JP5709010B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、例えば、電気を駆動源として利用する車両に搭載される電源、或いはパソコンや携帯端末その他の電気製品等に用いられる電源として重要性が高まっている。特に軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましい。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries, such as lithium ion secondary batteries, are important as, for example, power supplies mounted on vehicles that use electricity as a drive source, or power supplies used in personal computers, portable terminals, and other electrical products. It is growing. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is preferable as a high-output power source mounted on a vehicle.

非水電解液二次電池の一つの典型的な例では、正極と負極との間を電荷担体(例えばリチウムイオン等の金属イオン)が非水電解液を介して行き来することによって、充電および放電が行われる。かかる正極は、正極集電体(導電性部材)と正極合材層とを備えている。かかる正極合材層は、例えば、正極活物質と、バインダ等とを、適量の溶媒に加えて混練することでペースト状の組成物(ペースト状の組成物には、スラリー状の組成物及びインク状の組成物が包含される。)を調製し、これを正極集電体(導電性部材)上に塗布して乾燥することにより形成される。   In a typical example of a non-aqueous electrolyte secondary battery, charge and discharge are performed by charge carriers (for example, metal ions such as lithium ions) traveling between the positive electrode and the negative electrode through the non-aqueous electrolyte. Is done. Such a positive electrode includes a positive electrode current collector (conductive member) and a positive electrode mixture layer. Such a positive electrode mixture layer is prepared by, for example, adding a positive electrode active material, a binder, and the like to a suitable amount of a solvent and kneading the paste-like composition (the paste-like composition includes a slurry-like composition and an ink). Is formed, and this is coated on a positive electrode current collector (conductive member) and dried.

上記のような正極と負極とを捲回して形成された捲回電極体を備える非水電解液二次電池として例えばリチウムイオン二次電池を作製する際、非水電解液を正極合材層の捲回軸方向の両端部分から注入して捲回電極体に該電解液を含浸させる。このとき、正極合材層の捲回軸方向の両端部分から注入された非水電解液が中央部分に十分に含浸されない虞がある。該中央部分において非水電解液の含浸が十分でないと、充放電時に該部分において金属リチウムが析出してしまう虞がある。このように金属リチウムが析出すると充放電時に使用されるリチウムイオンが減少し電池性能(例えばサイクル特性)が低下してしまい好ましくない。電解液の含浸に関する従来技術として、特許文献1が挙げられる。特許文献1には、電極体の捲回軸方向の中央部の単位体積当たりの電解液保持量が両端部分よりも多くなるように構成されているリチウムイオン電池が記載されている。   When producing, for example, a lithium ion secondary battery as a non-aqueous electrolyte secondary battery including a wound electrode body formed by winding the positive electrode and the negative electrode as described above, the non-aqueous electrolyte is used as the positive electrode mixture layer. Injection is performed from both ends in the winding axis direction, and the wound electrode body is impregnated with the electrolytic solution. At this time, there is a possibility that the central portion is not sufficiently impregnated with the non-aqueous electrolyte injected from both ends of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction. If the non-aqueous electrolyte is not sufficiently impregnated in the central portion, metallic lithium may be deposited in the portion during charging and discharging. When metallic lithium is deposited in this manner, lithium ions used during charging and discharging are reduced, and battery performance (for example, cycle characteristics) is deteriorated. Patent document 1 is mentioned as a prior art regarding the impregnation of electrolyte solution. Patent Document 1 describes a lithium ion battery configured such that the amount of electrolyte solution retained per unit volume at the center in the winding axis direction of the electrode body is greater than at both ends.

特開2009−211956号公報JP 2009-211956 A

ところで、上記正極合材層に非水電解液を良好に含浸させるために、正極合材層に含める正極活物質として非水電解液の吸収量が大きい活物質を用いた場合、正極合材層の捲回軸方向の中央部分において非水電解液が十分に含浸される。しかしながら、充放電時における該正極活物質の膨張及び収縮によって、正極合材層中のリチウム塩等を含む非水電解液が正極合材層(捲回電極体)から外部へと流出してしまう虞がある。その結果、正極合材層に含まれる非水電解液の減少(非水電解液の濃度ムラ)によって該正極を備えるリチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)の容量維持率が低下(即ちサイクル特性が低下)してしまう虞がある。
一方、正極合材層に含める正極活物質として非水電解液の吸収量が小さい活物質を用いた場合、充放電時に正極合材層から外部への非水電解液の流出を防止し得る。しかしながら、正極合材層(捲回電極体)に非水電解液を含浸させる際に、正極合材層の中央部分に非水電解液が十分に含浸されないため、該中央部分において非水電解液が不足(例えば全く含浸していない状態)する虞がある。
そこで、本発明は、上述した従来の課題を解決すべく創出されたものであり、その目的は、正極合材層の捲回軸方向の中央部分の含浸性を向上させると共に、充放電時の正極合材層からの非水電解液の流出を防止して電池性能に優れる非水電解液二次電池を提供することである。
By the way, in order to satisfactorily impregnate the positive electrode mixture layer with the non-aqueous electrolyte solution, when an active material having a large absorption amount of the non-aqueous electrolyte solution is used as the positive electrode active material included in the positive electrode mixture layer, the positive electrode mixture layer The non-aqueous electrolyte is sufficiently impregnated in the central portion in the winding axis direction. However, due to the expansion and contraction of the positive electrode active material during charge / discharge, the nonaqueous electrolytic solution containing lithium salt or the like in the positive electrode mixture layer flows out from the positive electrode mixture layer (rolled electrode body). There is a fear. As a result, the capacity maintenance rate of the lithium ion secondary battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) provided with the positive electrode is reduced due to the decrease in the nonaqueous electrolyte contained in the positive electrode mixture layer (non-uniform concentration of the nonaqueous electrolyte). (In other words, the cycle characteristics may be degraded).
On the other hand, when an active material that absorbs a small amount of non-aqueous electrolyte is used as the positive electrode active material included in the positive electrode mixture layer, it is possible to prevent the non-aqueous electrolyte from flowing out from the positive electrode mixture layer to the outside during charge and discharge. However, when the positive electrode mixture layer (rolled electrode body) is impregnated with the nonaqueous electrolyte solution, the central portion of the positive electrode mixture layer is not sufficiently impregnated with the nonaqueous electrolyte solution. May be insufficient (for example, in a state of no impregnation).
Therefore, the present invention has been created to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to improve the impregnation property of the central portion of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction and at the time of charging and discharging. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in battery performance by preventing the non-aqueous electrolyte from flowing out from a positive electrode mixture layer.

上記目的を実現すべく、本発明により、正極シート及び負極シートを含む捲回電極体と、非水電解液と、を備える非水電解液二次電池が提供される。即ちここで開示される非水電解液二次電池において、上記正極シートは、長尺状の正極集電体と、該正極集電体の表面上に形成された少なくとも正極活物質を含む正極合材層と、を備えている。上記捲回電極体の捲回軸方向における上記正極合材層の両端部分は、第1の正極活物質を主体として構成されている。該捲回軸方向における前記正極合材層の少なくとも中心を含む中央部分は、第2の正極活物質を主体として構成されている。該第1の正極活物質と該第2の正極活物質との間で、JIS K6217−4に基づくDBP吸収量[mL/100g]が相互に異なっている。上記第1の正極活物質のDBP吸収量A[mL/100g]は、上記第2の正極活物質のDBP吸収量B[mL/100g]よりも小さいことを特徴とする。
なお、本明細書において「非水電解液二次電池」とは、非水電解液(典型的には、非水溶媒中に支持塩(支持電解質)を含む電解液)を備えた電池をいう。また、「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池等のいわゆる化学電池ならびに電気二重層キャパシタ等の物理電池を包含する用語である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a wound electrode body including a positive electrode sheet and a negative electrode sheet, and a nonaqueous electrolyte solution. That is, in the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the positive electrode sheet includes a long positive electrode current collector, and a positive electrode compound including at least a positive electrode active material formed on the surface of the positive electrode current collector. And a material layer. Both end portions of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction of the wound electrode body are mainly composed of a first positive electrode active material. The central portion including at least the center of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction is mainly composed of the second positive electrode active material. The DBP absorption amount [mL / 100 g] based on JIS K6217-4 is different between the first positive electrode active material and the second positive electrode active material. The DBP absorption amount A [mL / 100 g] of the first positive electrode active material is smaller than the DBP absorption amount B [mL / 100 g] of the second positive electrode active material.
In the present specification, the “non-aqueous electrolyte secondary battery” refers to a battery including a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolyte containing a supporting salt (supporting electrolyte) in a non-aqueous solvent). . The term “secondary battery” refers to a general battery that can be repeatedly charged and discharged, and is a term that includes a so-called chemical battery such as a lithium ion secondary battery and a physical battery such as an electric double layer capacitor.

本発明によって提供される非水電解液二次電池では、捲回電極体の捲回軸方向(即ち長尺状の正極集電体上に形成された正極合材層の幅方向)における正極合材層の両端部分に含まれる第1の正極活物質(即ち正極合材層の両端部分の主成分)のDBP吸収量Aは、同方向の正極合材層の中心を含む中央部分(即ち正極合材層の中央部分の主成分)に含まれる第2の正極活物質のDBP吸収量Bよりも小さい。
このように、正極合材層の中央部分に含まれる第2の正極活物質のDBP吸収量Bが、両端部分に含まれる第1の正極活物質のDBP吸収量Aよりも大きいことによって、該中央部分において非水電解液の含浸性が向上する。このため、捲回電極体の両端部分から非水電解液を注入して該捲回電極体に非水電解液を含浸させる際に、正極合材層の中央部分を含む全体に亘って非水電解液が良好に含浸される。これにより、充放電時に上記中央部分において電荷担体に由来する物質(例えば金属リチウム等の金属)の析出を防止することができる。
さらに、正極合材層の両端部分に含まれる第1の正極活物質のDBP吸収量Aは、中央部分に含まれる第2の正極活物質のDBP吸収量Bよりも小さい。このため、充放電の際に、正極合材層の中央部分に含まれる第2の正極活物質が膨張及び収縮することによって該正極合材層内に存在する非水電解液が正極合材層の捲回軸方向(幅方向)外側(両端部分の方向)に移動しても、正極合材層の両端部分は含浸性が低いため非水電解液の捲回軸方向(幅方向)への移動は抑制されることとなる。これにより、非水電解液が正極合材層(捲回電極体)の外部へと流出することを効果的に防止することができる。この結果、非水電解液が正極合材層の外部へと流出することによる正極(即ち捲回電極体)の内部抵抗の増加を抑制することができる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery provided by the present invention, the positive electrode composite in the winding axis direction of the wound electrode body (that is, the width direction of the positive electrode mixture layer formed on the long positive electrode current collector). The DBP absorption amount A of the first positive electrode active material (that is, the main component of both end portions of the positive electrode mixture layer) contained in both end portions of the material layer is the central portion (that is, positive electrode) including the center of the positive electrode mixture layer in the same direction. The DBP absorption amount B of the second positive electrode active material contained in the main component of the central portion of the composite material layer is smaller.
As described above, the DBP absorption amount B of the second positive electrode active material included in the central portion of the positive electrode mixture layer is larger than the DBP absorption amount A of the first positive electrode active material included in both end portions. The impregnation property of the nonaqueous electrolytic solution is improved in the central portion. For this reason, when the non-aqueous electrolyte is injected from both ends of the wound electrode body and the wound electrode body is impregnated with the non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte is entirely covered including the central portion of the positive electrode mixture layer. The electrolyte is well impregnated. Thereby, precipitation of the substance (for example, metals, such as metal lithium) derived from a charge carrier in the said center part at the time of charging / discharging can be prevented.
Furthermore, the DBP absorption amount A of the first positive electrode active material included in both end portions of the positive electrode mixture layer is smaller than the DBP absorption amount B of the second positive electrode active material included in the center portion. For this reason, during the charge / discharge, the second positive electrode active material contained in the central portion of the positive electrode mixture layer expands and contracts, so that the nonaqueous electrolyte present in the positive electrode mixture layer becomes the positive electrode mixture layer. Even if it moves to the outside of the winding axis direction (width direction) (in the direction of both end portions), both end portions of the positive electrode mixture layer have low impregnation properties, so that the nonaqueous electrolyte in the winding axis direction (width direction) The movement will be suppressed. Thereby, it can prevent effectively that a non-aqueous electrolyte flows out of the positive electrode compound-material layer (winding electrode body). As a result, an increase in the internal resistance of the positive electrode (that is, the wound electrode body) due to the nonaqueous electrolyte flowing out of the positive electrode mixture layer can be suppressed.

ここで開示される非水電解液二次電池の好適な一態様では、上述の通りDBP吸収量AはDBP吸収量Bよりも小さく、上記第1の正極活物質のDBP吸収量A[mL/100g]は10mL/100g〜30mL/100gであり、上記第2の正極活物質のDBP吸収量B[mL/100g]は30mL/100g〜80mL/100gであることを特徴とする。好ましくは、第2の正極活物質のDBP吸収量Bは、第1の正極活物質のDBP吸収量Aよりも少なくとも5mL/100g大きい。
かかる構成によると、正極合材層の中央部分において良好な含浸性が得られるため捲回電極体の中央部分に非水電解液を良好に含浸させることができる。さらに、充放電時には正極合材層からの非水電解液の流出を効果的に防止することができる。
In a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the DBP absorption amount A is smaller than the DBP absorption amount B as described above, and the DBP absorption amount A [mL / mL of the first positive electrode active material]. 100 g] is 10 mL / 100 g to 30 mL / 100 g, and the DBP absorption amount B [mL / 100 g] of the second positive electrode active material is 30 mL / 100 g to 80 mL / 100 g. Preferably, the DBP absorption amount B of the second positive electrode active material is at least 5 mL / 100 g larger than the DBP absorption amount A of the first positive electrode active material.
According to such a configuration, since a good impregnation property is obtained in the central portion of the positive electrode mixture layer, the nonaqueous electrolyte can be satisfactorily impregnated in the central portion of the wound electrode body. Furthermore, it is possible to effectively prevent the non-aqueous electrolyte from flowing out from the positive electrode mixture layer during charging and discharging.

