JP5720952B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、より高い電圧での使用が可能であり、且つサイクル特性の良好なリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery that can be used at a higher voltage and has good cycle characteristics.

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な正負の電極と、これら両電極間に介在されたセパレータとを備える。該セパレータには非水電解液が含浸されており、該電解液中のリチウムイオンが両電極間を行き来することにより充放電を行う。軽量でエネルギー密度が高いため、各種携帯機器の電源として普及している。また、車両等の大容量電源を要する分野においても利用が期待されており、さらなる高エネルギー密度化が求められている。リチウムイオン二次電池に関する技術文献として、特許文献1〜3が挙げられる。   A lithium ion secondary battery includes positive and negative electrodes capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and a separator interposed between the two electrodes. The separator is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution, and charging and discharging are performed by lithium ions in the electrolytic solution moving between the electrodes. Because it is lightweight and has high energy density, it is widely used as a power source for various portable devices. Moreover, utilization is anticipated also in the field | area which requires large capacity | capacitance power supplies, such as a vehicle, and the higher energy density is calculated | required. Patent documents 1-3 are mentioned as technical literature about a lithium ion secondary battery.

特開2007−524204号公報JP 2007-524204 A 特開2009−508309号公報JP 2009-508309 A 特開2009−545129号公報JP 2009-545129 A

高エネルギー密度化は、例えば、電池の高電圧化(使用時における上限電圧を高くすること)によって実現され得る。高電圧化の手段としては、例えば、正極材料として、一般的なリチウムイオン二次電池の典型的な使用態様における上限電圧よりも高い電位(例えば、正極電位が4.3V(対Li/Li)以上)まで充電される態様においても正極活物質として好適に機能し得るリチウム遷移金属化合物を使用することが検討されている。また、これに伴い、電解液成分(溶媒等)の耐酸化性向上も求められており、電解液溶媒として、フッ素化された有機溶媒を用いることが報告されている。しかしながら、一般に、物質の耐酸化性と耐還元性とは相反する特性であるので、一方を向上させると、他方が低下してしまう。そのため、耐酸化性の高い溶媒を含む電解液は、負極電位が低い状態のとき(典型的には電池が満充電状態またはそれに近い状態にあるとき、例えば、負極電位が0.1V(対Li/Li)程度のとき)、負極において該溶媒が還元分解しやすく、充放電サイクルの繰り返しや高温での長期保存により電池の容量が著しく低下する場合があった。
このような負極における還元反応を抑制するために、該還元反応を抑制する被膜(SEI)を負極表面に形成し得る材料(SEI形成材料)が添加された電解液を用いることも考えられる。しかし、正極の電位が高いと上記SEI形成材料が正極において酸化分解されてしまい、負極表面がSEIによって適切に被覆され難くなる。このため、SEI形成材料の添加効果が十分に発揮されず、充放電サイクル特性の向上(例えば容量劣化の改善)が困難となる場合があり得る。
The increase in energy density can be realized, for example, by increasing the voltage of the battery (increasing the upper limit voltage during use). As a means for increasing the voltage, for example, as a positive electrode material, a potential higher than the upper limit voltage in a typical usage mode of a general lithium ion secondary battery (for example, the positive electrode potential is 4.3 V (vs. Li / Li + The use of a lithium transition metal compound that can function suitably as a positive electrode active material is also being investigated in the embodiment charged to above). Along with this, improvement in oxidation resistance of electrolyte components (solvents and the like) is also required, and it has been reported that a fluorinated organic solvent is used as the electrolyte solution solvent. However, generally, since the oxidation resistance and reduction resistance of a substance are contradictory properties, if one is improved, the other is lowered. Therefore, an electrolyte solution containing a solvent with high oxidation resistance is in a state where the negative electrode potential is low (typically when the battery is in a fully charged state or a state close thereto, for example, the negative electrode potential is 0.1 V (vs. Li / Li + )), the solvent tends to undergo reductive decomposition in the negative electrode, and the battery capacity may be significantly reduced by repeated charge / discharge cycles and long-term storage at high temperatures.
In order to suppress the reduction reaction in such a negative electrode, it is also conceivable to use an electrolytic solution to which a material (SEI forming material) capable of forming a coating (SEI) for suppressing the reduction reaction on the negative electrode surface is added. However, when the potential of the positive electrode is high, the SEI forming material is oxidized and decomposed at the positive electrode, and the negative electrode surface is difficult to be properly covered with SEI. For this reason, the effect of adding the SEI forming material may not be sufficiently exerted, and it may be difficult to improve charge / discharge cycle characteristics (for example, improvement in capacity deterioration).

本発明は、上限電圧値の高い(例えば4.3V以上の)条件で使用されてもサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することを一つの目的とする。本発明の他の目的は、かかるリチウムイオン二次電池を利用した電源装置の提供である。   An object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having excellent cycle characteristics even when used under conditions of a high upper limit voltage value (for example, 4.3 V or more). Another object of the present invention is to provide a power supply device using such a lithium ion secondary battery.

本発明によると、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、非水溶媒と支持塩とSEI形成材料とを含む電解液Pと、を備えるリチウムイオン二次電池が提供される。この電池は、さらに、前記正極活物質と前記電解液Pとの間に介在された非流動性の電解質Qを備える。   According to the present invention, there is provided a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and an electrolyte P containing a nonaqueous solvent, a supporting salt, and an SEI forming material. . The battery further includes a non-fluid electrolyte Q interposed between the positive electrode active material and the electrolytic solution P.

かかる態様のリチウムイオン二次電池では、上記電解液Pが溶液状である一方、上記電解質Qは非流動性(典型的にはゲル状または固体状)であるので、これらが混ざり合うことなく分離された状態に維持され得る。したがって、これら電解液Pおよび電解質Qの特性(耐酸化性、耐還元性等)を別々に制御することが可能である。また、電解液Pと正極活物質との間に非流動性の電解質Qが介在した構成であることから、電解液Pと正極活物質との直接接触が阻まれ、電解液Pに含まれるSEI形成材料が正極表面において分解される(これによりSEI形成材料が消費されてしまい、負極表面がSEIによって適切に被覆され難くなる)事象を回避することができる。さらには、上記電解液PがSEI形成材料を含み、且つ液状であることから、負極表面においてSEIが効率よく形成・補修され、充放電サイクルを繰り返すことによる容量の低下を抑制することができる。これらのことから、例えば、従来の一般的なリチウムイオン二次電池より高い電圧値(例えば4.3V以上)で使用しても良好なサイクル特性を示し得るリチウムイオン二次電池が実現され得る。   In the lithium ion secondary battery of such an embodiment, the electrolyte solution P is in the form of a solution, while the electrolyte Q is non-fluid (typically gel or solid), so that they are separated without being mixed. Maintained. Therefore, it is possible to separately control the characteristics (oxidation resistance, reduction resistance, etc.) of the electrolytic solution P and the electrolyte Q. In addition, since the non-fluid electrolyte Q is interposed between the electrolytic solution P and the positive electrode active material, direct contact between the electrolytic solution P and the positive electrode active material is prevented, and the SEI contained in the electrolytic solution P is prevented. It is possible to avoid an event in which the forming material is decomposed on the surface of the positive electrode (this consumes the SEI forming material and makes it difficult for the negative electrode surface to be properly covered with SEI). Furthermore, since the electrolytic solution P contains the SEI forming material and is in a liquid state, SEI can be efficiently formed and repaired on the negative electrode surface, and a reduction in capacity due to repeated charge / discharge cycles can be suppressed. Accordingly, for example, a lithium ion secondary battery that can exhibit good cycle characteristics even when used at a higher voltage value (for example, 4.3 V or more) than a conventional general lithium ion secondary battery can be realized.

ここに開示される技術の好ましい一態様において、上記非流動性電解質Qは、ゲル状をなす電解質組成物である。このゲル状電解質組成物Qは、典型的には、非水溶媒と支持塩とを含む。上記ゲル状電解質組成物Qによって正極活物質が被覆されている。上記電解質組成物Qは、ゲル状であるので、正極上に固定され、負極との直接接触が防止され得る。このことによって、電解質組成物Q中に含まれる溶媒の負極表面における還元分解が実質的に回避され得る。好ましくは、上記電解質組成物Qに含まれる非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)は、上記電解液Pに含まれる非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)よりも高い(典型的には0.1V以上、好ましくは0.2V以上、例えば0.3V〜1.0V程度高い。)。このように酸化電位の高い(酸化されにくいが還元されやすい傾向にある)非水溶媒を含む電解質Qを用いる場合には、本発明の構成を適用することが特に有意義である。 In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the non-flowable electrolyte Q is an electrolyte composition that forms a gel. This gel electrolyte composition Q typically includes a non-aqueous solvent and a supporting salt. The positive electrode active material is coated with the gel electrolyte composition Q. Since the electrolyte composition Q is in a gel form, it is fixed on the positive electrode, and direct contact with the negative electrode can be prevented. By this, reductive decomposition on the negative electrode surface of the solvent contained in the electrolyte composition Q can be substantially avoided. Preferably, the oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q is higher than the oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte P ( Typically 0.1V or higher, preferably 0.2V or higher, for example, about 0.3V to 1.0V higher). When the electrolyte Q containing a non-aqueous solvent having a high oxidation potential (not easily oxidized but tends to be reduced) is used, it is particularly meaningful to apply the configuration of the present invention.

ここで、「正極活物質が電解質組成物Qによって被覆されている。」とは、例えば上記正極活物質を含有する多孔質層を有する正極において、該多孔質層の少なくとも表面に該組成物Qが付与されている(保持されている;applied)ことを指す。好ましい一態様では、該多孔質層の微細な孔(細孔)の少なくとも一部(典型的には、少なくとも上記外表面に近接する部分にある細孔)にも電解質組成物Qが入り込んで(浸み込んで)いる。上記SEI(Solid Electrolyte Interphase;固体電解質界面)は、負極表面における副反応(還元分解等)を抑制する機能を有する表面被膜である。上記SEI形成材料とは、電解液中に当該材料を含有させることにより、その材料を含有させない場合に比べてSEIが形成されやすくなる材料をいう。上記電解液Pは、溶液状である。「電解質組成物Qに含まれる非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)が電解液Pに含まれる非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)よりも高い」とは、電解質組成物Qに含まれる非水溶媒(二種以上の非水溶媒の混合物であり得る。)について測定される酸化電位が、電解液Pに含まれる非水溶媒(二種以上の非水溶媒の混合物であり得る。)について測定される酸化電位よりも高いことを指す。ここで、酸化電位(酸化分解開始電位としても把握され得る。)とは、後述する酸化電位測定方法において、評価用セルに対し、段階的に電圧を高くしつつ定電圧充電を実施した場合に、電流値が0.1mAより大きくなったときの電位をいう。なお、以下において、ゲル状の電解質組成物を単に電解質ゲルと称することがある。 Here, “the positive electrode active material is coated with the electrolyte composition Q” means, for example, in the positive electrode having the porous layer containing the positive electrode active material, the composition Q on at least the surface of the porous layer. Is assigned (retained; applied). In a preferred embodiment, the electrolyte composition Q also enters at least a part of the fine pores (pores) of the porous layer (typically, pores at least in the vicinity of the outer surface) ( Soaked). The SEI (Solid Electrolyte Interface: solid electrolyte interface) is a surface coating having a function of suppressing side reactions (such as reductive decomposition) on the negative electrode surface. The SEI-forming material refers to a material that allows the SEI to be formed more easily when the material is contained in the electrolyte solution than when the material is not contained. The electrolyte P is in the form of a solution. “The oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q is higher than the oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte P”. The oxidation potential measured for the non-aqueous solvent contained in the product Q (which may be a mixture of two or more non-aqueous solvents) is the non-aqueous solvent (mixture of two or more non-aqueous solvents) contained in the electrolyte P. It is higher than the measured oxidation potential. Here, the oxidation potential (which can also be grasped as the oxidative decomposition start potential) is a case where constant voltage charging is performed while gradually increasing the voltage for the evaluation cell in the oxidation potential measurement method described later. The potential when the current value is greater than 0.1 mA. Hereinafter, the gel electrolyte composition may be simply referred to as an electrolyte gel.

ここに開示される技術の好ましい他の一態様において、上記非流動性の電解質Qは、固体電解質(典型的には、固体状無機材料)である。正極活物質と電解液Pとの間に上記固体電解質Qが介在されていることにより、該正極活物質と上記電解液Pに含まれるSEI形成材料との直接接触がより確実に防止され、上記正極において上記SEI形成材料が酸化分解・変質等を起こし難くなる。これにより、負極表面においてSEIが適度に形成・補修され、充放電サイクルの繰り返しによる容量低下を抑制することができる。このことから、例えば、従来の一般的なリチウムイオン二次電池より高い電圧値(例えば4.3V以上)で使用しても良好なサイクル特性を示し得るリチウムイオン二次電池が実現され得る。好ましい一態様では、上記固体電解質Qが正極活物質の表面に被覆されている。例えば、粒子状の正極活物質を備えるリチウムイオン二次電池において、該正極活物質粒子の表面に固体電解質Qが被覆されていることが好ましい。かかる構成は、電池の内部抵抗を大きく上昇させることなく、電解液Pと正極活物質との間に配置された固体電解質Qにより両者の直接接触を阻止するのに適している。   In another preferred embodiment of the technology disclosed herein, the non-fluid electrolyte Q is a solid electrolyte (typically a solid inorganic material). By interposing the solid electrolyte Q between the positive electrode active material and the electrolytic solution P, direct contact between the positive electrode active material and the SEI forming material contained in the electrolytic solution P is more reliably prevented, In the positive electrode, the SEI forming material is less likely to undergo oxidative decomposition, alteration, and the like. Thereby, SEI is appropriately formed and repaired on the surface of the negative electrode, and capacity reduction due to repeated charge / discharge cycles can be suppressed. From this, for example, a lithium ion secondary battery that can exhibit good cycle characteristics even when used at a higher voltage value (for example, 4.3 V or more) than a conventional general lithium ion secondary battery can be realized. In a preferred embodiment, the solid electrolyte Q is coated on the surface of the positive electrode active material. For example, in a lithium ion secondary battery including a particulate positive electrode active material, it is preferable that the surface of the positive electrode active material particle is coated with a solid electrolyte Q. Such a configuration is suitable for preventing direct contact between the electrolyte P and the positive electrode active material by the solid electrolyte Q without greatly increasing the internal resistance of the battery.

ここに開示される技術は、正極電位(対Li/Li)が一般的なリチウムイオン二次電池(満充電時における正極電位(対Li/Li)が4.1〜4.2V程度)よりも高くなるまで充電され得る態様(使用条件)で用いられるリチウムイオン二次電池に好ましく適用され得る。例えば、正極電位(対Li/Li)が4.3V以上、より好ましくは4.5V以上(例えば4.7V以上)になるまで充電され得る条件で用いられるリチウムイオン二次電池に好適である。 Techniques disclosed herein (about positive electrode potential when fully charged (vs. Li / Li +) is 4.1~4.2V) positive electrode potential (vs. Li / Li +) is a general lithium ion secondary battery It can be preferably applied to a lithium ion secondary battery used in a mode (use conditions) that can be charged until it becomes higher. For example, it is suitable for a lithium ion secondary battery used under a condition that the positive electrode potential (vs. Li / Li + ) is 4.3 V or higher, more preferably 4.5 V or higher (for example, 4.7 V or higher). .

好ましい一態様では、上記電解質ゲルQに含まれる非水溶媒は、酸化電位(対Li/Li)が4.3Vよりも高いことを特徴とする。ここで、該電解質ゲルQに含まれる非水溶媒が二種以上の非水溶媒の混合物(混合溶媒)である場合、「上記電解質ゲルQに含まれる非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)が4.3Vよりも高い」とは、該非水溶媒の全体について測定される酸化電位が4.3Vよりも高いことをいう。かかる態様のリチウムイオン二次電池は、上限電圧が4.3V以上の条件で好適に使用され得る。好ましい一態様では、上記混合溶媒に含まれる各成分(非水溶媒)のそれぞれについて測定される酸化電位が、いずれも4.3Vより高い。 In a preferred embodiment, the nonaqueous solvent contained in the electrolyte gel Q has an oxidation potential (vs. Li / Li + ) higher than 4.3V. Here, when the non-aqueous solvent contained in the electrolyte gel Q is a mixture (mixed solvent) of two or more kinds of non-aqueous solvents, “the oxidation potential of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte gel Q (vs. Li / Li “+ ) Is higher than 4.3V” means that the oxidation potential measured for the whole of the non-aqueous solvent is higher than 4.3V. The lithium ion secondary battery of this aspect can be suitably used under the condition that the upper limit voltage is 4.3 V or higher. In a preferred embodiment, the oxidation potential measured for each component (non-aqueous solvent) contained in the mixed solvent is higher than 4.3V.

