JP6075633B2 - Electroconductive material encapsulating material and method for producing the same - Google Patents

Electroconductive material encapsulating material and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は電子伝導性材料内包活物質及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electronically conductive material encapsulating material and a method for producing the same.

二次電池を用いた製品は増加の一途を辿っており、一般に、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯機器には二次電池が必須のものとして認識されている。二次電池のうちリチウムイオン二次電池は小型で大容量であるため汎用されており、航空機や自動車にも採用されている。近年、より優れたリチウムイオン二次電池を提供する目的で、リチウムイオン二次電池に対する研究が盛んに行われている。安全面の観点からの研究も行われており、特許文献1−3には、リチウムイオン二次電池が高温となった時の安全性を高める技術が開示されている。   The number of products using secondary batteries continues to increase, and in general, secondary batteries are recognized as essential for portable devices such as mobile phones and laptop computers. Among secondary batteries, lithium ion secondary batteries are widely used because of their small size and large capacity, and are also used in aircraft and automobiles. In recent years, research on lithium ion secondary batteries has been actively conducted for the purpose of providing better lithium ion secondary batteries. Research from the viewpoint of safety has also been conducted, and Patent Literatures 1-3 disclose a technique for improving safety when a lithium ion secondary battery becomes high temperature.

特許文献1には、活物質の外表面に、温度の上昇に伴って抵抗が大きくなるPTC(positive temperature coefficient)材料を用いたシェルを形成する技術が開示され、当該技術を採用した電池の安全性が高いことが記載されている。   Patent Document 1 discloses a technique for forming a shell using a PTC (positive temperature coefficient) material whose resistance increases with an increase in temperature on the outer surface of an active material, and the safety of a battery using the technique is disclosed. It is described that the property is high.

特許文献2及び3には、活物質層に電子伝導性材料又はPTC材料を加える技術が開示され、当該技術を採用した電池の安全性が高いことが記載されている。   Patent Documents 2 and 3 disclose a technique of adding an electron conductive material or a PTC material to an active material layer, and describe that the safety of a battery employing the technique is high.

また、特許文献4乃至8には、各種の材料のキュリー温度が開示されている。   Patent Documents 4 to 8 disclose Curie temperatures of various materials.

特表2011−515012号公報Special table 2011-51012 gazette 特開平10−241665号公報JP-A-10-241665 特開2005−123185号公報JP-A-2005-123185 特開2013−14508号公報JP 2013-14508 A 特開2008−63188号公報JP 2008-63188 A 特開2013−35704号公報JP 2013-35704 A 特開2010−232666号公報JP 2010-232666 A 特開2001−332125号公報JP 2001-332125 A

リチウムイオン二次電池は航空機や自動車に用いられるため、リチウムイオン二次電池に要求される安全性の水準はより高くなっている。そのため、リチウムイオン二次電池の安全性確保の選択肢となり得る新たな技術が求められている。   Since lithium ion secondary batteries are used in aircraft and automobiles, the level of safety required for lithium ion secondary batteries is higher. Therefore, there is a need for a new technology that can be an option for ensuring the safety of lithium ion secondary batteries.

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、上記以外の方法で、リチウムイオン二次電池の安全性を高めることができる技術を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the technique which can improve the safety | security of a lithium ion secondary battery by methods other than the above.

本発明者はリチウムイオン二次電池の安全性を確保し得る技術について鋭意検討を重ねた。そして、本発明者は、キュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料を活物質内部に導入した電子伝導性材料内包活物質を想起し、その製造方法としてプラズマ中に活物質と電子伝導性材料を同時に導入することを想起した。さらに、実際に製造した電子伝導性材料内包活物質が高温時に高抵抗となることを見出し、本発明を完成させるに至った。   This inventor earnestly examined about the technique which can ensure the safety | security of a lithium ion secondary battery. Then, the present inventor recalls an electron conductive material-containing active material in which an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. is introduced into the active material. I recalled introducing an electron-conducting material at the same time. Furthermore, it has been found that the actually produced electron conductive material encapsulating material has a high resistance at high temperatures, and the present invention has been completed.

本発明の電子伝導性材料内包活物質は、キュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料を内包することを特徴とする。   The electron conductive material encapsulating material of the present invention is characterized in that it contains an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C.

本発明の電子伝導性材料内包活物質の製造方法は、活物質及びキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料を混合して混合物とする混合工程と、前記混合物及びキャリアガスを混合して流動体とし、該流動体をプラズマに導入する導入工程と、前記混合物を融解して融解体とする融解工程と、前記融解体を冷却し、前記活物質と前記電子伝導性材料との固溶体を形成する固溶体形成工程と、を有することを特徴とする。   The method for producing an active material in an electron conductive material of the present invention comprises a mixing step of mixing an active material and an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. to obtain a mixture, and the mixture and the carrier gas. Mixing into a fluid, introducing the fluid into plasma, melting step to melt the mixture to form a melt, cooling the melt, the active material and the electron conductive material, And a solid solution forming step of forming the solid solution.

本発明の電子伝導性材料内包活物質はキュリー温度以上の温度でその抵抗が増加するため、リチウムイオン二次電池の安全性を高めることができる。   Since the resistance of the electron conductive material encapsulating material of the present invention increases at a temperature equal to or higher than the Curie temperature, the safety of the lithium ion secondary battery can be improved.

実施例1の電子伝導性材料内包活物質の切断面の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of a cut surface of an electron conductive material-containing active material of Example 1. FIG. 実施例1の電子伝導性材料内包活物質の切断面の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of a cut surface of an electron conductive material-containing active material of Example 1. FIG. 応用例1の電子伝導性材料内包活物質含有膜の0℃〜140℃の範囲での抵抗(電気抵抗率)を示したグラフである。6 is a graph showing the resistance (electrical resistivity) in the range of 0 ° C. to 140 ° C. of the electronically conductive material-containing active material-containing film of Application Example 1. FIG. 応用例1の電子伝導性材料内包活物質含有膜の0℃〜140℃の範囲での比誘電率を示したグラフである。6 is a graph showing a relative dielectric constant in a range of 0 ° C. to 140 ° C. of the electron conductive material-containing active material-containing film of Application Example 1. FIG. 応用例1の電子伝導性材料内包活物質含有膜の0℃〜140℃の範囲での磁束密度を示したグラフである。6 is a graph showing the magnetic flux density in the range of 0 ° C. to 140 ° C. of the electron conductive material-containing active material-containing film of Application Example 1. FIG.