ここで開示される非水電解液二次電池の好適な他の一態様では、上記正極合材層の捲回軸方向の長さをLとし、該捲回軸方向の前記中央部分の長さをLpとしたときのLp/Lの値が0.15〜0.85(例えば0.2〜0.6)であることを特徴とする。
かかる構成によると、正極合材層の中央部分における非水電解液の含浸性能と、充放電時における正極合材層からの非水電解液の流出防止性能とに優れる非水電解液二次電池となり得る。
好ましくは、上記第1の正極活物質及び上記第2の正極活物質は、いずれも中空構造の活物質粒子であることを特徴とする。中空構造の活物質粒子はその中空部の大きさから上述の膨張及び収縮時における非水電解液の移動が中空構造でない活物質粒子と比較して相対的に大きいと言える。従って、かかる中空構造の活物質粒子を使用する場合に本発明の効果がより顕著となる。
In another preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the length of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction is L, and the length of the central portion in the winding axis direction is L Lp / L is 0.15 to 0.85 (for example, 0.2 to 0.6), where Lp is Lp.
According to this configuration, the non-aqueous electrolyte secondary battery is excellent in the impregnation performance of the non-aqueous electrolyte solution in the central portion of the positive electrode mixture layer and the anti-flow performance of the non-aqueous electrolyte solution from the positive electrode mixture layer during charging and discharging. Can be.
Preferably, both the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are active material particles having a hollow structure. From the size of the hollow portion of the active material particles having a hollow structure, it can be said that the movement of the non-aqueous electrolyte during expansion and contraction is relatively large compared to the active material particles having no hollow structure. Therefore, the effect of the present invention becomes more remarkable when such hollow structure active material particles are used.

ここで開示される非水電解液二次電池の好適な他の一態様では、上記正極合材層の捲回軸方向の長さは、少なくとも40mmであることを特徴とする。
正極合材層の捲回軸方向の長さが少なくとも40mmのものは、該正極合材層の中央部分における非水電解液の含浸性が十分ではないため、正極合材層の中央部分にDBP吸収量が大きい正極活物質を含めるという本発明の構成を採用することによる効果が特に発揮され得る。
In another preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the length of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction is at least 40 mm.
When the length of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction is at least 40 mm, the impregnating property of the non-aqueous electrolyte in the central portion of the positive electrode mixture layer is not sufficient. The effect of adopting the configuration of the present invention that includes a positive electrode active material having a large absorption amount can be particularly exerted.

また、本発明によると、複数の単電池が相互に電気的に接続されてなる車両の駆動電源としての組電池であって、上記単電池としてここで開示されるいずれかの非水電解液二次電池が使用されていることを特徴とする組電池が提供される。上述のように、ここで開示されるいずれかの非水電解液二次電池は、特にハイレート(例えば、5C〜50C、好ましくは10C〜30C)充放電時における電荷担体に由来する物質(例えば金属リチウム等の金属)の析出防止性能に優れると共に、正極合材層(捲回電極体)外部への電解液の流出防止性能に優れており、結果、好適な電池性能を維持し得る非水電解液二次電池となり得る。このため、かかる二次電池を複数個(例えば10個以上、好ましくは10〜30個程度)相互に電気的に接続された組電池は、車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)の駆動電源として好ましく用いることができる。   Further, according to the present invention, there is provided an assembled battery as a driving power source for a vehicle in which a plurality of unit cells are electrically connected to each other, and any one of the nonaqueous electrolyte solutions disclosed herein as the unit cell. An assembled battery is provided in which a secondary battery is used. As described above, any of the non-aqueous electrolyte secondary batteries disclosed herein is a substance (for example, a metal) derived from a charge carrier particularly at a high rate (for example, 5C to 50C, preferably 10C to 30C) charge and discharge. Non-aqueous electrolysis that maintains excellent battery performance as a result of excellent performance in preventing the precipitation of electrolytes to the outside of the positive electrode mixture layer (winding electrode body). It can be a liquid secondary battery. For this reason, an assembled battery in which a plurality of such secondary batteries (for example, about 10 or more, preferably about 10 to 30) are electrically connected to each other is a vehicle (typically an automobile, particularly a hybrid automobile, an electric automobile). In addition, it can be preferably used as a drive power source of a vehicle equipped with an electric motor such as a fuel cell vehicle.

本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the non-aqueous-electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 図2は、図1中のII‐II線に沿う断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池の捲回電極体の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the winding electrode body of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池の正極の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the positive electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る組電池の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the assembled battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明に係る非水電解液二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on this invention.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識に基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここで開示される非水電解液二次電池の好適な実施形態の一つとして、リチウムイオン二次電池を例にして詳細に説明するが、本発明の適用対象をかかる種類の非水電解液二次電池に限定することを意図したものではない。例えば、他の金属イオン(例えばマグネシウムイオン)を電荷担体とする非水電解液二次電池にも適用することができる。   As a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, a lithium ion secondary battery will be described in detail as an example, but the application target of the present invention is such a non-aqueous electrolyte solution. It is not intended to be limited to secondary batteries. For example, the present invention can also be applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery using other metal ions (for example, magnesium ions) as a charge carrier.

本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池は、図3に示すように、正極シート64及び負極シート84を含む捲回電極体50と、非水電解液とを備えている。正極シート(正極)64は、図4に示すように、長尺状(シート形状)の正極集電体62と、該正極集電体62の表面上に形成された少なくとも正極活物質68を含む正極合材層66とを備えている。かかる正極合材層は、例えば、正極活物質68、図示しない導電材及びバインダ等の電極材料から層状に形成されている。
図4に示すように、捲回電極体50(図3参照)の捲回軸方向(即ち正極合材層66の幅方向)における正極合材層66の両端部分66A,66Aは、第1の正極活物質68A(68)を主体として構成されている。なお、両端部分66Aは、第1の正極活物質68Aの他に本発明の効果を奏する上で問題とならないような微量な正極活物質を含み得る。
また、捲回電極体50(図3参照)の捲回軸方向における正極合材層66の中央部分66Bは、第2の正極活物質68B(68)を主体として構成されている。なお、中央部分66Bは、第2の正極活物質68Bの他に本発明の効果を奏する上で問題とならないような微量な正極活物質を含み得る。
ここで、正極合材層66の上記捲回軸方向(幅方向)の中央部分66Bは、図3及び図4に示すように、正極合材層66の上記捲回軸方向の中心を含む領域であって、正極合材層66の上記捲回軸方向の長さをLとし、該捲回軸方向の中央部分66Bの長さをLpとしたときのLp/Lの値が凡そ0.15〜0.85(例えば0.2〜0.6、好ましくは0.4〜0.6。)となる領域であることが好ましい。また、正極合材層66の両端部分66A,66Aと中央部分66Bとの合材密度は実質的に同一であってもよく、例えば2.2g/cm〜3.4g/cmであり得る。
As shown in FIG. 3, the lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes a wound electrode body 50 including a positive electrode sheet 64 and a negative electrode sheet 84, and a nonaqueous electrolytic solution. As shown in FIG. 4, the positive electrode sheet (positive electrode) 64 includes a long (sheet shape) positive electrode current collector 62 and at least a positive electrode active material 68 formed on the surface of the positive electrode current collector 62. And a positive electrode mixture layer 66. Such a positive electrode mixture layer is formed in layers from, for example, an electrode material such as a positive electrode active material 68, a conductive material (not shown), and a binder.
As shown in FIG. 4, both end portions 66A and 66A of the positive electrode mixture layer 66 in the winding axis direction (that is, the width direction of the positive electrode mixture layer 66) of the wound electrode body 50 (see FIG. 3) The cathode active material 68A (68) is the main constituent. Both end portions 66A may contain a small amount of positive electrode active material that does not cause a problem in obtaining the effects of the present invention in addition to the first positive electrode active material 68A.
The central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66 in the winding axis direction of the wound electrode body 50 (see FIG. 3) is mainly composed of the second positive electrode active material 68B (68). The central portion 66B can contain a small amount of the positive electrode active material that does not cause a problem in obtaining the effects of the present invention in addition to the second positive electrode active material 68B.
Here, the central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66 in the winding axis direction (width direction) is a region including the center of the positive electrode mixture layer 66 in the winding axis direction, as shown in FIGS. When the length of the positive electrode mixture layer 66 in the winding axis direction is L and the length of the central portion 66B in the winding axis direction is Lp, the value of Lp / L is about 0.15. It is preferable that the region be ˜0.85 (for example, 0.2 to 0.6, preferably 0.4 to 0.6). Further, both end portions 66A of the positive-electrode mixture layer 66, cause material density between 66A and the central portion 66B may be substantially the same, which may be for example 2.2g / cm 3 ~3.4g / cm 3 .

上記正極集電体62としては、従来のリチウムイオン二次電池の正極に用いられている集電体と同様、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。例えば、アルミニウム材又はアルミニウム材を主体とする合金材を用いることができる。長尺状の正極集電体の厚さは、例えば、凡そ10μm〜30μm程度である。   As the positive electrode current collector 62, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used, as in the current collector used in the positive electrode of a conventional lithium ion secondary battery. For example, an aluminum material or an alloy material mainly composed of an aluminum material can be used. The thickness of the long positive electrode current collector is, for example, about 10 μm to 30 μm.

上記正極活物質68(68A,68B)としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料であって、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素を含むリチウム含有化合物(例えばリチウム遷移金属酸化物)が挙げられる。例えば、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLiCoO)、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMn)、或いは、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3)のような三元系リチウム含有複合酸化物が挙げられる。
また、一般式がLiMPO或いはLiMVO或いはLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種以上の元素)等で表記されるようなポリアニオン系化合物(例えばLiFePO、LiMnPO、LiFeVO、LiMnVO、LiFeSiO、LiMnSiO、LiCoSiO)を上記正極活物質として用いてもよい。
上記正極活物質68は、一次粒子が集まった二次粒子の形態をなすものであり得、その二次粒子の平均粒径(メジアン径d50)は、例えば、1μm〜50μm。好ましくは3μm〜10μmである。また、第1の正極活物質68Aと第2の正極活物質68Bとは実質的に同一の平均粒径であり得る。なお、平均粒径は、市販されている種々のレーザー回折・散乱法に基づく粒度分布測定装置によって容易に測定することができる。
The positive electrode active material 68 (68A, 68B) is a material capable of occluding and releasing lithium ions, and is a lithium-containing compound (for example, a lithium transition metal oxide) containing a lithium element and one or more transition metal elements. ). For example, lithium nickel composite oxide (for example, LiNiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (for example, LiCoO 2 ), lithium manganese composite oxide (for example, LiMn 2 O 4 ), or lithium nickel cobalt manganese composite oxide (for example, LiNi 1). / 3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), a ternary lithium-containing composite oxide.
In addition, a polyanionic compound (for example, LiFePO 4) whose general formula is represented by LiMPO 4, LiMVO 4, or Li 2 MSiO 4 (wherein M is at least one element of Co, Ni, Mn, and Fe), etc. 4 , LiMnPO 4 , LiFeVO 4 , LiMnVO 4 , Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 CoSiO 4 ) may be used as the positive electrode active material.
The positive electrode active material 68 may be in the form of secondary particles in which primary particles are collected, and the average particle size (median diameter d50) of the secondary particles is, for example, 1 μm to 50 μm. Preferably they are 3 micrometers-10 micrometers. Further, the first positive electrode active material 68A and the second positive electrode active material 68B may have substantially the same average particle diameter. The average particle diameter can be easily measured by a particle size distribution measuring apparatus based on various commercially available laser diffraction / scattering methods.

