JP5677885B2 - Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池の改良、特に安全性の向上したリチウム二次電池用及びその正極に関する。 The present invention relates to an improvement of a lithium secondary battery, particularly to a lithium secondary battery having improved safety and a positive electrode thereof.
リチウム二次電池は、高容量、高起電力、高エネルギー密度であり、小型・薄型化に適した電池であるが、安全面においては、化学的活性の高いリチウム、あるいは可燃性の高い電解液を電池材料として用いるので、異常が発生した際でも、充分な安全性を確保する必要がある。特に、電池の過放電が発生した時は、通常負極の集電体として使用しされている銅の溶解や電解液の還元分解が起こり、それにより破裂や発火が起こる恐れがあるため、この過放電に対し充分な対策を行う必要がある。この対策として、電池パック内にセルの電圧変化を監視するための保護回路が設けられている。これにより、異常な過放電が発生し電圧が低下すると、電池回路を遮断することが出来る。 Lithium secondary batteries have high capacity, high electromotive force, high energy density, and are suitable for miniaturization and thinning. However, in terms of safety, lithium with high chemical activity or highly flammable electrolyte As a battery material, it is necessary to ensure sufficient safety even when an abnormality occurs. In particular, when an overdischarge of a battery occurs, the copper normally used as a current collector for the negative electrode may dissolve or the electrolytic solution may undergo reductive decomposition, which may cause explosion or ignition. It is necessary to take sufficient measures against discharge. As a countermeasure, a protection circuit for monitoring cell voltage changes is provided in the battery pack. Thereby, when an abnormal overdischarge occurs and the voltage decreases, the battery circuit can be shut off.
一方、上記リチウム二次電池の正極活物質として、様々な無機化合物が実用化されているなかで、オリビン型構造を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO4)及びこの類縁化合物を正極活物質として使用する正極材料が開発されている。(下記先行技術文献) On the other hand, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an olivine type structure and related compounds are used as the positive electrode active material among various inorganic compounds in practical use as the positive electrode active material of the lithium secondary battery. Positive electrode materials have been developed. (The following prior art documents)
上記オリビン型リン酸鉄リチウム化合物は、リチウム塩、鉄塩、及びリン酸化合物等からなる混合物を加熱するという所謂固相合成法によって容易に得ることができる。このオリビン型鉄リン酸リチウムは鉄を主成分とするため材料コスト及び資源面からも優位性があるため、次世代の正極活物質として注目を集めている。 The olivine-type lithium iron phosphate compound can be easily obtained by a so-called solid phase synthesis method in which a mixture comprising a lithium salt, an iron salt, a phosphate compound, and the like is heated. Since this olivine-type lithium iron phosphate has iron as a main component and has advantages in terms of material cost and resources, it has attracted attention as a next-generation positive electrode active material.
このリン酸鉄リチウム化合物は正極活物質として動作する電位(対Li/Li+)が2〜3.5V程度であり、正極活物質として実用化されているコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、スピネル型マンガン酸リチウム等と比較して低いものである。 This lithium iron phosphate compound has a potential (as opposed to Li / Li + ) operating as a positive electrode active material of about 2 to 3.5 V, and has been put to practical use as a positive electrode active material: lithium cobaltate, lithium nickelate, spinel type It is low compared with lithium manganate and the like.
上記オリビン型リン酸鉄リチウム化合物は電位(対Li/Li+)が2V以下になると結晶相の変化が生じる為に、電位(対Li/Li+)が2V以下での電圧降下速度が極めて緩慢で、前記保護回路による電圧降下の検出が容易ではなかった。あるいは何らかの理由によって電池内の電流分布が不均一になって生じる局部的過放電に対して有効な対処法がなかった。
また、過放電域とみなされる電圧まで低下した後、再充電を行うことが困難であった。
The olivine-type lithium iron phosphate compounds for potential (vs. Li / Li +) occurs a change in the crystal phase becomes 2V below the potential (vs. Li / Li +) is extremely slow voltage drop rate in less than 2V Therefore, it is not easy to detect a voltage drop by the protection circuit. Alternatively, there has been no effective countermeasure for local overdischarge caused by non-uniform current distribution in the battery for some reason.
