活物質層が観察されている箇所を指し、
前記被覆層の厚みは1μm以上5μm以下であり、
前記無機粉末の平均粒径D 50 は100nm以上1μm以下であり、
前記被覆層は、前記被覆層の材料を前記正極活物質層の塗布面に噴霧器を用いて噴霧することによって又は前記被覆層の材料を前記正極活物質層の塗布面にスプレーコート法を用いて塗布することによって製造されることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。
A current collector,
A positive electrode active material layer disposed on a surface of the current collector and including a positive electrode active material and a binder;
A coating layer disposed on at least a part of the surface of the positive electrode active material layer;
Have
The coating layer has a plurality of insulating inorganic powders and a binder for the coating layer,
The coating layer have a void,
In an image obtained by observing the surface of the coating layer with a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope), the aperture ratio of the surface of the coating layer is 5% or more and 50% or less,
The opening ratio is calculated by the area of the opening divided by the area of the entire coating layer × 100,
The opening refers to a location where the positive electrode active material layer is observed from the surface of the coating layer,
The coating layer has a thickness of 1 μm or more and 5 μm or less,
The average particle diameter D 50 of the inorganic powder is 100 nm or more and 1 μm or less,
The coating layer is formed by spraying the material of the coating layer on the application surface of the positive electrode active material layer using a sprayer or using the spray coating method on the application surface of the positive electrode active material layer. A positive electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the positive electrode is manufactured by coating .
前記無機粉末は、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び窒化珪素から選ばれる少なくとも1つからなる請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 2. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the inorganic powder comprises at least one selected from boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride. 前記被覆層用バインダーは、ケイ素元素、アルミニウム元素及びジルコニウム元素から選ばれる少なくとも一種の元素を含む無機バインダー、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂及びメラミン樹脂から選ばれる少なくとも一種である請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極。3. The coating layer binder is at least one selected from an inorganic binder containing at least one element selected from silicon element, aluminum element and zirconium element, phenol resin, polyimide resin, epoxy resin and melamine resin. The positive electrode for lithium ion secondary batteries as described in 2. 請求項1〜のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、
負極と、
非水電解液と、
を有するリチウムイオン二次電池。
The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3 ,
A negative electrode,
A non-aqueous electrolyte,
A lithium ion secondary battery.
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6242496A (en) * 1995-06-28 1997-01-30 Fuji Photo Film Co., Ltd. Nonaqueous secondary battery
JP4754790B2 (en) * 2004-07-30 2011-08-24 パナソニック株式会社 Method for manufacturing battery electrode
KR20080105162A (en) * 2006-03-17 2008-12-03 산요덴키가부시키가이샤 Nonaqueous electrolyte battery and method for manufacturing same

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