本実施形態において、正極合材層66の両端部分66A,66Aに含まれる第1の正極活物質68Aと正極合材層66の中央部分66Bに含まれる第2の正極活物質68Bとの間で、JIS K6217−4「ゴム用カーボンブラック‐基本特性‐第4部:DBP吸収量の求め方」に基づくDBP吸収量[mL/100g]は相互に異なっている。さらに、第1の正極活物質68AのDBP吸収量A[mL/100g]は、第2の正極活物質68BのDBP吸収量B[mL/100g]よりも小さい。
ここで、第1の正極活物質68AのDBP吸収量A[mL/100g]は、凡そ10mL/100g〜30mL/100g(例えば凡そ15mL/100g〜25mL/100g)である。DBP吸収量Aが30mL/100gよりも大きすぎる場合には、リチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)の充放電の際に、両端部分66A,66Aから非水電解液が外部へと流出する虞がある。一方、DBP吸収量Aが10mL/100gよりも小さすぎる場合には、正極合材層66の両端部分66A,66Aにおける非水電解液の含浸性が十分でないため、中央部分66Bに十分に非水電解液が行き渡らない虞がある。
また、第2の正極活物質68BのDBP吸収量B[mL/100g]は、第1の正極活物質68AのDBP吸収量A[mL/100g]よりも大きいことを前提として、例えば、凡そ30mL/100g〜80mL/100g(例えば凡そ30mL/100g〜60mL/100g、通常は凡そ40mL/100g〜50mL/100g)である。DBP吸収量Bが30mL/100gよりも小さすぎる場合には、正極合材層66の中央部分66Bの含浸性が十分ではないため、正極合材層66の両端部分66A,66Aから注入された非水電解液が中央部分66B(特に正極合材層66の幅方向の中心部分)に十分に含浸されない虞がある。
好ましくは、第2の正極活物質68BのDBP吸収量Bは、第1の正極活物質68AのDBP吸収量Aよりも少なくとも5mL/100g(例えば20mL/100g)大きいことである。
In the present embodiment, between the first positive electrode active material 68A included in both end portions 66A and 66A of the positive electrode mixture layer 66 and the second positive electrode active material 68B included in the central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66. , DBP absorption [mL / 100 g] based on JIS K6217-4 “Carbon black for rubber—Basic characteristics—Part 4: Determination of DBP absorption” is different from each other. Further, the DBP absorption amount A [mL / 100 g] of the first positive electrode active material 68A is smaller than the DBP absorption amount B [mL / 100 g] of the second positive electrode active material 68B.
Here, the DBP absorption amount A [mL / 100 g] of the first positive electrode active material 68A is approximately 10 mL / 100 g to 30 mL / 100 g (for example, approximately 15 mL / 100 g to 25 mL / 100 g). When the DBP absorption amount A is too larger than 30 mL / 100 g, the nonaqueous electrolyte solution is discharged from both end portions 66A, 66A to the outside during charging / discharging of the lithium ion secondary battery (nonaqueous electrolyte secondary battery). There is a risk of leaking. On the other hand, when the DBP absorption amount A is too smaller than 10 mL / 100 g, the impregnation property of the non-aqueous electrolyte in the both end portions 66A and 66A of the positive electrode mixture layer 66 is not sufficient, and the central portion 66B is sufficiently non-aqueous. There is a risk that the electrolyte will not spread.
Further, assuming that the DBP absorption amount B [mL / 100 g] of the second positive electrode active material 68B is larger than the DBP absorption amount A [mL / 100 g] of the first positive electrode active material 68A, for example, about 30 mL. / 100g-80mL / 100g (for example, about 30mL / 100g-60mL / 100g, usually about 40mL / 100g-50mL / 100g). When the DBP absorption amount B is too smaller than 30 mL / 100 g, the impregnating property of the central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66 is not sufficient, so There is a possibility that the water electrolyte is not sufficiently impregnated in the central portion 66B (particularly the central portion in the width direction of the positive electrode mixture layer 66).
Preferably, the DBP absorption amount B of the second positive electrode active material 68B is at least 5 mL / 100 g (for example, 20 mL / 100 g) larger than the DBP absorption amount A of the first positive electrode active material 68A.

一般に、緻密な中実構造の粒子からなる正極活物質(例えば、層状構造のリチウム遷移金属酸化物の粉末)のDBP吸収量は、概ね10mL/100g〜20mL/100g程度である。他の条件(粒子サイズ等)が同程度であれば、かかる中実粒子のDBP吸収量に比べて、多孔質構造または中空構造の粒子のDBP吸収量は大きくなる傾向にある。ここで開示される技術における上記正極活物質68(68A,68B)としては、このような多孔質構造または中空構造の粒子であり得る。   In general, the DBP absorption amount of a positive electrode active material (for example, a lithium transition metal oxide powder having a layered structure) composed of dense solid-structure particles is approximately 10 mL / 100 g to 20 mL / 100 g. If other conditions (particle size and the like) are about the same, the DBP absorption amount of the porous or hollow structure particles tends to be larger than the DBP absorption amount of the solid particles. The positive electrode active material 68 (68A, 68B) in the technology disclosed herein may be a particle having such a porous structure or a hollow structure.

ここで、多孔質構造とは、実体のある部分と空隙部分とが粒子全体にわたって混在している構造(スポンジ状構造)を指す。多孔質構造を有する正極活物質の代表例として、いわゆる噴霧焼成製法(スプレードライ製法と称されることもある。)により得られた正極活物質(典型的には、一次粒子が集まった二次粒子の形態を呈する。)が挙げられる。また、中空構造とは、殻部とその内側の中空部(空洞部)とを有する構造を指す。好ましい一態様において、上記殻部は、粒子外部と上記中空部とを連通させる貫通孔を有していてもよい(以下、殻部に上記貫通孔を有する中空構造を「孔空き中空構造」といい、かかる構造を有する活物質粒子を「孔空き中空活物質粒子」ということがある。)。このような中空構造(特記しない限り、孔空き中空構造を包含する意味である。)の粒子は、実体のある部分が殻部に偏っており、上記中空部にまとまった空間が確保されている点で、多孔質構造の粒子とは、構造上、明らかに区別されるものである。   Here, the porous structure refers to a structure (sponge-like structure) in which a substantial part and a void part are mixed over the entire particle. As a typical example of a positive electrode active material having a porous structure, a positive electrode active material obtained by a so-called spray baking method (sometimes referred to as a spray dry method) (typically a secondary in which primary particles are collected). It takes the form of particles.). The hollow structure refers to a structure having a shell portion and a hollow portion (cavity portion) inside thereof. In a preferred embodiment, the shell portion may have a through hole that allows the outside of the particle to communicate with the hollow portion (hereinafter, the hollow structure having the through hole in the shell portion is referred to as a “perforated hollow structure”. The active material particles having such a structure are sometimes referred to as “porous hollow active material particles”. The particles of such a hollow structure (meaning that it includes a perforated hollow structure unless otherwise specified) are such that the substantial part is biased toward the shell part, and a space is secured in the hollow part. In this respect, the particles having a porous structure are clearly distinguished from each other in terms of structure.

かかる孔空き中空構造の活物質粒子の材質としては、リチウム遷移金属酸化物(典型的には、層状構造のリチウム遷移金属酸化物)が好ましい。遷移金属として少なくともNi(好ましくはさらにMn)を含むリチウム遷移金属酸化物(典型的にはリチウムニッケル酸化物)が特に好ましい。
≪孔空き中空活物質粒子の製造方法≫
上記リチウム遷移金属酸化物を構成材質とする孔空き中空活物質粒子は、例えば以下のようにして好適に製造することができる。その製造方法は、該活物質粒子を構成するリチウム遷移金属酸化物に含まれる遷移金属元素の少なくとも一つ(好ましい一態様では、該酸化物に含まれるリチウム以外の金属元素の全部)を含む水性溶液から、該遷移金属の水酸化物を適切な条件で析出させること(原料水酸化物生成工程)を含む。また、その遷移金属水酸化物とリチウム化合物とを混合すること(混合工程)を含む。さらに、その混合物を焼成すること(焼成工程)を含み得る。以下、かかる製造方法の好適な一形態につき、層状構造のLiNiCoMn酸化物からなる孔開き中空活物質粒子を製造する場合を例として詳しく説明するが、この製造方法の適用対象をかかる組成の孔開き中空活物質粒子に限定する意図ではない。
As the material of the active material particles having such a hollow structure, lithium transition metal oxide (typically, lithium transition metal oxide having a layered structure) is preferable. Particularly preferred is a lithium transition metal oxide (typically lithium nickel oxide) containing at least Ni (preferably further Mn) as a transition metal.
≪Method for producing perforated hollow active material particles≫
The porous hollow active material particles having the lithium transition metal oxide as a constituent material can be preferably produced, for example, as follows. The production method includes an aqueous solution containing at least one of transition metal elements contained in the lithium transition metal oxide constituting the active material particles (in a preferred embodiment, all of the metal elements other than lithium contained in the oxide). It includes precipitating the transition metal hydroxide from a solution under appropriate conditions (raw material hydroxide generation step). Moreover, the transition metal hydroxide and the lithium compound are mixed (mixing step). Furthermore, it can include firing the mixture (firing step). Hereinafter, a preferred embodiment of such a production method will be described in detail by taking as an example the case of producing a perforated hollow active material particle composed of a LiNiCoMn oxide having a layered structure. It is not intended to be limited to hollow active material particles.

ここで開示される正極活物質粒子を製造する方法の好ましい一態様では、上記原料水酸化物生成工程が、遷移金属化合物の水性溶液にアンモニウムイオン(NH )を供給して該水性溶液から遷移金属水酸化物の粒子を析出させることを含む。上記水性溶液を構成する溶媒(水性溶媒)は、典型的には水であり、水を主成分とする混合溶媒であってもよい。この混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール等)が好適である。上記遷移金属化合物の水性溶液(以下、「遷移金属溶液」ともいう。)は、製造目的たる活物質粒子を構成するリチウム遷移金属酸化物の組成に応じて、該リチウム遷移金属酸化物を構成する遷移金属元素(ここではNi,CoおよびMn)の少なくとも一つ(好ましくは全部)を含む。例えば、水性溶媒中にNiイオン,CoイオンおよびMnイオンを供給し得る一種または二種以上の化合物を含む遷移金属溶液を使用する。これらの金属イオン源となる化合物としては、該金属の硫酸塩、硝酸塩、塩化物等を適宜採用することができる。例えば、水性溶媒(好ましくは水)に硫酸ニッケル、硫酸コバルトおよび硫酸マンガンが溶解した組成の遷移金属溶液を好ましく使用し得る。 In a preferred embodiment of the method for producing positive electrode active material particles disclosed herein, the raw material hydroxide generation step supplies ammonium ions (NH 4 + ) to an aqueous solution of a transition metal compound, and then from the aqueous solution. Depositing particles of transition metal hydroxide. The solvent (aqueous solvent) constituting the aqueous solution is typically water, and may be a mixed solvent containing water as a main component. As the solvent other than water constituting the mixed solvent, an organic solvent (such as a lower alcohol) that can be uniformly mixed with water is preferable. The aqueous solution of the transition metal compound (hereinafter also referred to as “transition metal solution”) constitutes the lithium transition metal oxide in accordance with the composition of the lithium transition metal oxide constituting the active material particles as the production target. It contains at least one (preferably all) transition metal elements (here, Ni, Co and Mn). For example, a transition metal solution containing one or more compounds that can supply Ni ions, Co ions, and Mn ions in an aqueous solvent is used. As the metal ion source compound, sulfates, nitrates, chlorides, and the like of the metals can be appropriately employed. For example, a transition metal solution having a composition in which nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate are dissolved in an aqueous solvent (preferably water) can be preferably used.

上記NH は、例えば、NH を含む水性溶液(典型的には水溶液)の形態で上記遷移金属溶液に供給されてもよく、該遷移金属溶液にアンモニアガスを直接吹き込むことにより供給されてもよく、これらの供給方法を併用してもよい。NH を含む水性溶液は、例えば、NH 源となり得る化合物(水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウム、アンモニアガス等)を水性溶媒に溶解させることにより調製することができる。好ましい一態様では、水酸化アンモニウム水溶液(すなわちアンモニア水)の形態でNH を供給する。 The NH 4 + may be supplied to the transition metal solution in the form of an aqueous solution (typically an aqueous solution) containing NH 4 + , for example, and supplied by directly blowing ammonia gas into the transition metal solution. These supply methods may be used in combination. An aqueous solution containing NH 4 + can be prepared, for example, by dissolving a compound (ammonium hydroxide, ammonium nitrate, ammonia gas, or the like) that can be an NH 4 + source in an aqueous solvent. In a preferred embodiment, NH 4 + is supplied in the form of an aqueous ammonium hydroxide solution (ie, aqueous ammonia).

≪核生成段階≫
好ましい一態様では、上記原料水酸化物生成工程が、上記遷移金属溶液から遷移金属水酸化物の核を析出させる段階(核生成段階)と、その核を成長させる段階(粒子成長段階)とを含む。好ましい一態様において、上記核生成段階および上記粒子成長段階は、いずれもアンモニウムイオンの存在下で行われる。少なくとも、上記粒子成長段階は、上記溶液中のアンモニウムイオン濃度(アンモニア濃度)を制御しつつ(例えば、所定値以下に制御しつつ)行うことが好ましい。また、上記粒子成長段階は、上記核生成段階におけるpHより低pHであって且つアルカリ性の条件下で実施することが好ましい。
≪Nucleation stage≫
In a preferred embodiment, the raw material hydroxide generation step comprises a step of depositing transition metal hydroxide nuclei from the transition metal solution (nucleation generation step) and a step of growing the nuclei (particle growth step). Including. In a preferred embodiment, both the nucleation step and the particle growth step are performed in the presence of ammonium ions. At least the particle growth step is preferably performed while controlling the ammonium ion concentration (ammonia concentration) in the solution (for example, controlling it to a predetermined value or less). The particle growth stage is preferably carried out under alkaline conditions at a pH lower than that in the nucleation stage.

バラツキの少ない(例えば、粒径や粒子構造等が平均から大きく外れた粒子の個数割合が少ない)孔空き中空活物質粒子が得られやすいという観点から、上記核生成段階において、上記遷移金属溶液から短時間のうちに(例えば、ほぼ同時に)多数の核を析出させることが好ましい。例えば、上記遷移金属水酸化物が過飽和の状態にある溶液から(例えば、該溶液を臨界過飽和度に到達させることにより)上記核を析出させるとよい。かかる析出態様を好適に実現するには、上記核生成段階をpH12以上(典型的にはpH12以上14以下、例えばpH12.2以上13以下)の条件で行うことが有利である。   From the viewpoint that it is easy to obtain porous hollow active material particles with little variation (for example, a small number ratio of particles whose particle size or particle structure is greatly deviated from the average), in the nucleation stage, from the transition metal solution, It is preferable to deposit a large number of nuclei within a short time (eg, almost simultaneously). For example, the nuclei may be precipitated from a solution in which the transition metal hydroxide is in a supersaturated state (for example, by allowing the solution to reach a critical degree of supersaturation). In order to suitably realize such a precipitation mode, it is advantageous to perform the nucleation step under a condition of pH 12 or more (typically pH 12 or more and 14 or less, for example, pH 12.2 or more and 13 or less).