他の好ましい一態様では、上記電解質組成物Qに含まれる非水溶媒は、酸化電位(対Li/Li)が、当該電池の満充電状態における正極活物質の電位(後述する作動電位をいう。)(対Li/Li)よりも高いことを特徴とする。かかるリチウムイオン二次電池では、電池を満充電しても(SOC(State Of Charge)が100%の状態にしても)、上記電解質ゲルQに含まれる非水溶媒が酸化分解され難いので、正極における抵抗増加が抑制され得る。なお、「満充電する」とは、所望の容量(典型的には、電池設計で決められた定格容量)を確保するための上限電圧でSOC100%となるまで電池を充電することを指す。「満充電電位」とは、上記所望の容量を確保するための上限電圧で充電してSOC100%となった状態を指す。また、「満充電電位(対Li/Li)」とは、上記上限電圧(充放電制御システムの充電上限電位としても把握され得る。)における金属リチウム基準の正極電位を意味する。 In another preferred embodiment, the non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q has an oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material in a fully charged state of the battery (an operating potential described later). .) (Vs. Li / Li + ). In such a lithium ion secondary battery, even if the battery is fully charged (even if the SOC (State Of Charge) is 100%), the nonaqueous solvent contained in the electrolyte gel Q is difficult to be oxidized and decomposed. The increase in resistance at can be suppressed. “Fully charged” refers to charging the battery until the SOC reaches 100% at the upper limit voltage for ensuring a desired capacity (typically, the rated capacity determined by the battery design). “Fully charged potential” refers to a state in which the SOC is 100% after charging at the upper limit voltage for securing the desired capacity. Further, “full charge potential (vs. Li / Li + )” means a positive electrode potential based on metallic lithium at the above upper limit voltage (which can also be grasped as the charge upper limit potential of the charge / discharge control system).

他の好ましい一態様では、上記電解質組成物Qに含まれる非水溶媒のうち95体積%以上が、フッ素化されたカーボネートの少なくとも一種からなる。フッ素化されたカーボネートは、酸化電位(対Li/Li)が、対応するカーボネートよりも高い傾向にある。したがって、かかるリチウムイオン二次電池は、より高い上限電圧設定で使用されてもサイクル特性が良好なものであり得る。 In another preferred embodiment, 95% by volume or more of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q is composed of at least one fluorinated carbonate. Fluorinated carbonates tend to have higher oxidation potentials (vs. Li / Li + ) than the corresponding carbonates. Therefore, even if this lithium ion secondary battery is used at a higher upper limit voltage setting, it can have good cycle characteristics.

他の好ましい一態様では、上記リチウムイオン二次電池が、上記電解質組成物Qと上記負極との間に配置された多孔質プラスチック層をさらに備える。典型的には、上記多孔質プラスチック層の細孔には上記電解液Pが含浸している。かかるプラスチック層は物理的な細孔を有し、かかる細孔を通してリチウムイオンが効率的に両極間を移動することができる。好ましい一態様では、温度が該プラスチック層の融点に達すると、これら細孔が溶融により閉口する。すなわち、かかるプラスチック層を上記所定の場所に有するリチウムイオン二次電池には、従来の電池と同様に、過充電による過熱が発生した場合に充放電が停止されるシャットダウン機能が具備され得る。   In another preferred embodiment, the lithium ion secondary battery further includes a porous plastic layer disposed between the electrolyte composition Q and the negative electrode. Typically, the pores of the porous plastic layer are impregnated with the electrolytic solution P. Such plastic layers have physical pores through which lithium ions can efficiently move between the two electrodes. In a preferred embodiment, when the temperature reaches the melting point of the plastic layer, these pores close by melting. That is, the lithium ion secondary battery having such a plastic layer at the predetermined location can be provided with a shutdown function that stops charging / discharging when overheating due to overcharging occurs, as in the conventional battery.

ここに開示される技術の他の側面として、ここに開示されるリチウムイオン二次電池と、この電池に電気的に接続され、該電池の少なくとも上限電圧値を規定する制御回路と、を備える電源装置が提供される。ここで、上記上限電圧値は4.3V以上に設定されている。かかる電源装置は、その比較的高く設定された上限電圧値においても上記リチウムイオン二次電池の容量低下が少ないものであり得る。   As another aspect of the technology disclosed herein, a power supply comprising the lithium ion secondary battery disclosed herein and a control circuit electrically connected to the battery and defining at least an upper limit voltage value of the battery An apparatus is provided. Here, the upper limit voltage value is set to 4.3 V or higher. Such a power supply device can be one in which the capacity reduction of the lithium ion secondary battery is small even at the relatively high upper limit voltage value.

上述のとおり、ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、従来の一般的なリチウムイオン二次電池よりも上限電圧値の高い条件で使用されてもサイクル特性に優れるので、車両において使用される電源として好適である。したがって、本発明によると、ここに開示されるいずれかのリチウムイオン二次電池を備えた車両が提供される。特に、かかるリチウムイオン二次電池を動力源(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源)として備える車両(例えば自動車)が好ましい。   As described above, the lithium ion secondary battery disclosed herein is excellent in cycle characteristics even when used under conditions having a higher upper limit voltage value than conventional general lithium ion secondary batteries, and is therefore used in vehicles. It is suitable as a power source. Therefore, according to this invention, the vehicle provided with one of the lithium ion secondary batteries disclosed here is provided. In particular, a vehicle (for example, an automobile) including such a lithium ion secondary battery as a power source (typically, a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle) is preferable.

一実施形態に係るリチウムイオン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 lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment. 図1におけるII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line in FIG. 本発明のリチウムイオン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 lithium ion secondary battery of this invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成概念を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural concept of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成概念を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural concept of the lithium ion secondary battery which concerns on other one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成概念を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural concept of the lithium ion secondary battery which concerns on other one Embodiment of this invention. 図6に示される実施形態において用いられる正極活物質粒子の構成概念を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural concept of the positive electrode active material particle used in embodiment shown by FIG. 一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を含む電源システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power supply system containing the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment.

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柄は、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とに基づいて実施することができる。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て説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of 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. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals, and redundant descriptions may be omitted or simplified. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.

本発明のいくつかの実施形態に係るリチウムイオン二次電池につき、ゲル状の非流動性電解質(電解質ゲル)Qを備えた態様の例を、図4および図5を用いて説明する。また、固体状の非流動性電解質(固体電解質)Qを備えた態様の例を、図6および図7を用いて説明する。   Examples of an aspect provided with a gel-like non-fluidic electrolyte (electrolyte gel) Q will be described with reference to FIGS. 4 and 5 for lithium ion secondary batteries according to some embodiments of the present invention. Moreover, the example of the aspect provided with the solid non-fluid electrolyte (solid electrolyte) Q is demonstrated using FIG. 6 and FIG.

<ゲル状の非流動性電解質Qを備えたリチウムイオン二次電池の構成例>
本発明の一実施態様に係るリチウムイオン二次電池500は、図4に示されるように、容器510内に、正極集電体532上に正極活物質層534を有する正極530と、負極集電体542上に負極活物質層544を有する負極540と、電解質ゲル536(電解質組成物Q)と、液状電解質(電解液P)537とを備える。正極活物質層534は正極活物質534Aを主成分とする層であり、負極活物質層544は負極活物質544Aを主成分とする層である。正極活物質層534は、電解質ゲル536で被覆されている。液状電解質537は、負極活物質層544には接するが、正極活物質層534には直に接しないように該電池内に含まれている。換言すれば、互いに相の異なる電解質組成物(電解質ゲルQ,電解液P)が、正極側(「正極に接するように」の意味)および負極側(「負極に接するように」の意味)にそれぞれ配置された構成を有する。すなわち、正極側に配置された電解質組成物Qはゲル相であり、負極側に配置された電解液Pは溶液相である。
<Configuration example of lithium ion secondary battery provided with gel-like non-fluidic electrolyte Q>
As shown in FIG. 4, a lithium ion secondary battery 500 according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode 530 having a positive electrode active material layer 534 on a positive electrode current collector 532, a negative electrode current collector, and a container 510. A negative electrode 540 having a negative electrode active material layer 544 over a body 542, an electrolyte gel 536 (electrolyte composition Q), and a liquid electrolyte (electrolytic solution P) 537 are provided. The positive electrode active material layer 534 is a layer mainly containing the positive electrode active material 534A, and the negative electrode active material layer 544 is a layer mainly containing the negative electrode active material 544A. The positive electrode active material layer 534 is covered with an electrolyte gel 536. The liquid electrolyte 537 is included in the battery so as to contact the negative electrode active material layer 544 but not directly contact the positive electrode active material layer 534. In other words, electrolyte compositions having different phases (electrolyte gel Q, electrolyte P) are on the positive electrode side (meaning “contact with the positive electrode”) and negative electrode side (meaning “contact with the negative electrode”). Each has an arranged configuration. That is, the electrolyte composition Q disposed on the positive electrode side is a gel phase, and the electrolytic solution P disposed on the negative electrode side is a solution phase.

本発明のリチウムイオン二次電池は、図4に示す電池500を変形した態様でも好ましく実施され得る。例えば、この電池500において、正極集電体532の片面(典型的には、負極に対向する面)のみに正極活物質層534を有し、この正極活物質層534を覆うように電解質ゲル536が付与された構成の電池(典型的には、負極についても、負極集電体542の片面(典型的には、正極に対向する面)のみに負極活物質層544が付与されている。)等も、ここに開示される電池の実施形態に含まれる。   The lithium ion secondary battery of the present invention can be preferably implemented in a mode in which the battery 500 shown in FIG. 4 is modified. For example, in the battery 500, the positive electrode current collector 532 has the positive electrode active material layer 534 only on one surface (typically, the surface facing the negative electrode), and the electrolyte gel 536 covers the positive electrode active material layer 534. (Typically, also in the negative electrode, the negative electrode active material layer 544 is provided only on one surface of the negative electrode current collector 542 (typically, the surface facing the positive electrode).) Etc. are also included in the battery embodiments disclosed herein.

正極側と負極側とで互いに組成が異なる電解質組成物を用いる場合、これらがいずれも液相であると、これら二種の溶液が混合して均一になるのを防ぐために、例えば、Li伝導性を有する一方これら二種の電解液の他成分に対する透過性が実質的にない物質からなる液相分離膜(例えば、リシコンからなる層)を間に介在させることが求められる。しかしながら、このような液密の分離膜はLi伝導速度が十分でない場合があり、該分離膜を介在させることにより充放電効率が著しく低下し得る。一方、ここに開示されるリチウムイオン二次電池では、正極側と負極側とで、互いに組成およびそれに伴う特性(少なくとも耐酸化性)が異なるのみならず互いに相の異なる電解質ゲルQと電解液Pとをそれぞれ用いる。したがって、上述のような液相分離膜を使用する必要がないため、より高いLi伝導速度が実現され得る。なお、ここに開示される技術は、図5に示されるように、図4に示すリチウムイオン二次電池500またはこれを上述のように変形した電池において、両極間に、電解液Pが透過可能な絶縁層(例えば多孔質プラスチック層)550をセパレータとして更に配置した態様でも好ましく実施され得る。 When using electrolyte compositions having different compositions on the positive electrode side and the negative electrode side, in order to prevent these two types of solutions from mixing and becoming uniform if they are both in the liquid phase, for example, Li + conduction However, it is required to interpose a liquid phase separation membrane (for example, a layer made of silicon) made of a substance that has the properties of the two kinds of electrolytes but has substantially no permeability to other components. However, such a liquid-tight separation membrane may not have a sufficient Li + conduction velocity, and the charge / discharge efficiency can be significantly reduced by interposing the separation membrane. On the other hand, in the lithium ion secondary battery disclosed herein, the electrolyte gel Q and the electrolyte solution P are different not only in composition and characteristics (at least oxidation resistance) but also in phase with each other on the positive electrode side and the negative electrode side. Are used respectively. Therefore, since it is not necessary to use a liquid phase separation membrane as described above, a higher Li + conduction velocity can be realized. As shown in FIG. 5, the technique disclosed herein allows the electrolyte P to permeate between both electrodes in the lithium ion secondary battery 500 shown in FIG. 4 or a battery obtained by modifying the lithium ion secondary battery 500 as described above. An embodiment in which an insulating layer (for example, a porous plastic layer) 550 is further disposed as a separator can be preferably implemented.

ここに開示されるリチウムイオン二次電池において、上記電解質組成物Qは、正極活物質層中の細孔および該正極活物質層表面に付与されている(保持されている)。この正極活物質層は、例えば、SOC0%〜100%のうち少なくとも一部範囲における作動電位(対Li/Li)が一般的なリチウムイオン二次電池(作動電位の上限が4.1V程度)よりも高い正極活物質を含む。例えば、作動電位(対Li/Li)が4.3Vよりも高いSOC範囲を有する正極活物質(換言すれば、SOC0%〜100%における作動電位の最高値が4.3Vよりも高い正極活物質)を好ましく使用することができる。好ましく使用され得る正極活物質の例として、NiとMnとを遷移金属として含むリチウム複合酸化物(例えば、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物)が挙げられる。例えば、次式:LiNiMn2−P(0.2≦P≦0.6);で表わされる化合物が好ましい。上記式で表わされるスピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物の一具体例として、LiNi0.5Mn1.5が挙げられる。他の好ましい正極活物質としては、LiNiPO,LiCoPO,LiMnO、LiMnPOF、これらの化合物に含まれる遷移金属元素の一部を他の元素に置き換えた化合物、等が例示される。 In the lithium ion secondary battery disclosed herein, the electrolyte composition Q is applied (held) to the pores in the positive electrode active material layer and the surface of the positive electrode active material layer. This positive electrode active material layer is, for example, a lithium ion secondary battery having a general operating potential (vs. Li / Li + ) in at least a partial range of SOC 0% to 100% (the upper limit of the operating potential is about 4.1 V). Higher positive electrode active material. For example, a positive electrode active material having an SOC range in which the operating potential (vs. Li / Li + ) is higher than 4.3V (in other words, the positive electrode active material having the highest operating potential at SOC 0% to 100% higher than 4.3V). Substance) can be preferably used. As an example of the positive electrode active material that can be preferably used, a lithium composite oxide (for example, spinel type lithium nickel manganese oxide) containing Ni and Mn as transition metals can be given. For example, a compound represented by the following formula: LiNi P Mn 2 -P O 4 (0.2 ≦ P ≦ 0.6); is preferable. A specific example of the spinel type lithium nickel manganese oxide represented by the above formula is LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 . Examples of other preferable positive electrode active materials include LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 MnO 3 , Li 2 MnPO 4 F, and compounds obtained by replacing some of transition metal elements contained in these compounds with other elements. Is done.

ここで、作動電位としては、以下のようにして測定される値を採用するものとする。すなわち、測定対象たる正極活物質を含む正極と、対極としての金属リチウムと、参照極としての金属リチウムと、EC:DMC=30:70(体積基準)の混合溶媒中に濃度1MのLiPFを含む電解液とを用いて三極セルを構築する。このセルの理論容量に基づき、SOC0%からSOC100%まで、5%刻みで調整する(例えば、定電流充電により調整する。)。このとき、各SOC値において、上記セルを1時間放置した後、正極電位(対Li/Li)を測定し、上記正極活物質の該SOC値における作動電位とする。 Here, as the operating potential, a value measured as follows is adopted. That is, a positive electrode containing a positive electrode active material to be measured, metallic lithium as a counter electrode, metallic lithium as a reference electrode, and LiPF 6 having a concentration of 1 M in a mixed solvent of EC: DMC = 30: 70 (volume basis). A triode cell is constructed using the electrolyte solution. Based on the theoretical capacity of the cell, the SOC is adjusted in increments of 5% from 0% SOC to 100% SOC (for example, adjustment is performed by constant current charging). At this time, after each cell is allowed to stand for 1 hour at each SOC value, the positive electrode potential (vs. Li / Li + ) is measured to obtain the operating potential at the SOC value of the positive electrode active material.

