JP6494194B2 - Coated positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery using the same - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池用被覆正極活物質、その製造方法及びそれを用いたリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a coated positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery using the same.
リチウム二次電池は高エネルギー(高容量)を有し、携帯電話や携帯用パソコン等に広範に利用されている。近年では、二酸化炭素の増加に伴う地球温暖化防止の観点から電気自動車への関心が高まり、その電源としてもリチウム二次電池が検討されている。このような特徴を有するリチウム二次電池ではあるが、リチウム二次電池を高温で保存・使用すると、電池内部における電解液が分解され、電池性能が低下してしまう。これより、高温保存・使用時の電池性能の劣化が小さいリチウム二次電池が求められている。 Lithium secondary batteries have high energy (high capacity) and are widely used in mobile phones and portable personal computers. In recent years, interest in electric vehicles has increased from the viewpoint of preventing global warming accompanying the increase in carbon dioxide, and lithium secondary batteries have been studied as power sources. Although it is a lithium secondary battery having such characteristics, when the lithium secondary battery is stored and used at a high temperature, the electrolytic solution in the battery is decomposed and the battery performance is deteriorated. Accordingly, there is a demand for a lithium secondary battery that has a small deterioration in battery performance during storage and use at high temperatures.
例えば、特許文献1には、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な活物質担体と、低融点ガラスを含有し、上記活物質担体の表面に熱融着により担持された低融点ガラス部とを有することを特徴とする電極活物質が示されている。また、特許文献2には、正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、Li3BO3からなる被覆層とを有する正極活物質材料の製造方法が記載されている。
For example,
上記特許文献1では、低融点ガラス部は活物質担体の表面の一部を被覆するように担持され、低融点ガラスは活物質担体の表面全体を被覆しない。低融点ガラスにより被覆されていない活物質担体の部分は高温時に電解液の分解を抑えることができず、電池性能の劣化を起こす恐れがある。上記特許文献2では、正極活物質の表面にLi3BO3からなる被覆層を形成するとされているが、正極活物質に被覆されるLi3BO3は、Liイオン伝導性が低い。したがって、従来の技術では、高容量なリチウム二次電池の高温保存・使用時の電池性能の劣化を抑制することは十分ではなかった。
In
上記従来の状況に鑑み、本発明は、高温保存・使用時の電池性能の劣化が小さい高容量なリチウム二次電池、それに用いる被覆正極活物質及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional situation, an object of the present invention is to provide a high-capacity lithium secondary battery in which deterioration of battery performance during high-temperature storage / use is small, a coated positive electrode active material used therefor, and a method for producing the same.
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、電池の耐熱性を向上させるために、正極活物質の細部にわたるまで電解液と正極活物質との直接的な接触を低減させ、界面でのイオン伝導性を損なわないようにするために、正極活物質をイオン伝導性の高い固体電解質で被覆することにより、上記課題を解決できることを見出し、発明を完成した。 As a result of extensive research, the present inventors have reduced direct contact between the electrolyte and the positive electrode active material to the details of the positive electrode active material to improve the heat resistance of the battery. In order not to impair the conductivity, the inventors have found that the above problems can be solved by coating the positive electrode active material with a solid electrolyte having high ion conductivity, and have completed the invention.
すなわち、本発明に係るリチウム二次電池用被覆正極活物質は、正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成される、La0.51Li0.34TiO2.94、Li7La3Zr2O12、50Li4SiO4・50Li3BO3、LixAlyGez(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)及びLixAlyTiz(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)からなる群から選択される少なくとも1種の固体電解質からなる被覆層とを含むことを特徴とする。 That is, the coated positive electrode active material for a lithium secondary battery according to the present invention is formed so as to cover the positive electrode active material and the surface of the positive electrode active material, La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , 50Li 4 SiO 4 · 50Li 3 BO 3, Li x Al y Ge z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1,1 <z <2) and Li x Al y Ti z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1,1 < least one solid selected from the group consisting of z <2) And a coating layer made of an electrolyte.