核生成段階におけるNH 濃度(アンモニウムイオン濃度)は特に限定されないが、通常は凡そ25g/L以下とすることが適当であり、例えば3〜25g/L程度とするとよい。上記pHおよびNH 濃度は、上記アンモニア水の使用量とアルカリ剤(液性をアルカリ性に傾ける作用のある化合物)の使用量とを適切にバランスさせることにより調整することができる。上記使用量は、例えば、反応系への供給レートとしても把握し得る。アルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を、典型的には水溶液の形態で用いることができる。好ましい一態様では水酸化ナトリウム水溶液を使用する。なお、本明細書中において、pHの値は、液温25℃を基準とするpH値をいうものとする。 The NH 4 + concentration (ammonium ion concentration) in the nucleation stage is not particularly limited, but usually it is suitably about 25 g / L or less, for example, about 3 to 25 g / L. The pH and NH 4 + concentration can be adjusted by appropriately balancing the usage amount of the ammonia water and the usage amount of an alkaline agent (a compound having an action of tilting the liquidity to alkalinity). The amount used can be grasped as a supply rate to the reaction system, for example. As the alkaline agent, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like can be typically used in the form of an aqueous solution. In a preferred embodiment, an aqueous sodium hydroxide solution is used. In addition, in this specification, the value of pH shall mean pH value on the basis of liquid temperature of 25 degreeC.

≪粒子成長段階≫
上記粒子成長段階では、上記核生成段階で析出した遷移金属水酸化物の核(典型的には粒子状)を、好ましくは上記核生成段階よりも低pH域のアルカリ性条件下で成長させる。例えば、pH12未満(典型的にはpH10以上12未満、好ましくはpH10以上11.8以下、例えばpH11.0以上11.8以下)で成長させるとよい。この粒子成長段階を経て得られる遷移金属水酸化物粒子(原料水酸化物粒子)は、好ましくは、該粒子の外表面部の密度に比べて、該粒子の内部の密度が低い構造を有する。かかる構造の遷移金属水酸化物粒子を安定して得るためには、上記粒子成長段階におけるNH 濃度を高くしすぎない(低く抑える)ことが肝要である。このことによって、遷移金属水酸化物(ここでは、Ni,CoおよびMnを含む複合水酸化物)の析出速度が速くなり、ここで開示される孔開き中空活物質粒子の形成に適した原料水酸化物粒子(換言すれば、孔開き中空構造の焼成物を形成しやすい原料水酸化物粒子)が効果的に生成し得る。通常は、粒子成長段階におけるNH 濃度を25g/L以下とすることが適当であり、好ましくは15g/L以下、より好ましくは10g/L以下(例えば8g/L以下)である。NH 濃度の下限は特に限定されないが、製造条件の管理しやすさ、品質安定性、得られる活物質粒子の機械的強度(例えば硬度)等の観点から、通常は、NH 濃度を1g/L以上(好ましくは3g/L以上)とすることが適当である。粒子成長段階におけるpHおよびNH 濃度は、核生成段階と同様にして調整することができる。
≪Particle growth stage≫
In the particle growth stage, the transition metal hydroxide nuclei (typically particles) precipitated in the nucleation stage are preferably grown under alkaline conditions at a lower pH than in the nucleation stage. For example, the growth may be performed at a pH of less than 12 (typically a pH of 10 or more and less than 12, preferably a pH of 10 or more and 11.8 or less, such as a pH of 11.0 or more and 11.8 or less). The transition metal hydroxide particles (raw material hydroxide particles) obtained through this particle growth stage preferably have a structure in which the density inside the particles is lower than the density of the outer surface portion of the particles. In order to stably obtain transition metal hydroxide particles having such a structure, it is important not to make the NH 4 + concentration too high (suppress it low) in the particle growth stage. This increases the deposition rate of the transition metal hydroxide (here, the composite hydroxide containing Ni, Co, and Mn), and the raw material water suitable for the formation of the apertured hollow active material particles disclosed herein. Oxide particles (in other words, raw material hydroxide particles that easily form a fired product having a perforated hollow structure) can be effectively produced. Usually, it is appropriate that the NH 4 + concentration in the particle growth stage is 25 g / L or less, preferably 15 g / L or less, more preferably 10 g / L or less (for example, 8 g / L or less). The lower limit of the NH 4 + concentration is not particularly limited. However, from the viewpoints of ease of management of production conditions, quality stability, mechanical strength (for example, hardness) of the obtained active material particles, etc., the NH 4 + concentration is usually set. It is appropriate to set it to 1 g / L or more (preferably 3 g / L or more). The pH and NH 4 + concentration in the particle growth stage can be adjusted in the same manner as in the nucleation stage.

好ましい一態様では、粒子成長段階におけるNH 濃度を7g/L以下(典型的には1〜7g/L、例えば3〜7g/L)とする。この粒子成長段階におけるNH 濃度は、例えば、核生成段階におけるNH 濃度と概ね同程度としてもよく、核生成段階におけるNH 濃度より低くしてもよい。なお、遷移金属水酸化物の析出速度は、例えば、反応液に供給される遷移金属溶液に含まれる遷移金属イオンの合計モル数に対して、反応液の液相中に含まれる遷移金属イオンの合計モル数(合計イオン濃度)の推移を調べることにより把握され得る。 In a preferred embodiment, the NH 4 + concentration in the particle growth stage is 7 g / L or less (typically 1 to 7 g / L, for example, 3 to 7 g / L). NH 4 + concentration in the particle growth step, for example, may be a substantially the same level as NH 4 + concentration in the nucleation stage may be lower than NH 4 + concentration in the nucleation stage. In addition, the precipitation rate of the transition metal hydroxide is, for example, the transition metal ions contained in the liquid phase of the reaction liquid with respect to the total number of moles of transition metal ions contained in the transition metal solution supplied to the reaction liquid. It can be grasped by examining the transition of the total number of moles (total ion concentration).

核生成段階および粒子成長段階のそれぞれにおいて、反応液の温度は、凡そ30℃〜60℃の範囲のほぼ一定温度(例えば、所定の温度±1℃)となるように制御することが好ましい。核生成段階と粒子成長段階とで反応液の温度を同程度としてもよい。また、反応液および反応槽内の雰囲気は、核生成段階および粒子成長段階を通じて非酸化性雰囲気に維持することが好ましい。また、反応液に含まれるNiイオン,CoイオンおよびMnイオンの合計モル数(合計イオン濃度)は、核生成段階および粒子成長段階を通じて、例えば凡そ0.5〜2.5モル/Lとすることができ、凡そ1.0〜2.2モル/Lとすることが好ましい。かかる合計イオン濃度が維持されるように、遷移金属水酸化物の析出速度に合わせて遷移金属溶液を補充(典型的には連続供給)するとよい。反応液に含まれるNiイオン,CoイオンおよびMnイオンの量は、目的物たる活物質粒子の組成(すなわち、該活物質粒子を構成するLiNiCoMn酸化物におけるNi,Co,Mnのモル比)に対応する量比とすることが好ましい。   In each of the nucleation stage and the particle growth stage, the temperature of the reaction solution is preferably controlled so as to be a substantially constant temperature (for example, a predetermined temperature ± 1 ° C.) in a range of about 30 ° C. to 60 ° C. The temperature of the reaction solution may be approximately the same in the nucleation stage and the particle growth stage. Moreover, it is preferable to maintain the reaction liquid and the atmosphere in the reaction tank in a non-oxidizing atmosphere through the nucleation stage and the particle growth stage. Further, the total number of moles (total ion concentration) of Ni ions, Co ions and Mn ions contained in the reaction solution is set to, for example, about 0.5 to 2.5 mol / L through the nucleation stage and the particle growth stage. It is preferably about 1.0 to 2.2 mol / L. The transition metal solution may be replenished (typically continuously supplied) in accordance with the deposition rate of the transition metal hydroxide so that the total ion concentration is maintained. The amounts of Ni ions, Co ions, and Mn ions contained in the reaction solution correspond to the composition of the active material particles as the target product (that is, the molar ratio of Ni, Co, and Mn in the LiNiCoMn oxide constituting the active material particles). It is preferable to set the quantity ratio.

≪混合工程≫
好ましい一態様では、このようにして生成した遷移金属水酸化物粒子(ここでは、Ni,CoおよびMnを含む複合水酸化物粒子)を反応液から分離し、洗浄して乾燥させる。そして、この遷移金属水酸化物粒子とリチウム化合物とを所望の量比で混合して未焼成の混合物を調製する(混合工程)。この混合工程では、典型的には、目的物たる活物質粒子の組成(すなわち、該活物質粒子を構成するLiNiCoMn酸化物におけるLi,Ni,Co,Mnのモル比)に対応する量比で、Li化合物と遷移金属水酸化物粒子とを混合する。上記リチウム化合物としては、加熱により酸化物となり得るリチウム化合物、例えば炭酸リチウム,水酸化リチウム等を好ましく用いることができる。
≪Mixing process≫
In a preferred embodiment, the transition metal hydroxide particles thus produced (here, composite hydroxide particles containing Ni, Co and Mn) are separated from the reaction solution, washed and dried. Then, the transition metal hydroxide particles and the lithium compound are mixed at a desired quantitative ratio to prepare an unfired mixture (mixing step). In this mixing step, typically, the quantitative ratio corresponding to the composition of the active material particles as the target (that is, the molar ratio of Li, Ni, Co, Mn in the LiNiCoMn oxide constituting the active material particles) Li compound and transition metal hydroxide particles are mixed. As the lithium compound, lithium compounds that can be converted into oxides upon heating, such as lithium carbonate and lithium hydroxide, can be preferably used.

≪焼成工程≫
そして、上記混合物を焼成して孔空き中空構造の活物質粒子を得る(焼成工程)。この焼成工程は、典型的には酸化性雰囲気中(例えば大気中)で行われる。この焼成工程における焼成温度は、例えば700℃〜1100℃とすることができる。最高焼成温度が800℃以上(好ましくは800℃〜1100℃、例えば800℃〜1050℃)となるように行われることが好ましい。この範囲の最高焼成温度によると、リチウム遷移金属酸化物(好ましくはNi含有Li酸化物、ここではLiNiCoMn酸化物)の一次粒子の焼結反応を適切に進行させることができる。好適には、焼成工程後に焼成物を解砕し、篩分けを行ない、活物質粒子の粒径を調整するとよい。
≪Baking process≫
And the said mixture is baked and the active material particle of a hole hollow structure is obtained (baking process). This firing step is typically performed in an oxidizing atmosphere (for example, in the air). The firing temperature in this firing step can be set to 700 ° C. to 1100 ° C., for example. It is preferable that the maximum baking temperature be 800 ° C or higher (preferably 800 ° C to 1100 ° C, for example, 800 ° C to 1050 ° C). According to the maximum firing temperature within this range, the sintering reaction of the primary particles of the lithium transition metal oxide (preferably Ni-containing Li oxide, here LiNiCoMn oxide) can proceed appropriately. Preferably, the fired product is crushed and sieved after the firing step to adjust the particle size of the active material particles.

好ましい一態様では、上記混合物を700℃以上900℃以下の温度T1(すなわち700℃≦T1≦900℃、例えば700℃≦T1≦800℃、典型的には700℃≦T1<800℃)で焼成する第一焼成段階と、その第一焼成段階を経た結果物を800℃以上1100℃以下の温度T2(すなわち800℃≦T2≦1100℃、例えば800℃≦T2≦1050℃)で焼成する第二焼成段階とを含む態様で行う。このことによって、孔開き中空構造の活物質粒子をより効率よく形成することができる。T1およびT2は、T1<T2となるように設定することが好ましい。   In a preferred embodiment, the mixture is calcined at a temperature T1 of 700 ° C. to 900 ° C. (that is, 700 ° C. ≦ T1 ≦ 900 ° C., for example, 700 ° C. ≦ T1 ≦ 800 ° C., typically 700 ° C. ≦ T1 <800 ° C.). A second firing step, and a result obtained through the first firing step is fired at a temperature T2 of 800 ° C. to 1100 ° C. (that is, 800 ° C. ≦ T2 ≦ 1100 ° C., for example, 800 ° C. ≦ T2 ≦ 1050 ° C.) And a firing step. By this, the active material particle of a perforated hollow structure can be formed more efficiently. T1 and T2 are preferably set so that T1 <T2.

第一焼成段階と第二焼成段階とは、連続して(例えば、上記混合物を第一焼成温度T1に保持した後、引き続き第二焼成温度T2まで昇温して該温度T2に保持することにより)行ってもよく、あるいは、第一焼成温度T1に保持した後、いったん冷却(例えば、常温まで冷却)し、必要に応じて解砕および篩い分けを行ってから第二焼成段階に供してもよい。   The first firing stage and the second firing stage are performed continuously (for example, by holding the mixture at the first firing temperature T1, and subsequently raising the temperature to the second firing temperature T2 and maintaining the temperature at T2. Alternatively, after maintaining at the first firing temperature T1, it is once cooled (for example, cooled to room temperature) and, if necessary, crushed and sieved before being subjected to the second firing stage. Good.

なお、ここで開示される技術において、上記第一焼成段階は、目的とするリチウム遷移金属酸化物の焼結反応が進行し且つ融点以下の温度域であって第二焼成段階よりも低い温度T1で焼成する段階として把握することができる。また、上記第二焼成段階は、目的とするリチウム遷移金属酸化物の焼結反応が進行し且つ融点以下の温度域であって第一焼成段階よりも高い温度T2で焼成する段階として把握することができる。T1とT2との間には50℃以上(典型的には100℃以上、例えば150℃以上)の温度差を設けることが好ましい。   In the technique disclosed herein, the first firing stage is a temperature T1 in which the sintering reaction of the target lithium transition metal oxide proceeds and is lower than the melting point and lower than the second firing stage. It can be grasped as a stage for firing. Further, the second firing stage should be understood as a stage in which the sintering reaction of the target lithium transition metal oxide proceeds and the firing is performed at a temperature T2 that is lower than the melting point and higher than the first firing stage. Can do. It is preferable to provide a temperature difference of 50 ° C. or higher (typically 100 ° C. or higher, for example, 150 ° C. or higher) between T1 and T2.