In addition, it has been difficult to perform recharging after the voltage has dropped to a voltage that is regarded as an overdischarge region.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オリビン型鉄リン酸リチウム粒子を活物質として利用した正極を用いたリチウム二次電池が過放電の領域(2〜0.5V)になった場合、速やかに電圧を降下せしめるリチウムイオン二次電池正極およびこの正極からなるリチウム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 of the present invention is to provide a lithium secondary battery using a positive electrode using olivine type lithium iron phosphate particles as an active material in an overdischarge region (2 to 0.5 V). ), A lithium ion secondary battery positive electrode capable of quickly dropping the voltage and a lithium secondary battery comprising the positive electrode are provided.
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、活物質として化学組成がLiFePO4で示されるオリビン型リン酸鉄リチウムを用いたリチウム二次電池の正極において、下記の条件で測定した放電電位降下平均速度を特定の速度以上とした正極により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
<放電電位降下平均速度の測定条件>
セルの構成
・二極式ポーチセル
・対極:金属リチウム
・電解液:1M LiPF6 in EC+EMC+DMC=1:1:1(vol.%)
測定条件
・測定温度:30℃
・放電範囲:2V〜0.5V(対Li/Li+)
・放電電流:20mA/g−正極
As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present application have found that a positive electrode of a lithium secondary battery using an olivine-type lithium iron phosphate having a chemical composition represented by LiFePO 4 as an active material under the following conditions: It has been found that the above problems can be solved by a positive electrode having a measured discharge potential drop average speed of a specific speed or more, and the present invention has been completed.
<Measurement conditions of average discharge potential drop>
Cell configuration
-Bipolar pouch cell-Counter electrode: metallic lithium-Electrolyte: 1M LiPF 6 in EC + EMC + DMC = 1: 1: 1 (vol.%)
Measurement conditions and temperature: 30 ° C
・ Discharge range: 2 V to 0.5 V (vs. Li / Li + )
・ Discharge current: 20 mA / g-positive electrode
すなわち本発明は、正極活物質層と2V以下の電位(対Li/Li + )で電気抵抗が急増する導電性高分子層が積層形成され、正極活物質がオリビン型リン酸鉄リチウムからなるリチウム二次電池用正極であって、上記条件で測定した放電電位降下平均速度が0.3V/Hr以上であることを特徴とするリチウム二次電池用正極に関するものである。 That is, in the present invention, a positive electrode active material layer and a conductive polymer layer whose electric resistance rapidly increases at a potential of 2 V or less (vs. Li / Li + ) are laminated, and the positive electrode active material is lithium comprising olivine type lithium iron phosphate. The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the discharge potential drop average rate measured under the above conditions is 0.3 V / Hr or more.
本発明の電極によればオリビン型リン酸鉄リチウム粒子を活物質として利用するリチウムイオン二次電池に対し、過放電が発生しつつあるときに、充分な電圧降下速度を得ることができるので、保護回路による電圧降下の検出が迅速に出来るようになり、過放電に対する安全性を確保することができる。また、電圧測定では検出することが困難な局部的過放電も防止できるとともに、通常過放電域とみなされる電圧まで低下した後の再充電が可能となる。 According to the electrode of the present invention, a lithium ion secondary battery using olivine-type lithium iron phosphate particles as an active material can obtain a sufficient voltage drop rate when overdischarge is occurring. The voltage drop can be detected quickly by the protection circuit, and safety against overdischarge can be ensured. In addition, local overdischarge, which is difficult to detect by voltage measurement, can be prevented, and recharging after dropping to a voltage that is normally regarded as an overdischarge region is possible.
本発明の正極は、上記オリビン型リン酸鉄リチウムを活物質として用いた正極であって、下記の方法で測定した放電電位降下平均速度が0.3V/Hr以上であることを特徴とするものである。 The positive electrode of the present invention is a positive electrode using the olivine type lithium iron phosphate as an active material, wherein the discharge potential drop average rate measured by the following method is 0.3 V / Hr or more. It is.