本発明により、高温保存・使用時の電解液の分解が抑えられ、高容量なリチウム二次電池の高温保存・使用時の電池性能の劣化が抑制される。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 By this invention, decomposition | disassembly of the electrolyte solution at the time of high temperature preservation | save and use is suppressed, and deterioration of the battery performance at the time of high temperature preservation | save and use of a high capacity | capacitance lithium secondary battery is suppressed. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正ができる。また、本発明を説明するための図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications can be made. In the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
<電池構造>
図1は、本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の内部構造を模式的に表す図である。図1に示す本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池1は、正極10、セパレータ11、負極12、電池容器13、正極集電タブ14、負極集電タブ15、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18、正温度係数(Positive Temperature Coefficient;PTC)抵抗素子19、電池蓋20及び軸心21から概略構成される。電池蓋20は、内蓋16、内圧開放弁17、ガスケット18及び正温度係数抵抗素子19からなる一体化部品である。また、軸心21には、正極10、セパレータ11及び負極12が捲回されている。
<Battery structure>
FIG. 1 is a diagram schematically showing the internal structure of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. A lithium
セパレータ11を正極10及び負極12の間に挿入し、軸心21に捲回した電極群において、軸心21は、正極10、セパレータ11及び負極12を担持できるものであれば公知の任意の軸心を用いることができる。この実施の形態では、電極群は、円筒形状に形成されている。電池容器13の形状は、電極群の形状に合わせて円筒形に形成されている。
In the electrode group in which the
電池容器13の材質は、電解液に対し耐食性のある材料、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等から選択される。電池容器13を正極10又は負極12に電気的に接続する場合に、電解液と接触している部分において、電池容器13の腐食やリチウムイオンとの合金化による材料の変質が起こらないように、電池容器13の材料の選定を行う。
The material of the
電池容器13に電極群を収納し、電池容器13の内壁に負極集電タブ15を接続し、電池蓋20の底面に正極集電タブ14を接続する。電解液は、電池を密閉する前に電池容器13の内部に注入する。電解液の注入方法は、電池蓋20を開放した状態にて電極群に直接添加する方法、又は電池蓋20に設置した注入口から添加する方法がある。
The electrode group is housed in the
その後、電池蓋20を電池容器13に密着させ、電池全体を密閉する。電解液の注入口がある場合は、それも密封する。電池密閉は、溶接、かしめ等公知の技術を用いて行うことができる。
Thereafter, the
<正極>
正極10は、被覆正極活物質、導電剤、バインダ及び集電体から概略構成される。被覆正極活物質は、正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成される固体電解質からなる被覆層とを含む。以下に、被覆正極活物質の製造方法を示す。
<Positive electrode>
The
本発明の被覆正極活物質の製造方法は、正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成される固体電解質からなる被覆層とを含む被覆正極活物質の製造方法であって、固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に溶解して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する工程、上記有機溶媒・水混合溶液及び正極活物質を混合してゾルを調製する工程、上記ゾルから溶媒を除去してゲルを調製する工程、並びに上記ゲルを焼成する工程を含むことを特徴とする。 The method for producing a coated positive electrode active material of the present invention is a method for producing a coated positive electrode active material comprising a positive electrode active material and a coating layer comprising a solid electrolyte formed so as to coat the surface of the positive electrode active material. , A step of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all of the solid electrolyte raw material by dissolving all of the solid electrolyte raw material in a mixed solvent of an organic solvent and water having a hydroxyl group, the organic solvent / water mixed solution and the positive electrode It includes a step of preparing a sol by mixing an active material, a step of preparing a gel by removing a solvent from the sol, and a step of baking the gel.
本発明によれば、固体電解質の原料全てを、水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に完全に溶解することによって、固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製することができる。固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液及び正極活物質を混合して均質なゾルを調製し、上記ゾルから溶媒を除去することによって、固体電解質の原料が正極活物質表面上に均質に被覆された状態のゲルを調製することができる。さらに、上記ゲルを焼成することで、固体電解質からなる被覆層が正極活物質表面上に均質に被覆された被覆正極活物質を調製することができる。 According to the present invention, a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all solid electrolyte raw materials is prepared by completely dissolving all solid electrolyte raw materials in a mixed solvent of an organic solvent having hydroxyl group and water. Can do. A homogeneous sol is prepared by mixing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all the solid electrolyte raw material and the positive electrode active material, and the solid electrolyte raw material is placed on the positive electrode active material surface by removing the solvent from the sol. It is possible to prepare a gel in a state of being uniformly coated. Furthermore, by baking the gel, a coated positive electrode active material in which a coating layer made of a solid electrolyte is uniformly coated on the surface of the positive electrode active material can be prepared.
以下、本発明の被覆正極活物質の製造方法について説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the covering positive electrode active material of this invention is demonstrated.
固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に溶解して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する工程では、固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に完全に溶解する。固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に溶解する方法には、予め固体電解質の原料のうち、水に難溶性のものを水酸基を有する有機溶媒に溶解し溶液Aを調製し、水に易溶性のものを水に溶解し溶液Bを調製して、溶液A及びBを混合して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する方法(方法1)、固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒と混合し溶解して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する方法(方法2)等があるが、固体電解質の原料全て及び水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒を混合した後に、固体電解質の原料全てを含む有機溶媒・水混合溶液において、ゲル化せず、溶解せずに溶け残る原料がなく、且つ、固体電解質の原料の再析出が起こらなければ、いずれの方法を用いても良い。 In the step of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all solid electrolyte raw materials by dissolving all solid electrolyte raw materials in a mixed solvent of organic solvent and water having a hydroxyl group, all solid electrolyte raw materials have a hydroxyl group. Dissolves completely in a mixed solvent of organic solvent and water. In the method of dissolving all of the solid electrolyte raw material in a mixed solvent of an organic solvent having hydroxyl group and water, a solution A is prepared by dissolving in advance a water-insoluble one of the solid electrolyte raw material in an organic solvent having a hydroxyl group. Then, a water-soluble material is dissolved in water to prepare solution B, and solutions A and B are mixed to prepare a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all the solid electrolyte raw materials (method 1). ), A method of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all the solid electrolyte raw materials by mixing and dissolving all the solid electrolyte raw materials with a mixed solvent of an organic solvent having hydroxyl group and water (Method 2), etc. However, after mixing all of the solid electrolyte raw material and the organic solvent having hydroxyl group and water mixed solvent, the organic solvent / water mixed solution containing all of the solid electrolyte raw material does not gel but remains undissolved. There is no solid electrolysis To take place is a raw material for re-precipitation, it may be used any method.