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「a〜b」は、下限aおよび上限bをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。   Below, the form for implementing this invention is demonstrated. Unless otherwise specified, the numerical range “ab” described herein includes the lower limit “a” and the upper limit “b”. The numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit value and lower limit value and the numerical values listed in the examples. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from the numerical value range can be used as upper and lower numerical values.

本発明の電子伝導性材料内包活物質はキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料を内包することを特徴とする。すなわち、本発明の電子伝導性材料内包活物質は、二次電池に用いられる従来の活物質の内部にキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料が含まれているものである。   The electron conductive material encapsulating material of the present invention is characterized in that it contains an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. That is, the electron-conductive material-containing active material of the present invention includes an electron-conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. inside a conventional active material used for a secondary battery. .

活物質としては、正極活物質でもよく、負極活物質でもよい。   The active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material.

正極活物質としては公知のもので良い。例えば、リチウム二次電池用の正極活物質の場合、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料であれば良く、LiCoO等のコバルト複合酸化物、LiMn、LiMnO等のマンガン複合酸化物、LiNiO等のニッケル複合酸化物、LiFePO、LiFeSO、LiFeVO等の鉄複合酸化物、LiNiCoMn(0.2≦a≦1、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはLi、Fe、Cr、Cu、Zn、Zr、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Alから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1) で表される化合物、LiMnO、LiMnO、LiFePO、LiFeSO、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)で表される化合物を挙げることができる。 A well-known thing may be sufficient as a positive electrode active material. For example, in the case of a positive electrode active material for a lithium secondary battery, any material capable of occluding and releasing lithium ions may be used, such as a cobalt composite oxide such as LiCoO 2 , manganese such as LiMn 2 O 4 and Li 2 MnO 3. composite oxide, nickel composite oxide such as LiNiO 2, LiFePO 4, Li 2 FeSO 4, LiFeVO iron composite oxides such as 4, Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 1 , B + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is at least one element selected from Li, Fe, Cr, Cu, Zn, Zr, Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, 1.7 ≦ f ≦ 2.1), Li 2 MnO 2 , Li 2 MnO 3 , LiFePO 4 , Li 2 FeSO 4 , LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (formula M in the middle is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe).

リチウム二次電池用の正極活物質としては、高容量である点から、層状岩塩構造のLiNiCoMn(0.2≦a≦1、b+c+d+e=1、0<b<1、0<c<1、0<d<1、0≦e<1、DはLi、Fe、Cr、Cu、Zn、Zr、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Alから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1)が好ましく、このうち、0<b<70/100、0<c<50/100、10/100<d<1の範囲内のものが好ましく、1/3≦b≦50/100、20/100≦c≦1/3、1/3≦d<1の範囲内のものがより好ましく、b=1/3、c=1/3、d=1/3、または、b=50/100、c=20/100、d=30/100のものが特に好ましい。a、e、fについては、上述の範囲内の数値であれば特に制限は無い。例えば、a=1、e=0、f=2を例示できる。 The positive electrode active material for lithium secondary batteries, from the viewpoint of high capacity, Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 1, b + c + d + e = 1,0 of the layered rock-salt structure < b <1, 0 <c <1, 0 <d <1, 0 ≦ e <1, D is from Li, Fe, Cr, Cu, Zn, Zr, Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al Preferably at least one element selected, 1.7 ≦ f ≦ 2.1), of which 0 <b <70/100, 0 <c <50/100, 10/100 <d <1 And preferably within the range of 1/3 ≦ b ≦ 50/100, 20/100 ≦ c ≦ 1/3, 1/3 ≦ d <1, b = 1/3, c = 1 / 3, d = 1/3, or b = 50/100, c = 20/100, d = 30/100 are particularly preferred. About a, e, and f, if it is a numerical value within the above-mentioned range, there will be no restriction | limiting in particular. For example, a = 1, e = 0, and f = 2 can be exemplified.

負極活物質としては公知のもので良い。例えば、リチウム二次電池用の負極活物質の場合、リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する化合物などを挙げることができる。   A known negative electrode active material may be used. For example, in the case of a negative electrode active material for a lithium secondary battery, a carbon material that can occlude and release lithium, an element that can be alloyed with lithium, a compound that has an element that can be alloyed with lithium, and the like can be given.

炭素材料としては、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類を例示できる。   Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, natural graphite, cokes, graphites, glassy carbons, carbon fibers, activated carbon, and carbon blacks.

リチウムと合金化可能な元素としては、具体的にNa、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Biを例示でき、特にリチウムを高容量で吸蔵及び放出可能なSiまたはSnが好ましい。   Specifically, elements that can be alloyed with lithium include Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si. Ge, Sn, Pb, Sb, Bi can be exemplified, and Si or Sn capable of inserting and extracting lithium with a high capacity is particularly preferable.

リチウムと合金化可能な元素を有する化合物としては、具体的にCuSn、CoSn、ZnLiAl、AlSb、SiB、SiB、MgSi、MgSn、NiSi、TiSi、MoSi、 CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、NbSi、TaSi、VSi、WSi、ZnSi、Si、SiO、SiO(0<v≦2)、SnO(0<w≦2)、SnSiO、LiSiO あるいはLiSnOを例示でき、特にリチウムを高容量で吸蔵及び放出可能なSiO(0.5≦x≦1.7)が好ましい。 Specific examples of compounds having elements that can be alloyed with lithium include CuSn, CoSn, ZnLiAl, AlSb, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , and CoSi 2. , NiSi 2, CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2, TaSi 2, VSi 2, WSi 2, ZnSi 2, Si 3 N 4, Si 2 N 2 O, SiO v (0 <V ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSiO 2 or LiSnO can be exemplified, and particularly SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.7) capable of inserting and extracting lithium with a high capacity. Is preferred.

電子伝導性材料について説明する。本発明で意味する電子伝導性材料とは、キュリー温度が30〜400℃の範囲内の強誘電体材料である。キュリー温度とは、強誘電体が常誘電体に変化する転移温度のことであり、強誘電体が自発分極を失う温度である。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛として知られるPbZrTi1−x(0≦x≦1)は、その結晶構造が常温では自発分極した強誘電体の正方晶であるが、キュリー温度を超えると、自発分極を失った常誘電体の立方晶に転移する。本発明の電子伝導性材料は30〜400℃で自発分極を失い、活物質内で電子の移動に何ら関与しない絶縁体となる。そのため、電子伝導性材料内包活物質はキュリー温度以上の温度で高抵抗を示す。本発明の電子伝導性材料を、30〜400℃で抵抗が増加するPTC材料と把握することもできる。 The electron conductive material will be described. The electron conductive material as used in the present invention is a ferroelectric material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. The Curie temperature is a transition temperature at which a ferroelectric changes to a paraelectric, and is a temperature at which a ferroelectric loses spontaneous polarization. For example, PbZr x Ti 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) known as lead zirconate titanate is a ferroelectric tetragonal crystal whose crystal structure is spontaneously polarized at room temperature, but exceeds the Curie temperature. And transition to a paraelectric cubic crystal that has lost its spontaneous polarization. The electron conductive material of the present invention loses spontaneous polarization at 30 to 400 ° C., and becomes an insulator that does not participate in the movement of electrons in the active material. Therefore, the electronically conductive material encapsulating material exhibits high resistance at a temperature equal to or higher than the Curie temperature. The electron conductive material of the present invention can also be grasped as a PTC material whose resistance increases at 30 to 400 ° C.