なお、通常、SOC0%〜100%の間で正極活物質の作動電位が最も高くなるのはSOC100%を含む範囲であるため、SOC100%(すなわち満充電状態)における作動電位が4.3Vよりも高い正極活物質を、作動電位が4.3Vよりも高いSOC範囲を有する正極活物質として把握することができる。満充電状態における正極活物質の作動電位(対Li/Li)(以下、「正極活物質の満充電電位」と表記することもある。)は、4.4Vより高いことがより好ましく、4.5Vより高いことがさらに好ましく、4.6Vより高い(例えば4.7V以上である)ことが特に好ましい。ここに開示される技術は、典型的には、正極活物質の満充電電位(対Li/Li)が7.0V以下(例えば5.0V以下)であるリチウムイオン二次電池に好ましく適用される。 Normally, the operating potential of the positive electrode active material is highest in a range including SOC 100% between SOC 0% and 100%, so that the operating potential at SOC 100% (that is, fully charged state) is higher than 4.3V. A high positive electrode active material can be grasped as a positive electrode active material having an SOC range in which the operating potential is higher than 4.3V. The operating potential of the positive electrode active material in a fully charged state (vs. Li / Li + ) (hereinafter sometimes referred to as “the full charge potential of the positive electrode active material”) is more preferably higher than 4.4V. More preferably, the voltage is higher than 0.5 V, more preferably higher than 4.6 V (for example, 4.7 V or higher). The technology disclosed herein is typically preferably applied to a lithium ion secondary battery in which the positive electrode active material has a full charge potential (vs. Li / Li + ) of 7.0 V or less (for example, 5.0 V or less). The

上記電解質組成物Qは、ゲル状である。上記正極活物質に付与された態様の電解質ゲルは、例えば、非水溶媒(有機溶媒)中に支持塩を含む非水電解液に、ポリマー前駆体Qp、重合開始剤等を加えたポリマー前駆体Qp溶液を、正極活物質層に付与した後、適当な条件下に保持してゲル化させる(例えば、重合反応を進行させる)ことで形成することができる。典型的には、上記ポリマー前駆体Qp溶液を正極活物質層に十分に含浸させ、所望の電解質ゲル量に応じて余剰分の該ポリマー前駆体Qp溶液を該正極活物質層から適宜除去した後、適当な条件下(温度等)において重合反応に供する。重合温度は適宜選択すればよく、例えば、80〜140℃程度とすることができる。重合時間についても、適宜選択すればよく、例えば、5分〜3時間程度とすることができる。なお、ここでいう「重合反応」は、上記ポリマー前駆体Qp溶液のゲル化(硬化)に寄与し得るものであればよく、例えば架橋反応、縮合反応等であり得る。正極活物質層への上記ポリマー前駆体Qp溶液の含浸は、例えば、減圧下または真空下で行ってもよい。上記ポリマー前駆体Qp溶液の余剰分の除去は、含浸処理後の上記正極活物質層の表面に適宜の圧力(例えば、0.01MPa〜0.1MPa程度)を加えながら該余剰分の溶液を押し出すようにして実施することができる。   The electrolyte composition Q is in a gel form. The electrolyte gel of the aspect provided to the positive electrode active material is, for example, a polymer precursor obtained by adding a polymer precursor Qp, a polymerization initiator, etc. to a nonaqueous electrolytic solution containing a supporting salt in a nonaqueous solvent (organic solvent). After the Qp solution is applied to the positive electrode active material layer, it can be formed by holding it under appropriate conditions to cause gelation (for example, by allowing the polymerization reaction to proceed). Typically, after the positive electrode active material layer is sufficiently impregnated with the polymer precursor Qp solution, and an excess of the polymer precursor Qp solution is appropriately removed from the positive electrode active material layer according to a desired amount of electrolyte gel. The polymer is subjected to a polymerization reaction under suitable conditions (temperature, etc.). What is necessary is just to select superposition | polymerization temperature suitably, for example, it can be set as about 80-140 degreeC. The polymerization time may be appropriately selected and can be set to, for example, about 5 minutes to 3 hours. The “polymerization reaction” herein may be anything that can contribute to gelation (curing) of the polymer precursor Qp solution, and may be, for example, a crosslinking reaction, a condensation reaction, or the like. The impregnation of the polymer precursor Qp solution into the positive electrode active material layer may be performed, for example, under reduced pressure or under vacuum. The removal of the excess of the polymer precursor Qp solution is performed by extruding the excess solution while applying an appropriate pressure (for example, about 0.01 MPa to 0.1 MPa) to the surface of the positive electrode active material layer after the impregnation treatment. Can be implemented in this way.

上記電解質組成物Qのうち、上記正極活物質層表面に積層された部分の厚み(正極活物質層表面から電解質ゲル層表面までの距離)は特に制限されない。例えば、正極表面に積層された部分を比較的厚くすることにより、両極間の絶縁層としての機能を高めることが可能である。一方、リチウムイオンの移動距離を短くして出力効率(Li伝導率)を高める観点;電池の軽量化および薄型化の観点からは、上記積層部の厚みは大きすぎない方が好ましい。これらのバランスを考慮して、上記厚みを例えば10μm〜100μm程度とすることができる。上記積層部の厚みが比較的薄い場合、両極間に、多孔質の絶縁層をセパレータとして介在させることが好ましい。この多孔質絶縁層は、例えば、両極間に介在された多孔質プラスチック層であり得る。かかる多孔質プラスチック層は、図5に例示する絶縁層550のように独立した部材(セパレータシート)であってもよく、他の部材と一体化した層(例えば、負極活物質層の表面に固定された層)であってもよい。 In the electrolyte composition Q, the thickness of the portion laminated on the surface of the positive electrode active material layer (the distance from the surface of the positive electrode active material layer to the surface of the electrolyte gel layer) is not particularly limited. For example, the function as an insulating layer between both electrodes can be enhanced by making the portion laminated on the positive electrode surface relatively thick. On the other hand, from the viewpoint of increasing the output efficiency (Li + conductivity) by shortening the moving distance of lithium ions; from the viewpoint of reducing the weight and thickness of the battery, it is preferable that the thickness of the laminated portion is not too large. In consideration of these balances, the thickness can be set to about 10 μm to 100 μm, for example. When the thickness of the laminated portion is relatively thin, a porous insulating layer is preferably interposed as a separator between both electrodes. This porous insulating layer can be, for example, a porous plastic layer interposed between both electrodes. Such a porous plastic layer may be an independent member (separator sheet) like the insulating layer 550 illustrated in FIG. 5, and is a layer integrated with another member (for example, fixed to the surface of the negative electrode active material layer). Layer).

上記非水溶媒としては、使用する正極活物質の満充電電位(対Li/Li)よりも酸化電位(対Li/Li)の高い有機溶媒を適宜選択して使用することが好ましい。好ましくは、酸化電位(対Li/Li)が正極活物質の満充電電位(対Li/Li)より0.1V以上(例えば0.2V以上であり、0.3V以上であってもよく、0.5V以上であってもよい。)高い有機溶媒が使用され得る。かかる有機溶媒は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。かかる構成のリチウムイオン二次電池は、正極活物質に接している電解質組成物Q中の有機溶媒の酸化電位(対Li/Li)が、該電池のSOCが100%の状態における正極電位よりも高いものであり得る。したがって、正極における該溶媒の酸化分解が、より高度に抑制され得る。電解質組成物Qに含まれる非水溶媒の全量のうち、使用する正極活物質の満充電電位よりも酸化電位の高い有機溶媒の占める量が、50体積%を超える量であることが好ましく、より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上(例えば95体積%以上)であり、実質的に全部(例えば98体積%以上、典型的には100体積%)であってもよい。 As the non-aqueous solvent, an organic solvent having an oxidation potential (vs. Li / Li + ) higher than the full charge potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material to be used is preferably selected and used. Preferably, the oxidation potential (vs. Li / Li + ) is 0.1 V or higher (eg, 0.2 V or higher, 0.3 V or higher) than the full charge potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material. 0.5V or higher.) High organic solvents can be used. Such organic solvents can be used alone or in combination of two or more. In the lithium ion secondary battery having such a configuration, the oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the organic solvent in the electrolyte composition Q in contact with the positive electrode active material is higher than the positive electrode potential when the SOC of the battery is 100%. Can also be expensive. Therefore, the oxidative decomposition of the solvent at the positive electrode can be suppressed to a higher degree. Of the total amount of the nonaqueous solvent contained in the electrolyte composition Q, the amount occupied by the organic solvent having an oxidation potential higher than the full charge potential of the positive electrode active material to be used is preferably more than 50% by volume, more Preferably it is 75 volume% or more, More preferably, it is 90 volume% or more (for example, 95 volume% or more), and substantially all (for example, 98 volume% or more, typically 100 volume%) may be sufficient.

電解質組成物Qの非水溶媒として、典型的には、フッ素化された有機溶媒を使用する。好ましいフッ素化有機溶媒としては、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)、ジフルオロジメチルカーボネート(メチルジフルオロメチルカーボネート、ジ(フルオロメチル)カーボネート)、フッ素化エステル、フッ素化エーテル等のフッ化カーボネート類(環状、直鎖状、分岐鎖状のいずれであってもよい。)が例示される。上記電解質組成物Qに含まれる非水溶媒のうち、典型的には50体積%以上、例えば75%体積以上(より好ましくは95体積%以上、さらに好ましくは99体積%以上)が、上記フッ化カーボネート類のうち少なくとも一種であることが好ましい。上記非水溶媒の実質的に全てが、一種または二種以上のフッ化カーボネートであってもよい。   As the non-aqueous solvent of the electrolyte composition Q, a fluorinated organic solvent is typically used. Preferred fluorinated organic solvents include fluoroethylene carbonate (FEC), trifluorodimethyl carbonate (TFDMC), difluorodimethyl carbonate (methyl difluoromethyl carbonate, di (fluoromethyl) carbonate), fluorinated esters, fluorinated ethers and the like. Examples thereof include carbonates (which may be cyclic, linear, or branched). Of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q, typically 50% by volume or more, for example, 75% by volume or more (more preferably 95% by volume or more, more preferably 99% by volume or more) It is preferable that it is at least one of carbonates. Substantially all of the non-aqueous solvent may be one or more fluorinated carbonates.

なお、非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)としては、以下の方法に従って測定された値を採用するものとする。
LiFePOを用いて作用極を作製する。詳しくは、LiFePOと、アセチレンブラック(導電材)と、PVDF(結着剤)とを、これらの質量比が85:5:10となるように混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させてスラリー状の組成物を調製する。これをアルミニウム箔状に塗付し、乾燥後にロールプレスして作用極(正極)シートを作製する。上記作用極と、対極としての金属リチウムと、作用極としての金属リチウムと、測定対象たる電解液とを用いて三極セルを構築する。この三極セルに対し、該作用極から完全にLiを脱離させる処理を行う。具体的には、温度25℃において、該作用極の理論容量から予測した電池容量(Ah)の1/5の電流値で4.2Vまで定電流充電を行い、4.2Vにおいて電流値が初期電流値(すなわち、電池容量の1/5の電流値)の1/50となるまで定電圧充電を行う。次いで、測定対象電解液の酸化電位が含まれると予測される電圧範囲(典型的には4.2Vよりも高い電圧範囲)において、任意の電圧で定電圧充電を所定時間(例えば、10時間程度)行い、その際の電流値を測定する。より具体的には、上記電圧範囲のなかで電圧を段階的に(例えば、0.2Vステップで)高くし、各段階において定電圧充電を所定時間(例えば、10時間程度)行い、その際の電流値を測定する。定電圧充電時の電流値が0.1mAより大きくなったときの電位を、上記電解液の酸化電位とする。
In addition, the value measured according to the following method shall be employ | adopted as an oxidation potential (vs. Li / Li <+> ) of a nonaqueous solvent.
A working electrode is prepared using LiFePO 4 . Specifically, LiFePO 4 , acetylene black (conductive material), and PVDF (binder) are mixed so that the mass ratio thereof is 85: 5: 10, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP To prepare a slurry-like composition. This is applied in the form of an aluminum foil, and dried and roll-pressed to produce a working electrode (positive electrode) sheet. A three-electrode cell is constructed using the working electrode, metallic lithium as a counter electrode, metallic lithium as a working electrode, and an electrolytic solution to be measured. The triode cell is treated to completely desorb Li from the working electrode. Specifically, at a temperature of 25 ° C., constant current charging is performed up to 4.2 V at a current value that is 1/5 of the battery capacity (Ah) predicted from the theoretical capacity of the working electrode, and the current value is initial at 4.2 V. The constant voltage charging is performed until the current value becomes 1/50 of the current value (that is, the current value that is 1/5 of the battery capacity). Next, constant voltage charging is performed for a predetermined time (for example, about 10 hours) at an arbitrary voltage in a voltage range (typically a voltage range higher than 4.2 V) predicted to include the oxidation potential of the electrolyte to be measured. ) And measure the current value at that time. More specifically, the voltage is increased stepwise (for example, in steps of 0.2 V) within the voltage range, and constant voltage charging is performed for a predetermined time (for example, about 10 hours) at each step. Measure the current value. The potential when the current value during constant voltage charging is greater than 0.1 mA is defined as the oxidation potential of the electrolytic solution.

上記支持塩としては、一般的なリチウムイオン二次電池に支持塩として用いられるリチウム塩を、適宜選択して使用することができる。かかるリチウム塩として、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、Li(CFSON、LiCFSO等が例示される。かかる支持塩は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。特に好ましい例として、LiPFが挙げられる。上記非水電解液は、例えば、上記支持塩の濃度が0.7〜1.3mol/Lの範囲内となるように調製することが好ましい。 As the supporting salt, a lithium salt used as a supporting salt in a general lithium ion secondary battery can be appropriately selected and used. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiCF 3 SO 3 and the like. These supporting salts can be used alone or in combination of two or more. A particularly preferred example is LiPF 6 . The non-aqueous electrolyte is preferably prepared, for example, so that the concentration of the supporting salt is within a range of 0.7 to 1.3 mol / L.

上記ポリマー前駆体Qpとしては、ゲル化後の特性(電気化学的安定性、熱安定性等)が所望の電池構成および使用条件に適応した材料(モノマーまたはオリゴマーであり得る。)を、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。上記ポリマー前駆体Qpは、多官能性あるいは単官能性であり得る。通常は、2個または3個以上の重合性(架橋性)官能基を有するポリマー前駆体(多官能性ポリマー前駆体)が好ましく使用される。好ましいポリマー前駆体Qpとして、ポリエチレンオキサイド(PEO),ポリプロピレンオキサイド(PPO),ポリアクリロニトリル(PAN),ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が例示される。典型的には、熱重合性(熱架橋性)の官能基を有するポリマー前駆体Qpが使用される。ここに開示される技術において好ましく用いられるポリマー前駆体Qpの具体例としては、例えば、第一工業製薬株式会社製の品番「TA140」やその類似品を挙げることができる。上記ポリマー前駆体Qpの使用量は、所望のゲル化度等に応じて適宜選択すればよく、例えば、上記ポリマー前駆体Qp溶液の10〜17質量%程度とすることができる。   As the polymer precursor Qp, only one kind of material (which may be a monomer or an oligomer) whose characteristics after gelation (electrochemical stability, thermal stability, etc.) are adapted to the desired battery configuration and use conditions is used. Can be used alone or in combination of two or more. The polymer precursor Qp can be multifunctional or monofunctional. Usually, a polymer precursor (polyfunctional polymer precursor) having two or three or more polymerizable (crosslinkable) functional groups is preferably used. Preferred examples of the polymer precursor Qp include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyacrylonitrile (PAN), and polyvinylidene fluoride (PVDF). Typically, a polymer precursor Qp having a thermally polymerizable (thermally crosslinkable) functional group is used. Specific examples of the polymer precursor Qp preferably used in the technology disclosed herein include, for example, product number “TA140” manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. and similar products. What is necessary is just to select the usage-amount of the said polymer precursor Qp suitably according to the desired degree of gelation etc., for example, it can be set as about 10-17 mass% of the said polymer precursor Qp solution.

上記重合開始剤は、使用するポリマー前駆体Qpの種類に応じて適宜選択して用いることができる。典型的には熱重合開始剤が使用される。熱重合開始剤としては、アゾ系、過酸化物系等の、従来公知の各種開始剤を用いることができる。好ましい重合開始剤として、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、過酸化ベンゾイル(BPO)等が例示される。上記重合開始剤の使用量は適宜選択すればよく、例えば、上記ポリマー前駆体Qpに対して、0.1〜3質量%程度とすることができる。   The said polymerization initiator can be suitably selected and used according to the kind of polymer precursor Qp to be used. Typically, a thermal polymerization initiator is used. As the thermal polymerization initiator, various conventionally known initiators such as azo type and peroxide type can be used. Preferred polymerization initiators include azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide (BPO) and the like. What is necessary is just to select the usage-amount of the said polymerization initiator suitably, For example, it can be set as about 0.1-3 mass% with respect to the said polymer precursor Qp.