<放電電位降下平均速度の測定条件>
[セルの構成]
・二極式ポーチセル
・対極:金属リチウム
・電解液:1M LiPF6 in EC+EMC+DMC=1:1:1(vol.%)
ここで、ECはエチレンカーボネート、EMCはエチルメチルカーボネート、DMCはジメチルカーボネートのそれぞれ略語である。
<Measurement conditions of average discharge potential drop>
[Cell structure]
・ Bipolar pouch cell
・ Counter electrode: Lithium metal
Electrolyte: 1M LiPF 6 in EC + EMC + DMC = 1: 1: 1 (vol.%)
Here, EC is an abbreviation for ethylene carbonate, EMC is an abbreviation for ethyl methyl carbonate, and DMC is an abbreviation for dimethyl carbonate.
[測定条件]
・測定温度:30℃
・放電範囲:2V〜0.5V(対Li/Li+)
・放電電流:20mA/g−正極
[Measurement condition]
・ Measurement temperature: 30 ℃
・ Discharge range: 2 V to 0.5 V (vs. Li / Li + )
・ Discharge current: 20 mA / g-positive electrode
上記測定法で測定された、放電電位降下平均速度は0.4V/Hr以上がより好ましく、0.5V/Hr以上がさらに好ましい。この放電電位降下平均速度が0.3V/Hr未満では、保護回路による電圧降下の検出が遅くなり、過放電に対する安全性を確保することが難しく、さらには過放電後の再充電が困難となる。 The average discharge potential drop rate measured by the above measurement method is more preferably 0.4 V / Hr or more, and further preferably 0.5 V / Hr or more. When the discharge potential drop average speed is less than 0.3 V / Hr, detection of the voltage drop by the protection circuit is delayed, it is difficult to ensure safety against overdischarge, and further, recharge after overdischarge becomes difficult. .
本発明の正極は例えば正極の構成を正極活物質層と2V以下の電位(対Li/Li+)で電気抵抗が急増する導電性高分子層が積層されたものにすることにより得ることが出来る。 The positive electrode of the present invention can be obtained, for example, by forming the positive electrode structure by laminating a positive electrode active material layer and a conductive polymer layer whose electrical resistance rapidly increases at a potential of 2 V or less (vs. Li / Li + ). .
即ち、アルミニウム箔等の金属箔からなる正極集電体の表面上に導電性高分子層、正極活物質であるオリビン型リン酸鉄リチウムにバインダ及び導電材が配合された正極活物質層を順次積層することにより得ることが出来る。 That is, a conductive polymer layer on the surface of a positive electrode current collector made of a metal foil such as an aluminum foil, and a positive electrode active material layer in which a binder and a conductive material are blended with an olivine-type lithium iron phosphate that is a positive electrode active material are sequentially formed. It can be obtained by laminating.
上記オリビン型リン酸鉄リチウムは、一般式Li1−xFe1−yMyPO4(但し、−0.2≦x≦0.2、0≦y≦0.5、MはLi、Ni、Co、Mn、Mg、Al、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、In、Zn、及びYから選ばれる1種以上の元素)で表される。上記一般式においてyの値はy=0とすることができる。この場合には、上記一般式はLi1−xFePO4で表される。 The olivine-type lithium iron phosphate has a general formula of Li 1-x Fe 1- y My PO 4 (where −0.2 ≦ x ≦ 0.2, 0 ≦ y ≦ 0.5, M represents Li, Ni , Co, Mn, Mg, Al, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn, and Y. In the above general formula, the value of y can be set to y = 0. In this case, the general formula is represented by Li 1-x FePO 4 .
上記オリビン型リン酸鉄リチウムの粒子を製造する方法としては、例えば、リン酸リチウム化合物と、リン酸鉄(II)化合物と、必要に応じて添加される金属元素Mを含有する化合物とを水、アルコールなどの極性溶媒に分散させてスラリーを作製し、このスラリーを閉容器中、不活性ガス雰囲気下、温度120〜280℃で加熱処理することにより得られる。このオリビン型リン酸鉄リチウムの平均粒径は10μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。 As a method for producing the olivine-type lithium iron phosphate particles, for example, a lithium phosphate compound, an iron (II) phosphate compound, and a compound containing a metal element M added as necessary are mixed with water. It is obtained by dispersing in a polar solvent such as alcohol to prepare a slurry, and heat-treating the slurry in a closed container at a temperature of 120 to 280 ° C. in an inert gas atmosphere. The average particle size of the olivine type lithium iron phosphate is preferably 10 μm or less, and more preferably 3 μm or less.