なお、キュリー温度が30℃未満のものは、二次電池が通常使用される常温で高抵抗となるため、活物質に内包される電子伝導性材料として好ましくない。キュリー温度が400℃を超えるものは、二次電池を構成する有機物の分解温度又は燃焼温度付近で高抵抗となるが、そのような温度で高抵抗を示しても二次電池の安全性に寄与するとはいえないため、好ましくない。このような観点でみると、本発明の電子伝導性材料はキュリー温度が30〜400℃の範囲内のものであるが、キュリー温度が50〜300℃の範囲内のものが好ましく、70〜200℃の範囲内のものがより好ましく、90〜150℃の範囲内のものが特に好ましい。   A material having a Curie temperature of less than 30 ° C. is not preferable as an electron conductive material included in the active material because it has a high resistance at a normal temperature at which a secondary battery is normally used. When the Curie temperature exceeds 400 ° C, the resistance becomes high near the decomposition temperature or combustion temperature of the organic matter that constitutes the secondary battery. Even if high resistance is exhibited at such temperature, it contributes to the safety of the secondary battery. Since it cannot be said, it is not preferable. From this point of view, the electron conductive material of the present invention has a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C, but preferably has a Curie temperature in the range of 50 to 300 ° C. Those within the range of ° C are more preferred, and those within the range of 90 to 150 ° C are particularly preferred.

本発明の電子伝導性材料としては、BaTiO、PbZrTi1−x(0<x<1)、Pb1−xLaTi1−yZr(0<x<1、0<y<1)などの常温(25℃)で強誘電体の複合金属酸化物を挙げることができる。これらの材料に対しアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素などの金属元素を有する化合物を添加したものを焼結した焼結体を、本発明の電子伝導性材料として用いても良い。このような材料は、例えば、一般式Ba1−xTi1−y (M、Mはそれぞれ1種類以上の金属元素である。0≦x<1、0≦y<1)で表される。M、Mとしては、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、ランタノイド、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、アクチノイドが挙げられる。 Examples of the electron conductive material of the present invention include BaTiO 3 , PbZr x Ti 1-x O 3 (0 <x <1), Pb 1-x La x Ti 1-y Zr y O 3 (0 <x <1, A ferroelectric composite metal oxide can be given at room temperature (25 ° C.) such as 0 <y <1). A sintered body obtained by sintering a material obtained by adding a compound containing a metal element such as an alkali metal, an alkaline earth metal, or a rare earth element to these materials may be used as the electron conductive material of the present invention. Such a material is, for example, a general formula Ba 1-x Ti 1-y M 1 x M 2 y O 3 (M 1 and M 2 are each one or more kinds of metal elements. 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1). M 1 and M 2 include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, lanthanoid, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Fr, Ra, and actinoid are mentioned.

また、強誘電体として知られるKNbOは、そのキュリー温度が435℃であるため、本発明の電子伝導性材料ではないが、KNbOに対し金属化合物を添加したものを焼結しキュリー温度を低下させた焼結体を、本発明の電子伝導性材料として用いても良い。この材料は一般式K1−xNb1−y (M、Mはそれぞれ1種類以上の金属元素である。0≦x<1、0≦y<1、0<x+y<2)で表される。M、Mとしては、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、ランタノイド、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、アクチノイドが挙げられる。 KNbO 3, which is known as a ferroelectric substance, is not an electron conductive material of the present invention because its Curie temperature is 435 ° C., but a material obtained by adding a metal compound to KNbO 3 is sintered and the Curie temperature is increased. The reduced sintered body may be used as the electron conductive material of the present invention. This material has the general formula K 1-x Nb 1-y M 1 x M 2 y O 3 (M 1, M 2 is one or more kinds of metal elements each .0 ≦ x <1,0 ≦ y < 1, 0 <x + y <2). M 1 and M 2 include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, lanthanoid, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Fr, Ra, and actinoid are mentioned.

さらに、本発明の電子伝導性材料としては、BaTiOよりも比誘電率が低いことで知られる、強誘電体の一般式Ti (M、M、Mはそれぞれ金属元素である。0≦v≦1、0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、0<z≦3)で表される材料を挙げることができる。M、M、Mとしては、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Cs、ランタノイド、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、アクチノイドが挙げられる。一般式Ti で表される材料の具体例としては、TiSrCaZr、SrCaO、TiZrOを挙げることができる。 Furthermore, as the electron conductive material of the present invention, a ferroelectric general formula Ti v M 1 W M 2 x M 3 y O z (M 1 , M, which is known to have a lower relative dielectric constant than BaTiO 3 is used. 2 and M 3 are each a metal element, such as 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 <z ≦ 3). it can. M 1 , M 2 , M 3 include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge , As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, lanthanoid, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir , Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Fr, Ra, and actinoids. Specific examples represented by the material by the general formula Ti v M 1 W M 2 x M 3 y O z, cited Ti v Sr W Ca x Zr y O 2, Sr w Ca x O, the Ti v Zr y O be able to.

本発明の電子伝導性材料としてこれらの材料を単独で用いても良いし又は複数を併用してもよい。上記材料のキュリー温度は、特許文献4乃至8などの多くの文献で明らかにされている。例えば、BaTiOのキュリー温度は120℃付近であり、Ba0.94Sn0.06TiOのキュリー温度は80℃付近である。チタン酸ジルコン酸鉛として知られるPbZrTi1−x(0<x<1)のキュリー温度はxの値に左右されるが概ね200〜330℃である。チタン酸ジルコン酸ランタン鉛として知られるPb1−xLaTi1−yZr(0<x<1、0<y<1)のキュリー温度はx及びyの値に左右されるが概ね70〜350℃である。 These materials may be used singly or in combination as the electron conductive material of the present invention. The Curie temperature of the above material is clarified in many documents such as Patent Documents 4 to 8. For example, the Curie temperature of BaTiO 3 is around 120 ° C., and the Curie temperature of Ba 0.94 Sn 0.06 TiO 3 is around 80 ° C. Curie temperature of PbZr x Ti 1-x O 3, known as lead zirconate titanate (0 <x <1) is approximately from 200 to 330 ° C. is dependent on the value of x. Curie temperature of Pb 1-x La x Ti 1 -y Zr y O 3 , known as lead lanthanum zirconate titanate (0 <x <1,0 <y <1) is depends on the values of x and y It is about 70-350 degreeC.