方法1において固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する場合、固体電解質の原料のうち水に難溶性のものとしては、固体電解質を構成する金属のアルコキシド化合物があり、用いる固体電解質により異なる。例えば固体電解質としてLixAlyTiz(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)を用いる場合、固体電解質の原料のうち水に難溶性である固体電解質を構成する金属のアルコキシド化合物は、Al(C3H7O)3及びTi(C3H7O)4である。例えば固体電解質としてLa0.51Li0.34TiO2.94を用いる場合、固体電解質の原料のうち水に難溶性である固体電解質を構成する金属のアルコキシド化合物は、La(C3H7O)3及びTi(C3H7O)4である。例えば固体電解質としてLi7La3Zr2O12を用いる場合、固体電解質の原料のうち水に難溶性である固体電解質を構成する金属のアルコキシド化合物は、La(C3H7O)3及びZr(C3H7O)4である。例えば固体電解質として50Li4SiO4・50Li3BO3を用いる場合、固体電解質の原料のうち水に難溶性である固体電解質を構成する金属のアルコキシド化合物は、Si(C3H7O)4である。例えば固体電解質としてLixAlyGez(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)を用いる場合、固体電解質の原料のうち水に難溶性である固体電解質を構成する金属のアルコキシド化合物は、Al(C3H7O)3及びGe(C3H7O)4である。固体電解質の原料のうち、水に易溶性のものとしては、固体電解質を構成する金属塩及び/又は固体電解質中の金属の対アニオンの無機塩があり、それぞれ用いる固体電解質により異なる。例えば固体電解質としてLixAlyTiz(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)を用いる場合、固体電解質の原料のうち、水に易溶性である固体電解質を構成する金属塩及び固体電解質中の金属の対アニオンの無機塩は、それぞれCH3COOLi及び(NH4)2HPO4である。例えば固体電解質としてLa0.51Li0.34TiO2.94を用いる場合、固体電解質の原料のうち、水に易溶性である固体電解質を構成する金属塩は、CH3COOLiである。例えば固体電解質としてLi7La3Zr2O12を用いる場合、固体電解質の原料のうち、水に易溶性である固体電解質を構成する金属塩は、CH3COOLiである。例えば固体電解質として50Li4SiO4・50Li3BO3を用いる場合、固体電解質の原料のうち、水に易溶性である固体電解質を構成する金属塩及び固体電解質中の金属の対アニオンの無機塩は、CH3COOLi及びB(OH)3である。例えば固体電解質としてLixAlyGez(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)を用いる場合、固体電解質の原料のうち、水に易溶性である固体電解質を構成する金属塩及び固体電解質中の金属の対アニオンの無機塩は、それぞれCH3COOLi及び(NH4)2HPO4である。方法1において固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する場合、溶液Aを先に調製しても良いし、溶液Bを先に調製しても良い。又、溶液Aと溶液Bを混合する場合には、溶液Aを溶液Bに加えても良いし、溶液Bを溶液Aに加えても良い。
In the case of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all of the solid electrolyte raw material in
固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に溶解して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する工程では、水酸基を有する有機溶媒としては、炭素数1〜4のアルコールが好ましい。炭素数1〜4のアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、2−メトキシエタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール又はこれらの混合溶媒等のアルコールがあるが、これらに限定されない。水酸基を有する有機溶媒としては、分子量の小さいアルコールが好ましい。 In the step of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all the solid electrolyte raw materials by dissolving all the solid electrolyte raw materials in a mixed solvent of water and an organic solvent having a hydroxyl group, the organic solvent having a hydroxyl group includes carbon. The alcohol of number 1-4 is preferable. Examples of the alcohol having 1 to 4 carbon atoms include methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, 1-propanol, 2-propanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 1-butanol, and 2 -Alcohols such as butanol or mixed solvents thereof, but are not limited to these. As the organic solvent having a hydroxyl group, an alcohol having a small molecular weight is preferable.
固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に溶解して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する工程では、水酸基を有する有機溶媒と水の比率D([水酸基を有する有機溶媒/(水酸基を有する有機溶媒+水)]×100)(mol%)を、1mol%〜20mol%とすることが好ましく、2mol%〜10mol%とすることがより好ましい。 In the step of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all solid electrolyte raw materials by dissolving all the solid electrolyte raw materials in a mixed solvent of hydroxyl-containing organic solvent and water, the ratio of the organic solvent having hydroxyl groups to water D ([Hydroxyl group-containing organic solvent / (Hydroxyl group-containing organic solvent + water)] × 100) (mol%) is preferably 1 mol% to 20 mol%, more preferably 2 mol% to 10 mol%. .
固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に溶解して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する工程後は、上記有機溶媒・水混合溶液及び正極活物質を混合してゾルを調製する。正極活物質は、固体電解質の原料全てを含む溶液中に均質になるように混合する。 After the step of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all of the solid electrolyte raw material by dissolving all of the solid electrolyte raw material in a mixed solvent of an organic solvent having hydroxyl group and water, the above organic solvent / water mixed solution and A positive electrode active material is mixed to prepare a sol. A positive electrode active material is mixed so that it may become homogeneous in the solution containing all the raw materials of a solid electrolyte.
上記有機溶媒・水混合溶液及び正極活物質を混合してゾルを調製する工程後は、上記ゾルから溶媒を除去してゲルを調製する。上記ゾルから溶媒を除去する際は、エバポレーター、真空乾燥機等により実施する。 After the step of preparing the sol by mixing the organic solvent / water mixed solution and the positive electrode active material, the solvent is removed from the sol to prepare a gel. When removing the solvent from the sol, an evaporator, a vacuum dryer or the like is used.