以上のようにしてDBP吸収量A[mL/100g]が10mL/100g〜30mL/100gの第1の正極活物質68A及び、DBP吸収量B[mL/100g]が30mL/100g〜80mL/100gの第2の正極活物質68Bの好ましい例、ここでは孔空き中空活物質粒子を製造することができる。   As described above, the DBP absorption amount A [mL / 100 g] is 10 mL / 100 g to 30 mL / 100 g of the first positive electrode active material 68A, and the DBP absorption amount B [mL / 100 g] is 30 mL / 100 g to 80 mL / 100 g. A preferred example of the second positive electrode active material 68B, here, porous hollow active material particles can be produced.

上記正極合材層66(即ち両端部分66A,66A及び中央部分66B)は、上記正極活物質68(第1の正極活物質68A及び第2の正極活物質68B)の他に、導電材、バインダ(結着材)等の任意の成分を必要に応じて含有し得る。
上記導電材としては、従来この種のリチウムイオン二次電池の正極で用いられているものであればよく、特定の導電材に限定されない。例えば、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料を用いることができる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等)、グラファイト粉末等のカーボン粉末を用いることができる。これらのうち一種又は二種以上を併用してもよい。導電材の使用量については特に限定されるものではないが、例えば、上記第1の正極活物質68A(或いは上記第2の正極活物質68B)100質量%に対して1質量%〜20質量%(好ましくは5質量%〜15質量%)とすることが例示される。
In addition to the positive electrode active material 68 (first positive electrode active material 68A and second positive electrode active material 68B), the positive electrode mixture layer 66 (that is, both end portions 66A and 66A and the central portion 66B) includes a conductive material and a binder. Any component such as (binder) may be contained as necessary.
The conductive material is not limited to a specific conductive material as long as it is conventionally used in the positive electrode of this type of lithium ion secondary battery. For example, carbon materials such as carbon powder and carbon fiber can be used. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black, etc.), carbon powders such as graphite powder can be used. Among these, you may use together 1 type, or 2 or more types. The amount of the conductive material used is not particularly limited. For example, the conductive material is used in an amount of 1% by mass to 20% by mass with respect to 100% by mass of the first positive electrode active material 68A (or the second positive electrode active material 68B). (Preferably 5% by mass to 15% by mass).

上記バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。例えば、上記正極合材層を形成する組成物として溶剤系のペースト状組成物(ペースト状組成物には、スラリー状組成物及びインク状組成物が包含される。)を用いる場合には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)等の、有機溶媒(非水溶媒)に溶解するポリマー材料を用いることができる。あるいは、水系のペースト状組成物を用いる場合には、水に溶解または分散するポリマー材料を好ましく採用し得る。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。なお、上記で例示したポリマー材料は、バインダとして用いられる他に、上記組成物の増粘剤その他の添加剤として使用されることもあり得る。バインダの使用量は特に限定されるものではないが、例えば、上記第1の正極活物質68A(或いは上記第2の正極活物質68B)100質量%に対して0.5質量%〜10質量%とすることができる。   As said binder, the thing similar to the binder used for the positive electrode of a general lithium ion secondary battery can be employ | adopted suitably. For example, when a solvent-based paste-like composition (a paste-like composition includes a slurry-like composition and an ink-like composition) is used as the composition for forming the positive electrode mixture layer, a polyfluoride is used. Polymer materials that dissolve in an organic solvent (non-aqueous solvent) such as vinylidene chloride (PVDF) and polyvinylidene chloride (PVDC) can be used. Alternatively, when an aqueous paste composition is used, a polymer material that can be dissolved or dispersed in water can be preferably used. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like can be mentioned. In addition, the polymer material illustrated above may be used as a thickener and other additives in the above composition in addition to being used as a binder. Although the usage-amount of a binder is not specifically limited, For example, 0.5 mass%-10 mass% with respect to 100 mass% of said 1st positive electrode active materials 68A (or said 2nd positive electrode active material 68B). It can be.

ここで、「溶剤系のペースト状組成物」とは、第1の正極活物質68A(或いは上記第2の正極活物質68B)の分散媒が主として有機溶媒である組成物を指す概念である。有機溶媒としては、例えば、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)等を用いることができる。「水系のペースト状組成物」とは、第1の正極活物質68A(或いは上記第2の正極活物質68B)の分散媒として水または水を主体とする混合溶媒を用いた組成物を指す概念である。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(低級アルコール、低級ケトン等)の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。   Here, the “solvent-based paste-like composition” is a concept indicating a composition in which the dispersion medium of the first positive electrode active material 68A (or the second positive electrode active material 68B) is mainly an organic solvent. As the organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used. “Aqueous paste-like composition” refers to a composition using water or a mixed solvent mainly composed of water as a dispersion medium for the first positive electrode active material 68A (or the second positive electrode active material 68B). It is. As a solvent other than water constituting such a mixed solvent, one or more organic solvents (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water can be appropriately selected and used.

ここで開示されるリチウムイオン二次電池の正極シート(正極)64は、例えば、以下のようにして作製することができる。第2の正極活物質68Bと他の任意成分(上記導電材、バインダ等)とを適当な溶媒に分散したペースト状の正極合材層形成用組成物(中央部分用組成物)を用意する。そして、該用意した組成物を上記長尺状の正極集電体62の表面の所定の部分(正極合材層66の中央部分66Bに対応する部分)に塗布する。次に、第1の正極活物質68Aと他の任意成分(上記導電材、バインダ等)とを適当な溶媒に分散したペースト状の正極合材層形成用組成物(端部分用組成物)を用意する。そして、該用意した組成物を上記正極集電体62の表面の所定の部分(正極合材層66の両端部分66A,66Aに対応する部分)に塗布する。その後、中央部分用組成物及び端部分用組成物を乾燥させて正極合材層66を形成した後、必要に応じて圧縮(プレス)する。これにより、正極集電体62と、該正極集電体62上に形成された正極合材層66とを備える正極シート64を作製することができる。このとき、中央部分用組成物の塗布量[mg/cm]と端部分用組成物の塗布量[mg/cm]とは実質的に同じとすることができる。
なお、上記各組成物を正極集電体62上に塗布する方法としては、従来公知の方法と同様の技法を適宜採用することができる。例えば、ダイコーター、スリットコーター、グラビアコーター等の適当な塗布装置を使用することにより、正極集電体62に上記組成物を好適に塗布することができる。このとき、中央部分用組成物と端部分用組成物とを同時に正極集電体62上に塗布してもよい。
また、圧縮(プレス)方法としては、従来公知のロールプレス法、平板プレス法等の圧縮方法を採用することができる。
The positive electrode sheet (positive electrode) 64 of the lithium ion secondary battery disclosed here can be produced as follows, for example. A paste-like composition for forming a positive electrode mixture layer (composition for the central portion) in which the second positive electrode active material 68B and other optional components (the conductive material, binder, etc.) are dispersed in an appropriate solvent is prepared. Then, the prepared composition is applied to a predetermined portion (a portion corresponding to the central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66) on the surface of the long positive electrode current collector 62. Next, a paste-like composition for forming a positive electrode mixture layer (composition for an end portion) in which the first positive electrode active material 68A and other optional components (the conductive material, binder, etc.) are dispersed in an appropriate solvent is prepared. prepare. Then, the prepared composition is applied to a predetermined portion on the surface of the positive electrode current collector 62 (portions corresponding to both end portions 66A and 66A of the positive electrode mixture layer 66). Then, after the composition for center part and the composition for edge part are dried and the positive mix layer 66 is formed, it is compressed (pressed) as needed. Thereby, the positive electrode sheet 64 provided with the positive electrode current collector 62 and the positive electrode mixture layer 66 formed on the positive electrode current collector 62 can be produced. At this time, the coating amount of the central portion composition and the coating amount of [mg / cm 2] and the end portions composition [mg / cm 2] may be substantially the same.
In addition, as a method of apply | coating each said composition on the positive electrode electrical power collector 62, the technique similar to a conventionally well-known method is employable suitably. For example, the composition can be suitably applied to the positive electrode current collector 62 by using an appropriate application device such as a die coater, a slit coater, or a gravure coater. At this time, the center portion composition and the end portion composition may be applied onto the positive electrode current collector 62 at the same time.
Moreover, as a compression (pressing) method, conventionally known compression methods such as a roll press method and a flat plate press method can be employed.

図4に示すように、上記のようにして作製された正極シート64は、正極集電体62と、該集電体62上に形成された少なくとも正極活物質68を含む正極合材層66とを備えている。正極合材層66の中央部分66Bは、両端部分66A,66Aに含まれる第1の正極活物質68AよりもDBP吸収量が大きい第2の正極活物質68Bを主成分として含んでいる。このため、中央部分66Bの含浸性は両端部分66A,66Aよりも高い。従って、かかる正極合材層66では、捲回電極体50(図3参照)の両端部分66A,66Aから非水電解液を注入して該捲回電極体50に非水電解液を含浸させる際に、正極合材層66の中央部分66Bを含む全体に亘って非水電解液が良好に含浸される。これにより、充放電時に上記中央部分66Bにおいて金属リチウムの析出を効果的に防止することができる。
さらに、正極合材層66の両端部分66A,66Aは、中央部分66Bに含まれる第2の正極活物質68BよりもDBP吸収量が小さい第1の正極活物質68Aを主成分として含んでいる。このため、充放電の際に、正極合材層66の中央部分66Bに含まれる第2の正極活物質68Bが膨張及び収縮することによって非水電解液が正極合材層66の捲回軸方向(幅方向)の外側に向けて移動しても、該非水電解液は正極合材層66の両端部分66A,66Aにおいて移動が抑制される。この結果、非水電解液が正極合材層66の外部へと流出することによる正極シート64(即ち捲回電極体50)の内部抵抗の増加を抑制することができる。なお、図4において導電材、結着材等の図示は省略している。
As shown in FIG. 4, the positive electrode sheet 64 produced as described above includes a positive electrode current collector 62 and a positive electrode mixture layer 66 including at least a positive electrode active material 68 formed on the current collector 62. It has. The central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66 includes, as a main component, a second positive electrode active material 68B having a DBP absorption amount larger than that of the first positive electrode active material 68A included in both end portions 66A and 66A. For this reason, the impregnation property of the central portion 66B is higher than both end portions 66A and 66A. Therefore, in the positive electrode mixture layer 66, when the non-aqueous electrolyte is injected from both end portions 66A and 66A of the wound electrode body 50 (see FIG. 3), the wound electrode body 50 is impregnated with the non-aqueous electrolyte. Moreover, the nonaqueous electrolyte is satisfactorily impregnated over the entire portion including the central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66. Thereby, precipitation of metallic lithium can be effectively prevented in the central portion 66B during charging and discharging.
Furthermore, both end portions 66A and 66A of the positive electrode mixture layer 66 contain the first positive electrode active material 68A having a DBP absorption amount smaller than that of the second positive electrode active material 68B included in the central portion 66B as a main component. For this reason, at the time of charge / discharge, the second positive electrode active material 68B included in the central portion 66B of the positive electrode mixture layer 66 expands and contracts, so that the nonaqueous electrolytic solution is in the winding axis direction of the positive electrode mixture layer 66. Even when moving toward the outside in the (width direction), the non-aqueous electrolyte is suppressed from moving at both end portions 66 </ b> A and 66 </ b> A of the positive electrode mixture layer 66. As a result, it is possible to suppress an increase in internal resistance of the positive electrode sheet 64 (that is, the wound electrode body 50) due to the non-aqueous electrolyte flowing out of the positive electrode mixture layer 66. In FIG. 4, illustration of a conductive material, a binder, and the like is omitted.

次に、ここで開示されるリチウムイオン二次電池に備えられる負極シート(負極)84について説明する。図3に示すように、かかる負極シート84は、負極集電体82と、該負極集電体82上に形成された少なくとも負極活物質を含む負極合材層88と、を備えている。
上記負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池の負極に用いられる材料の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、黒鉛(グラファイト)等のカーボン材料、リチウム・チタン酸化物(LiTi12)等の酸化物材料、スズ、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)等の金属若しくはこれらの金属元素を主体とする金属合金からなる金属材料、等が挙げられる。
Next, the negative electrode sheet (negative electrode) 84 provided in the lithium ion secondary battery disclosed here will be described. As shown in FIG. 3, the negative electrode sheet 84 includes a negative electrode current collector 82 and a negative electrode mixture layer 88 including at least a negative electrode active material formed on the negative electrode current collector 82.
As the negative electrode active material, one or more materials conventionally used for negative electrodes of lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. For example, carbon materials such as graphite (graphite), oxide materials such as lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), metals such as tin, aluminum (Al), zinc (Zn), silicon (Si), or Examples thereof include metal materials composed of metal alloys mainly composed of these metal elements.

上記負極合材層88は、上記負極活物質の他に、バインダ(結着材)、増粘材等の任意の成分を必要に応じて含有し得る。
上記バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の負極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。例えば、負極合材層88を形成するために水系のペースト状組成物を用いる場合には、水に溶解または分散するポリマー材料を好ましく採用し得る。水に分散する(水分散性の)ポリマー材料としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム類;ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル共重合体等が例示される。
The negative electrode mixture layer 88 can contain any component such as a binder (binder) and a thickener as needed in addition to the negative electrode active material.
As said binder, the thing similar to the binder used for the negative electrode of a general lithium ion secondary battery can be employ | adopted suitably. For example, when an aqueous paste composition is used to form the negative electrode mixture layer 88, a polymer material that is dissolved or dispersed in water can be preferably employed. Polymer materials that disperse in water (water dispersible) include rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR) and fluorine rubber; fluorine resins such as polyethylene oxide (PEO) and polytetrafluoroethylene (PTFE); vinyl acetate Examples thereof include copolymers.