また、上記オリビン型リン酸鉄リチウム表面の少なくとも一部を、必要に応じ、炭素、貴金属などの導電性物質によってコートすることができる。これにより、上記オリビン型リン酸鉄リチウムの電子伝導性をより向上させることができる。上記導電性物質は、炭素であることが好ましい。この場合、上記正極活物質の製造コスト及び重量を大幅に増大させることなく、上記正極活物質の導電性を向上させることができる。上記オリビン型リン酸鉄リチウムの粒子は市販品も利用することが出来る。 Further, at least a part of the olivine-type lithium iron phosphate surface can be coated with a conductive substance such as carbon or noble metal, if necessary. Thereby, the electronic conductivity of the said olivine type lithium iron phosphate can be improved more. The conductive material is preferably carbon. In this case, the conductivity of the positive electrode active material can be improved without significantly increasing the manufacturing cost and weight of the positive electrode active material. Commercially available products can also be used as the olivine type lithium iron phosphate particles.
上記導電材としては、例えばカーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類等の炭素物質粉末状体の1種又は2種以上を混合したものを用いることができ、天然黒鉛粉末または人造黒鉛粉とカーボンブラックとの混合物が好ましい。導電材の配合量としては、オリビン型リン酸鉄リチウムに対し5〜40質量%が好ましく、10〜30質量%がより好ましい。 As the conductive material, for example, carbon black, natural graphite, artificial graphite, or a mixture of one or more of carbonaceous powders such as cokes can be used, and natural graphite powder or artificial graphite powder and A mixture with carbon black is preferred. As a compounding quantity of a electrically conductive material, 5-40 mass% is preferable with respect to olivine type lithium iron phosphate, and 10-30 mass% is more preferable.
また、上記バインダとしては、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、ポリエチレン/ポリメタクリレート共重合体等を用いることが出来る。バインダの配合量としては、オリビン型リン酸鉄リチウムに対し1〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がより好ましい。 Moreover, as said binder, a polyvinylidene fluoride, a polytetrafluoroethylene, a polyethylene / polymethacrylate copolymer etc. can be used, for example. As a compounding quantity of a binder, 1-20 mass% is preferable with respect to olivine type lithium iron phosphate, and 5-15 mass% is more preferable.
本発明の正極活物質層は、上記オリビン型構造を有するリン酸鉄リチウム粒子に上記バインダ、上記導電材および溶剤を配合してペースト状とし、これをアルミニウム箔等の集電体に塗布、乾燥することにより得ることができる。 The positive electrode active material layer of the present invention is a paste obtained by blending the lithium iron phosphate particles having the olivine type structure with the binder, the conductive material and a solvent, and applying this to a current collector such as an aluminum foil, followed by drying. Can be obtained.
正極活物質層の厚みとしては、通常、300μm以下であり、好ましくは、20〜200μmの範囲であるが、これらに限定されるものではない。 The thickness of the positive electrode active material layer is usually 300 μm or less, preferably 20 to 200 μm, but is not limited thereto.
上記正極活物質層表面に導電性高分子層を設けた積層体とすることにより本発明の正極を得ることが出来る。 The positive electrode of the present invention can be obtained by forming a laminate in which a conductive polymer layer is provided on the surface of the positive electrode active material layer.
上記導電性高分子としては、2V以下の電位(対Li/Li+)で電気抵抗が急増するものであれば、任意のものを用いることができる。そのような導電性高分子の具体例として、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレンや、これらの誘導体等を挙げることができるが、本発明においてはポリアニリンが好ましく用いられる。ポリアニリンについては、以下の特性を有するポリアニリンが特に好ましく用いられる。 Any conductive polymer can be used as long as its electric resistance rapidly increases at a potential of 2 V or less (vs. Li / Li + ). Specific examples of such a conductive polymer include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, and derivatives thereof. In the present invention, polyaniline is preferably used. As for polyaniline, polyaniline having the following characteristics is particularly preferably used.