上記ゲルを調製した後、上記ゲルを焼成する。焼成により、固体電解質の原料が結晶化し、固体電解質となる。上記ゲルの焼成温度は、用いる固体電解質の結晶化温度等に基づいて、正極活物質の劣化が起こらない温度範囲において、適宜変更することができる。例えば、固体電解質としてLa0.51Li0.34TiO2.94、Li7La3Zr2O12、50Li4SiO4・50Li3BO3、LixAlyGez(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)及びLixAlyTiz(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)を用いる場合、焼成温度(内部温度)としては、500℃〜900℃が好ましい。その他焼成時間、昇温時間、冷却時間等の焼成に関する条件は、達成させる焼成温度、焼成する原材料の量等により、適宜変更することができる。 After the gel is prepared, the gel is baked. By firing, the raw material of the solid electrolyte is crystallized to become a solid electrolyte. The firing temperature of the gel can be appropriately changed within a temperature range in which the positive electrode active material does not deteriorate based on the crystallization temperature of the solid electrolyte used. For example, La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 as a solid electrolyte, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, 50Li 4 SiO 4 · 50Li 3 BO 3, Li x Al y Ge z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1,1 <z <2) and Li x Al y Ti z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1, When 1 <z <2) is used, the firing temperature (internal temperature) is preferably 500 ° C to 900 ° C. Other firing conditions such as firing time, temperature raising time, and cooling time can be appropriately changed depending on the firing temperature to be achieved, the amount of raw materials to be fired, and the like.
被覆正極活物質に用いる固体電解質としては、La0.51Li0.34TiO2.94、Li7La3Zr2O12、50Li4SiO4・50Li3BO3、LixAlyGez(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)、LixAlyTiz(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)又はこれらの混合物がある。LixAlyGez(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)及びLixAlyTiz(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)の具体的な化合物は、例えば、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3等が挙げられる。被覆正極活物質に用いる固体電解質としては、LixAlyTiz(PO4)3(x+3y+4z=9、0<x<2、0<y<1、1<z<2)で表される酸化物系固体電解質が好ましい。 Examples of the solid electrolyte used for the coated positive electrode active material include La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , 50Li 4 SiO 4 .50Li 3 BO 3 , Li x Al y Ge z ( PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1,1 <z <2), Li x Al y Ti z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2, 0 <y <1, 1 <z <2) or mixtures thereof. Li x Al y Ge z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1,1 <z <2) and Li x Al y Ti z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9 , 0 <x <2, 0 <y <1, 1 <z <2) are, for example, Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 etc. Is mentioned. Coating The solid electrolyte used for the positive electrode active material, represented by Li x Al y Ti z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1,1 <z <2) oxide A physical solid electrolyte is preferred.
正極活物質としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等が例示される。その他に、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2、Li4Mn5O12、LiMn2−xMxO2(ただし、MはCo、Ni、Fe、Cr、Zn及びTiからなる群から選択される少なくとも1種であり、xは0.01〜0.2である)、Li2Mn3MO8(ただし、MはFe、Co、Ni、Cu及びZnからなる群から選択される少なくとも1種である)、Li1−xAxMn2O4(ただし、AはMg、B、Al、Fe、Co、Ni、Cr、Zn及びCaからなる群から選択される少なくとも1種であり、xは0.01〜0.1である)、LiNi1−xMxO2(ただし、MはCo、Fe及びGaからなる群から選択される少なくとも1種であり、xは0.01〜0.2である)、LiFeO2、Fe2(SO4)3、LiCo1−xMxO2(ただし、MはNi、Fe及びMnからなる群から選択される少なくとも1種であり、xは0.01〜0.2である)、LiNi1−xMxO2(ただし、MはMn、Fe、Co、Al、Ga、Ca及びMgからなる群から選択される少なくとも1種であり、xは0.01〜0.2である)、Fe(MoO4)3、FeF3、LiFePO4、LiMnPO4、Li(NixCoyMn1−x−y)O2(ただし、0<x<1、0<y<1である)等を用いることができる。これらの中でも、特にLiCoO2、Li(NixCoyMn1−x−y)O2(ただし、0<x<1、0<y<1である)がより好ましい。 Examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and the like. In addition, LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , Li 4 Mn 5 O 12 , LiMn 2−x M x O 2 (where M is selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Cr, Zn, and Ti) At least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu and Zn, wherein x is 0.01 to 0.2), Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M is Fe, Co, Ni, Cu and Zn). Li 1-x A x Mn 2 O 4 (where A is at least one selected from the group consisting of Mg, B, Al, Fe, Co, Ni, Cr, Zn and Ca) x is 0.01 to 0.1), LiNi 1-x M x O 2 (where M is at least one selected from the group consisting of Co, Fe and Ga, and x is 0.01 to 0.1). 0.2 and is), LiFeO , Fe 2 (SO 4) 3 , LiCo 1-x M x O 2 ( however, M is at least one selected Ni, from the group consisting of Fe and Mn, x is 0.01 to 0.2 LiNi 1-x M x O 2 (wherein M is at least one selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Al, Ga, Ca and Mg, and x is 0.01-0. 2), Fe (MoO 4 ) 3 , FeF 3 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 , Li (Ni x Co y Mn 1-xy ) O 2 (where 0 <x <1, 0 <y <1 And the like can be used. Among these, LiCoO 2, Li (Ni x Co y Mn 1-x-y) O 2 ( however, 0 <x <a 1,0 <y <1) is more preferable.
正極活物質の粒径は、被覆正極活物質、導電剤及びバインダから形成される合剤層の厚さ以下になるように通常は規定される。正極活物質の粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級や風流分級等により粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を作製することが望ましい。正極活物質の粒径は、5μm〜20μmが好ましい。 The particle size of the positive electrode active material is usually defined so as to be equal to or less than the thickness of the mixture layer formed from the coated positive electrode active material, the conductive agent, and the binder. When there are coarse particles having a size equal to or greater than the thickness of the mixture layer in the positive electrode active material powder, the coarse particles can be removed in advance by sieving classification or wind classification to produce particles having a thickness of the mixture layer thickness or less. desirable. The particle size of the positive electrode active material is preferably 5 μm to 20 μm.