また、上記増粘材としては、水若しくは溶剤(有機溶媒)に溶解又は分散するポリマー材料を採用し得る。水に溶解する(水溶性の)ポリマー材料としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);等が挙げられる。   Moreover, as the thickener, a polymer material that is dissolved or dispersed in water or a solvent (organic solvent) can be employed. Examples of water-soluble (water-soluble) polymer materials include cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), and hydroxypropylmethyl cellulose (HPMC); polyvinyl alcohol ( PVA); and the like.

上記負極合材層88は、例えば、上記負極活物質と、他の任意成分(結着材、増粘材等)とを適当な溶媒(例えば水)に分散したペースト状の負極合材層形成用組成物を用意(調製、購入等)し、該組成物を負極集電体82の表面に塗布(付与)して該組成物を乾燥させた後に、必要に応じてプレス(圧縮)することによって負極合材層88が形成される。これにより、負極集電体82と、負極合材層88を備える負極シート(負極)84を作製することができる。   The negative electrode mixture layer 88 is, for example, a paste-like negative electrode mixture layer formed by dispersing the negative electrode active material and other optional components (binder, thickener, etc.) in an appropriate solvent (for example, water). Preparation (preparation, purchase, etc.), applying (applying) the composition to the surface of the negative electrode current collector 82, drying the composition, and then pressing (compressing) as necessary. Thus, the negative electrode mixture layer 88 is formed. As a result, a negative electrode sheet (negative electrode) 84 including the negative electrode current collector 82 and the negative electrode mixture layer 88 can be produced.

以下、ここで開示される正極シート64及び負極シート84を備えるリチウムイオン二次電池10の一形態を図面を参照しつつ説明するが、本発明をかかる実施形態に限定することを意図したものではない。即ち、上記正極シート64が採用される限りにおいて、作製されるリチウムイオン二次電池の形状(外形やサイズ)には特に制限はない。以下の実施形態では、捲回電極体50および非水電解液を角型形状の電池ケース15に収容した構成のリチウムイオン二次電池10を例にして説明する。
なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。
Hereinafter, one embodiment of the lithium ion secondary battery 10 including the positive electrode sheet 64 and the negative electrode sheet 84 disclosed herein will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not intended to be limited to the embodiment. Absent. That is, as long as the positive electrode sheet 64 is employed, the shape (outer shape and size) of the lithium ion secondary battery to be manufactured is not particularly limited. In the following embodiment, a description will be given by taking as an example the lithium ion secondary battery 10 having a configuration in which the wound electrode body 50 and the nonaqueous electrolytic solution are housed in a rectangular battery case 15.
In addition, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description may be abbreviate | omitted. Moreover, the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not necessarily reflect the actual dimensional relationship.

図1は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)10を模式的に示す斜視図である。図2は、図1中のII−II線に沿う断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、金属製(樹脂製又はラミネートフィルム製も好適である。)の電池ケース15を備える。このケース(外容器)15は、上端が開放された扁平な直方体状のケース本体30と、その開口部20を塞ぐ蓋体25とを備える。溶接等により蓋体25は、ケース本体30の開口部20を封止している。ケース15の上面(すなわち蓋体25)には、捲回電極体50の正極シート64と電気的に接続する正極端子60および該電極体の負極シート84と電気的に接続する負極端子80が設けられている。また、蓋体25には、従来のリチウムイオン二次電池のケースと同様に、電池異常の際にケース15内部で発生したガスをケース15の外部に排出するための安全弁40が設けられている。ケース15の内部には、正極シート64および負極シート84を計二枚のセパレータシート90とともに積層して長手方向に捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製される扁平形状の捲回電極体50及び非水電解液が収容されている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a lithium ion secondary battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) 10 according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 10 according to this embodiment includes a battery case 15 made of metal (a resin or a laminate film is also suitable). The case (outer container) 15 includes a flat cuboid case main body 30 having an open upper end, and a lid body 25 that closes the opening 20. The lid body 25 seals the opening 20 of the case main body 30 by welding or the like. The upper surface of the case 15 (that is, the lid body 25) is provided with a positive electrode terminal 60 that is electrically connected to the positive electrode sheet 64 of the wound electrode body 50 and a negative electrode terminal 80 that is electrically connected to the negative electrode sheet 84 of the electrode body. It has been. In addition, the lid 25 is provided with a safety valve 40 for discharging the gas generated inside the case 15 to the outside of the case 15 when the battery is abnormal, as in the case of the conventional lithium ion secondary battery. . In the case 15, the positive electrode sheet 64 and the negative electrode sheet 84 are laminated together with a total of two separator sheets 90, wound in the longitudinal direction, and then the obtained wound body is crushed from the side surface and kidnapped. The flat wound electrode body 50 and the non-aqueous electrolyte to be produced are accommodated.

上記積層の際には、図2及び図3に示すように、正極シート64の正極合材層非形成部分63(即ち正極合材層66が形成されずに正極集電体62が露出した部分)と負極シート84の負極合材層非形成部分83(即ち負極合材層88が形成されずに負極集電体82が露出した部分)とがセパレータシート90の幅方向の両側からそれぞれはみ出すように、正極シート64と負極シート84とを幅方向にややずらして重ね合わせる。その結果、捲回電極体50の捲回方向に対する横方向において、正極シート64および負極シート84の電極合材層非形成部分63,83がそれぞれ捲回コア部分(すなわち正極シート64の正極合材層66と負極シート84の負極合材層88と二枚のセパレータシート90とが密に捲回された部分)から外方にはみ出ている。
図2に示すように、かかる正極合材層非形成部分63に正極端子60を接合して、上記扁平形状に形成された捲回電極体50の正極シート64と正極端子60とを電気的に接続する。同様に負極合材層非形成部分83に負極端子80を接合して、負極シート84と負極端子80とを電気的に接続する。なお、正負極端子60,80と正負極集電体62,82とは、例えば、超音波溶接、抵抗溶接等によりそれぞれ接合することができる。
2 and 3, the positive electrode mixture layer non-formation portion 63 of the positive electrode sheet 64 (that is, the portion where the positive electrode current collector 62 is exposed without forming the positive electrode mixture layer 66, as shown in FIGS. 2 and 3) ) And the negative electrode mixture layer non-forming portion 83 of the negative electrode sheet 84 (that is, the portion where the negative electrode current collector 82 is exposed without forming the negative electrode mixture layer 88) protrudes from both sides of the separator sheet 90 in the width direction. In addition, the positive electrode sheet 64 and the negative electrode sheet 84 are overlapped with a slight shift in the width direction. As a result, in the lateral direction with respect to the winding direction of the wound electrode body 50, the electrode mixture layer non-formed portions 63 and 83 of the positive electrode sheet 64 and the negative electrode sheet 84 are respectively wound core portions (that is, the positive electrode mixture of the positive electrode sheet 64). The layer 66, the negative electrode mixture layer 88 of the negative electrode sheet 84, and the two separator sheets 90 are closely wound around).
As shown in FIG. 2, the positive electrode terminal 60 is joined to the positive electrode mixture layer non-forming portion 63 to electrically connect the positive electrode sheet 64 and the positive electrode terminal 60 of the wound electrode body 50 formed in the flat shape. Connecting. Similarly, the negative electrode terminal 80 is joined to the negative electrode mixture layer non-forming portion 83, and the negative electrode sheet 84 and the negative electrode terminal 80 are electrically connected. The positive and negative electrode terminals 60 and 80 and the positive and negative electrode current collectors 62 and 82 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

上記非水電解液としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な有機溶媒(非水溶媒)に支持塩を含有させた組成を有する。上記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等から選択される一種又は二種以上を用いることができる。また、上記支持塩(支持電解質)としては、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、Li(CFSON、LiCFSO等のフッ素(F)を構成元素として含むリチウム塩を用いることが好ましい。さらに上記非水電解液に、ジフルオロリン酸塩(LiPO)やリチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)を溶解させてもよい。
また、上記セパレータシートとしては、従来公知のものを特に制限なく使用することができる。例えば、樹脂からなる多孔性シート(微多孔質樹脂シート)を好ましく用いることができる。ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の多孔質ポリオレフィン系樹脂シートが好ましい。例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された三層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。
As said non-aqueous electrolyte, the thing similar to the non-aqueous electrolyte conventionally used for the lithium ion secondary battery can be used without limitation. Such a non-aqueous electrolyte typically has a composition in which a supporting salt is contained in an appropriate organic solvent (non-aqueous solvent). As the organic solvent, for example, one or more selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and the like are used. be able to. Further, as the supporting salt (supporting electrolyte), for example, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, Li (CF 3 SO 2) 2 N, lithium salt containing as a constituent element fluorine (F), such as LiCF 3 SO 3 Is preferably used. Further, difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) or lithium bisoxalate borate (LiBOB) may be dissolved in the non-aqueous electrolyte.
Moreover, as said separator sheet, a conventionally well-known thing can be especially used without a restriction | limiting. For example, a porous sheet made of resin (a microporous resin sheet) can be preferably used. A porous polyolefin resin sheet such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) is preferred. For example, a PE sheet, a PP sheet, a sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP structure) in which PP layers are laminated on both sides of the PE layer, and the like can be suitably used.

次に、上記リチウムイオン二次電池10を単電池とし、該単電池を複数備えてなる組電池(典型的には複数の単電池が直列に接続されてなる組電池)200の一例を説明する。
図5に示すように、この組電池200は、複数個(典型的には10個以上、好ましくは10〜30個程度、例えば20個)のリチウムイオン二次電池(単電池)10を、それぞれの正極端子60および負極端子80が交互に配置されるように一つずつ反転させつつ、電池ケース15の幅広な面が対向する方向(積層方向)に配列されている。当該配列された単電池10間には、所定形状の冷却板110が挟み込まれている。この冷却板110は、使用時に各単電池10内で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材として機能するものであって、好ましくは単電池10間に冷却用流体(典型的には空気)を導入可能な形状(例えば、長方形状の冷却板の一辺から垂直に延びて対向する辺に至る複数の平行な溝が表面に設けられた形状)を有する。熱伝導性の良い金属製もしくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の冷却板が好適である。
Next, an example of an assembled battery (typically an assembled battery in which a plurality of single cells are connected in series) 200 including the lithium ion secondary battery 10 as a single battery and a plurality of the single batteries will be described. .
As shown in FIG. 5, the assembled battery 200 includes a plurality of (typically 10 or more, preferably about 10 to 30, for example, 20) lithium ion secondary batteries (unit cells) 10 respectively. The wide surfaces of the battery case 15 are arranged in the facing direction (stacking direction) while being inverted one by one so that the positive electrode terminals 60 and the negative electrode terminals 80 are alternately arranged. A cooling plate 110 having a predetermined shape is sandwiched between the arranged cells 10. The cooling plate 110 functions as a heat dissipating member for efficiently dissipating the heat generated in each unit cell 10 during use, and preferably a cooling fluid (typically air) between the unit cells 10. ) (For example, a shape in which a plurality of parallel grooves extending vertically from one side of the rectangular cooling plate to the opposite side are provided on the surface). A cooling plate made of metal having good thermal conductivity or lightweight and hard polypropylene or other synthetic resin is suitable.

上記配列させた単電池10および冷却板110の両端には、一対のエンドプレート(拘束板)120,120が配置されている。また、上記冷却板110とエンドプレート120との間には、長さ調整手段としてのシート状スペーサ部材150を一枚又は複数枚挟み込んでいてもよい。上記配列された単電池10、冷却板110およびスペーサ部材150は、両エンドプレート120,120の間を架橋するように取り付けられた締め付け用の拘束バンド130によって、該積層方向に所定の拘束圧が加わるように拘束されている。より詳しくは、拘束バンド130の端部をビス155によりエンドプレート120に締付且つ固定することによって、上記単電池等は、その配列方向に所定の拘束圧が加わるように拘束されている。これにより、各単電池10の電池ケース15の内部に収容されている捲回電極体50にも拘束圧がかかる。
そして、隣接する単電池10間において、一方の正極端子60と他方の負極端子70とが、接続部材(バスバー)140によって電気的に接続されている。このように各単電池10を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池200が構築されている。
A pair of end plates (restraint plates) 120 and 120 are disposed at both ends of the unit cell 10 and the cooling plate 110 arranged as described above. One or a plurality of sheet-like spacer members 150 as length adjusting means may be sandwiched between the cooling plate 110 and the end plate 120. The unit cell 10, the cooling plate 110, and the spacer member 150 arranged above have a predetermined restraining pressure in the stacking direction by a tightening restraining band 130 attached so as to bridge between the end plates 120, 120. Restrained to join. More specifically, by tightening and fixing the end portion of the restraining band 130 to the end plate 120 with screws 155, the unit cells and the like are restrained so that a predetermined restraining pressure is applied in the arrangement direction. Thereby, restraint pressure is also applied to the wound electrode body 50 housed in the battery case 15 of each unit cell 10.
In addition, between the adjacent unit cells 10, one positive electrode terminal 60 and the other negative electrode terminal 70 are electrically connected by a connection member (bus bar) 140. Thus, the assembled battery 200 of the desired voltage is constructed | assembled by connecting each cell 10 in series.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。   EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.