本発明の電子伝導性材料内包活物質は、活物質の内部にキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料が含まれ、活物質と電子伝導性材料とが一体化しているものである。ここで、電子伝導性材料内包活物質における電子伝導性材料と活物質の状態は、両者が混じり合って固相となった固溶体であるのが好ましく、特に電子伝導性材料の結晶構造が電子伝導性材料内包活物質中で維持されているものが良い。   The active material included in the electron conductive material of the present invention includes an active material containing an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C., and the active material and the electron conductive material are integrated. It is. Here, the state of the electron conductive material and the active material in the electron conductive material encapsulating material is preferably a solid solution in which both are mixed to form a solid phase, and particularly the crystal structure of the electron conductive material is electron conductive. What is maintained in the active material inclusion material is good.

本発明の電子伝導性材料内包活物質における活物質と電子伝導性材料との質量比は、活物質:電子伝導性材料=100:1〜1:1の範囲内が好ましく、19:1〜3:2の範囲内がより好ましく、9:1〜13:7の範囲内が特に好ましい。電子伝導性材料の質量が多すぎると、電子伝導性材料内包活物質の活物質としての性能が著しく劣る場合がある。   The mass ratio of the active material to the electron conductive material in the electron conductive material encapsulating material of the present invention is preferably in the range of active material: electron conductive material = 100: 1 to 1: 1, 19: 1 to 3: 1. : 2 is more preferable, and the range of 9: 1 to 13: 7 is particularly preferable. If the mass of the electron conductive material is too large, the performance of the electron conductive material-encapsulating material as an active material may be extremely inferior.

本発明の電子伝導性材料内包活物質の製造方法は、活物質及びキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料をプラズマに導入する導入工程と、前記プラズマ中で前記活物質及び前記電子伝導性材料を融解して融解体とする融解工程と、前記融解体を冷却し、前記活物質と前記電子伝導性材料との固溶体を形成する固溶体形成工程と、を有することを特徴とする。   The method for producing an active material in an electron conductive material according to the present invention includes an introducing step of introducing an active material and an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. into the plasma, and the active material and the active material in the plasma A melting step of melting the electron conductive material to form a melt, and a solid solution forming step of cooling the melt to form a solid solution of the active material and the electron conductive material. To do.

導入工程は、活物質及びキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料をプラズマに導入する工程である。導入工程において、プラズマに導入される活物質と電子伝導性材料との質量比は、活物質:電子伝導性材料=100:1〜1:1の範囲内が好ましく、19:1〜3:2の範囲内がより好ましく、9:1〜13:7の範囲内が特に好ましい。   The introducing step is a step of introducing an active material and an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. into the plasma. In the introduction step, the mass ratio of the active material introduced into the plasma and the electron conductive material is preferably in the range of active material: electron conductive material = 100: 1 to 1: 1, and 19: 1 to 3: 2 Is more preferable, and the range of 9: 1 to 13: 7 is particularly preferable.

具体的な導入工程としては、活物質及びキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料を混合して混合物とし、前記混合物及びキャリアガスを混合して第1流動体とし、第1流動体をプラズマに導入する第1導入工程、又は、活物質及びキャリアガスを混合して第2流動体とし、キュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料及びキャリアガスを混合して第3流動体とし、第2流動体及び第3流動体をプラズマに導入する第2導入工程のうち、いずれか一方の導入工程を挙げることができる。   As a specific introduction step, an active material and an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. are mixed to form a mixture, and the mixture and carrier gas are mixed to form a first fluid. A first introduction step of introducing a fluid into plasma, or an active material and a carrier gas are mixed to form a second fluid, and an electron conductive material and a carrier gas having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. are mixed. The third fluid can be used, and one of the second introduction steps of introducing the second fluid and the third fluid into the plasma can be exemplified.

第1導入工程は、活物質及びキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料を混合して混合物とし、前記混合物及びキャリアガスを混合して第1流動体とし、第1流動体をプラズマに導入する工程である。   In the first introduction step, an active material and an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. are mixed to form a mixture, and the mixture and carrier gas are mixed to form a first fluid. Is introduced into the plasma.

まず、適切な容器内に活物質及び電子伝導性材料を加えて混合し混合物とする。容器は撹拌装置を伴うものが好ましい。混合物100質量部における電子伝導性材料の量は、0質量部を超えて50質量部以下の範囲内が好ましく、5〜40質量部の範囲内がより好ましく、10〜35質量部の範囲内が特に好ましい。電子伝導性材料の量が多すぎると、電子伝導性材料内包活物質の活物質としての性能が著しく劣る場合がある。   First, an active material and an electron conductive material are added and mixed in a suitable container to obtain a mixture. The container preferably has a stirring device. The amount of the electron conductive material in 100 parts by mass of the mixture is preferably in the range of more than 0 parts by mass and not more than 50 parts by mass, more preferably in the range of 5 to 40 parts by mass, and in the range of 10 to 35 parts by mass. Particularly preferred. If the amount of the electron conductive material is too large, the performance of the electron conductive material-containing active material as the active material may be remarkably deteriorated.

キャリアガスは、プラズマ発生部位に連通する導入管を通じて、混合物をプラズマが発生している高温領域に運搬するためのガスである。キャリアガスの種類としては、アルゴンを挙げることができる。   The carrier gas is a gas for transporting the mixture to a high temperature region where plasma is generated through an introduction tube communicating with a plasma generation site. Argon can be mentioned as a kind of carrier gas.

容器内の前記混合物に対し、導入管に合流する陰圧管(なお、陰圧管は、真空ポンプあるいは導入管のキャリアガス流によって陰圧となっている。)を接近させて陰圧管内に混合物を吸引する。なお、前記混合物は容器内で撹拌され続けているのが好ましい。吸引された混合物は陰圧管と導入管との合流地点でキャリアガスと混合して第1流動体となる。第1流動体は導入管内を移動し、プラズマが発生している高温領域に導入される。キャリアガスの流量は適宜適切に設定すればよい。   A negative pressure pipe (which is negative pressure due to a vacuum pump or a carrier gas flow of the introduction pipe) that is joined to the introduction pipe is brought close to the mixture in the container to bring the mixture into the negative pressure pipe. Suction. In addition, it is preferable that the said mixture continues stirring in a container. The sucked mixture is mixed with the carrier gas at the junction of the negative pressure tube and the introduction tube to become the first fluid. The first fluid moves in the introduction tube and is introduced into a high temperature region where plasma is generated. The flow rate of the carrier gas may be set appropriately as appropriate.

プラズマは高周波誘導熱プラズマ発生装置などのプラズマ発生装置のチャンバー内にて発生される。プラズマ化されるガスはアルゴン、アルゴン及び酸素、アルゴン及び水素のいずれかでよい。プラズマの温度は活物質及び電子伝導性材料の融解温度以上であれば良いが、活物質及び電子伝導性材料を融解するのに十分に余裕のある温度であって且つプラズマを安定に発生することのできる10000℃付近の温度とするのが好ましい。   The plasma is generated in a chamber of a plasma generator such as a high frequency induction thermal plasma generator. The gas to be plasmified may be any of argon, argon and oxygen, argon and hydrogen. The temperature of the plasma may be higher than the melting temperature of the active material and the electron conductive material, but the temperature is sufficiently high to melt the active material and the electron conductive material, and the plasma is generated stably. The temperature is preferably around 10000 ° C.

第2導入工程は、活物質及びキャリアガスを混合して第2流動体とし、キュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料及びキャリアガスを混合して第3流動体とし、第2流動体及び第3流動体をプラズマに導入する工程である。   In the second introduction step, the active material and the carrier gas are mixed to form a second fluid, the electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C. and the carrier gas are mixed to form a third fluid, This is a step of introducing the second fluid and the third fluid into the plasma.

まず、適切な容器内に活物質又は電子伝導性材料を配置する。容器は撹拌装置を伴うものが好ましい。   First, an active material or an electron conductive material is placed in a suitable container. The container preferably has a stirring device.

次に、容器内の活物質又は電子伝導性材料に対し、導入管に合流する陰圧管をそれぞれ接近させて別々の陰圧管内に活物質又は電子伝導性材料を吸引する。活物質又は電子伝導性材料は容器内で撹拌され続けているのが好ましい。吸引された活物質又は電子伝導性材料はそれぞれの陰圧管と導入管との合流地点でキャリアガスと混合してそれぞれ第2流動体又は第3流動体となる。   Next, the active material or the electron conductive material in the container is brought close to the negative pressure tube that joins the introduction tube, and the active material or the electron conductive material is sucked into a separate negative pressure tube. The active material or the electron conductive material is preferably kept stirred in the container. The sucked active material or electron conductive material is mixed with the carrier gas at the junction of each negative pressure tube and the introduction tube to become the second fluid or the third fluid, respectively.

第2流動体又は第3流動体は導入管内を移動し、所定の比率で、プラズマが発生している高温領域に導入される。第2流動体及び第3流動体は、プラズマに導入される前に所定の比率で混合されて、同一の導入管内を移動して、プラズマに導入されても良いし、又は、別々の導入管内を移動して、所定の比率でプラズマに導入されても良い。上記所定の比率は、プラズマに導入される活物質及び電子伝導性材料の合計量100質量部に対し、電子伝導性材料の質量が、0質量部を超えて50質量部以下の範囲内が好ましく、5〜40質量部の範囲内がより好ましく、10〜35質量部の範囲内が特に好ましい。電子伝導性材料の比率が高すぎると、電子伝導性材料内包活物質の活物質としての性能が著しく劣る場合がある。   The second fluid or the third fluid moves in the introduction pipe and is introduced into the high temperature region where plasma is generated at a predetermined ratio. The second fluid and the third fluid may be mixed at a predetermined ratio before being introduced into the plasma, moved in the same introduction tube, and introduced into the plasma, or in separate introduction tubes. May be introduced into the plasma at a predetermined ratio. The predetermined ratio is preferably such that the mass of the electron conductive material is more than 0 parts by mass and not more than 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the active material and the electron conductive material introduced into the plasma. The range of 5 to 40 parts by mass is more preferable, and the range of 10 to 35 parts by mass is particularly preferable. When the ratio of the electron conductive material is too high, the performance of the electron conductive material-containing active material as the active material may be remarkably deteriorated.

なお、キャリアガス、導入管、陰圧管、プラズマなどは、第2導入工程にて特段の説明を加えたもの以外は、第1導入工程で説明したとおりのものである。キャリアガスの流量は適宜適切に設定すればよい。   The carrier gas, the introduction tube, the negative pressure tube, the plasma, and the like are the same as those described in the first introduction step except for those specially explained in the second introduction step. The flow rate of the carrier gas may be set appropriately as appropriate.

導入工程に用いられる活物質及び電子伝導性材料は粉末状のものが好ましい。粉末の平均粒子径としては、10nm〜100μmの範囲内が好ましく、100nm〜50μmの範囲内が好ましく、200nm〜10μmの範囲内が特に好ましい。粉末の平均粒子径が大きすぎると導入工程にて、プラズマへの導入が困難になる場合がある。   The active material and the electron conductive material used in the introduction step are preferably in powder form. The average particle diameter of the powder is preferably within the range of 10 nm to 100 μm, preferably within the range of 100 nm to 50 μm, and particularly preferably within the range of 200 nm to 10 μm. If the average particle size of the powder is too large, it may be difficult to introduce it into the plasma in the introduction step.

融解工程はプラズマ中で前記活物質及び前記電子伝導性材料を融解して融解体とする工程である。前記導入工程でプラズマが発生している高温領域に導入された活物質及び前記電子伝導性材料は、即時に融解し融解体となる。なお、活物質及び前記電子伝導性材料に含まれる材料によっては、融解工程にて気化を伴う場合もある。本発明では、融解体なる文言を、融解工程にて気化した材料を包含する意味で用いる。融解体は、キャリアガス流及びプラズマ流によって、次第にプラズマ発生部位の遠方に運搬される。   The melting step is a step of melting the active material and the electron conductive material into a melt in plasma. The active material and the electron conductive material introduced into the high temperature region where plasma is generated in the introduction step are immediately melted into a melt. Depending on the material contained in the active material and the electron conductive material, vaporization may occur in the melting step. In the present invention, the term melt is used in the sense of including the material vaporized in the melting step. The melt is gradually transported away from the plasma generation site by the carrier gas flow and the plasma flow.