上記非水電解液には、その他の添加剤として、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に添加され且つ上記重合反応を阻害しないもの、あるいは上記重合反応の制御に寄与し且つ正極に対して電気化学的に安定なもの、等を加えてもよい。   In the non-aqueous electrolyte, as other additives, those which are added to the electrolyte of a general lithium ion secondary battery and do not inhibit the polymerization reaction, or contribute to the control of the polymerization reaction and to the positive electrode And electrochemically stable ones may be added.

上記電解液Pとしては、一般的なリチウムイオン二次電池において使用される非水電解液(すなわち、非水溶媒(有機溶媒)中に支持塩を含む溶液)にSEI形成材料を添加したものを使用することができる。この電解液Pは、典型的には、負極と非流動性電解質(図4、5に示す例では電解質ゲル)Qとの両方に接するように配置される。通常、電解液Pは、少なくとも負極の活物質層に含浸され、両極間にセパレータが配置された態様では該セパレータにも含浸されている。   As the electrolytic solution P, a non-aqueous electrolytic solution (that is, a solution containing a supporting salt in a non-aqueous solvent (organic solvent)) used in a general lithium ion secondary battery is added. Can be used. This electrolytic solution P is typically disposed so as to be in contact with both the negative electrode and the non-fluid electrolyte (electrolyte gel in the examples shown in FIGS. 4 and 5) Q. Usually, the electrolytic solution P is impregnated in at least the active material layer of the negative electrode, and in a mode in which the separator is disposed between both electrodes, the separator is also impregnated.

上記電解液Pに含まれる非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられ、負極での還元分解が起こり難い有機溶媒を適宜選択して使用することができる。これら有機溶媒は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類(環状、直鎖状、分岐鎖状のいずれであってもよい。)を用いることができる。これらカーボネート類のうち少なくとも一種を使用することが好ましい。例えば、ECとDMCとの混合溶媒が好ましく使用され得る。   As the non-aqueous solvent contained in the electrolytic solution P, an organic solvent which is used for an electrolytic solution of a general lithium ion secondary battery and hardly undergoes reductive decomposition at the negative electrode can be appropriately selected and used. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more. For example, carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), and propylene carbonate (PC) (which may be cyclic, linear or branched). May be used). It is preferable to use at least one of these carbonates. For example, a mixed solvent of EC and DMC can be preferably used.

上記電解液Pに含まれる支持塩としては、上記電解質組成物Qに含まれる支持塩と同様に、一般的なリチウムイオン二次電池用支持塩を用いることができる。典型的には、上記電解質組成物Qで用いた支持塩と同じ支持塩を使用する。特に好ましい例として、LiPFが挙げられる。電解液Pは、例えば、上記支持塩の濃度が0.7〜1.3mol/Lの範囲内となるように調製することが好ましい。 As the supporting salt contained in the electrolytic solution P, a general supporting salt for a lithium ion secondary battery can be used in the same manner as the supporting salt contained in the electrolyte composition Q. Typically, the same supporting salt as that used in the electrolyte composition Q is used. A particularly preferred example is LiPF 6 . For example, the electrolytic solution P is preferably prepared so that the concentration of the supporting salt is within a range of 0.7 to 1.3 mol / L.

上記SEI形成材料としては、負極表面に表面被膜を形成した際(典型的には該SEI形成材料が負極表面において還元分解され、その分解物がSEIとして表面被膜を形成する。)、上述のように該負極表面において還元反応を抑制する機能を発揮し得ることが知られている従来公知の化合物を特に制限なく使用することができる。かかる化合物は、一種を単独で用いてもよく、あるいは二種以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、ビニレンカーボネート(VC),FEC等の使用が好ましい。すなわち、FECは、電解液組成物Qにおいて非水溶媒の一部または全部として好ましく使用され得る一方、電解液PにおいてSEI形成材料として好ましく使用され得る。例えば、ゲル状の非流動性電解質(電解質ゲル)Qと、SEI形成材料としてFECを含む電解液Pとを組み合わせた構成を好ましく採用し得る。上記電解液Pに含まれるSEI形成材料の量は適宜選択すればよく、例えば1〜5vol%(体積%)程度とすることができる。これにより、負極表面にSEI膜が形成され、負極表面における副反応(電解液成分のさらなる還元分解、金属リチウムの析出等)が効果的に抑制され得る。   As the SEI forming material, when a surface coating is formed on the negative electrode surface (typically, the SEI forming material is reduced and decomposed on the negative electrode surface, and the decomposition product forms a surface coating as SEI), as described above. In addition, a conventionally known compound that is known to exhibit a function of suppressing the reduction reaction on the negative electrode surface can be used without particular limitation. Such compounds may be used singly or in combination of two or more. For example, use of vinylene carbonate (VC), FEC or the like is preferable. That is, FEC can be preferably used as part or all of the nonaqueous solvent in the electrolytic solution composition Q, while it can be preferably used as the SEI forming material in the electrolytic solution P. For example, a configuration in which a gel-like non-fluidic electrolyte (electrolyte gel) Q and an electrolytic solution P containing FEC as an SEI forming material are combined can be preferably employed. What is necessary is just to select the quantity of the SEI formation material contained in the said electrolyte solution P suitably, for example, it can be set as about 1-5 vol% (volume%). Thereby, an SEI film is formed on the negative electrode surface, and side reactions (further reductive decomposition of the electrolyte component, precipitation of metallic lithium, etc.) on the negative electrode surface can be effectively suppressed.

リチウムイオン二次電池の使用開始後(例えば、後述する実施例に記載されるコンディショニング処理を施した後)の電解液P中には、例えば、該電解液Pの0.01〜1.20wt%(より好ましくは0.01〜0.50wt%)程度のSEI形成材料が残留していることが好ましい。これにより、充放電サイクルの繰り返しにより負極表面のSEI膜が一部損傷(剥落等)しても、残留するSEI形成材料によってSEI膜が補修されるため、上記二次電池のサイクル特性の低下(例えば容量低下)がより効果的に抑制され得る。   In the electrolytic solution P after the start of use of the lithium ion secondary battery (for example, after performing the conditioning treatment described in Examples described later), for example, 0.01 to 1.20 wt% of the electrolytic solution P It is preferable that the SEI forming material (more preferably 0.01 to 0.50 wt%) remains. As a result, even if the SEI film on the negative electrode surface is partially damaged (peeled off) due to repeated charge / discharge cycles, the SEI film is repaired by the remaining SEI forming material. For example, capacity reduction can be more effectively suppressed.

このようにSEI形成材料を含む電解液Pと正極活物質との間に電解質ゲルQが介在された態様のリチウムイオン二次電池によると、対応する理論容量30mAhのラミネートセル型評価用電池において、好ましくは以下の特性:温度25℃にて、1/5CのレートでSOC60%に調製した後、350kg/25cmの負荷をかけて拘束した状態で所定の充放電サイクルを300サイクル繰り返す評価試験において、その初期容量に対するサイクル終了後の放電容量の百分率として求められる300cyc容量維持率(%)が凡そ80%以上である;が実現され得る。上記所定の充放電サイクルは、「温度40℃にて、2Cのレートで4.9Vまで定電流充電−10分間休止−2Cのレートで3.5Vまで定電流放電−10分間休止」とする。より好ましい一態様では、上記300cyc容量維持率が凡そ85%以上であり、さらに好ましくは凡そ88%以上(例えば90%以上)である。 Thus, according to the lithium ion secondary battery of the aspect in which the electrolyte gel Q is interposed between the electrolytic solution P containing the SEI forming material and the positive electrode active material, in the corresponding laminated cell type evaluation battery having a theoretical capacity of 30 mAh, Preferably, in an evaluation test in which a predetermined charge / discharge cycle is repeated 300 cycles in a state in which the SOC is adjusted to 60% at a rate of 1/5 C at a temperature of 25 ° C. and restrained by applying a 350 kg / 25 cm 2 load. The 300 cyc capacity retention rate (%) obtained as a percentage of the discharge capacity after the end of the cycle with respect to the initial capacity is approximately 80% or more. The predetermined charging / discharging cycle is “constant current charging up to 4.9 V at a rate of 2 C at a temperature of 40 ° C.—pause for 10 minutes—constant current discharge to 3.5 V at a rate of 2 C—pause for 10 minutes”. In a more preferred embodiment, the 300 cyc capacity retention rate is about 85% or more, more preferably about 88% or more (for example, 90% or more).

<固体状の非流動性電解質Qを備えたリチウムイオン二次電池の構成例>
本発明の他の一実施態様に係るリチウムイオン二次電池500は、図6に示されるように、容器510内に、正極集電体532上に正極活物質層634を有する正極630と、負極集電体542上に負極活物質層544を有する負極540と、液状電解質(電解液P)537とを備える。さらに、正極630と負極540との間に介在された絶縁層550を備えることが好ましい。正極活物質層634は正極活物質634Aを主成分とする層であり、負極活物質層544は負極活物質544Aを主成分とする層である。図7に模式的に示されるように、正極活物質634Aの粒子表面の少なくとも一部(図7に示す例では表面全体)は、固体電解質634Bで被覆されている。すなわち、正極活物質634Aと固体電解質634Bとは粒子レベルで複合化されている。したがって、液状電解質537は、負極活物質層544には接するが、正極活物質634Aには直に接しないように該電池内に含まれている。
<Configuration example of a lithium ion secondary battery provided with a solid non-fluid electrolyte Q>
As shown in FIG. 6, a lithium ion secondary battery 500 according to another embodiment of the present invention includes a positive electrode 630 having a positive electrode active material layer 634 on a positive electrode current collector 532, and a negative electrode in a container 510. A negative electrode 540 having a negative electrode active material layer 544 over a current collector 542 and a liquid electrolyte (electrolytic solution P) 537 are provided. Furthermore, it is preferable to include an insulating layer 550 interposed between the positive electrode 630 and the negative electrode 540. The positive electrode active material layer 634 is a layer mainly containing the positive electrode active material 634A, and the negative electrode active material layer 544 is a layer mainly containing the negative electrode active material 544A. As schematically shown in FIG. 7, at least a part of the particle surface of positive electrode active material 634A (the entire surface in the example shown in FIG. 7) is covered with solid electrolyte 634B. That is, the positive electrode active material 634A and the solid electrolyte 634B are combined at the particle level. Therefore, the liquid electrolyte 537 is included in the battery so as to contact the negative electrode active material layer 544 but not directly contact the positive electrode active material 634A.

正極活物質634Aとしては、ゲル状の非流動性電解質Qを備える態様における正極活物質と同様のものを好ましく用いることができる。この正極活物質の粒子表面を被覆する固体電解質としては、当該正極活物質よりも高い耐酸化性を有し、電池の使用条件(満充電電位)において電気化学的に変化し難い固体であって、リチウムイオン伝導性を有する物質が好ましい。好ましく使用され得る固体電解質としては、例えば、アルミニウム置換リン酸ゲルマニウムリチウム(典型的には、Li1+xAlGe2−x(PO(0.2≦x≦0.8)で表わされる固体電解質)が挙げられる。他の好ましい固体電解質として、リン酸リチウム系固体電解質(典型的にはLiPOであり、Liの一部を他の元素で置換した組成であってもよい。)、LiO−B固溶体等が例示される。リチウムを含む組成の固体電解質が好ましい。 As the positive electrode active material 634A, the same material as the positive electrode active material in the embodiment including the gel-like non-fluidic electrolyte Q can be preferably used. The solid electrolyte that covers the particle surface of the positive electrode active material is a solid that has higher oxidation resistance than the positive electrode active material and hardly changes electrochemically under the use conditions (full charge potential) of the battery. A substance having lithium ion conductivity is preferable. As a solid electrolyte that can be preferably used, for example, aluminum-substituted lithium germanium phosphate (typically represented by Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0.2 ≦ x ≦ 0.8) Solid electrolyte). As another preferable solid electrolyte, a lithium phosphate solid electrolyte (typically Li 3 PO 4 , which may have a composition in which a part of Li is substituted with another element), Li 2 O—B Examples include 2 O 3 solid solution. A solid electrolyte having a composition containing lithium is preferred.

かかる正極活物質と固体電解質との複合体は、例えば、上記正極活物質の粒子表面を上記固体電解質の前駆体Spによって被覆し、この前駆体Sp被覆正極活物質粒子を所定の条件下において焼成することにより形成することができる。上記正極活物質粒子表面の上記前駆体Spによる被覆(コーティング)は、例えば、遠心力を利用して粒子同士の衝突エネルギーによりコーティング処理する装置等を用いて好ましく実施することができる。かかる装置としては、例えば、ホソカワミクロン社製型式「ノビルタ NOB−MINI」またはその相当品を使用することができる。   Such a composite of a positive electrode active material and a solid electrolyte is obtained, for example, by coating the particle surface of the positive electrode active material with the precursor Sp of the solid electrolyte, and firing the precursor Sp-coated positive electrode active material particles under predetermined conditions. Can be formed. The coating (coating) of the surface of the positive electrode active material particles with the precursor Sp can be preferably performed using, for example, a device that performs a coating process using a collision energy between particles using a centrifugal force. As such an apparatus, for example, “Nobilta NOB-MINI” manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd. or its equivalent can be used.

上記複合体を形成する際の焼成温度は、上記前駆体Sp(典型的にはアモルファス粉末状)が結晶化して所望の固体電解質を形成し得る温度以上の温度に設定することが好ましい。かかる結晶化は、上記固体電解質のリチウムイオン伝導性を向上させ得る。例えば、固体電解質がLi1+xAlGe2−x(POである場合、その前駆体(正極活物質表面に付着した前駆体)を温度700℃以上(好ましくは700℃〜750℃)で焼成することが好ましい。上記正極活物質と上記固体電解質との質量比(正極活物質:固体電解質)は、例えば、99.9:0.1〜90:10(典型的には99.8:0.2〜95:5、例えば99.5:0.5〜97.5:2.5)程度とすることができる。これは、例えば、上記正極活物質粒子を上記固体電解質前駆体Spで被覆する際の質量比を、上記正極活物質と固体電解質との質量比と概ね同程度とすることによって実現することができる。上記質量比を99.5:0.5〜98.5:1.5程度としてもよい。正極活物質の質量に対する固体電解質の質量が多すぎると、電池の内部抵抗が大きくなって出力特性が低下傾向となることがあり得る。正極活物質の質量に対する固体電解質の質量が少なすぎると、正極活物質の表面を固体電解質で被覆し難くなることがあり得る。 The firing temperature for forming the composite is preferably set to a temperature equal to or higher than the temperature at which the precursor Sp (typically amorphous powder) can be crystallized to form a desired solid electrolyte. Such crystallization can improve the lithium ion conductivity of the solid electrolyte. For example, when the solid electrolyte is Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 , the precursor (precursor attached to the surface of the positive electrode active material) has a temperature of 700 ° C. or higher (preferably 700 ° C. to 750 ° C.). It is preferable to fire at. The mass ratio of the positive electrode active material to the solid electrolyte (positive electrode active material: solid electrolyte) is, for example, 99.9: 0.1 to 90:10 (typically 99.8: 0.2 to 95: 5, for example, about 99.5: 0.5 to 97.5: 2.5). This can be achieved, for example, by setting the mass ratio when the positive electrode active material particles are coated with the solid electrolyte precursor Sp to be approximately the same as the mass ratio of the positive electrode active material and the solid electrolyte. . The mass ratio may be about 99.5: 0.5 to 98.5: 1.5. If the mass of the solid electrolyte relative to the mass of the positive electrode active material is too large, the internal resistance of the battery may increase and the output characteristics may tend to be reduced. If the mass of the solid electrolyte is too small relative to the mass of the positive electrode active material, it may be difficult to coat the surface of the positive electrode active material with the solid electrolyte.

上記固体電解質の前駆体Spは、固体電解質に含まれる各元素源を含む溶液を所定の条件下で乾燥または仮焼成することによって調製することができる。例えば、Li1+xAlGe2−x(POの前駆体は、Li源、Al源、Ge源、P源を、これらの元素比が所望の組成比となるように混合して得られた溶液を、FCM法(Flash Creation Method)等により酸素を含む雰囲気下(典型的には空気中)において加圧しながら仮焼成することによって好ましく調製することができる。かかるFCM法を用いたコーティング装置としては、例えば、ホソカワミクロン社製の「ノビルタ NOB−MINI」またはその相当品を使用することができる。 The solid electrolyte precursor Sp can be prepared by drying or pre-baking a solution containing each element source contained in the solid electrolyte under predetermined conditions. For example, a precursor of Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 is obtained by mixing a Li source, an Al source, a Ge source, and a P source so that these element ratios have a desired composition ratio. The obtained solution can be preferably prepared by calcination under pressure in an atmosphere containing oxygen (typically in air) by the FCM method (Flash Creation Method) or the like. As a coating apparatus using the FCM method, for example, “Nobilta NOB-MINI” manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd. or an equivalent thereof can be used.