1)脱ドープ状態において、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)に3〜20質量%溶解して溶液を形成することができるNMP可溶性ポリアニリンである。
2)脱ドープ状態において、硫酸中、30℃で測定した極限粘度〔η〕が0.4〜1.5dl/gである高重合度ポリアニリンである。
1) NMP-soluble polyaniline that can be dissolved in NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) at 3 to 20 mass% to form a solution in the undoped state.
2) A highly polymerized polyaniline having an intrinsic viscosity [η] measured in sulfuric acid at 30 ° C. of 0.4 to 1.5 dl / g in a dedope state.
上記高重合度ポリアニリンは、アニリン又はアニリン誘導体から酸化重合法により製造できる。ポリアニリンはその酸化の状態によってロイコエメラルジン(leucoemeraldine)、エメラルジン(emeraldine)及びパーニグルアニリン(pernigraniline)の構造をとることが知られている。この中でも、エメラルジン構造を持つポリアニリンがドーピングされた時に時に最も高い電子伝導性を有するので有用である。一方、ロイコエメラルジン構造を有するポリアニリンはドーピングしても高い電子伝導性は得られないが、溶解性に優れるという利点を有する。そこで、本発明では、エメラルジン型の高分子量ポリアニリンをフェニルヒドラジン、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、硫酸ヒドラジン、塩酸ヒドラジン等のヒドラジン化合物、水素化リチウムアルミニウム、水素化ホウ素リチウム等の還元性水素化金属化合物等の化合物を用いて還元処理して、パーニグルアニリン構造を減少せしめることにより、溶媒への溶解度を高めたうえ、必要に応じドーピング処理を行い、溶媒中にポリアニリンが3〜20質量%溶解したポリアニリン溶液とする。この際の溶媒としてはNMP(N−メチル−2−ピロリドン)が好ましい。 The polyaniline having a high polymerization degree can be produced from aniline or an aniline derivative by an oxidation polymerization method. It is known that polyaniline takes the structure of leucoemeraldine, emeraldine and pernigranyline depending on its oxidation state. Among these, when polyaniline having an emeraldine structure is doped, it is useful because it has the highest electron conductivity. On the other hand, polyaniline having a leuco emeraldine structure does not provide high electron conductivity even when doped, but has an advantage of excellent solubility. Therefore, in the present invention, emeraldine type high molecular weight polyaniline is converted to a hydrazine compound such as phenylhydrazine, hydrazine, hydrazine hydrate, hydrazine sulfate, hydrazine hydrochloride, and a reductive metal hydride compound such as lithium aluminum hydride and lithium borohydride. By reducing the perniguraniline structure using a compound such as the above, the solubility in a solvent is increased, and then a doping treatment is performed as necessary to dissolve 3-20% by mass of polyaniline in the solvent. Use polyaniline solution. In this case, NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) is preferable as the solvent.
上記高重合度ポリアニリンは〔η〕が0.4〜1.5dl/gの範囲であることが好ましい。〔η〕が0.4dl/g未満ではポリアニリンの塗膜としての強度が不足し好ましくない。また、1.5dl/gを超えるとポリアニリンとしてのNMPに対する溶解性が低下し好ましくない。 The high polymerization degree polyaniline preferably has [η] in the range of 0.4 to 1.5 dl / g. When [η] is less than 0.4 dl / g, the strength of the polyaniline as a coating film is insufficient, which is not preferable. Moreover, when it exceeds 1.5 dl / g, the solubility with respect to NMP as a polyaniline falls and it is unpreferable.