被覆正極活物質において、固体電解質の被覆量は、正極活物質の表面を十分に被覆し、正極活物質自体のイオン伝導性を損なわない範囲内で適宜変更することができるが、高温保存・使用時の電解液の分解を抑え、高容量なリチウム二次電池の高温保存・使用時の電池性能の劣化を抑制する点で、被覆正極活物質における固体電解質の被覆量は正極活物質の全量に対し、通常0.1wt%〜7.0wt%、好ましくは0.2wt%〜3.0wt%、より好ましくは0.3wt%〜1.0wt%である。 In the coated positive electrode active material, the coating amount of the solid electrolyte can be appropriately changed within a range that sufficiently covers the surface of the positive electrode active material and does not impair the ionic conductivity of the positive electrode active material itself. The amount of solid electrolyte coating in the coated positive electrode active material is the same as the total amount of the positive electrode active material in that it prevents decomposition of the electrolyte during the operation and suppresses deterioration of battery performance during high-temperature storage and use of high-capacity lithium secondary batteries. On the other hand, it is usually 0.1 wt% to 7.0 wt%, preferably 0.2 wt% to 3.0 wt%, more preferably 0.3 wt% to 1.0 wt%.
以上の方法により製造された被覆正極活物質では、水銀圧入式細孔分布測定装置(BELSORP−mini、日本ベル株式会社製)を用いて測定した細孔径100nm〜10μmの範囲の累積細孔容積が、0.148(mL/g)以下を示す。これは、本発明の方法により製造された被覆正極活物質では、固体電解質が正極活物質中に存在する100nm〜10μmの空隙に至るまで、その空隙を埋めるよう被覆されているためと考えられる。細孔径100nm〜10μmの範囲の累積細孔容積が0.148(mL/g)より大きい値を示す被覆正極活物質では、固体電解質が正極活物質中に存在する100nm〜10μmの空隙を被覆しきれず、電解液と正極活物質が直接接触する箇所が多い。高温保存・使用時の電解液の分解を抑え、高容量なリチウム二次電池の高温保存・使用時の電池性能の劣化を抑制する点において、累積細孔容積は0.148(mL/g)以下であることが好ましい。被覆正極活物質の細孔径100nm〜10μmの範囲の累積細孔容積は、被覆正極活物質自体について測定しても良いし、あるいは、被覆正極活物質に加えてバインダ、導電剤等を含む正極合剤層の状態で測定し得られた細孔分布から求めても良い。 In the coated positive electrode active material produced by the above method, the cumulative pore volume in the range of pore diameters of 100 nm to 10 μm measured using a mercury intrusion pore distribution measuring device (BELSORP-mini, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) 0.148 (mL / g) or less. This is presumably because the coated positive electrode active material produced by the method of the present invention is coated so as to fill the voids until the solid electrolyte reaches 100 nm to 10 μm voids present in the positive electrode active material. In the coated positive electrode active material in which the cumulative pore volume in the pore diameter range of 100 nm to 10 μm is larger than 0.148 (mL / g), the solid electrolyte covers 100 nm to 10 μm voids present in the positive electrode active material. In many cases, the electrolytic solution and the positive electrode active material are in direct contact with each other. Accumulated pore volume is 0.148 (mL / g) in terms of suppressing degradation of the electrolyte during high-temperature storage and use, and suppressing deterioration of battery performance during high-temperature storage and use of high-capacity lithium secondary batteries. The following is preferable. The cumulative pore volume of the coated positive electrode active material having a pore diameter in the range of 100 nm to 10 μm may be measured for the coated positive electrode active material itself, or a positive electrode composite containing a binder, a conductive agent, etc. in addition to the coated positive electrode active material. You may obtain | require from the pore distribution obtained by measuring in the state of an agent layer.
以上により製造された被覆正極活物質を使用して正極を製造する。具体的には、被覆正極活物質を、バインダ、導電剤、及び有機溶媒と混合して正極合剤を調製し、これを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等によって集電体に塗布した後、有機溶媒を乾燥させ、ロールプレスによって加圧成形することにより、作製することができる。また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の合剤層を集電体に積層化させることもできる。 A positive electrode is manufactured using the coated positive electrode active material manufactured as described above. Specifically, a coated positive electrode active material is mixed with a binder, a conductive agent, and an organic solvent to prepare a positive electrode mixture, which is then applied to a current collector by, for example, a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like. After the application, the organic solvent can be dried and can be produced by pressure molding with a roll press. Moreover, a plurality of mixture layers can be laminated on the current collector by performing a plurality of times from application to drying.
また、被覆正極活物質は、酸化物系であるために一般に電気抵抗が高いので、電気伝導性を補うための炭素粉末等からなる導電剤を利用する。被覆正極活物質及び導電剤はともに通常は粉末であるので、粉末にバインダを混合して、粉末同士を結合させると同時に集電体へ接着させることができる。 In addition, since the coated positive electrode active material is oxide-based and generally has high electric resistance, a conductive agent made of carbon powder or the like for supplementing electric conductivity is used. Since both the coated positive electrode active material and the conductive agent are usually powders, a binder can be mixed with the powders, and the powders can be bonded together and simultaneously bonded to the current collector.