このような固体電解質Qを備える態様のリチウムイオン二次電池において、電解液Pの構成成分としては、上述した電解質ゲルQを備える態様において説明した電解液Pと同様のものを用いることができる。例えば、固体状の非流動性電解質(固体電解質)Qと、SEI形成材料としてVCを含む電解液Pとを組み合わせた構成を好ましく採用し得る。上記電解液Pに含まれるSEI形成材料の量は適宜選択すればよく、例えば0.1〜3wt%(質量%)程度とすることができる。   In the lithium ion secondary battery having such a solid electrolyte Q, as the constituent component of the electrolyte P, the same components as the electrolyte P described in the aspect having the electrolyte gel Q described above can be used. For example, a configuration in which a solid non-flowable electrolyte (solid electrolyte) Q and an electrolytic solution P containing VC as an SEI forming material can be preferably employed. What is necessary is just to select suitably the quantity of the SEI formation material contained in the said electrolyte solution P, for example, can be about 0.1-3 wt% (mass%).

このようにSEI形成材料を含む電解液Pと正極活物質との間に固体電解質Qが介在された構成のリチウムイオン二次電池によると、対応する理論容量60mAhのラミネートセル型評価用電池において、好ましくは以下の特性:温度25℃にて、1/5CのレートでSOC60%に調製した後、350kg/25cmの負荷をかけて拘束した状態で所定の充放電サイクルを100サイクル繰り返す評価試験において、その初期容量に対するサイクル終了後の放電容量の百分率として求められる100cyc容量維持率(%)が凡そ80%以上である;が実現され得る。上記所定の充放電サイクルは、「温度60℃にて、2Cのレートで4.9Vまで定電流充電−10分間休止−2Cのレートで3.5Vまで定電流放電−10分間休止」とする。より好ましい一態様では、同じサイクルをさらに100サイクル繰り返した後に同様に求められる200cyc容量維持率が凡そ43%以上であり、さらに好ましくは凡そ45%以上(例えば50%以上)である。 Thus, according to the lithium ion secondary battery having a configuration in which the solid electrolyte Q is interposed between the electrolytic solution P containing the SEI forming material and the positive electrode active material, in the corresponding laminated cell type evaluation battery having a theoretical capacity of 60 mAh, Preferably, in an evaluation test in which a predetermined charge / discharge cycle is repeated 100 cycles in a state where the SOC is adjusted to 60% at a rate of 1/5 C at a temperature of 25 ° C. and then restrained by applying a 350 kg / 25 cm 2 load. The 100 cyc capacity retention rate (%) obtained as a percentage of the discharge capacity after the end of the cycle with respect to the initial capacity is approximately 80% or more. The predetermined charging / discharging cycle is “constant current charging at a temperature of 60 ° C. up to 4.9 V at a rate of 2 C—pause for 10 minutes—constant current discharge to 3.5 V at a rate of 2 C—pause for 10 minutes”. In a more preferred embodiment, the 200 cyc capacity retention rate obtained in the same manner after repeating the same cycle for another 100 cycles is about 43% or more, more preferably about 45% or more (for example, 50% or more).

この明細書により開示される事項には、ここに開示されるいずれかのリチウムイオン二次電池を、上記上限電圧値が4.3V以上(典型的には4.5V以上、例えば4.7V以上)に設定された充放電条件で使用する方法が含まれる。また、かかるリチウムイオン二次電池(複数個の電池を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態であってもよい。)と、該電池を上記上限電圧値となり得るように設定された充放電条件で制御する制御機構(制御装置)とを備えた電源装置が含まれる。   The matter disclosed in this specification includes any of the lithium ion secondary batteries disclosed herein having an upper limit voltage value of 4.3 V or higher (typically 4.5 V or higher, for example, 4.7 V or higher. ) And a method for use under the charge / discharge conditions set. Further, such a lithium ion secondary battery (may be in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are connected in series and / or in parallel) and the battery is set so as to be the above upper limit voltage value. And a power supply device including a control mechanism (control device) that controls the charging / discharging conditions.

上記電源装置は、例えば図8に示す電源装置800のように、リチウムイオン二次電池500と、これに接続された負荷802と、リチウムイオン二次電池500の状態に応じて負荷802の作動を調節する電子制御ユニット(ECU)804とを含む構成であり得る。負荷802は、リチウムイオン二次電池500に蓄えられた電力を消費する電力消費機および/または電池500に充電可能な電力供給機(充電器)を含み得る。ECU804は、所定の情報に基づいて、電池500の上限電圧値が4.3V以上の所定値(例えば4.5V)となるように負荷802を制御する。ECU804の典型的な構成には、少なくとも、かかる制御を行うためのプログラムを記憶したROM(Read Only Memory)と、そのプログラムを実行可能なCPU(Central Processing Unit)とが含まれる。上記所定の情報としては、例えば、電池500の電圧、各電極電位、充放電履歴、等のうち一または二以上の情報を利用可能である。ここに開示されるリチウムイオン二次電池500は、例えば、図8に示すような電源装置800の一構成要素として、図3に示すような車両(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)1に搭載され得る。   For example, as in the power supply device 800 shown in FIG. 8, the power supply device operates the load 802 according to the state of the lithium ion secondary battery 500, the load 802 connected thereto, and the lithium ion secondary battery 500. The electronic control unit (ECU) 804 to be adjusted may be included. The load 802 may include a power consumer that consumes the power stored in the lithium ion secondary battery 500 and / or a power supply device (charger) that can charge the battery 500. Based on the predetermined information, the ECU 804 controls the load 802 so that the upper limit voltage value of the battery 500 becomes a predetermined value (for example, 4.5 V) equal to or higher than 4.3V. A typical configuration of the ECU 804 includes at least a ROM (Read Only Memory) storing a program for performing such control, and a CPU (Central Processing Unit) capable of executing the program. As the predetermined information, for example, one or more information among the voltage of the battery 500, each electrode potential, charge / discharge history, and the like can be used. A lithium ion secondary battery 500 disclosed herein includes, for example, a vehicle (typically an automobile, particularly a hybrid automobile or an electric automobile) as shown in FIG. 3 as a component of a power supply device 800 as shown in FIG. , An automobile equipped with an electric motor such as a fuel cell automobile).

以下、図面を参照しつつ、ここに開示されるリチウムイオン二次電池のうちゲル状の非流動性電解質(電解質ゲル)Qを備える構成のものを例として、正負の電極を含む電極体と非水電解液とが角型形状の電池ケースに収容された態様のリチウムイオン二次電池100(図1)を例にして更に詳しく説明するが、本発明の適用対象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。すなわち、本発明に係るリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されず、その電池ケース、電極体等は、用途や容量に応じて、素材、形状、大きさ等を適宜選択することができる。例えば、電池ケースは、直方体状、扁平形状、円筒形状等であり得る。   Hereinafter, with reference to the drawings, an example of a lithium ion secondary battery disclosed herein is provided with a gel-like non-fluidic electrolyte (electrolyte gel) Q and an electrode body including positive and negative electrodes The lithium ion secondary battery 100 (FIG. 1) in which the water electrolyte is housed in a rectangular battery case will be described in more detail as an example, but the application target of the present invention is limited to such an embodiment. Is not intended. That is, the shape of the lithium ion secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and the battery case, electrode body, and the like can be appropriately selected in terms of material, shape, size, and the like according to the application and capacity. For example, the battery case may have a rectangular parallelepiped shape, a flat shape, a cylindrical shape, or the like.

リチウムイオン二次電池100は、図1および図2に示されるように、捲回電極体20を、電解液P(符号37で表わす。)とともに、該電極体20の形状に対応した扁平な箱状の電池ケース10の開口部12より内部に収容し、該ケース10の開口部12を蓋体14で塞ぐことによって構築することができる。また、蓋体14には、外部接続用の正極端子38および負極端子48が、それら端子の一部が蓋体14の表面側に突出するように設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion secondary battery 100 includes a wound electrode body 20 and a flat box corresponding to the shape of the electrode body 20 together with the electrolyte P (represented by reference numeral 37). The battery case 10 is housed inside the opening 12 of the battery case 10 and the opening 12 of the case 10 is closed by the lid 14. The lid body 14 is provided with a positive terminal 38 and a negative terminal 48 for external connection so that a part of the terminals protrudes to the surface side of the lid body 14.

上記電極体20は、長尺シート状の正極集電体32の表面に正極活物質層34が形成され、さらに電解質ゲルQ(符号36で表わす。)が付与された正極シート30と、長尺シート状の負極集電体42の表面に負極活物質層44が形成された負極シート40とを、典型的には2枚の長尺シート状のセパレータ50と共に重ね合わせて捲回し、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扁平形状に成形されている。なお、上述のとおり、電解質ゲル36を絶縁層として機能し得る厚みとする場合等には、セパレータ50の使用を省くことも可能である。   The electrode body 20 includes a positive electrode sheet 30 in which a positive electrode active material layer 34 is formed on the surface of a long sheet-like positive electrode current collector 32 and an electrolyte gel Q (denoted by reference numeral 36) is further provided. The negative electrode sheet 40 in which the negative electrode active material layer 44 was formed on the surface of the sheet-like negative electrode current collector 42 was typically overlapped with two long sheet-like separators 50 and wound. It is formed into a flat shape by squeezing the rolled body from the side direction and causing it to be ablated. As described above, when the electrolyte gel 36 has a thickness that can function as an insulating layer, the use of the separator 50 can be omitted.

正極シート30は、その長手方向に沿う一方の端部において正極集電体32が露出している。同様に、捲回される負極シート40は、その長手方向に沿う一方の端部において、負極集電体42が露出している。そして、正極集電体32の該露出端部に正極端子38が、負極集電体42の該露出端部には負極端子48がそれぞれ接合され、上記扁平形状に形成された捲回電極体20の正極シート30または負極シート40と電気的に接続されている。正負極端子38,48と正負極集電体32,42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。   The positive electrode sheet 30 has a positive electrode current collector 32 exposed at one end along the longitudinal direction. Similarly, in the negative electrode sheet 40 to be wound, the negative electrode current collector 42 is exposed at one end portion along the longitudinal direction. Then, the positive electrode terminal 38 is joined to the exposed end portion of the positive electrode current collector 32, and the negative electrode terminal 48 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 42, respectively. The positive electrode sheet 30 or the negative electrode sheet 40 is electrically connected. The positive and negative terminals 38 and 48 and the positive and negative current collectors 32 and 42 can be joined by, for example, ultrasonic welding, resistance welding, or the like.

正極シート30は、上述のように、例えば、上述した正極活物質を、必要に応じて用いられる導電材や結着剤(バインダ)等とともに適当な溶媒(例えば、NMP等)に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物(正極合材)を用意し、該組成物を正極集電体32に付与し、これを乾燥させて正極活物質層34を形成することにより得られる。この正極活物質層に、上述した手法に準じて上記ポリマー前駆体Qp溶液を十分に含浸させ、余剰分のポリマー前駆体Qp溶液があればこれを除去した後、重合反応に供し、電解質組成物Qからなるゲル相36をさらに付与する。正極活物質層に含まれる正極活物質の量は、例えば、69〜98質量%程度とすることができる。   As described above, the positive electrode sheet 30 is, for example, a paste in which the above-described positive electrode active material is dispersed in an appropriate solvent (for example, NMP) together with a conductive material, a binder (binder), and the like used as necessary. Or a slurry-like composition (positive electrode mixture) is prepared, applied to the positive electrode current collector 32, and dried to form the positive electrode active material layer 34. The positive electrode active material layer is sufficiently impregnated with the polymer precursor Qp solution in accordance with the above-described method, and if there is an excess of the polymer precursor Qp solution, it is removed and then subjected to a polymerization reaction to obtain an electrolyte composition. A gel phase 36 comprising Q is further applied. The amount of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer can be, for example, about 69 to 98% by mass.

なお、固体状の非流動性電解質(固体電解質)Qを備えるリチウムイオン二次電池または該電池用の正極シートの作製においては、正極活物質と固体電解質との複合体を、必要に応じて用いられる導電材や結着剤等とともに適当な溶媒に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物を正極集電体32に付与するとよい。正極活物質層に含まれる上記複合体(すなわち、正極活物質と固体電解質との複合体)の量は、例えば、69〜98質量%程度とすることができる。   In the production of a lithium ion secondary battery having a solid non-fluid electrolyte (solid electrolyte) Q or a positive electrode sheet for the battery, a composite of a positive electrode active material and a solid electrolyte is used as necessary. A paste-like or slurry-like composition dispersed in an appropriate solvent together with the conductive material and the binder to be used may be applied to the positive electrode current collector 32. The amount of the composite (that is, the composite of the positive electrode active material and the solid electrolyte) contained in the positive electrode active material layer can be, for example, about 69 to 98% by mass.

導電材としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等の導電性粉末材料が好ましく用いられる。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、グラファイト粉末等が好ましい。導電材は、一種のみを単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。
正極活物質層に含まれる導電材の量は、正極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよく、例えば、1〜30質量%程度とすることができる。
As the conductive material, a conductive powder material such as carbon powder or carbon fiber is preferably used. As the carbon powder, various carbon blacks such as acetylene black, furnace black, ketjen black, and graphite powder are preferable. A conductive material can be used alone or in combination of two or more.
What is necessary is just to select suitably the quantity of the electrically conductive material contained in a positive electrode active material layer according to the kind and quantity of a positive electrode active material, for example, can be about 1-30 mass%.

結着剤としては、種々の結着性ポリマー類から選択される一種または二種以上を用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリプロピレンオキサイド(PPO)、ポリエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体(PEO−PPO)等の有機溶媒溶解性のポリマーを好ましく使用することができる。他の使用可能な結着剤としては、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)、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート(HPMCP)、ポリビニルアルコール(PVA)等の水溶性ポリマー;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重含体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレンブタジエンブロック共重合体(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)、アラビアゴム等のゴム類(水分散性ポリマー);等が挙げられる。正極活物質層に含まれる結着剤の量は、正極活物質および導電材の種類や量に応じて適宜選択すればよく、例えば、1〜10質量%程度とすることができる。   As the binder, one or two or more selected from various binding polymers can be used. For example, an organic solvent-soluble polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene oxide-propylene oxide copolymer (PEO-PPO) is used. It can be preferably used. Examples of other usable binders include carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), cellulose acetate phthalate (CAP), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), hydroxypropylmethylcellulose phthalate (HPMCP), polyvinyl alcohol ( Water-soluble polymers such as PVA); polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoro Fluorine resin such as ethylene copolymer (ETFE), ethylene-vinyl acetate copolymer, styrene butadiene block copolymer (SBR), acrylic acid modified SBR resin (SBR latex) Scan), rubber such as gum arabic (water dispersible polymer); and the like. What is necessary is just to select the quantity of the binder contained in a positive electrode active material layer suitably according to the kind and quantity of a positive electrode active material and a electrically conductive material, for example, it can be set as about 1-10 mass%.

正極集電体32には、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、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体32の形状は、リチウムイオン二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。本実施形態ではシート状のアルミニウム製の正極集電体32が用いられ、捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100に好ましく使用され得る。かかる実施形態では、例えば、厚みが10μm〜30μm程度のアルミニウムシートが好ましく使用され得る。   For the positive electrode current collector 32, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used. For example, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used. The shape of the positive electrode current collector 32 may vary depending on the shape of the lithium ion secondary battery, and is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. . In the present embodiment, a sheet-like aluminum positive electrode current collector 32 is used, and can be preferably used for the lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20. In such an embodiment, for example, an aluminum sheet having a thickness of about 10 μm to 30 μm can be preferably used.

負極シート40は、例えば、負極活物質を、必要に応じて結着剤(バインダ)等とともに適当な溶媒に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物(負極合材)を負極集電体42に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。   The negative electrode sheet 40 includes, for example, a paste or slurry composition (negative electrode mixture) in which a negative electrode active material is dispersed in an appropriate solvent together with a binder (binder) as necessary. And the composition can be preferably prepared by drying.

負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質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、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状の炭素材料(カーボン粒子)を用いることができる。いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもののいずれも好ましく使用され得る。具体例として、天然黒鉛等が挙げられる。   As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. For example, a particulate carbon material (carbon particles) including a graphite structure (layered structure) at least in part can be used. Any of so-called graphitic (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), and those having a combination of these may be preferably used. Specific examples include natural graphite.

結着剤には、上述の正極と同様のものから選択される一種または二種以上を用いることができる。負極活物質層に含まれる結着剤の量は特に制限されず、負極活物質の種類や量に応じて適宜選択すればよい。   As the binder, one kind or two or more kinds selected from those similar to the above-described positive electrode can be used. The amount of the binder contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type and amount of the negative electrode active material.