本発明で用いられるエメラルジン型高重合度ポリアニリンの重合は、プロトン酸の存在下に溶媒中にて5℃以下、好ましくは0℃以下の温度を保持しつつ、アニリンに酸化剤を作用させて酸化重合を行い、ドープされたポリアニリンを生成させ、次いで、このドープされたポリアニリンを塩基性物質によって脱ドープすることによって行う。これにより、硫酸中、30℃で測定した極限粘度〔η〕が0.4〜1.5dl/gである本発明の正極に用いることができる高重合度ポリアニリンが得られる。 The polymerization of emeraldine type high degree of polymerization polyaniline used in the present invention is performed by oxidizing an aniline with an oxidizing agent while maintaining a temperature of 5 ° C. or less, preferably 0 ° C. or less in a solvent in the presence of a protonic acid. Polymerization is performed to produce doped polyaniline, which is then dedoped by a basic material. Thereby, the high degree-of-polymerization polyaniline which can be used for the positive electrode of this invention whose intrinsic viscosity [(eta)] measured at 30 degreeC in the sulfuric acid is 0.4-1.5 dl / g is obtained.
上記プロトン酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、ホウフッ化水素酸、リンフッ化水素酸、フッ化水素酸、ヨウ化水素酸等の無機酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等の芳香族スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸等のアルカンスルホン酸、ピクリン酸等のフェノール類、m−ニトロ安息香酸等の芳香族カルボン酸、ジクロロ酢酸、マロン酸等の脂肪族カルボン酸等が好ましく用いられる。また、上記酸化剤としては、二酸化マンガン、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、過酸化水素、第二鉄塩、ヨウ素酸塩等が好ましく用いられる。これら酸化剤は通常、アニリン1モルに対して0.5〜1.5モルの範囲の量が用いられる。また、上記溶媒としては水が好ましく用いられる。 Examples of the protonic acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, perchloric acid, borofluoric acid, phosphorous hydrofluoric acid, hydrofluoric acid, hydroiodic acid, and other inorganic acids, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and the like. Aromatic sulfonic acids, alkanesulfonic acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, phenols such as picric acid, aromatic carboxylic acids such as m-nitrobenzoic acid, aliphatic carboxylic acids such as dichloroacetic acid, malonic acid, etc. Is preferably used. Further, as the oxidizing agent, manganese dioxide, ammonium peroxodisulfate, hydrogen peroxide, ferric salt, iodate and the like are preferably used. These oxidizing agents are usually used in amounts ranging from 0.5 to 1.5 moles per mole of aniline. Moreover, water is preferably used as the solvent.
本発明において、ポリアニリンをドーピングして導電性を高めるために、上記ポリアニリンのNMP溶液に、プロトン酸などの酸性化合物をドーパントとして配合して用いることができる。このようなプロトン酸としては、酸解離定数pKaが3以下のプロトン酸が好ましく、例えば、スルホン酸化合物を用いることができる。 In the present invention, in order to increase conductivity by doping polyaniline, an acidic compound such as protonic acid can be used as a dopant in the NMP solution of polyaniline. As such a protonic acid, a protonic acid having an acid dissociation constant pKa of 3 or less is preferable. For example, a sulfonic acid compound can be used.
スルホン酸化合物としては、具体的には、フェノールスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、アミノナフトールスルホン酸、メタニル酸、スルファニル酸、アリルスルホン酸、ラウリル硫酸、キシレンスルホン酸、クロロベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、1−ブタンスルホン酸、1−ヘキサンスルホン酸、1−ヘプタンスルホン酸、1−オクタンスルホン酸、1−ノナンスルホン酸、1−デカンスルホン酸、1−ドデカンスルホン酸、スチレンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸、プロピルベンゼンスルホン酸、ブチルベンゼンスルホン酸、ペンチルベンゼンスルホン酸、ヘキシルベンゼンスルホン酸、ヘプチルベンゼンスルホン酸、オクチルベンゼンスルホン酸、ノニルベンゼンスルホン酸、デシルベンゼンスルホン酸、ウンデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ペンタデシルベンゼンスルホン酸、オクタデシルベンゼンスルホン酸、ジエチルベンゼンスルホン酸、ジプロピルベンゼンスルホン酸、ジブチルベンゼンスルホン酸、メチルナフタレンスルホン酸、エチルナフタレンスルホン酸、プロピルナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸、ペンチルナフタレンスルホン酸、ヘキシルナフタレンスルホン酸、ヘプチルナフタレンスルホン酸、オクチルナフタレンスルホン酸、ノニルナフタレンスルホン酸、デシルナフタレンスルホン酸、ウンデシルナフタレンスルホン酸、ドデシルナフタレンスルホン酸、ペンタデシルナフタレンスルホン酸、オクタデシルナフタレンスルホン酸、ジメチルナフタレンスルホン酸、ジエチルナフタレンスルホン酸、ジプロピルナフタレンスルホン酸、ジブチルナフタレンスルホン酸、ジペンチルナフタレンスルホン酸、ジヘキシルナフタレンスルホン酸、ジヘプチルナフタレンスルホン酸、ジオクチルナフタレンスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸、トリメチルナフタレンスルホン酸、トリエチルナフタレンスルホン酸、トリプロピルナフタレンスルホン酸、トリブチルナフタレンスルホン酸、カンフアースルホン酸、アクリルアミド−t−ブチルスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリビニル硫酸、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化スチレン−ブタジエン共重合体、ポリアリルスルホン酸、ポリメタリルスルホン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸、等を挙げることができる。これらのドーパントの内、特に、フェノールスルホン酸、ベンゼンスルホン酸が好ましい。 Specific examples of the sulfonic acid compound include phenol sulfonic acid, benzene sulfonic acid, aminonaphthol sulfonic acid, methanyl acid, sulfanilic acid, allyl sulfonic acid, lauryl sulfuric acid, xylene sulfonic acid, chlorobenzene sulfonic acid, methane sulfonic acid, and ethane. Sulfonic acid, 1-propanesulfonic acid, 1-butanesulfonic acid, 1-hexanesulfonic acid, 1-heptanesulfonic acid, 1-octanesulfonic acid, 1-nonanesulfonic acid, 1-decanesulfonic acid, 1-dodecanesulfonic acid , Styrenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, ethylbenzenesulfonic acid, propylbenzenesulfonic acid, butylbenzenesulfonic acid, pentylbenzenesulfonic acid, hexylbenzenesulfonic acid, heptylbenzenesulfonic acid, Cutylbenzenesulfonic acid, nonylbenzenesulfonic acid, decylbenzenesulfonic acid, undecylbenzenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, pentadecylbenzenesulfonic acid, octadecylbenzenesulfonic acid, diethylbenzenesulfonic acid, dipropylbenzenesulfonic acid, dibutylbenzenesulfone Acid, methylnaphthalenesulfonic acid, ethylnaphthalenesulfonic acid, propylnaphthalenesulfonic acid, butylnaphthalenesulfonic acid, pentylnaphthalenesulfonic acid, hexylnaphthalenesulfonic acid, heptylnaphthalenesulfonic acid, octylnaphthalenesulfonic acid, nonylnaphthalenesulfonic acid, decylnaphthalenesulfone Acid, undecylnaphthalenesulfonic acid, dodecylnaphthalenesulfonic acid, pentadecylnaphthalene Acid, octadecylnaphthalenesulfonic acid, dimethylnaphthalenesulfonic acid, diethylnaphthalenesulfonic acid, dipropylnaphthalenesulfonic acid, dibutylnaphthalenesulfonic acid, dipentylnaphthalenesulfonic acid, dihexylnaphthalenesulfonic acid, diheptylnaphthalenesulfonic acid, dioctylnaphthalenesulfonic acid, Dinonylnaphthalenesulfonic acid, trimethylnaphthalenesulfonic acid, triethylnaphthalenesulfonic acid, tripropylnaphthalenesulfonic acid, tributylnaphthalenesulfonic acid, camphorsulfonic acid, acrylamide-t-butylsulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, polyvinylsulfuric acid, polystyrenesulfonic acid , Sulfonated styrene-butadiene copolymer, polyallylsulfonic acid, polymethallylsulfonic acid, poly-2 -Acrylamide-2-methylpropane sulfonic acid, polyisoprene sulfonic acid, etc. can be mentioned. Of these dopants, phenolsulfonic acid and benzenesulfonic acid are particularly preferable.
これらのドーパントは、ポリアニリンの構成単位ユニットに対して、0.05〜0.6当量、より好ましくは、0.1〜0.3当量の範囲で添加される。 These dopants are added in a range of 0.05 to 0.6 equivalents, more preferably 0.1 to 0.3 equivalents, relative to the structural unit units of polyaniline.