固溶体形成工程は、前記融解体を冷却し、前記活物質と前記電子伝導性材料との固溶体を形成する工程である。プラズマ発生部位の遠方に運搬された融解体は、次第に冷却される。そして、各材料の融点以下に冷却された融解体は、それぞれの材料ごとに固体となる。このとき、各材料の融点に差があるので、高い融点の材料が先に固体の粒子となり、そして、次の融点の材料が先の材料の粒子の周りに付着して固体となる。ここで、活物質としてSiO(0.5≦x≦1.7)、電子伝導性材料としてBaTiOを用いた融解体の固溶体形成工程について考察する。SiO(0.5≦x≦1.7)はその主要成分であるSiの融点が1414℃であり、BaTiOの融点は1625℃である。そうすると、融解体が冷却されると、まずBaTiOの固体の粒子が形成し、次いで、BaTiO粒子(又はその凝集体)の周りにSiが付着しつつ固体となり、その結果、BaTiO粒子を内包したSiが形成される。用いる材料によっては、活物質と電子伝導性材料との固化の順序が逆になる場合もありえるが、そのような場合であっても活物質と電子伝導性材料との質量比が活物質:電子伝導性材料=100:1〜1:1の範囲内であれば、電子伝導性材料内包活物質におけるマトリックスは活物質となるから、活物質が電子伝導性材料を内包しているといえる。なお、この製造方法からみて、活物質の融点(又は活物質の主要成分の融点)は電子伝導性材料の融点よりも低いのが好ましい。 The solid solution forming step is a step of cooling the melt to form a solid solution of the active material and the electron conductive material. The melt transported far from the plasma generation site is gradually cooled. And the melted material cooled below the melting point of each material becomes solid for each material. At this time, since there is a difference in the melting point of each material, the material having the higher melting point becomes solid particles first, and the material having the next melting point adheres around the particles of the previous material and becomes solid. Here, a solid solution forming step of a melt using SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.7) as an active material and BaTiO 3 as an electron conductive material will be considered. In SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.7), the melting point of Si, which is the main component, is 1414 ° C., and the melting point of BaTiO 3 is 1625 ° C. Then, when the melt is cooled, solid particles of BaTiO 3 are first formed, and then solid with Ba adhering to the BaTiO 3 particles (or aggregates thereof), resulting in the BaTiO 3 particles being Encapsulated Si is formed. Depending on the material used, the solidification order of the active material and the electron conductive material may be reversed, but even in such a case, the mass ratio of the active material to the electron conductive material is the active material: electron If it is in the range of conductive material = 100: 1 to 1: 1, it can be said that the active material contains the electron conductive material because the matrix in the active material included in the electron conductive material becomes the active material. In view of this manufacturing method, the melting point of the active material (or the melting point of the main component of the active material) is preferably lower than the melting point of the electron conductive material.

このようにして、本発明の電子伝導性材料内包活物質が製造される。本発明の電子伝導性材料内包活物質の形状は、融解体をチャンバー内の空間で冷却して製造されることから、概ね球状である。また、電子伝導性材料内包活物質の粒子径は、チャンバー内の温度分布を制御することにより、制御可能である。   In this way, the electron conductive material encapsulating material of the present invention is produced. The shape of the electronically conductive material encapsulating material of the present invention is generally spherical because it is produced by cooling the melt in the space in the chamber. In addition, the particle size of the electron conductive material encapsulating material can be controlled by controlling the temperature distribution in the chamber.

本発明の電子伝導性材料内包活物質は、内部にキュリー温度が30〜400℃の範囲内の電子伝導性材料、すなわち30〜400℃で抵抗が増加するPTC材料を包含している。そのため、本発明の電子伝導性材料内包活物質を用いたリチウムイオン二次電池がキュリー温度以上になった場合には、電子伝導性材料内包活物質の抵抗が増加し、過剰電流が流れることを抑制する。よって、本発明の電子伝導性材料内包活物質は、安全性の確保に好適なリチウムイオン二次電池用活物質といえる。リチウムイオン二次電池の活物質として本発明の電子伝導性材料内包活物質を用いる場合には、本発明の電子伝導性材料内包活物質を単独で活物質として用いるのが好ましいが、公知の活物質と組み合わせて用いても良い。   The electron conductive material encapsulating material of the present invention includes an electron conductive material having a Curie temperature in the range of 30 to 400 ° C., that is, a PTC material whose resistance increases at 30 to 400 ° C. Therefore, when the lithium ion secondary battery using the electronically conductive material encapsulating material of the present invention becomes the Curie temperature or higher, the resistance of the electroconductive material encapsulating material increases, and excess current flows. Suppress. Therefore, it can be said that the active material for inclusion of an electron conductive material of the present invention is an active material for a lithium ion secondary battery suitable for ensuring safety. When using the electron conductive material inclusion active material of the present invention as the active material of the lithium ion secondary battery, it is preferable to use the electron conductive material inclusion active material of the present invention alone as the active material. It may be used in combination with a substance.

リチウムイオン二次電池は、通常、正極、負極、セパレータ及び電解液を有する。そして、正極及び負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた活物質層を有する。   A lithium ion secondary battery usually has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution. The positive electrode and the negative electrode each have a current collector and an active material layer bound to the surface of the current collector.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが10μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。   The current collector refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a lithium ion secondary battery. As the current collector, at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, magnesium, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel Examples of such a metal material can be given. The current collector may be covered with a known protective layer. The current collector can take the form of a foil, a sheet, a film, a linear shape, a rod shape, a mesh, or the like. Therefore, metal foils, such as copper foil, nickel foil, aluminum foil, stainless steel foil, can be used suitably as a collector. When the current collector is in the form of foil, sheet or film, the thickness is preferably in the range of 10 μm to 100 μm.

活物質層は活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。   The active material layer includes an active material and, if necessary, a binder and / or a conductive aid.

活物質としては、本発明の電子伝導性材料内包活物質を正極活物質又は負極活物質の少なくともいずれか一方として用いれば良いが、公知の活物質を併用してもよい。公知の活物質は前述のとおりである。   As the active material, the electron-conductive material-containing active material of the present invention may be used as at least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material, but a known active material may be used in combination. The known active material is as described above.

結着剤は活物質を集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂を例示することができる。活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、活物質:結着剤=1:0.05〜1:0.5であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。   The binder plays a role of binding the active material to the surface of the current collector. Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, and alkoxysilyl group-containing resins. be able to. The blending ratio of the binder in the active material layer is preferably a mass ratio of active material: binder = 1: 0.05 to 1: 0.5. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。導電助剤としては、炭素質微粒子であるカーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)が例示される。これらの導電助剤を単独または二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。導電助剤の使用量については特に制限はないが、例えば、活物質100質量部に対して0.5〜30質量部とすることができる。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Examples of the conductive assistant include carbon black, natural graphite, artificial graphite, acetylene black, ketjen black (registered trademark), and vapor grown carbon fiber (VGCF) which are carbonaceous fine particles. These conductive assistants can be added to the active material layer alone or in combination of two or more. Although there is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of a conductive support agent, For example, it can be 0.5-30 mass parts with respect to 100 mass parts of active materials.