負極集電体42としては、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、銅または銅を主成分とする合金を用いることができる。また、負極集電体42の形状は、リチウムイオン二次電池の形状等に応じて異なり得るため、特に制限はなく、棒状、板状、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。本実施形態ではシート状の銅製の負極集電体42が用いられ、捲回電極体20を備えるリチウムイオン二次電池100に好ましく使用され得る。かかる実施形態では、例えば、厚みが6μm〜30μm程度の銅製シートを好ましく使用され得る。   As the negative electrode current collector 42, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used. For example, copper or an alloy containing copper as a main component can be used. In addition, the shape of the negative electrode current collector 42 may vary depending on the shape of the lithium ion secondary battery and the like, and thus is not particularly limited, and may be various forms such as a rod shape, a plate shape, a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. possible. In the present embodiment, a sheet-like copper negative electrode current collector 42 is used, and can be preferably used for the lithium ion secondary battery 100 including the wound electrode body 20. In this embodiment, for example, a copper sheet having a thickness of about 6 μm to 30 μm can be preferably used.

セパレータ50(上述の多孔質プラスチック層に相当する。)は、正極シート30および負極シート40の間に介在する層であって、典型的にはシート状をなし、正極シート30表面(電解質組成物Qにより表面が被覆された正極活物質層34)と、負極シート40表面(負極活物質層44)にそれぞれ接するように配置される。そして、正極シート30と負極シート40における両電極活物質層34,44の接触に伴う短絡防止や、該セパレータ50の空孔内に上述の電解液Pを含浸させることにより電極間の伝導パス(導電経路)を形成する役割を担っている。かかるセパレータ50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)、ポリスチレン等の多孔質ポリオレフィン系樹脂シートが好ましい。単層構造シートおよび多層構造シートのいずれであってもよい。かかる多孔質プラスチック層の好適例としては、多孔質ポリオレフィンフィルム、例えばポリエチレン(PE)単層フィルム、ポリプロピレン(PP)/PE/PP三層フィルム等が挙げられる。セパレータの厚みは、例えば、凡そ10μm〜40μmの範囲内で設定することが好ましい。   The separator 50 (corresponding to the porous plastic layer described above) is a layer interposed between the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40 and typically has a sheet shape, and the surface of the positive electrode sheet 30 (electrolyte composition). The positive electrode active material layer 34) whose surface is coated with Q and the surface of the negative electrode sheet 40 (negative electrode active material layer 44) are disposed in contact with each other. And prevention of a short circuit accompanying contact of both electrode active material layers 34 and 44 in the positive electrode sheet 30 and the negative electrode sheet 40, or a conductive path between the electrodes by impregnating the electrolyte solution P in the pores of the separator 50 ( It plays a role of forming a conductive path). As this separator 50, 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), polypropylene (PP), and polystyrene is preferred. Either a single layer structure sheet or a multilayer structure sheet may be used. Preferable examples of the porous plastic layer include porous polyolefin films such as polyethylene (PE) single layer film, polypropylene (PP) / PE / PP three layer film and the like. The thickness of the separator is preferably set within a range of approximately 10 μm to 40 μm, for example.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「部」および「%」は、特に断りがない限り質量基準である。   Hereinafter, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to such examples. In the following description, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.

<例1>
正極合材として、LiNi0.5Mn1.5(正極活物質)とアセチレンブラック(導電材)とPVDF(結着剤)とを、これらの質量比が87:10:3となるように混合し、NMPに分散させてスラリー状組成物を調製した。この正極合材スラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗付した後乾燥させて正極活物質層を形成し、ロールプレスして正極シートを作製した。この正極シートを、一角に幅10mmの帯状部が突き出た5cm×5cmの正方形に切り出した。その帯状部から上記活物質層を除去し、アルミニウム箔を露出させて端子部を形成し、端子部付きの正極シートを得た。
<Example 1>
As a positive electrode mixture, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (positive electrode active material), acetylene black (conductive material), and PVDF (binder) so that the mass ratio thereof becomes 87: 10: 3 And a slurry composition was prepared by dispersing in NMP. This positive electrode mixture slurry was applied to one side of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm and then dried to form a positive electrode active material layer, which was roll pressed to produce a positive electrode sheet. The positive electrode sheet was cut into a 5 cm × 5 cm square with a 10 mm wide strip protruding at one corner. The active material layer was removed from the belt-like portion, the aluminum foil was exposed to form a terminal portion, and a positive electrode sheet with a terminal portion was obtained.

負極合材として、天然黒鉛(負極活物質;平均粒径20μm,黒鉛化度≧0.9)とCMC(増粘剤)とSBR(結着剤)とを、これらの質量比が98:1:1となるように混合し、イオン交換水に分散させてスラリー状の組成物を調製した。この負極合材スラリーを、厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の片面に、乾燥後の塗付量が正極と負極との理論容量比で1:1.5程度となるように塗布して乾燥させた後、ロールプレスして負極シートを作製した。この負極シートを、上記端子部付正極シートと同じ面積および形状に加工して、端子部付負極シートを得た。   As a negative electrode mixture, natural graphite (negative electrode active material; average particle size 20 μm, graphitization degree ≧ 0.9), CMC (thickener), and SBR (binder) have a mass ratio of 98: 1. : 1 was mixed and dispersed in ion-exchanged water to prepare a slurry composition. This negative electrode mixture slurry was applied to one side of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector) so that the coating amount after drying was about 1: 1.5 in terms of the theoretical capacity ratio between the positive electrode and the negative electrode. And dried, and then roll pressed to produce a negative electrode sheet. This negative electrode sheet was processed into the same area and shape as the above-described positive electrode sheet with terminal portions to obtain a negative electrode sheet with terminal portions.

FECとTFDMC(FHCO(C=O)CHF)とを体積比1:1の割合で含む混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解して非水電解液Aを調製した。なお、上述した方法に従って、4.2V〜5.2Vの範囲で電圧を0.2Vずつ変え、各電圧値で10時間定電圧充電を行い、該電解液の酸化電位(すなわち、含まれる溶媒の酸化電位)を測定したところ、電解液Aの酸化電位は、5.0〜5.2Vであった。 Non-aqueous electrolyte A was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent containing FEC and TFDMC (FH 2 CO (C═O) CHF 2 ) at a volume ratio of 1: 1 to a concentration of 1 mol / L. Was prepared. According to the above-described method, the voltage is changed by 0.2 V in the range of 4.2 V to 5.2 V, and constant voltage charging is performed for 10 hours at each voltage value. When the oxidation potential was measured, the oxidation potential of the electrolytic solution A was 5.0 to 5.2V.

上記端子部付正極シートと、適切な大きさに切り出して上記電解液Aを含浸させたセパレータ(多孔質PP/PE/PP三層シート)と、上記端子部付負極シートとを、この順に重ね合わせ、ラミネートフィルムで覆った。ここへ上記電解液Aを更に注入し、該フィルムを封止して理論容量(1C容量;1Cは、1時間で満充放電可能な電流値)が30mAhのラミネートセル型電池を構築した。   The positive electrode sheet with terminal part, a separator (porous PP / PE / PP three-layer sheet) cut out to an appropriate size and impregnated with the electrolytic solution A, and the negative electrode sheet with terminal part are stacked in this order. Combined and covered with laminate film. The electrolyte solution A was further injected here, and the film was sealed to construct a laminated cell type battery having a theoretical capacity (1C capacity; 1C is a current value that can be fully charged and discharged in 1 hour) of 30 mAh.

<例2>
ECとDMCとを体積比1:1の割合で含む混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解して非水電解液Bを調製した。非水電解液Aの代わりに該非水電解液Bを用いた他は例1と同様にして、1C容量が30mAhのラミネートセル型電池を構築した。なお、上記と同様にして測定された電解液Bの酸化電位は、4.6〜4.8Vであった。
<Example 2>
LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent containing EC and DMC at a volume ratio of 1: 1 to prepare a non-aqueous electrolyte B. A laminated cell battery having a 1 C capacity of 30 mAh was constructed in the same manner as in Example 1 except that the nonaqueous electrolyte B was used instead of the nonaqueous electrolyte A. In addition, the oxidation potential of the electrolytic solution B measured in the same manner as described above was 4.6 to 4.8V.

<例3>
上記非水電解液Bに、SEI形成材料としてのビニレンカーボネート(VC)を添加して、非水電解液B・VCを調製した。VCの添加量は、体積基準で、100部の非水電解液Bに対してVC3部とした。この電解液B・VC90部とPEO系ポリマー前駆体(第一工業製薬株式会社製、品番「TA140」)10部とを混合したものに、AIBN(熱重合開始剤)0.1部を加えて攪拌し、ポリマー前駆体溶液を得た。例1の負極シートの負極活物質層上にこのポリマー前駆体溶液を押し出し圧0.05MPaにて付与した後、該負極シートを温度60℃の乾燥炉に120分間保持して重合反応を進行させ、電解質ゲルpB・VCが付与された負極シートを作製した。これを例1と同様の面積および形状に切り出した後、例1と同様にして端子部を設けた。
<Example 3>
Vinylene carbonate (VC) as an SEI forming material was added to the non-aqueous electrolyte B to prepare a non-aqueous electrolyte B / VC. The amount of VC added was 3 parts VC with respect to 100 parts non-aqueous electrolyte B on a volume basis. To a mixture of 90 parts of this electrolytic solution B / VC and 10 parts of a PEO polymer precursor (product number “TA140” manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), 0.1 part of AIBN (thermal polymerization initiator) was added. Stirring to obtain a polymer precursor solution. The polymer precursor solution was applied onto the negative electrode active material layer of the negative electrode sheet of Example 1 at an extrusion pressure of 0.05 MPa, and then the negative electrode sheet was held in a drying furnace at a temperature of 60 ° C. for 120 minutes to advance the polymerization reaction. The negative electrode sheet | seat with which electrolyte gel pB * VC was provided was produced. After this was cut out in the same area and shape as in Example 1, a terminal portion was provided in the same manner as in Example 1.

例1と同じ端子部付き正極シートと、適切な大きさに切り出して上記電解液Aを含浸させたセパレータ(多孔質PP/PE/PP三層シート)と、上記の端子部付きのpB・VCゲル付負極シートとを、この順に重ね合わせ、ラミネートフィルムで覆った。ここへ上記電解液Aを更に注入し、該フィルムを封止して、1C容量が30mAhのラミネートセル型電池を作製した。   The same positive electrode sheet with a terminal part as in Example 1, a separator (porous PP / PE / PP three-layer sheet) cut out to an appropriate size and impregnated with the electrolytic solution A, and pB · VC with the above terminal part The negative electrode sheet with gel was superposed in this order and covered with a laminate film. The electrolyte solution A was further injected therein, and the film was sealed to produce a laminated cell type battery having a 1 C capacity of 30 mAh.

<例4>
上記非水電解液Bに、SEI形成材料としてのフルオロエチレンカーボネート(FEC)を添加して、非水電解液B・FECを調製した。FECの添加量は、体積基準で、100部の非水電解液Bに対してFEC3部とした。非水電解液B・VCに代えて当該非水電解液B・FECを用いた他は例3と同様にして、電解質ゲルpB・FECが付与された負極シートを得た。pB・VCゲル付き負極シートに代えて当該pB・FECゲル付き負極シートを用いた他は例3と同様にして、1C容量が30mAhのラミネートセル型電池を構築した。
<Example 4>
Fluoroethylene carbonate (FEC) as a SEI forming material was added to the non-aqueous electrolyte B to prepare a non-aqueous electrolyte B / FEC. The amount of FEC added was 3 parts FEC with respect to 100 parts of non-aqueous electrolyte B on a volume basis. A negative electrode sheet provided with the electrolyte gel pB · FEC was obtained in the same manner as in Example 3 except that the nonaqueous electrolyte B · FEC was used instead of the nonaqueous electrolyte B · VC. A laminated cell type battery having a 1 C capacity of 30 mAh was constructed in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode sheet with pB / FEC gel was used instead of the negative electrode sheet with pB / VC gel.

<例5>
非水電解液A90部とPEO系ポリマー前駆体(第一工業製薬株式会社製、品番「TA140」)10部とを混合したものに、AIBN(熱重合開始剤)0.1部を加えて攪拌し、ポリマー前駆体溶液を得た。例1の正極シートの正極活物質層上にこのポリマー前駆体溶液を押し出し圧0.05MPaにて付与した後、該正極シートを温度60℃の乾燥炉に120分間保持して重合反応を進行させ、電解質ゲルpAが付与された正極シートを作製した。これを、例1と同様の面積および形状に加工して、端子部を設けた。
<Example 5>
To a mixture of 90 parts of nonaqueous electrolyte A and 10 parts of PEO polymer precursor (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., product number “TA140”), 0.1 part of AIBN (thermal polymerization initiator) is added and stirred. As a result, a polymer precursor solution was obtained. The polymer precursor solution was applied onto the positive electrode active material layer of the positive electrode sheet of Example 1 at an extrusion pressure of 0.05 MPa, and then the positive electrode sheet was held in a drying furnace at a temperature of 60 ° C. for 120 minutes to advance the polymerization reaction. A positive electrode sheet to which the electrolyte gel pA was applied was prepared. This was processed into the same area and shape as in Example 1 to provide a terminal portion.

上記端子部付きのpAゲル付き正極シート、上記電解液B・VCを含浸させたセパレータ(多孔質PP/PE/PP三層シート)、例1と同様の端子部付き負極シートを、この順に重ね合わせ、ラミネートフィルムで覆った。ここへ上記電解液B・VCを更に注入し、該フィルムを封止して、1C容量が30mAhのラミネートセル型電池を構築した。   The positive electrode sheet with pA gel with the terminal part, the separator impregnated with the electrolytic solution B / VC (porous PP / PE / PP three-layer sheet), and the negative electrode sheet with terminal part similar to Example 1 are stacked in this order. Combined and covered with laminate film. The electrolytic solution B / VC was further injected into this, the film was sealed, and a laminated cell type battery having a 1 C capacity of 30 mAh was constructed.

<例6>
上記電解液B・VCに代えて上記電解液B・FECを用いた他は例5と同様にして、1C容量が30mAhのラミネートセル型電池を構築した。
<Example 6>
A laminated cell type battery having a 1 C capacity of 30 mAh was constructed in the same manner as in Example 5 except that the electrolyte B / FEC was used instead of the electrolyte B / VC.

[コンディショニング処理]
例1〜6に係る各電池セルを、二枚の板で挟み、350kgf(350kg/25cm)の負荷がかかる状態に拘束した。拘束した各電池セルに対して、1/3Cのレートで4.9Vまで定電流(CC)充電する操作と、1/3Cのレートで3.5Vまで放電させる操作とを3回繰り返した。以下の測定等は、特に断りがない限り拘束したままの電池セルに対して行った。
[Conditioning process]
Each battery cell according to Examples 1 to 6 was sandwiched between two plates and restrained in a state where a load of 350 kgf (350 kg / 25 cm 2 ) was applied. For each restrained battery cell, an operation of charging a constant current (CC) to 4.9 V at a rate of 1/3 C and an operation of discharging to 3.5 V at a rate of 1/3 C were repeated three times. The following measurements and the like were performed on the battery cells that were restrained unless otherwise specified.

[初期容量]
例1〜6に係る各電池セルに対し、温度25℃にて、1/5Cのレートで両端子間の電圧が4.9VとなるまでCC充電を行った後、電流値が1/50Cとなるまで定電圧(CV)充電を行って、満充電状態とした。次いで、1/5Cのレートで電圧が3.5VとなるまでCC放電させ、このときの放電容量を測定して初期容量とした。なお、充電終了後充電機をはずしたとき(過電圧が解除された状態)の両端子間電圧は、いずれも4.7〜4.8V程度であった。
[Initial capacity]
For each battery cell according to Examples 1 to 6, CC charging was performed at a temperature of 25 ° C. at a rate of 1/5 C until the voltage between both terminals became 4.9 V, and then the current value was 1/50 C. The battery was charged at a constant voltage (CV) until it became a fully charged state. Next, CC discharge was performed at a rate of 1/5 C until the voltage reached 3.5 V, and the discharge capacity at this time was measured to obtain an initial capacity. Note that the voltage between both terminals when the charger was removed after completion of charging (the state where the overvoltage was released) was about 4.7 to 4.8 V in all cases.