上記ポリアニリン等の導電性高分子溶液を前述した正極活物質層表面に塗布、乾燥することにより、2V以下の電位(対Li/Li+)で電気抵抗が急増するポリアニリン等の導電性高分子層が正極活物質層に積層された本発明のリチウムイオン二次電池正極を得ることが出来る。 By applying the conductive polymer solution such as polyaniline to the surface of the positive electrode active material layer described above and drying, the conductive polymer layer such as polyaniline whose electrical resistance increases rapidly at a potential of 2 V or less (vs. Li / Li + ). Can be obtained. The lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention in which is stacked on the positive electrode active material layer can be obtained.
導電性高分子層の厚さは、通常、0.01〜10μmの範囲であり、好ましくは、0.1〜2μmの範囲である。導電性高分子の層の厚さが0.01μmよりも薄いときは、導電性高分子の抵抗が急増した場合でも、正極層と集電体との間の絶縁が十分でなく、他方、10μmよりも厚いときは、通常の充放電において、導電性高分子の抵抗が内部抵抗の増加の原因になり得る。 The thickness of the conductive polymer layer is usually in the range of 0.01 to 10 μm, and preferably in the range of 0.1 to 2 μm. When the thickness of the conductive polymer layer is less than 0.01 μm, even if the resistance of the conductive polymer increases rapidly, the insulation between the positive electrode layer and the current collector is not sufficient, and on the other hand, 10 μm When it is thicker, the resistance of the conductive polymer may cause an increase in internal resistance during normal charge / discharge.
以上、詳述したように、本発明によれば、オリビン型鉄リン酸リチウム粒子を活物質として利用した正極を用いたリチウム二次電池が過放電の領域(2〜0.5V)になった場合、速やかに電圧を降下せしめるリチウムイオン二次電池正極およびこの正極からなるリチウム二次電池を提供することができる。 As described above in detail, according to the present invention, a lithium secondary battery using a positive electrode using olivine-type lithium iron phosphate particles as an active material has become an overdischarged region (2-0.5 V). In this case, it is possible to provide a lithium ion secondary battery positive electrode and a lithium secondary battery including the positive electrode that can quickly drop the voltage.
Claims (3)
<放電電位降下平均速度の測定条件>
セルの構成
・二極式ポーチセル
・対極:金属リチウム
・電解液:1M LiPF6 in EC+EMC+DMC=1:1:1(vol.%)
測定条件
・測定温度:30℃
・放電範囲:2V〜0.5V(対Li/Li+)
・放電電流:20mA/g−正極 A positive electrode for a lithium secondary battery, in which a positive electrode active material layer and a conductive polymer layer whose electric resistance rapidly increases at a potential of 2 V or less (vs. Li / Li + ) are laminated, and the positive electrode active material is olivine type lithium iron phosphate A positive electrode for a lithium secondary battery, characterized in that the average discharge potential drop rate measured under the following conditions is 0.3 V / Hr or more.
<Measurement conditions of average discharge potential drop>
Structure of cell / bipolar pouch cell / counter electrode: lithium metal / electrolyte: 1M LiPF 6 in EC + EMC + DMC = 1: 1: 1 (vol.%)
Measurement conditions and temperature: 30 ° C
・ Discharge range: 2 V to 0.5 V (vs. Li / Li + )
・ Discharge current: 20 mA / g-positive electrode
1)脱ドープ状態において、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)に3〜20質量%溶解して溶液を形成することができるNMP可溶性ポリアニリンである。
2)脱ドープ状態において、硫酸中、30℃で測定した極限粘度〔η〕が0.4〜1.5dl/gである高重合度ポリアニリンである。 The positive electrode for a lithium secondary battery according to claim 2, wherein the polyaniline has the following characteristics.
1) NMP-soluble polyaniline that can be dissolved in NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) at 3 to 20 mass% to form a solution in the undoped state.
2) A highly polymerized polyaniline having an intrinsic viscosity [η] measured in sulfuric acid at 30 ° C. of 0.4 to 1.5 dl / g in a dedope state.
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