正極10の集電体としては、例えば、厚さが10μm〜100μmのアルミニウム箔、厚さが10μm〜100μmで孔径が0.1mm〜10mmのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル又は発泡金属板等が用いられる。アルミニウムの他に、ステンレスやチタン等の材質も適用することができ、材質、形状、製造方法等に制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。
As the current collector of the
正極合剤層の厚さは、例えば、10μm〜100μmとすることができるが、これに限定されない。 Although the thickness of a positive mix layer can be 10 micrometers-100 micrometers, for example, it is not limited to this.
正極合剤層に係るバインダには、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが好適に用いられる。 For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), or the like is preferably used for the binder related to the positive electrode mixture layer.
<負極>
負極12は、負極活物質、バインダ及び集電体から概略構成され、負極活物質を、バインダ及び有機溶媒と混合して負極合剤を調製し、これを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等によって集電体に塗布、プレスすることにより作製することができる。また、負極合剤スラリーの塗布及び乾燥を複数回行うことにより、複数の合剤層を集電体に積層化させることもできる。
<Negative electrode>
The
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、石油コークス又は石炭ピッチコークス等から得られる易黒鉛化材料を2500℃以上の高温で処理したもの、メソフェーズカーボン、非晶質炭素、炭素繊維、リチウムと合金化する金属、又は炭素粒子表面に金属を担持した材料等が用いられる。担持させる金属としては、例えば、リチウム、銀、アルミニウム、スズ、ケイ素、インジウム、ガリウム及びマグネシウムより選択される金属、あるいはそれらの合金が挙げられる。また、上記金属または上記金属の酸化物を負極活物質として用いても良い。さらに、チタン酸リチウムを用いることもできる。 As the negative electrode active material, for example, a graphitized material obtained from natural graphite, petroleum coke or coal pitch coke, etc., treated at a high temperature of 2500 ° C. or higher, mesophase carbon, amorphous carbon, carbon fiber, lithium and alloy Or a metal supporting material on the surface of carbon particles. Examples of the metal to be supported include metals selected from lithium, silver, aluminum, tin, silicon, indium, gallium, and magnesium, or alloys thereof. Alternatively, the metal or the metal oxide may be used as the negative electrode active material. Furthermore, lithium titanate can also be used.
負極活物質の粒径は、負極活物質及びバインダから形成される合剤層の厚さ以下になるように通常は規定される。負極活物質の粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級や風流分級等により粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を作製することが望ましい。 The particle size of the negative electrode active material is usually defined so as to be equal to or less than the thickness of the mixture layer formed from the negative electrode active material and the binder. When the negative electrode active material powder has coarse particles having a size equal to or greater than the thickness of the mixture layer, the coarse particles can be removed in advance by sieving classification or airflow classification to produce particles having a thickness of the mixture layer or less. desirable.
負極12の集電体には、銅箔等を用いることができる。例えば、厚さが5μm〜30μmの銅箔が用いられる。
A copper foil or the like can be used for the current collector of the
負極合剤層の厚さは、例えば、10μm〜100μmとすることができるが、これに限定されない。 Although the thickness of a negative mix layer can be 10 micrometers-100 micrometers, for example, it is not limited to this.
負極合剤層に係るバインダには、正極合剤層用のバインダとして先に例示した各種バインダと同じものが使用できる。 As the binder for the negative electrode mixture layer, the same binders as those exemplified above as the binder for the positive electrode mixture layer can be used.
<電解液>
電解液は、溶媒に電解質を溶解させることにより作製することができる。本発明の一実施形態で用いる電解液は、エチレンカーボネートにジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート又はエチルメチルカーボネート等を混合した溶媒に、電解質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)又は四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)を溶解させた溶液がある。本発明は溶媒や電解質の種類、溶媒の混合比に制限されることなく、他の電解液も使用することができる。
<Electrolyte>
The electrolytic solution can be prepared by dissolving an electrolyte in a solvent. The electrolytic solution used in one embodiment of the present invention is a solvent in which dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or the like is mixed with ethylene carbonate, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or lithium tetrafluoroborate as an electrolyte. There is a solution in which (LiBF 4 ) is dissolved. The present invention is not limited to the type of solvent and electrolyte, and the mixing ratio of the solvents, and other electrolytic solutions can be used.