[初期直流抵抗]
初期容量測定後の各電池セルに対し、温度25℃にて、1/5CのレートにてSOCが60%となるまでCC充電を行った。SOC60%に調製した各電池セルに対し、1/3C,1C,3Cのレートで充電および放電を行い、そのときの過電圧を測定した。測定された過電圧値を対応する電流値(例えば、1/3Cでは10mA)で除することで抵抗を算出して初期直流抵抗とした。
[Initial DC resistance]
Each battery cell after the initial capacity measurement was CC charged at a temperature of 25 ° C. at a rate of 1/5 C until the SOC reached 60%. Each battery cell adjusted to SOC 60% was charged and discharged at a rate of 1 / 3C, 1C, 3C, and the overvoltage at that time was measured. The resistance was calculated by dividing the measured overvoltage value by the corresponding current value (for example, 10 mA for 1/3 C) to obtain the initial DC resistance.

[保存後の容量および容量維持率]
別途作製し、コンディショニング処理を施した例1〜6に係る各電池セルを、初期容量の測定時と同様にして満充電状態とした。次いで、温度40℃で10日間保持した後、温度25℃で5時間保持し、1/5Cのレートで電圧が3.5VとなるまでCC放電させ、このときの放電容量を測定して保存後容量とした。この保存後容量の初期容量に対する百分率を保存後容量維持率として算出した。
[Capacity after storage and capacity maintenance ratio]
Each battery cell according to Examples 1 to 6, which was separately prepared and subjected to the conditioning process, was in a fully charged state in the same manner as the initial capacity measurement. Next, after holding at a temperature of 40 ° C. for 10 days, hold at a temperature of 25 ° C. for 5 hours, and CC discharge until the voltage reaches 3.5 V at a rate of 1/5 C. After measuring and storing the discharge capacity at this time The capacity. The percentage of the capacity after storage with respect to the initial capacity was calculated as the capacity maintenance ratio after storage.

[保存後の直流抵抗]
保存後の各電池セルに対し、上記初期直流抵抗と同様にして直流抵抗を測定し、保存後の直流抵抗とした。該保存後直流抵抗の初期直流抵抗に対する百分率から、抵抗増加率(%)を算出した。
[DC resistance after storage]
For each battery cell after storage, the DC resistance was measured in the same manner as the initial DC resistance, and the DC resistance after storage was determined. The resistance increase rate (%) was calculated from the percentage of the DC resistance after the storage to the initial DC resistance.

[充放電サイクル特性]
初期容量を測定した後、温度25℃にて1/5CのレートでSOC60%に調整した各電池に対し、温度40℃にて、2Cのレートで4.9VまでCC充電し、10分間休止した後、同じレートで3.5VまでCC放電し、10分間休止する充放電サイクルを、300サイクル繰り返した。その後、上記初期容量と同様にして放電容量を測定した。サイクル後の放電容量の初期容量に対する百分率を300cyc容量維持率(%)として求めた。
[Charge / discharge cycle characteristics]
After measuring the initial capacity, each battery adjusted to SOC 60% at a rate of 1/5 C at a temperature of 25 ° C. was CC charged to 4.9 V at a rate of 2 C at a temperature of 40 ° C. and rested for 10 minutes. Thereafter, a charge / discharge cycle of CC discharge to 3.5 V at the same rate and resting for 10 minutes was repeated 300 cycles. Thereafter, the discharge capacity was measured in the same manner as the initial capacity. The percentage of the discharge capacity after the cycle relative to the initial capacity was determined as a 300 cyc capacity retention rate (%).

例1〜6の電池の構成を表1に、上記評価試験の結果を表2に示す。   Table 1 shows the configurations of the batteries of Examples 1 to 6, and Table 2 shows the results of the evaluation tests.

Figure 0005720952
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Figure 0005720952
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表1,2に示されるとおり、正極側、負極側ともに同じ耐酸化性電解液Aを用いてなる例1の電池セルは、保存後の抵抗増加率は比較的低く、耐酸化性電解液を用いたことで、正極表面の抵抗増加が抑制されたものと考えられる。しかし、満充電状態にて40℃10日間保存した後の容量は初期容量から30%低下し、サイクル試験後さらに3%低下した。これは、満充電状態の電池内において、電解液中の有機溶媒が負極表面で還元分解され、大きな不可逆容量が生じたことによるものと考えられる。
また、両極側に同じ耐還元性電解液Bを用いてなる例2の電池セルは、例1の電池セルに比べて保存後の容量低下は少なかった。これは、負極での副反応(還元分解)を抑制するSEIが負極表面に効果的に形成され、不可逆容量の発生が抑制されたことによると考えられる。しかし、保存後の抵抗増加率は151%と高かった。これは、満充電状態の電池内において、電解液中の有機溶媒が正極表面で酸化され被膜を形成することにより、正極抵抗が大きく増加したことによるものと考えられる。
As shown in Tables 1 and 2, the battery cell of Example 1 using the same oxidation-resistant electrolyte A on both the positive electrode side and the negative electrode side has a relatively low resistance increase rate after storage, and the oxidation-resistant electrolyte solution By using, it is thought that the increase in resistance on the positive electrode surface was suppressed. However, the capacity after storage at 40 ° C. for 10 days in a fully charged state decreased by 30% from the initial capacity, and further decreased by 3% after the cycle test. This is presumably because the organic solvent in the electrolytic solution was reduced and decomposed on the negative electrode surface in the fully charged battery, resulting in a large irreversible capacity.
In addition, the battery cell of Example 2 using the same reduction-resistant electrolyte B on both electrode sides had less capacity reduction after storage than the battery cell of Example 1. This is considered to be because SEI that suppresses side reactions (reductive decomposition) at the negative electrode was effectively formed on the surface of the negative electrode, and the generation of irreversible capacity was suppressed. However, the rate of increase in resistance after storage was as high as 151%. This is considered to be due to the fact that in the fully charged battery, the organic solvent in the electrolytic solution is oxidized on the surface of the positive electrode to form a film, thereby greatly increasing the positive electrode resistance.

また、正極側に耐酸化性電解液Aを用い、負極側に電解質ゲルpB・VCまたはpB・FECを用いてなる例3,4の電池セルは、保存後の容量低下および抵抗増加率は比較的小さかった。これは、正極側に耐酸化性電解液を用い、負極側に電解質ゲルを用いることで、これら電解質組成物が分離された状態が維持されたことによる効果と考えられる。これに対し、サイクル後において容量が25〜30%程度低下し、例1,2と同程度であったことは、負極側の電解質ゲルに添加したSEI形成材料の効果が十分でなかったことによるものと考えられる。具体的には、例えば、充放電サイクルの繰り返しにおいて負極が膨張収縮を繰り返すことでSEIの欠損(クラック等)が生じても、ゲル内ではSEI形成材料の移動性が著しく低下するので、SEI形成材料が負極表面に届きにくく、SEIの補修が困難になることによると考えられる。   In addition, the battery cells of Examples 3 and 4 using the oxidation-resistant electrolytic solution A on the positive electrode side and the electrolyte gel pB · VC or pB · FEC on the negative electrode side are compared in capacity decrease and resistance increase rate after storage. It was small. This is considered to be due to the fact that the separated state of these electrolyte compositions was maintained by using an oxidation-resistant electrolyte solution on the positive electrode side and an electrolyte gel on the negative electrode side. On the other hand, the capacity decreased by about 25 to 30% after the cycle and was the same as in Examples 1 and 2, because the effect of the SEI forming material added to the electrolyte gel on the negative electrode side was not sufficient. It is considered a thing. Specifically, for example, even if SEI defects (cracks, etc.) occur due to repeated expansion and contraction of the negative electrode during repeated charge / discharge cycles, the mobility of the SEI-forming material is remarkably reduced in the gel. It is thought that this is because the material is difficult to reach the negative electrode surface and repair of SEI becomes difficult.

例1〜4の電池セルに対し、正極側に電解質ゲルpAを用い、負極側に電解液B・VCまたはB・FECを用いてなる例5,6の電池セルは、満充電状態での40℃10日間保存後における容量およびサイクル試験後の容量のいずれもが初期容量の90%以上と非常に高かった。さらには、満充電40℃10日間保存の前後において、直流抵抗の増加率が十分に抑制されていた。抵抗増加率が小さかったのは、耐酸化性の電解質ゲルが正極側に配置され且つ負極側の電解液から分離されたことにより、正極表面での副反応(酸化反応)が抑制されたことによると考えられる。また、負極側に電解質溶液が配置され且つSEI形成材料が該溶液中に含まれることにより、負極表面にSEIが形成され且つSEIが欠損しても効果的に補修されたことによるものと考えられる。   For the battery cells of Examples 1 to 4, the battery cells of Examples 5 and 6 using the electrolyte gel pA on the positive electrode side and the electrolyte B · VC or B · FEC on the negative electrode side are 40 in a fully charged state. Both the capacity after storage at 10 ° C. for 10 days and the capacity after the cycle test were as high as 90% or more of the initial capacity. Furthermore, the increase rate of DC resistance was sufficiently suppressed before and after full charge storage at 40 ° C. for 10 days. The rate of increase in resistance was small because the oxidation-resistant electrolyte gel was disposed on the positive electrode side and separated from the electrolyte solution on the negative electrode side, thereby suppressing side reactions (oxidation reaction) on the positive electrode surface. it is conceivable that. Further, it is considered that the electrolyte solution is arranged on the negative electrode side and the SEI forming material is contained in the solution, so that even if SEI is formed on the negative electrode surface and the SEI is lost, it is effectively repaired. .

<例7>
ホソカワミクロン株式会社製の粒子設計装置「ナノクリエータFCM」を用い、FCM(Flash Creation Method)法に従って、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO(LAGP)の前駆体(アモルファス粉末)を正極活物質用コート材として調製した。詳しくは、Li源としてのナフテン酸リチウム溶液(溶媒:ホワイトスピリット;Li濃度1.2%),Al源としてのエチル−アセトアセテート−アルミニウム−ジ−n−ブチレート(Ethyl acetoacetato aluminum di−n−butyrate)溶液(溶媒:ミネラルスピリット;Al濃度:5.8%),Ge源としてのゲルマニウム溶液(溶媒:ミネラルスピリット;Ge濃度:9.8%),P源としてのジエチルホスホノ酢酸(P濃度:13.4%)を、Li:Al:Ge:P=1.5:0.5:1.5:3となるように混合してLAGP前駆体溶液を調製した。このLAGP前駆体溶液を、FCM法により、酸素流量30L/分、チャンバー内圧10Paの条件下において仮焼成してLAGP前駆体(アモルファス粉末状の正極活物質用コート材)を得た。
<Example 7>
A precursor of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAGP) according to the FCM (Flash Creation Method) method using a particle design device “NanoCreator FCM” manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd. Powder) was prepared as a coating material for a positive electrode active material. Specifically, lithium naphthenate solution as a Li source (solvent: white spirit; Li concentration 1.2%), ethyl-acetoacetate-aluminum-di-n-butyrate as an Al source (Ethyl acetateto aluminum di-n-butylate) ) Solution (solvent: mineral spirit; Al concentration: 5.8%), germanium solution as Ge source (solvent: mineral spirit; Ge concentration: 9.8%), diethylphosphonoacetic acid (P concentration: P source) 13.4%) was mixed so that Li: Al: Ge: P = 1.5: 0.5: 1.5: 3 to prepare a LAGP precursor solution. This LAGP precursor solution was pre-fired by the FCM method under the conditions of an oxygen flow rate of 30 L / min and a chamber internal pressure of 10 4 Pa to obtain a LAGP precursor (amorphous powdery coating material for positive electrode active material).

LiNi0.5Mn1.5(平均粒径6μm,比表面積0.7m/g)(正極活物質)100部と、上記LAGP前駆体1.5部とを、コーティング装置(ホソカワミクロン社製、型式「ノビルタ NOB−MINI」;遠心力を利用した粒子同士の衝突エネルギーによりコーティングする装置)に投入し、回転速度5000rpmの条件で30分間コーティング処理を施した。得られたコート材付正極活物質を、温度700℃の空気中で2時間焼成し、LAGPによって表面が被覆された正極活物質―LAGP複合体を得た。これをSEM(走査電子顕微鏡)にて観察したところ、上記正極活物質の一次粒子表面がLAGPによって被覆されている(LAGP層を有する)ことが確認された。 100 parts of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (average particle size 6 μm, specific surface area 0.7 m 2 / g) (positive electrode active material) and 1.5 parts of the LAGP precursor were coated with a coating apparatus (Hosokawa Micron Corporation). Manufactured and manufactured by “Nobilta NOB-MINI”; an apparatus for coating by collision energy between particles utilizing centrifugal force), and subjected to a coating treatment for 30 minutes at a rotational speed of 5000 rpm. The obtained positive electrode active material with a coating material was fired in air at a temperature of 700 ° C. for 2 hours to obtain a positive electrode active material-LAGP composite whose surface was coated with LAGP. When this was observed with an SEM (scanning electron microscope), it was confirmed that the primary particle surface of the positive electrode active material was covered with LAGP (having a LAGP layer).

上記正極活物質―LAGP複合体とアセチレンブラック(導電材)とPVDF(結着剤)とを、これらの質量比が87:10:3となるように混合し、NMPに分散させてスラリー状組成物を調製した。この正極合材スラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗付した後乾燥させて正極活物質層を形成し、ロールプレスして正極シートを作製した。この正極シートを、一角に幅10mmの帯状部が突き出た5cm×5cmの正方形に切り出した。その帯状部から上記活物質層を除去し、アルミニウム箔を露出させて端子部を形成し、端子部付きの正極シートを得た。   The positive electrode active material-LAGP composite, acetylene black (conductive material) and PVDF (binder) are mixed so that the mass ratio is 87: 10: 3, and dispersed in NMP to form a slurry composition. A product was prepared. This positive electrode mixture slurry was applied to one side of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm and then dried to form a positive electrode active material layer, which was roll pressed to produce a positive electrode sheet. The positive electrode sheet was cut into a 5 cm × 5 cm square with a 10 mm wide strip protruding at one corner. The active material layer was removed from the belt-like portion, the aluminum foil was exposed to form a terminal portion, and a positive electrode sheet with a terminal portion was obtained.

天然黒鉛(負極活物質;平均粒径20μm,黒鉛化度≧0.9,比表面積(BET(窒素吸着)法)4m/g)とCMC(増粘剤)とSBR(結着剤)とを、これらの質量比が98:1:1となるように混合し、イオン交換水に分散させてスラリー状の組成物を調製した。この負極合材スラリーを、厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の片面に、乾燥後の塗付量が正極と負極との理論容量比で1:1.5程度となるように塗布して乾燥させた後、ロールプレスして負極シートを作製した。この負極シートを、上記端子部付正極シートと同じ面積および形状に加工して、端子部付負極シートを得た。 Natural graphite (negative electrode active material; average particle size 20 μm, degree of graphitization ≧ 0.9, specific surface area (BET (nitrogen adsorption) method) 4 m 2 / g), CMC (thickener) and SBR (binder) Were mixed so that these mass ratios might become 98: 1: 1, and it was made to disperse | distribute to ion-exchange water, and the slurry-like composition was prepared. This negative electrode mixture slurry was applied to one side of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector) so that the coating amount after drying was about 1: 1.5 in terms of the theoretical capacity ratio between the positive electrode and the negative electrode. And dried, and then roll pressed to produce a negative electrode sheet. This negative electrode sheet was processed into the same area and shape as the above-described positive electrode sheet with terminal portions to obtain a negative electrode sheet with terminal portions.

ECとEMCとを体積比3:7の割合で含む混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解して非水電解液Cを調製した。これに、VCを0.5%の濃度となるように添加して非水電解液C・VC0.5を得た。なお、上述した方法に従って、4.2V〜5.2Vの範囲で電圧を0.2Vずつ変え、各電圧値で10時間定電圧充電を行い、該電解液の酸化電位(すなわち、含まれる溶媒の酸化電位)を測定したところ、電解液C・VC0.5の酸化電位は、4.6〜4.8Vであった。 LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent containing EC and EMC at a volume ratio of 3: 7 so as to have a concentration of 1 mol / L to prepare a non-aqueous electrolyte C. To this, VC was added to a concentration of 0.5% to obtain a non-aqueous electrolyte C · VC 0.5 . According to the above-described method, the voltage is changed by 0.2 V in the range of 4.2 V to 5.2 V, and constant voltage charging is performed for 10 hours at each voltage value. When the oxidation potential was measured, the oxidation potential of the electrolytic solution C · VC 0.5 was 4.6 to 4.8V.