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を含む混合物を調製し、この混合物に適当な溶剤を加えてペースト状の活物質層形成用組成物とする。集電体の表面に活物質層形成用組成物を塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。   In order to form an active material layer on the surface of the current collector, the surface of the current collector can be formed using a conventionally known method such as a roll coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method. What is necessary is just to apply | coat an active material to. Specifically, a mixture containing an active material and, if necessary, a binder and a conductive additive is prepared, and an appropriate solvent is added to the mixture to form a paste-like active material layer forming composition. The active material layer forming composition is applied to the surface of the current collector and then dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, the dried product may be compressed.

セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン若しくはポリエチレンなどの合成樹脂を1種又は複数用いた多孔質膜、またはセラミックス製の多孔質膜が例示できる。   The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. Examples of the separator include a porous film using one or more synthetic resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene, or a ceramic porous film.

電解液は正極及び負極間をイオンが移動するための媒体であって、溶媒と該溶媒に溶解された電解質とを含む液である。   The electrolytic solution is a medium for ions to move between the positive electrode and the negative electrode, and includes a solvent and an electrolyte dissolved in the solvent.

リチウムイオン二次電池の電解液に用いられる溶媒としては、環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類等の非水系溶媒を挙げることができる。環状エステル類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトンを例示できる。鎖状エステル類としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステルを例示できる。エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタンを例示できる。電解液の溶媒として、上述のものを複数併用してもよい。特に、エチレンカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネートの3種を併用するのが好ましい。   Examples of the solvent used for the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery include non-aqueous solvents such as cyclic esters, chain esters, and ethers. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane. A plurality of the above-described solvents may be used in combination as the solvent for the electrolytic solution. In particular, it is preferable to use three types of ethylene carbonate, methyl ethyl carbonate, and dimethyl carbonate in combination.

リチウムイオン二次電池の電解質としては、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を挙げることができる。電解液中の電解質の濃度は、0.5〜1.7mol/Lの範囲が好ましい。 Examples of the electrolyte of the lithium ion secondary battery include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.5 to 1.7 mol / L.

リチウムイオン二次電池の製造方法の一例を説明する。正極および負極にセパレータを挟装させ電極体とする。正極の集電体および負極の集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等で接続した後に、電極体に電解液を加えてリチウムイオン二次電池とする。リチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、積層型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。   An example of a method for manufacturing a lithium ion secondary battery will be described. A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body. After connecting the current collector of the positive electrode and the current collector of the negative electrode to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal connected to the outside with a current collecting lead or the like, an electrolyte is added to the electrode body to obtain a lithium ion secondary battery. . The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a laminated shape, a coin shape, and a laminated shape can be employed.

リチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、たとえば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池は、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器、電池で駆動される各種の家電製品、家庭用分散型蓄電システム、オフィス機器、産業機器などに用いることができる。   The lithium ion secondary battery may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or a part of its power source, and may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. In addition to vehicles, lithium ion secondary batteries can be used in personal computers, portable communication devices, various home appliances driven by batteries, home-use distributed storage systems, office equipment, industrial equipment, and the like.

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

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
本発明の電子伝導性材料内包活物質を以下のとおり製造した。
Example 1
The electron conductive material encapsulating material of the present invention was produced as follows.

活物質として市販のSiO(0.5≦x≦1.7)7g及び電子伝導性材料として市販のBaTiO3gを、撹拌部を備える容器内で混合し混合物とした。なお、BaTiOのキュリー温度は120℃付近である。 7 g of commercially available SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.7) as an active material and 3 g of commercially available BaTiO 3 as an electron conductive material were mixed in a container equipped with a stirring portion to obtain a mixture. Note that the Curie temperature of BaTiO 3 is around 120 ° C.

高周波誘導熱プラズマ発生装置を起動させ、以下の条件下で該装置内にプラズマを発生させた。
高周波出力:6kW、ガス:アルゴン、ガス流量:30L/min.、チャンバー内圧力:7〜100kPa
容器内で4000rpmの速度で撹拌されている前記混合物に対し、高周波誘導熱プラズマ発生装置のアルゴン導入管に合流する陰圧管を接近させて、陰圧管内に混合物を吸引した。吸引された混合物は陰圧管とアルゴン導入管との合流地点でアルゴンガスと混合して流動体となった。流動体はアルゴン導入管内を移動し、高周波誘導熱プラズマ発生装置内のプラズマが発生している高温領域に導入された。
The high-frequency induction thermal plasma generator was activated, and plasma was generated in the device under the following conditions.
High frequency output: 6 kW, gas: argon, gas flow rate: 30 L / min. , Pressure in the chamber: 7 to 100 kPa
The negative pressure tube joined to the argon introduction tube of the high frequency induction thermal plasma generator was brought close to the mixture stirred at a speed of 4000 rpm in the container, and the mixture was sucked into the negative pressure tube. The sucked mixture was mixed with argon gas at the junction of the negative pressure tube and the argon inlet tube to form a fluid. The fluid moved in the argon introduction tube and was introduced into the high temperature region where the plasma was generated in the high frequency induction thermal plasma generator.

プラズマが発生している高温領域に導入された混合物は、即時に融解し融解体となった。そして、融解体は、アルゴンガス流によって、次第にプラズマ発生部位の遠方に運搬され、冷却されて粉末となった。この粉末が実施例1の電子伝導性材料内包活物質である。   The mixture introduced into the high temperature region where the plasma was generated melted immediately and became a melt. Then, the melt was gradually transported away from the plasma generation site by an argon gas flow and cooled to powder. This powder is the electron conductive material inclusion material of Example 1.

得られた電子伝導性材料内包活物質を粉末X線回折装置で測定したところ、原料のBaTiO結晶由来のピーク及び原料のSiOに含まれるSi結晶由来のピークが観察された。 When the obtained electron-conductive material-encapsulating material was measured with a powder X-ray diffractometer, a peak derived from the raw material BaTiO 3 crystal and a peak derived from the Si crystal contained in the raw material SiO x were observed.