[正極シートの作製]
<例1>
正極活物質としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3(DBP吸収量A:15mL/100g)と、バインダとしてのアセチレンブラックと、結着材としてのPVDFとの質量比が87:10:3となるように秤量し、これら材料をNMPに分散させてペースト状の正極合材層形成用組成物A(端部分用組成物A)を調製した。さらに、正極活物質としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3(DBP吸収量B:42mL/100g)と、アセチレンブラックと、PVDFとの質量比が87:10:3となるように秤量し、これら材料をNMPに分散させてペースト状の正極合材層形成用組成物B(中央部分用組成物B)を調製した。各組成物を厚さ20μm、幅方向の長さ78mmの正極集電体(アルミニウム箔)A上に塗布した。即ち、正極集電体の幅方向の縁部から20mmの領域(即ち正極合材層非形成部分)を除いた残りの幅方向58mmの領域の正極集電体上に、正極合材層の中央部分の幅方向(捲回軸方向)の長さLpが11.6mmとなるように上記中央部部分用組成物Bを塗布量13.5mg/cmで塗布し、正極合材層の端部の幅方向の長さがそれぞれ23.2mmとなるように上記端部分用組成物Aを塗布量13.5mg/cmで塗布した。その後、該組成物A及び組成物Bを乾燥させて圧延処理を施すことによって正極集電体の表面上に合材密度(正極合材密度)2.8g/cm、幅方向の長さLが58mmの正極合材層が形成された例1に係る正極シートを作製した。このとき、Lp/Lの値は0.2であった。
[Preparation of positive electrode sheet]
<Example 1>
The mass ratio of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (DBP absorption A: 15 mL / 100 g) as the positive electrode active material, acetylene black as the binder, and PVDF as the binder is 87. : Weighed so as to be 10: 3, and dispersed these materials in NMP to prepare paste-form positive electrode mixture layer forming composition A (end portion composition A). Furthermore, the mass ratio of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (DBP absorption B: 42 mL / 100 g), acetylene black, and PVDF as the positive electrode active material is 87: 10: 3. Thus, these materials were dispersed in NMP to prepare a paste-like positive electrode mixture layer-forming composition B (center portion composition B). Each composition was applied onto a positive electrode current collector (aluminum foil) A having a thickness of 20 μm and a length in the width direction of 78 mm. That is, the center of the positive electrode mixture layer is placed on the remaining positive electrode current collector in the width direction of 58 mm excluding the 20 mm region (that is, the portion where the positive electrode mixture layer is not formed) from the edge in the width direction of the positive electrode current collector. The center portion partial composition B is applied at a coating amount of 13.5 mg / cm 2 so that the length Lp in the width direction (winding axis direction) of the portion is 11.6 mm, and the end portion of the positive electrode mixture layer The end portion composition A was applied at a coating amount of 13.5 mg / cm 2 so that the lengths in the width direction were 23.2 mm. Thereafter, the composition A and the composition B are dried and subjected to a rolling treatment, whereby a composite material density (positive electrode composite material density) of 2.8 g / cm 3 and a width direction length L are formed on the surface of the positive electrode current collector. Produced a positive electrode sheet according to Example 1 in which a positive electrode mixture layer having a thickness of 58 mm was formed. At this time, the value of Lp / L was 0.2.

<例2>
Lp/Lの値が0.4となるように、端部分用組成物A及び中央部分用組成物Bを正極集電体A上に塗布した他は例1と同様にして、例2に係る正極シートを作製した。
<Example 2>
Example 2 is the same as Example 1 except that the composition A for end portion and the composition B for center portion are applied onto the positive electrode current collector A so that the value of Lp / L is 0.4. A positive electrode sheet was produced.

<例3>
Lp/Lの値が0.6となるように、端部分用組成物A及び中央部分用組成物Bを正極集電体A上に塗布した他は例1と同様にして、例3に係る正極シートを作製した。
<Example 3>
Example 3 is the same as Example 1 except that the composition A for end portion and the composition B for center portion are applied onto the positive electrode current collector A so that the value of Lp / L is 0.6. A positive electrode sheet was produced.

<例4>
Lp/Lの値が1となるように、中央部分用組成物Bのみを正極集電体A上に塗布した他は例1と同様にして、例4に係る正極シートを作製した。
<Example 4>
A positive electrode sheet according to Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that only the central portion composition B was applied onto the positive electrode current collector A so that the value of Lp / L was 1.

<例5>
Lp/Lの値が0.1となるように、端部分用組成物A及び中央部分用組成物Bを正極集電体A上に塗布した他は例1と同様にして、例5に係る正極シートを作製した。
<Example 5>
Example 5 is the same as Example 1 except that the composition A for end portion and the composition B for center portion are applied onto the positive electrode current collector A so that the value of Lp / L is 0.1. A positive electrode sheet was produced.

<例6>
LiNi1/3Mn1/3Co1/3(DBP吸収量:40mL/100g)と、アセチレンブラックと、PVDFとの質量比が87:10:3となるように秤量し、これら材料をNMPに分散させてペースト状の正極合材層形成用組成物Cを調製した。該組成物を正極集電体A上に塗布量13.5mg/cmで塗布した。その後、該組成物を乾燥させて圧延処理を施すことにより、該正極集電体の表面上に幅方向の長さLが58mmの正極合材層が形成された例6に係る正極シートを作製した。
<Example 6>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (DBP absorption: 40 mL / 100 g), acetylene black, PVDF were weighed so that the mass ratio was 87: 10: 3, and these materials were A paste-like composition for forming a positive electrode mixture layer C was prepared by dispersing in NMP. The composition was applied onto the positive electrode current collector A at a coating amount of 13.5 mg / cm 2 . Thereafter, the composition is dried and subjected to a rolling treatment to produce a positive electrode sheet according to Example 6 in which a positive electrode mixture layer having a width direction length L of 58 mm is formed on the surface of the positive electrode current collector. did.

<例7>
DBP吸収量が40mL/100gのLiNi1/3Mn1/3Co1/3に代えて、DBP吸収量が20mL/100gのLiNi1/3Mn1/3Co1/3用いた他は例6と同様にして、例7に係る正極シートを作製した。
<Example 7>
DBP absorption instead of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 in 40 mL / 100 g, DBP absorption using LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 in 20 mL / 100 g Otherwise, the positive electrode sheet according to Example 7 was produced in the same manner as in Example 6.

[湾曲量測定試験]
上記例1〜例7に係る正極シートを各2枚ずつ用意して、各例に係る正極シートの湾曲量を測定した。即ち、各正極シートについて長手方向の長さが1mとなるようにカットして、カットされた各例に係る正極シートを平坦な机の上に置いて、最も湾曲している部分の机の表面からの高さを測定しその平均値を求めた。測定結果を表1に示す。
[Bending amount measurement test]
Two positive electrode sheets according to Examples 1 to 7 were prepared, and the amount of bending of the positive electrode sheet according to each example was measured. That is, each positive electrode sheet is cut so that the length in the longitudinal direction is 1 m, the positive electrode sheet according to each cut example is placed on a flat desk, and the desk surface of the most curved part The height from was measured and the average value was obtained. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0005709010
Figure 0005709010

表1に示すように、例4及び例6に係る正極シートでは、正極合材層に含まれる正極活物質が1種類のみであり、その正極活物質のDBP吸収量が40mL/100g以上と大きいものであるため、湾曲量が3mm以上と大きく湾曲していることが確認された。一方、中央部分にDBP吸収量が大きい第2の正極活物質を含み且つ両端部分に該第2の正極活物質よりもDBP吸収量が小さい第1の正極活物質を含む場合(例1〜例3及び例5)、或いは、正極合材層に含まれる正極活物質が1種類のみであり、その正極活物質のDBP吸収量が20mL/100gと小さいものである場合(例7)には、湾曲量が0.6mm以下とほとんど湾曲していないことが確認された。   As shown in Table 1, in the positive electrode sheets according to Examples 4 and 6, there is only one type of positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer, and the DBP absorption amount of the positive electrode active material is as large as 40 mL / 100 g or more. Therefore, it was confirmed that the bending amount was greatly curved as 3 mm or more. On the other hand, a case where the central portion includes the second positive electrode active material having a large DBP absorption amount and the both end portions include the first positive electrode active material having a DBP absorption amount smaller than that of the second positive electrode active material (Example 1 to Example) 3 and Example 5), or when the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer is only one kind and the DBP absorption amount of the positive electrode active material is as small as 20 mL / 100 g (Example 7), It was confirmed that the amount of bending was 0.6 mm or less and almost no bending.

[捲回電極体の作製]
<例1〜例7>
負極活物質としての天然黒鉛と、結着材としてのSBRと、増粘材であるCMCとの質量比が98:1:1となるように秤量し、これら材料をイオン交換水に分散させてペースト状の負極合材層形成用組成物を調製した。該組成物を厚さ10μm、幅方向の長さ80.9mmの負極集電体(銅箔)上に塗布量7.4mg/cm塗布した。その後、該組成物を乾燥させて圧延処理を施すことにより、該負極集電体の表面上に幅方向の長さが60.9mmの負極合材層が形成されてなる例1に係る負極シートを作製した。
そして、上記作製した例1に係る正極シート及び例1に係る負極シートを幅方向の長さ63mmのセパレータシート(ポリエチレン多孔質膜)2枚を介して捲回し例1に係る捲回電極体を作製した。例1に係る正極シートに代えて、例2〜例7に係る正極シートを用いた他は例1と同様にして、例2〜例7に係る捲回電極体を作製した。
[Production of wound electrode body]
<Example 1 to Example 7>
Weigh the natural graphite as the negative electrode active material, SBR as the binder, and CMC as the thickener so that the mass ratio is 98: 1: 1, and disperse these materials in ion-exchanged water. A paste-like composition for forming a negative electrode mixture layer was prepared. The composition was applied on a negative electrode current collector (copper foil) having a thickness of 10 μm and a length in the width direction of 80.9 mm, and an application amount of 7.4 mg / cm 2 . Then, the negative electrode sheet according to Example 1 in which a negative electrode mixture layer having a length in the width direction of 60.9 mm is formed on the surface of the negative electrode current collector by drying the composition and rolling the composition. Was made.
Then, the prepared positive electrode sheet according to Example 1 and the negative electrode sheet according to Example 1 are wound through two separator sheets (polyethylene porous membrane) having a length of 63 mm in the width direction, and the wound electrode body according to Example 1 is obtained. Produced. A wound electrode body according to Examples 2 to 7 was produced in the same manner as Example 1 except that the positive electrode sheet according to Examples 2 to 7 was used instead of the positive electrode sheet according to Example 1.

[巻きズレ測定試験]
上記例1〜例7に係る捲回電極体を各100個ずつ用意して、各例に係る捲回電極体の巻きズレの有無を確認した。即ち、X線透視法を用いることによって、捲回電極体の捲回軸方向の端部において、正極合材層が対向する負極合材層よりも外側にでているものを巻きズレ不良とした。ここで、次式:(巻きズレ不良の個数/100個);を巻きズレ率[%]とした。測定結果を表1に示す。
[Winding deviation measurement test]
100 wound electrode bodies according to Examples 1 to 7 were prepared, and the presence or absence of winding deviation of the wound electrode bodies according to each example was confirmed. That is, by using an X-ray fluoroscopy method, a winding misalignment is defined as an end portion of the wound electrode body on the outer side of the negative electrode mixture layer facing the positive electrode mixture layer at the end in the winding axis direction. . Here, the following formula: (number of winding misalignment / 100) was taken as the winding misalignment rate [%]. The measurement results are shown in Table 1.

表1に示すように、湾曲量が大きい正極シートを備える捲回電極体(例4及び例6)では巻きズレ不良が発生していることが確認された。一方、湾曲量が小さくほとんど湾曲していない正極シートを備える捲回電極体(例1〜例3、例5及び例7)では、巻きズレ不良は発生しなかった。   As shown in Table 1, it was confirmed that winding misalignment occurred in the wound electrode body (Example 4 and Example 6) provided with the positive electrode sheet having a large bending amount. On the other hand, in the wound electrode body (Examples 1 to 3, Example 5 and Example 7) including the positive electrode sheet having a small amount of bending and almost not curved, no winding misalignment occurred.

[リチウムイオン二次電池の作製]
<例1〜例7>
上記例1に係る捲回電極体を非水電解液と共に角型のケースに収容することによって、定格容量が25Ahの例1に係るリチウムイオン二次電池を作製した。非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジエチルカーボネート(DEC)との体積比3:5:2の混合溶媒に1mol/LのLiPFを溶解させたものを使用した。例1に係る捲回電極体に代えて、例2〜例7に係る捲回電極体を用いた他は例1と同様にして、例2〜例7に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
[Production of lithium ion secondary battery]
<Example 1 to Example 7>
A lithium ion secondary battery according to Example 1 having a rated capacity of 25 Ah was fabricated by housing the wound electrode body according to Example 1 above in a rectangular case together with a non-aqueous electrolyte. As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving 1 mol / L LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 3: 5: 2 is used. used. Lithium ion secondary batteries according to Examples 2 to 7 were produced in the same manner as Example 1 except that the wound electrode bodies according to Examples 2 to 7 were used instead of the wound electrode bodies according to Example 1. .