上記端子部付正極シートと、適切な大きさに切り出して上記電解液C・VCを含浸させたセパレータ(多孔質PP/PE/PP三層シート)と、上記端子部付負極シートとを、この順に重ね合わせ、ラミネートフィルムで覆った。ここへ上記電解液Aを更に注入し、該フィルムを封止して理論容量が60mAhのラミネートセル型電池を構築した。   The positive electrode sheet with terminal part, a separator (porous PP / PE / PP three-layer sheet) cut out to an appropriate size and impregnated with the electrolytic solution C / VC, and the negative electrode sheet with terminal part, They were stacked one after another and covered with a laminate film. The electrolyte solution A was further injected therein, the film was sealed, and a laminated cell type battery having a theoretical capacity of 60 mAh was constructed.

<例8>
非水電解液Cに、VCを1.0%の濃度となるように添加して非水電解液C・VC1.0を得た。この非水電解液C・VC1.0を用いた他は例7と同様にして、1C容量が60mAhのラミネートセル型電池を構築した。
<Example 8>
To non-aqueous electrolyte C, VC was added to a concentration of 1.0% to obtain non-aqueous electrolyte C · VC 1.0 . A laminated cell type battery having a 1 C capacity of 60 mAh was constructed in the same manner as in Example 7 except that this non-aqueous electrolyte C · VC 1.0 was used.

<例9>
非水電解液Cに、VCを1.5%の濃度となるように添加して非水電解液C・VC1.5を得た。この非水電解液C・VC1.5を用いた他は例7と同様にして、1C容量が60mAhのラミネートセル型電池を構築した。
<Example 9>
To non-aqueous electrolyte C, VC was added to a concentration of 1.5% to obtain non-aqueous electrolyte C · VC 1.5 . A laminated cell type battery having a 1 C capacity of 60 mAh was constructed in the same manner as in Example 7 except that this non-aqueous electrolyte C · VC 1.5 was used.

<例10>
非水電解液Cに、VCを2.0%の濃度となるように添加して非水電解液C・VC2.0を得た。この非水電解液C・VC2.0を用いた他は例7と同様にして、1C容量が60mAhのラミネートセル型電池を構築した。
<Example 10>
To non-aqueous electrolyte C, VC was added to a concentration of 2.0% to obtain non-aqueous electrolyte C · VC 2.0 . A laminated cell type battery having a 1 C capacity of 60 mAh was constructed in the same manner as in Example 7 except that this non-aqueous electrolyte C · VC 2.0 was used.

<例11>
非水電解液Cを用いた他は例7と同様にして、1C容量が60mAhのラミネートセル型電池を構築した。
<Example 11>
A laminated cell type battery having a 1 C capacity of 60 mAh was constructed in the same manner as in Example 7 except that the nonaqueous electrolytic solution C was used.

<例12>
例1の端子部付正極シートおよび非水電解液C・VC1.0を用いた他は例7と同様にして、1C容量が60mAhのラミネートセル型電池を構築した。
<Example 12>
A laminated cell type battery having a 1 C capacity of 60 mAh was constructed in the same manner as in Example 7 except that the positive electrode sheet with terminals and the non-aqueous electrolyte C · VC 1.0 of Example 1 were used.

[コンディショニング処理]
例7〜12の各電池セルを、二枚の板で挟み、350kgf(350kg/25cm)の負荷がかかる状態に拘束した。拘束した各電池セルに対して、1/5Cのレートで両端子間の電圧が4.9VまでCC充電してから同電圧値で電流値が1/50Cになるまで定電圧(CV)充電して満充電状態にする操作と、1/5Cのレートで3.5VまでCC放電させる操作とを3回繰り返した。VC残留量の測定を除き、以下の測定等は、特に断りがない限り拘束したままの電池セルに対して行った。
[Conditioning process]
Each battery cell of Examples 7 to 12 was sandwiched between two plates and restrained to a state where a load of 350 kgf (350 kg / 25 cm 2 ) was applied. For each battery cell that is restrained, the voltage between both terminals is CC charged at a rate of 1/5 C to 4.9 V, and then the constant voltage (CV) is charged until the current value becomes 1/50 C at the same voltage value. The operation of fully charging and the operation of discharging CC to 3.5 V at a rate of 1/5 C were repeated three times. Except for the measurement of the residual amount of VC, the following measurements and the like were performed on the battery cells remaining restrained unless otherwise specified.

[コンディショニング処理後のVC残留量]
コンディショニング処理後の例7〜12の各電池セルから採取した非水電解液サンプルについて、ガスクロマトグラフィー(GC)(島津製作所製の型式「GC−17A」)を用いて非水電解液中のVC残留量(%)を測定した。
[Residual VC after conditioning]
About the non-aqueous electrolyte sample extract | collected from each battery cell of Examples 7-12 after a conditioning process, VC in non-aqueous electrolyte using gas chromatography (GC) (model "GC-17A" by Shimadzu Corporation) Residual amount (%) was measured.

[初期容量]
上記と同様にしてコンディショニング処理を施した例7〜12の各電池セルに対し、上記と同様の手順にて初期容量を測定した。なお、充電終了後充電機をはずしたとき(過電圧が解除された状態)の両端子間電圧は、いずれも4.7〜4.8V程度であった。
[Initial capacity]
The initial capacity of each battery cell of Examples 7 to 12 subjected to the conditioning treatment in the same manner as described above was measured in the same procedure as described above. Note that the voltage between both terminals when the charger was removed after completion of charging (the state where the overvoltage was released) was about 4.7 to 4.8 V in all cases.

[初期直流抵抗]
例7〜12の各電池セルに対し、上記と同様の手順にて初期直流抵抗を測定した。
[Initial DC resistance]
For each battery cell of Examples 7 to 12, the initial DC resistance was measured in the same procedure as described above.

[充放電サイクル特性]
例7〜12に係る各電池セルにつき、上記のとおり初期容量を測定した後、温度60℃にて2Cのレートで4.9VまでCC充電し、10分間休止した後、同じレートで3.5VまでCC放電し、10分間休止する充放電サイクルを、100サイクル繰り返した。その後、上記初期容量と同様にして放電容量を測定し、100サイクル後の放電容量とし、初期容量に対する百分率を100cyc容量維持率(%)として求めた。100サイクル後の各電池セルにつき、最初の100サイクルと同じ充放電サイクルを、さらに100サイクル繰り返した。併せて200サイクル後の各電池につき、100cyc容量維持率と同様にして、200サイクル後の放電容量を測定し、初期容量に対する百分率を200cyc容量維持率(%)として求めた。なお、例12の電池セルについては、100cyc容量維持率が低かったため、100サイクル完了時点でサイクル試験を終了した。
[Charge / discharge cycle characteristics]
About each battery cell which concerns on Examples 7-12, after measuring initial capacity as mentioned above, CC charge to 4.9V at the rate of 2C at the temperature of 60 degreeC, and after resting for 10 minutes, it is 3.5V at the same rate. The charge / discharge cycle in which CC was discharged until 10 minutes was stopped was repeated 100 cycles. Thereafter, the discharge capacity was measured in the same manner as in the initial capacity, and the discharge capacity after 100 cycles was determined, and the percentage with respect to the initial capacity was determined as the 100 cyc capacity retention rate (%). For each battery cell after 100 cycles, the same charge / discharge cycle as the first 100 cycles was further repeated 100 cycles. In addition, for each battery after 200 cycles, the discharge capacity after 200 cycles was measured in the same manner as the 100 cyc capacity retention rate, and the percentage with respect to the initial capacity was determined as 200 cyc capacity retention rate (%). In addition, about the battery cell of Example 12, since the 100 cyc capacity | capacitance maintenance factor was low, the cycle test was complete | finished when 100 cycles were completed.

例7〜12の電池の構成を表3に、上記評価試験の結果を表4に示す。   Table 3 shows the configurations of the batteries of Examples 7 to 12, and Table 4 shows the results of the evaluation tests.

Figure 0005720952
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Figure 0005720952
Figure 0005720952

表3,4に示されるとおり、SEI形成材料としてのVCを含む電解液と、LAGPにより被覆された正極活物質とを併せて用いた例7〜10の電池セルは、温度60℃という比較的高い温度で100サイクルした後の容量維持率がいずれも80%以上という良好なサイクル特性を示した。これに対し、LAGP被覆正極活物質を用いても、SEI形成材料を含まない電解液を用いた例11の電池セルは、100cyc容量維持率が80%未満であった。これは、負極表面に形成されたSEIによってサイクル特性向上効果が発揮され得ることを示すものである。さらに、SEI形成材料を含む電解液を用いる一方でLAGPによって被覆されていない正極活物質を用いた例12の電池セルは、100cyc容量維持率が略30%程度と極めて低い値であった。この結果は、SEI形成材料が含む電解液を用いたにも拘わらず、正極の満充電電位が高いため該SEI形成材料が酸化分解して消費されてしまい、負極表面のSEI被覆が十分でなかったことを示唆している。   As shown in Tables 3 and 4, the battery cells of Examples 7 to 10 in which the electrolyte containing VC as the SEI forming material and the positive electrode active material coated with LAGP were used together had a relatively high temperature of 60 ° C. The capacity retention rate after 100 cycles at a high temperature showed good cycle characteristics of 80% or more. On the other hand, even when the LAGP-coated positive electrode active material was used, the battery cell of Example 11 using the electrolytic solution containing no SEI forming material had a 100 cyc capacity retention rate of less than 80%. This indicates that the effect of improving the cycle characteristics can be exhibited by the SEI formed on the negative electrode surface. Furthermore, the battery cell of Example 12 using the positive electrode active material that was not coated with LAGP while using the electrolytic solution containing the SEI forming material had an extremely low value of about 30% of the 100 cyc capacity retention rate. As a result, despite the use of the electrolyte contained in the SEI forming material, the full charge potential of the positive electrode is high, so that the SEI forming material is oxidized and consumed, and the SEI coating on the negative electrode surface is not sufficient. It suggests that.

また、電池構築時におけるSEI形成材料の添加量が同量(いずれも1.0%)である例8,例12の電池セルを比較すると、コンディショニング処理後のSEI形成材料の残留量は、例8が0.2%であったのに対し、例12は0.0%であった。このことは、正極活物質粒子表面にコートされた固体電解質が、SEI形成材料の酸化分解抑制効果を発揮したことを示すものである。なお、コンディショニング処理後のSEI形成材料の残留量が同じく0.0%であった例7の電池セルでは、電池構築時に0.5%添加されたSEI形成材料から負極表面に形成されたSEIの存在により、100cyc容量維持率が83.5%と、例12と比べて顕著に向上した。   Further, when the battery cells of Examples 8 and 12 in which the addition amount of the SEI forming material at the time of battery construction is the same amount (1.0% in each case) are compared, the residual amount of the SEI forming material after the conditioning treatment is 8 was 0.2%, whereas Example 12 was 0.0%. This indicates that the solid electrolyte coated on the surface of the positive electrode active material particles exhibited the effect of suppressing the oxidative decomposition of the SEI forming material. In addition, in the battery cell of Example 7 in which the residual amount of the SEI forming material after the conditioning treatment was also 0.0%, the SEI forming material formed on the negative electrode surface from the SEI forming material added at 0.5% at the time of battery construction was used. Due to the presence, the 100 cyc capacity retention rate was 83.5%, which was significantly improved compared to Example 12.

200cyc容量維持率については、例8は例7よりも10%程度高く、より優れた結果であった。これは、コンディショニング後も電解液中にSEI形成材料が残留して含まれており、この残留SEI形成材料によって、充放電サイクル中に剥離等により損傷したSEIの補修がなされたことによる効果と考えられる。
SEI形成材料の添加量が最も多い例10の電池セルは、例7〜9および例12と比べて初期抵抗が若干高かった。これは、該添加量が多くなったことで、例10の正極活物質表面の固体電解質層の厚みが増したことによるものと考えられる。
Regarding the 200 cyc capacity retention rate, Example 8 was about 10% higher than Example 7 and was a better result. This is considered to be due to the fact that the SEI-forming material remains in the electrolyte after conditioning, and that this SEI-forming material repairs the SEI damaged by peeling or the like during the charge / discharge cycle. It is done.
The battery cell of Example 10 with the largest amount of SEI forming material had a slightly higher initial resistance than Examples 7 to 9 and Example 12. This is considered to be because the thickness of the solid electrolyte layer on the surface of the positive electrode active material in Example 10 increased due to the increase in the amount of addition.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.

1 車両
20 捲回電極体
30 正極シート
32 正極集電体
34 正極活物質層
36 電解質組成物Q
37 電解液P
38 正極端子
40 負極シート
42 負極集電体
44 負極活物質層
48 負極端子
50 セパレータ
100,500 リチウムイオン二次電池
530,630 正極
534,634 正極活物質層
534A,634A 正極活物質
634B 固体電解質
536 電解質ゲル(電解質組成物Q)
537 液状電解質(電解液P)
540 負極
544 負極活物質層
544A 負極活物質
550 絶縁層(セパレータ)
800 電源装置
804 電子制御ユニット(制御装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 20 Winding electrode body 30 Positive electrode sheet 32 Positive electrode collector 34 Positive electrode active material layer 36 Electrolyte composition Q
37 Electrolyte P
38 Positive electrode terminal 40 Negative electrode sheet 42 Negative electrode current collector 44 Negative electrode active material layer 48 Negative electrode terminal 50 Separator 100, 500 Lithium ion secondary battery 530, 630 Positive electrode 534, 634 Positive electrode active material layer 534A, 634A Positive electrode active material 634B Solid electrolyte 536 Electrolyte gel (electrolyte composition Q)
537 Liquid Electrolyte (Electrolytic Solution P)
540 Negative electrode 544 Negative electrode active material layer 544A Negative electrode active material 550 Insulating layer (separator)
800 Power supply 804 Electronic control unit (control device)

Claims (9)

正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、
負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、
非水溶媒と支持塩とSEI形成材料とを含み、液状に維持された電解液Pであって、前記負極活物質層に接して該負極活物質層に含浸されるが正極活物質層には接しない電解液Pと、
前記正極活物質と前記電解液Pとの間に介在された非流動性のゲル状若しくは固体状の電解質Qと、
を備えるリチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material ;
A negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material ;
Look containing a nonaqueous solvent and a supporting salt and a SEI-forming material, a electrolyte P maintained in a liquid, wherein at is impregnated in the negative electrode active material layer on the negative electrode active material layer in contact with the positive electrode active material layer Electrolyte P not touching ,
A non-fluid gel-like or solid electrolyte Q interposed between the positive electrode active material and the electrolyte P;
A lithium ion secondary battery comprising:
前記非流動性の電解質Qは、非水溶媒と支持塩とを含む電解質組成物Qであり、前記正極活物質は該電解質組成物Qによって被覆されており、ここで、前記電解質組成物Qは、ゲル状をなし、該組成物Qに含まれる非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)は、前記電解液Pに含まれる非水溶媒の酸化電位(対Li/Li)よりも高い、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 The non-fluid electrolyte Q is an electrolyte composition Q containing a non-aqueous solvent and a supporting salt, and the positive electrode active material is coated with the electrolyte composition Q, where the electrolyte composition Q is The oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the nonaqueous solvent contained in the composition Q is higher than the oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the nonaqueous solvent contained in the electrolyte P. The lithium ion secondary battery according to claim 1, which is high. 前記正極活物質は、スピネル型リチウムニッケルマンガン酸化物を含む、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material includes spinel type lithium nickel manganese oxide. 前記電解質組成物Qに含まれる非水溶媒は、酸化電位(対Li/Li)が4.3Vよりも高い、請求項1から3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 4. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q has an oxidation potential (vs. Li / Li + ) higher than 4.3 V. 5. 前記電解質組成物Qに含まれる非水溶媒は、酸化電位(対Li/Li)が、前記電池の満充電状態における前記正極活物質の電位(対Li/Li)よりも高い、請求項1から4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q has an oxidation potential (vs. Li / Li + ) higher than the potential of the positive electrode active material (vs. Li / Li + ) in a fully charged state of the battery. The lithium ion secondary battery as described in any one of 1-4. 前記電解質組成物Qに含まれる非水溶媒のうち95体積%以上は、フッ素化されたカーボネートの少なくとも一種からなる、請求項1から5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein 95% by volume or more of the non-aqueous solvent contained in the electrolyte composition Q is made of at least one kind of fluorinated carbonate. 前記電解質組成物Qと前記負極との間に配置された多孔質プラスチック層をさらに備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, further comprising a porous plastic layer disposed between the electrolyte composition Q and the negative electrode. 上限電圧が4.3V以上である、請求項1から7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the upper limit voltage is 4.3 V or more. 請求項1から8のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池と、
前記電池に電気的に接続され、該電池の少なくとも上限電圧値を規定する制御回路と、
を備え、
前記上限電圧値が4.3V以上に設定されている、電源装置。
A lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 8,
A control circuit electrically connected to the battery and defining at least an upper limit voltage value of the battery;
With
The power supply device in which the upper limit voltage value is set to 4.3 V or more.
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