電解液に用いる溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、例えば1,3−ジオキソラン等のジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジエチルエーテル、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、テトラヒドロフラン、1,2−ジエトキシエタン、クロルエチレンカーボネートもしくはクロルプロピレンカーボネート又はこれらの混合溶媒等の非水溶媒が挙げられる。本発明の電池に内蔵される正極10又は負極12上で分解しなければ、これ以外の溶媒を用いてもよい。
Examples of the solvent used for the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, and 2-methyl. Tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, for example, dioxolane such as 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, methyl propionate, ethyl propionate, phosphate triester, trimethoxymethane, diethyl ether, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, Tetrahydrofuran, 1,2-diethoxyethane, chloroethylene carbonate or chloropropylene carbonate, or these Nonaqueous solvent mixture such solvents. Other solvents may be used as long as they do not decompose on the
電解液に用いる電解質としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6又はリチウムトリフルオロメタンスルホンイミドに代表されるリチウムのイミド塩等、多種類のリチウム塩が挙げられる。本発明の電池に内蔵される正極10及び負極12上で分解しなければ、これ以外の電解質を用いてもよい。
The electrolyte used in the electrolytic solution, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6 or imide salts such as lithium represented by lithium trifluoromethane sulfonimide, There are many types of lithium salts. An electrolyte other than this may be used as long as it does not decompose on the
電解液に代えて、固体高分子電解質(ポリマー電解質)を用いることができる。固体高分子電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリヘキサフルオロプロピレン又はポリエチレンオキサイド等のイオン伝導性ポリマーを用いることができる。これらの固体高分子電解質を用いた場合、セパレータ11を省略することができる。
Instead of the electrolytic solution, a solid polymer electrolyte (polymer electrolyte) can be used. As the solid polymer electrolyte, for example, an ion conductive polymer such as polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide can be used. When these solid polymer electrolytes are used, the
さらに、電解液として、イオン性液体を含むことができる。イオン性液体としては、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート(EMI−BF4)、リチウム塩LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)とトリグライムとテトラグライムとの混合錯体、環状四級アンモニウム系陽イオン(N−メチル−N−プロピルピロリジニウムが挙げられる)及びイミド系陰イオン(ビス(フルオロスルホニル)イミドが挙げられる)からなる群から、正極10及び負極12上で分解しない組み合わせを選択して、本発明の電池に用いることができる。
Furthermore, an ionic liquid can be included as an electrolytic solution. Examples of the ionic liquid include 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMI-BF4), a mixed salt of lithium salt LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), triglyme and tetraglyme, On the
<セパレータ>
正極10及び負極12の直接接触による短絡防止を目的として、正極10及び負極12の間にセパレータ11を挿入する。セパレータ11には、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなるポリオレフィン系高分子シート又はポリオレフィン系高分子、4フッ化ポリエチレン等をフッ素系高分子シートに溶着させた2層構造等を使用することができる。電池温度が高くなったときにセパレータ11が収縮しないように、セパレータ11の表面にセラミックス及びバインダの混合物を薄層状に形成してもよい。又、ガラス繊維不織布等を用いても良い。これらのセパレータ11は電池の充放電時にリチウムイオンを透過させる必要があるため、細孔径が0.01〜10μm、気孔率が20〜90%であることが好ましい。
<Separator>
A
以上の実施形態では、電極群は円筒形状に形成されていたが、例えば短冊状電極を積層したもの、又は正極10と負極12を扁平状等の任意の形状に捲回したもの等、種々の形状でも良い。電池容器13の形状は、上記のような円筒形状の他、例えば扁平長円形状、扁平楕円形状、角形等の形状でも良い。さらに軸心21は、電池形状によって、あるいは電池内部における電極の体積占有率を向上させる目的で、省略することもできる。
In the above embodiment, the electrode group is formed in a cylindrical shape, but various types such as a laminate of strip-shaped electrodes or a structure in which the
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these.
(実施例1)
<正極>
まず、被覆正極活物質を製造した。正極活物質は平均粒径10μmのLiCoO2を用いた。固体電解質はLi1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3とするため、固体電解質の原料としてCH3COOLi、Al(C3H7O)3、Ti(C3H7O)3及び(NH4)2HPO4を用い、それぞれのモル比が順に1.5:0.5:1.5:3となるようにそれぞれの原料の量を調整した。又、LiCoO2とLi1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3の重量比は95.5:0.5となるようにそれぞれの原料の量を調整した。Al(C3H7O)3及びTi(C3H7O)3を溶解する溶媒には、親水性溶媒である1−プロパノールを用い、CH3COOLi及び(NH4)2HPO4を溶解する溶媒には水を用いた。1−プロパノールと水の比率Dは5mol%となるように調整した。
Example 1
<Positive electrode>
First, a coated positive electrode active material was manufactured. As the positive electrode active material, LiCoO 2 having an average particle diameter of 10 μm was used. Since the solid electrolyte is Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 , the raw materials for the solid electrolyte are CH 3 COOLi, Al (C 3 H 7 O) 3 , Ti (C 3 H 7 O 3 ) and (NH 4 ) 2 HPO 4 were used, and the amounts of the respective raw materials were adjusted so that the respective molar ratios were 1.5: 0.5: 1.5: 3. Moreover, the amount of each raw material was adjusted so that the weight ratio of LiCoO 2 and Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 was 95.5: 0.5. As a solvent for dissolving Al (C 3 H 7 O) 3 and Ti (C 3 H 7 O) 3 , 1-propanol which is a hydrophilic solvent is used, and CH 3 COOLi and (NH 4 ) 2 HPO 4 are dissolved. Water was used as the solvent. The ratio D of 1-propanol and water was adjusted to 5 mol%.
Al(C3H7O)3及びTi(C3H7O)3を1−プロパノールに加え、30分間超音波処理を行うことにより溶解して溶液Aを得た。次にCH3COOLi及び(NH4)2HPO4を水に加えて溶解した溶液Bを調製し、溶液Bを溶液Aに滴下して溶液Cを得た。その後、溶液CにLiCoO2を加えた。スリーワンモーターで1時間撹拌し、エバポレーターで溶媒を飛ばした後、60℃で24時間真空乾燥した。その後、700℃で1時間焼成し被覆正極活物質を得た。 Al (C 3 H 7 O) 3 and Ti (C 3 H 7 O) 3 were added to 1-propanol and dissolved by sonication for 30 minutes to obtain a solution A. Next, CH 3 COOLi and (NH 4 ) 2 HPO 4 were added to water to prepare a solution B, and the solution B was added dropwise to the solution A to obtain a solution C. Thereafter, LiCoO 2 was added to the solution C. The mixture was stirred for 1 hour with a three-one motor, the solvent was blown off with an evaporator, and then vacuum-dried at 60 ° C. for 24 hours. Then, it baked at 700 degreeC for 1 hour, and obtained the covering positive electrode active material.