[含浸性測定試験]
例1〜例7に係るリチウムイオン二次電池をそれぞれ5個用意した。そして、非水電解液注入後(製作後)の各リチウムイオン二次電池をそれぞれ1時間、4時間、8時間、12時間、24時間放置した後、各リチウムイオン二次電池を解体して正極シートを取り出した。このときの正極シート(即ち正極合材層)における非水電解液の含浸の程度を調べた。測定結果を表1に示す。
なお、正極合材層の全体に十分に非水電解液が含浸しているもの(即ち正極合材層の表面上に非水電解液が浮き上がっているもの)は非水電解液が十分に含浸していると判断し、表1中において◎で示した。また、正極合材層の全体に非水電解液が含浸しているもの(即ち正極合材層の全体が湿っており白い部分(非水電解液が含浸していない部分)がないもの)は非水電解液が含浸していると判断し、表1中において○で示した。また、正極合材層の捲回軸方向(幅方向)の中央部分に非水電解液が含浸していないもの(即ち正極合材層の中央部分に白い部分(非水電解液が含浸していない部分)が残っているもの)は非水電解液の含浸が不十分であると判断し、表1中において△で示した。また、正極合材層の全体に亘って非水電解液がほとんど含浸していないもの(即ち正極合材層のほぼ全体が白い部分(非水電解液が含浸していない部分)からなっているもの)は非水電解液がほとんど含浸していないものと判断し、表1中において×で示した。
[Impregnation test]
Five lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 7 were prepared. Then, after injecting each non-aqueous electrolyte solution (after fabrication), each lithium ion secondary battery is allowed to stand for 1 hour, 4 hours, 8 hours, 12 hours, and 24 hours, and then each lithium ion secondary battery is disassembled to form a positive electrode. The sheet was taken out. The degree of impregnation of the non-aqueous electrolyte in the positive electrode sheet (that is, the positive electrode mixture layer) at this time was examined. The measurement results are shown in Table 1.
In addition, those in which the entire positive electrode mixture layer is sufficiently impregnated with the nonaqueous electrolyte solution (that is, those in which the nonaqueous electrolyte solution floats on the surface of the positive electrode mixture layer) are sufficiently impregnated with the nonaqueous electrolyte solution. In Table 1, it is indicated by “◎”. Also, the whole positive electrode mixture layer is impregnated with a non-aqueous electrolyte (that is, the whole positive electrode mixture layer is wet and has no white part (part not impregnated with a non-aqueous electrolyte)) It was judged that the non-aqueous electrolyte was impregnated, and the result is shown in FIG. Further, the positive electrode mixture layer is not impregnated with the nonaqueous electrolyte in the central portion in the winding axis direction (width direction) (that is, the white portion (nonaqueous electrolyte is impregnated in the central portion of the positive electrode mixture layer) The remaining part)) was determined to be insufficiently impregnated with the non-aqueous electrolyte, and indicated by Δ in Table 1. Further, the non-aqueous electrolyte solution is hardly impregnated over the entire positive electrode mixture layer (that is, almost the entire positive electrode mixture layer is made of a white portion (a portion not impregnated with the non-aqueous electrolyte solution). It was determined that the non-aqueous electrolyte was hardly impregnated, and the result was shown as x in Table 1.

表1に示すように、例1〜例3及び例6に示すリチウムイオン二次電池では、非水電解液を捲回電極体に注入してから8時間経過後には、該電極体において十分に非水電解液が含浸していることが確認された。また、例7のように、DBP吸収量が20mL/100gと比較的小さい正極活物質のみからなる正極合材層では、非水電解液の含浸性が劣っていることが確認された。さらに、例1〜例5の結果から、捲回軸方向(幅方向)の正極合材層の長さLと、該捲回軸方向の中央部分の長さをLpとしたときのLp/Lの値が0.1以下の場合には、正極合材層の中央部分の含浸性が十分でないことが確認された。   As shown in Table 1, in the lithium ion secondary batteries shown in Examples 1 to 3 and Example 6, after 8 hours have passed since the nonaqueous electrolyte was injected into the wound electrode body, the electrode body was sufficiently It was confirmed that the non-aqueous electrolyte was impregnated. Further, as in Example 7, it was confirmed that the positive electrode mixture layer composed of only the positive electrode active material having a relatively small DBP absorption amount of 20 mL / 100 g was inferior in the impregnation property of the non-aqueous electrolyte. Furthermore, from the results of Examples 1 to 5, Lp / L when the length L of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction (width direction) and the length of the central portion in the winding axis direction are Lp. When the value of is 0.1 or less, it was confirmed that the impregnation property of the central portion of the positive electrode mixture layer was not sufficient.

[容量維持率測定試験]
上記作製した例1〜例7に係るリチウムイオン二次電池について、充放電を1000サイクル繰り返し1000サイクル後の容量維持率[%]を求めた。即ち、25℃の温度条件下、10C(240A)の充電レートで4.2V(SOC100%)まで定電流定電圧で充電する(CC−CV充電)操作と、10C(240A)の放電レートで2.5Vまで定電流定電圧で放電する(CC−CV放電)操作を1000回繰り返した。1サイクル後の放電容量(初期容量)に対する、1000サイクル後の放電容量の割合((1000サイクル後の放電容量/初期容量)×100(%))を容量維持率(%)として算出した。なお、上記各放電容量は、各サイクル後のリチウムイオン二次電池を定電流定電圧(CCCV)方式によって1C(24A)で4.2Vまで充電した後、CCCV方式によって1C(24A)で2.5Vまで放電した際に得られる容量である。以上の測定結果を表1に示す。
[Capacity maintenance rate measurement test]
About the lithium ion secondary battery which concerns on the produced said Example 1-Example 7, charge / discharge was repeated 1000 cycles and the capacity | capacitance maintenance factor [%] after 1000 cycles was calculated | required. In other words, under a temperature condition of 25 ° C., an operation of charging at a constant current and a constant voltage up to 4.2 V (SOC 100%) at a charging rate of 10 C (240 A) (CC-CV charging) and 2 at a discharging rate of 10 C (240 A) The operation of discharging at a constant current and a constant voltage up to 5 V (CC-CV discharge) was repeated 1000 times. The ratio of the discharge capacity after 1000 cycles ((discharge capacity after 1000 cycles / initial capacity) × 100 (%)) to the discharge capacity (initial capacity) after 1 cycle was calculated as the capacity retention rate (%). Each of the discharge capacities is determined by charging the lithium ion secondary battery after each cycle to 4.2 V at 1 C (24 A) by a constant current constant voltage (CCCV) method, and then 2 at 1 C (24 A) by the CCCV method. This is the capacity obtained when discharging to 5V. The above measurement results are shown in Table 1.

表1に示すように、例1〜例3に係るリチウムイオン二次電池は、例4〜例7に係るリチウムイオン二次電池と比較して高い容量維持率を備えていることが確認された。特に、Lp/Lが0.4〜0.6のとき(例2及び例3)に容量維持率に優れていることが確認された。
以上の結果より、例1〜例3に係るリチウムイオン二次電池は、湾曲量の小さい正極シートを備えているため、捲回電極体を作製する際の巻きズレ不良の発生が防止されていた。また、非水電解液が正極合材層へ十分に含浸しており、正極合材層の捲回軸方向(幅方向)の中央部分は、十分な量の非水電解液を保持しているため中央部分での金属リチウムの析出が防止されており、これに基づく容量維持率の低下が防止されていた。さらに、例1〜例3に係るリチウムイオン二次電池では、ハイレート充放電時において正極合材層からの非水電解液の外部への流出が抑制され高い容量維持率を備えていた。
As shown in Table 1, it was confirmed that the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 3 had a higher capacity retention rate than the lithium ion secondary batteries according to Examples 4 to 7. . In particular, when Lp / L was 0.4 to 0.6 (Example 2 and Example 3), it was confirmed that the capacity retention rate was excellent.
From the above results, the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 3 were provided with the positive electrode sheet with a small amount of bending, and therefore, the occurrence of winding misalignment when the wound electrode body was produced was prevented. . The positive electrode mixture layer is sufficiently impregnated with the non-aqueous electrolyte, and the central portion of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction (width direction) holds a sufficient amount of the non-aqueous electrolyte. Therefore, deposition of metallic lithium in the central portion is prevented, and a decrease in capacity maintenance rate based on this is prevented. Further, in the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 3, outflow of the non-aqueous electrolyte from the positive electrode mixture layer to the outside during high rate charge / discharge was suppressed, and a high capacity retention rate was provided.

本発明に係る非水電解液二次電池は、正極合材層の全体に亘って非水電解液が良好に含浸されており、充放電時(特にハイレート充放電時)のサイクル特性(例えば容量維持率)に優れることから、各種用途向けの非水電解液二次電池として利用可能である。例えば、図6に示すように、自動車等の車両100に搭載される車両駆動用モーターの電源(駆動電源)として好適に利用することができる。車両100に使用されるリチウムイオン二次電池10は、単独で使用されてもよく、直列及び/又は並列に複数接続されてなる組電池200の形態で使用されてもよい。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is well impregnated with the non-aqueous electrolyte over the entire positive electrode mixture layer, and has cycle characteristics (for example, capacity during charge / discharge). Because of its excellent maintenance rate, it can be used as a non-aqueous electrolyte secondary battery for various applications. For example, as shown in FIG. 6, it can be suitably used as a power source (drive power source) for a vehicle drive motor mounted on a vehicle 100 such as an automobile. The lithium ion secondary battery 10 used for the vehicle 100 may be used alone, or may be used in the form of an assembled battery 200 that is connected in series and / or in parallel.

10 リチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)
15 電池ケース
20 開口部
25 蓋体
30 ケース本体
40 安全弁
50 捲回電極体
60 正極端子
62 正極集電体
63 正極合材層非形成部分
64 正極シート(正極)
66 正極合材層
66A 端部分
66B 中央部分
68 正極活物質
68A 第1の正極活物質
68B 第2の正極活物質
80 負極端子
82 負極集電体
83 負極合材層非形成部分
84 負極シート(負極)
88 負極合材層
90 セパレータシート
100 車両(自動車)
110 冷却板
120 エンドプレート
130 拘束バンド
140 接続部材
150 スペーサ部材
155 ビス
200 組電池
10 Lithium ion secondary battery (non-aqueous electrolyte secondary battery)
15 Battery Case 20 Opening 25 Cover 30 Case Body 40 Safety Valve 50 Winding Electrode Body 60 Positive Electrode Terminal 62 Positive Electrode Current Collector 63 Positive Electrode Mixing Layer Non-Forming Portion 64 Positive Electrode Sheet (Positive Electrode)
66 Positive electrode mixture layer 66A End portion 66B Central portion 68 Positive electrode active material 68A First positive electrode active material 68B Second positive electrode active material 80 Negative electrode terminal 82 Negative electrode current collector 83 Negative electrode mixture layer non-formed portion 84 Negative electrode sheet (negative electrode) )
88 Negative electrode composite material layer 90 Separator sheet 100 Vehicle (automobile)
110 Cooling plate 120 End plate 130 Restraint band 140 Connection member 150 Spacer member 155 Screw 200 Battery assembly

Claims (6)

正極シート及び負極シートを含む捲回電極体と、非水電解液と、を備える非水電解液二次電池であって、
前記正極シートは、長尺状の正極集電体と、該正極集電体の表面上に形成された少なくとも正極活物質を含む正極合材層と、を備えており、
前記捲回電極体の捲回軸方向における前記正極合材層の両端部分は、第1の正極活物質を主体として構成されており、該捲回軸方向における前記正極合材層の少なくとも中心を含む中央部分は、第2の正極活物質を主体として構成されており、該第1の正極活物質と該第2の正極活物質との間で、JIS K6217−4に基づくDBP吸収量[mL/100g]が相互に異なっており、
前記第1の正極活物質のDBP吸収量A[mL/100g]は、前記第2の正極活物質のDBP吸収量B[mL/100g]よりも小さいことを特徴とする、非水電解液二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a wound electrode body including a positive electrode sheet and a negative electrode sheet, and a non-aqueous electrolyte solution,
The positive electrode sheet includes a long positive electrode current collector, and a positive electrode mixture layer including at least a positive electrode active material formed on the surface of the positive electrode current collector,
Both end portions of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction of the wound electrode body are mainly composed of the first positive electrode active material, and at least the center of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction is formed. The central part including the second positive electrode active material is mainly composed of the DBP absorption amount [mL between the first positive electrode active material and the second positive electrode active material according to JIS K6217-4. / 100g] are different from each other,
The DBP absorption amount A [mL / 100 g] of the first positive electrode active material is smaller than the DBP absorption amount B [mL / 100 g] of the second positive electrode active material. Next battery.
前記第1の正極活物質のDBP吸収量A[mL/100g]は10mL/100g〜30mL/100gであり、
前記第2の正極活物質のDBP吸収量B[mL/100g]は30mL/100g〜80mL/100gであることを特徴とする、請求項1に記載の非水電解液二次電池。
The DBP absorption amount A [mL / 100 g] of the first positive electrode active material is 10 mL / 100 g to 30 mL / 100 g,
2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the DBP absorption amount B [mL / 100 g] of the second positive electrode active material is 30 mL / 100 g to 80 mL / 100 g.
前記正極合材層の捲回軸方向の長さをLとし、該捲回軸方向の前記中央部分の長さをLpとしたときのLp/Lの値が0.15〜0.85であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の非水電解液二次電池。   The value of Lp / L when the length of the positive electrode mixture layer in the winding axis direction is L and the length of the central portion in the winding axis direction is Lp is 0.15 to 0.85. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein 前記第1の正極活物質及び前記第2の正極活物質は、いずれも中空構造の活物質粒子であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。   4. The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the first positive electrode active material and the second positive electrode active material are both active material particles having a hollow structure. Secondary battery. 前記正極合材層の捲回軸方向の長さは、少なくとも40mmであることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池。   5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a length of the positive electrode mixture layer in a winding axis direction is at least 40 mm. 6. 複数の単電池が相互に電気的に接続されてなる車両の駆動電源としての組電池であって、前記単電池として請求項1から5のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池が使用されていることを特徴とする、組電池。   A non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the unit battery is an assembled battery as a driving power source for a vehicle in which a plurality of unit cells are electrically connected to each other. A battery pack, characterized in that is used.
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