さらに、得られた電子伝導性材料内包活物質の粒子をレーザーで分割し、得られた断片の切断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、該粒子がSiOをマトリックスとし、その内部にBaTiOが存在する固溶体であることが判明した。図1及び図2に実施例1の電子伝導性材料内包活物質の走査型電子顕微鏡写真を示す。 Furthermore, when the particles of the obtained electron-conducting material-encapsulating material were divided with a laser and the cut surface of the obtained fragment was observed with a scanning electron microscope, the particles contained SiO x as a matrix, and BaTiO was incorporated in the inside. 3 was found to be a solid solution. 1 and 2 show scanning electron micrographs of the electron conductive material encapsulating material of Example 1. FIG.

(応用例1)
実施例1の電子伝導性材料内包活物質45質量部と、天然黒鉛粉末40質量部と、アセチレンブラック5質量部と、バインダー溶液33質量部とを混合してスラリーを調製した。バインダー溶液としては、ポリアミドイミド樹脂をN-メチル−2−ピロリドンに30質量%の濃度で溶解させた溶液を用いた。このスラリーをガラス板の表面に塗布し、N-メチル−2−ピロリドンを揮発させて、矩形の電子伝導性材料内包活物質含有膜を形成させた。なお、電子伝導性材料内包活物質含有膜は、リチウムイオン二次電池における負極活物質層に相当する。電子伝導性材料内包活物質含有膜上に別のガラス板を配置した。ガラス板で挟まれた電子伝導性材料内包活物質含有膜をホットプレート上に配置し、電子伝導性材料内包活物質含有膜の0℃〜140℃の範囲での抵抗(電気抵抗率)、比誘電率及び磁束密度を測定した。
(Application 1)
A slurry was prepared by mixing 45 parts by mass of the electron-conductive material encapsulating material of Example 1, 40 parts by mass of natural graphite powder, 5 parts by mass of acetylene black, and 33 parts by mass of the binder solution. As the binder solution, a solution in which polyamideimide resin was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone at a concentration of 30% by mass was used. This slurry was applied to the surface of a glass plate, and N-methyl-2-pyrrolidone was volatilized to form a rectangular electron-conductive material-containing active substance-containing film. The electron conductive material-containing active material-containing film corresponds to the negative electrode active material layer in the lithium ion secondary battery. Another glass plate was placed on the electron conductive material-containing material. An electron conductive material-containing active substance-containing film sandwiched between glass plates is placed on a hot plate, and the resistance (electric resistivity) and ratio of the electron-conductive material-containing active substance-containing film in the range of 0 to 140 ° C. The dielectric constant and magnetic flux density were measured.

抵抗(電気抵抗率)は四探針法、比誘電率はネットワークアナライザを用いたインピーダンス測定法、磁束密度はガウスメータを用いて測定した。測定結果をグラフにして図3〜5に示す。   Resistance (electrical resistivity) was measured using a four-probe method, relative dielectric constant was measured using an impedance measurement method using a network analyzer, and magnetic flux density was measured using a gauss meter. The measurement results are graphed and shown in FIGS.

図3〜5に示したグラフから明らかなように、100℃付近からの温度上昇とともに、電子伝導性材料内包活物質含有膜の抵抗(電気抵抗率)及び比誘電率は上昇し、磁束密度は減少した。特に120℃付近での抵抗(電気抵抗率)、比誘電率及び磁束密度の変動が著しい。   As is apparent from the graphs shown in FIGS. 3 to 5, the resistance (electrical resistivity) and relative dielectric constant of the film containing the electron-conductive material-containing active material increase with increasing temperature from around 100 ° C., and the magnetic flux density is Diminished. In particular, the fluctuations in resistance (electrical resistivity), relative dielectric constant and magnetic flux density around 120 ° C. are remarkable.

この結果は、電子伝導性材料内包活物質含有膜に含まれるキュリー温度が120℃付近のBaTiOの特性変化で説明できる。すなわち、常温で正方晶構造であり強誘電体であったBaTiOが、キュリー温度を経て立方晶構造の常誘電体に変化したことに伴い、BaTiO内包活物質含有膜の抵抗(電気抵抗率)、比誘電率及び磁束密度が変化したといえる。 上記結果は、本発明の電子伝導性材料内包活物質がPTC材料として機能することを意味する。したがって、本発明の電子伝導性材料内包活物質を用いたリチウムイオン二次電池が内部短絡などによって発熱したとしても、電池の温度が電子伝導性材料のキュリー温度を超えた時点で電子伝導性材料内包活物質は高抵抗となるため、電極間の過剰電流の発生を抑制することができる。本発明の電子伝導性材料内包活物質は、リチウムイオン二次電池の安全性を高めることが裏付けられた。 This result can be explained by the characteristic change of BaTiO 3 having a Curie temperature of around 120 ° C. included in the electron conductive material-containing active material-containing film. That is, the resistance (electric resistivity) of the BaTiO 3 encapsulating material-containing film was changed as BaTiO 3 which was a tetragonal structure and ferroelectric at room temperature changed to a cubic structure paraelectric through a Curie temperature. It can be said that the relative permittivity and the magnetic flux density have changed. The above results mean that the electronically conductive material-encapsulating material of the present invention functions as a PTC material. Therefore, even if the lithium ion secondary battery using the electron conductive material encapsulating material of the present invention generates heat due to an internal short circuit or the like, the electron conductive material will be used when the battery temperature exceeds the Curie temperature of the electron conductive material. Since the encapsulated active material has high resistance, generation of excess current between the electrodes can be suppressed. It was confirmed that the electron-conductive material-encapsulating material of the present invention improves the safety of the lithium ion secondary battery.

Claims (3)

活物質及びBaTiO をプラズマに導入する導入工程と、
前記プラズマ中で前記活物質及び前記BaTiO を融解して融解体とする融解工程と、
前記融解体を冷却し、前記活物質と前記BaTiO との固溶体を形成する固溶体形成工程と、
を有することを特徴とするBaTiO 内包活物質の製造方法。
An introducing step of introducing an active material and BaTiO 3 into the plasma;
A melting step of melting the active material and the BaTiO 3 in the plasma to form a melt;
A solid solution forming step of cooling the melt and forming a solid solution of the active material and the BaTiO 3 ;
A method for producing a BaTiO 3 encapsulating material, comprising:
前記導入工程において、プラズマに導入される前記活物質と前記BaTiO との質量比が、活物質:BaTiO =100:1〜1:1の範囲内である請求項1に記載のBaTiO 内包活物質の製造方法。 2. The inclusion of BaTiO 3 according to claim 1, wherein in the introduction step, a mass ratio between the active material introduced into the plasma and the BaTiO 3 is in a range of active material: BaTiO 3 = 100: 1 to 1: 1. A method for producing an active material. BaTiO と、活物質との固溶体であるBaTiO 内包活物質。 BaTiO 3 inclusion active material which is a solid solution of BaTiO 3 and an active material.
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