上記方法により得られた被覆正極活物質、導電剤(SP270:日本黒鉛社製黒鉛)、ポリフッ化ビニリデンバインダーを85:7.5:7.5重量%の割合で混合し、N−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、正極合剤スラリーを調製した。該スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。正極合剤スラリー塗布量は、200g/m2であった。その後、プレスして正極を調製した。 The coated positive electrode active material obtained by the above method, a conductive agent (SP270: graphite manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.), and a polyvinylidene fluoride binder were mixed at a ratio of 85: 7.5: 7.5% by weight, and N-methyl-2 -A mixture of pyrrolidone was added and mixed to prepare a positive electrode mixture slurry. The slurry was applied to a 20 μm thick aluminum foil by a doctor blade method and dried. The coating amount of the positive electrode mixture slurry was 200 g / m 2 . Then, it pressed and the positive electrode was prepared.
このようにして得られた正極について、正極から合剤層を剥がし、被覆正極活物質の100nm〜10μmにおける累積細孔容積V(mL/g)を、水銀圧入式細孔分布測定装置(BELSORP−mini、日本ベル株式会社製)を用いて測定した。 With respect to the positive electrode thus obtained, the mixture layer was peeled off from the positive electrode, and the cumulative pore volume V (mL / g) of the coated positive electrode active material at 100 nm to 10 μm was measured using a mercury intrusion pore distribution measuring device (BELSORP- mini, manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.).
<負極>
負極活物質にはグラファイトを用いた。グラファイトにポリフッ化ビニリデンを95:5の重量%の比率で混合し、更にN−メチル−2−ピロリドンに投入混合して、負極合剤スラリーを調製した。該スラリーを厚さ10μmの銅箔にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。合剤かさ密度が1.5g/cm3となるようにプレスして負極を作製した。
<Negative electrode>
Graphite was used as the negative electrode active material. Polyvinylidene fluoride was mixed with graphite at a weight ratio of 95: 5, and further mixed with N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a negative electrode mixture slurry. The slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 μm by a doctor blade method and dried. The mixture was pressed so that the bulk density was 1.5 g / cm 3 to prepare a negative electrode.
<電解液>
電解液には、1M LiPF6[EC/EMC/DMC=1/1/1]を用いた。
<Electrolyte>
As the electrolytic solution, 1M LiPF 6 [EC / EMC / DMC = 1/1/1] was used.
<電池>
正極及び負極の間に、ポリオレフィン製のセパレータを挿入し、電極群を形成した。そこに、電解液を注液した。その後、電池を捲回し18650型の電池を作製した。その後、充放電を3サイクル繰り返すことで電池を初期化した。
<Battery>
A polyolefin separator was inserted between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode group. Thereto, an electrolytic solution was injected. Thereafter, the battery was wound to produce an 18650 type battery. Then, the battery was initialized by repeating charging / discharging 3 cycles.
このようにして得られたリチウム二次電池について、上限電圧4.2V、下限電圧2.5Vで、電流密度を0.1mA/cm2として充放電した。放電容量を電池の容量とし、85℃、10日貯蔵試験後の容量/貯蔵試験前の容量を算出し、容量維持率とした。
結果、上記方法で得られた溶液Cはゲル化せず、被覆正極活物質のVは0.148mL/gであった。初期電池容量は996mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は、77%であった。
The lithium secondary battery thus obtained was charged and discharged with an upper limit voltage of 4.2 V and a lower limit voltage of 2.5 V, and a current density of 0.1 mA / cm 2 . The discharge capacity was taken as the capacity of the battery, and the capacity at 85 ° C. after 10 days storage test / capacity before storage test was calculated as the capacity maintenance rate.
As a result, the solution C obtained by the above method did not gel, and V of the coated positive electrode active material was 0.148 mL / g. The initial battery capacity was 996 mAh, and the capacity maintenance rate after the storage test was 77%.
(実施例2)
溶液Cの1−プロパノールと水の比率Dを5mol%から3mol%にした以外は、実施例1と同様にした。被覆正極活物質のVは0.144mL/gであった。初期電池容量は990mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は75%であった。
(Example 2)
Example 1 was repeated except that the ratio D of 1-propanol to water in Solution C was changed from 5 mol% to 3 mol%. V of the coated positive electrode active material was 0.144 mL / g. The initial battery capacity was 990 mAh, and the capacity retention rate after the storage test was 75%.
(実施例3)
溶液Cの1−プロパノールと水の比率Dを5mol%から10mol%にした以外は、実施例1と同様にした。被覆正極活物質のVは0.145mL/gであった。初期電池容量は994mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は75%であった。
(Example 3)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the ratio D of 1-propanol to water in Solution C was changed from 5 mol% to 10 mol%. V of the coated positive electrode active material was 0.145 mL / g. The initial battery capacity was 994 mAh, and the capacity maintenance rate after the storage test was 75%.
(実施例4)
焼成温度を700℃から900℃にした以外は、実施例1と同様にした。被覆正極活物質のVは0.110mL/gであった。初期電池容量は988mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は76%であった。
Example 4
Example 1 was repeated except that the firing temperature was changed from 700 ° C to 900 ° C. V of the coated positive electrode active material was 0.110 mL / g. The initial battery capacity was 988 mAh, and the capacity retention rate after the storage test was 76%.
(実施例5)
CH3COOLi:Al(C3H7O)3:Ti(C3H7O)3:(NH4)2HPO4のモル比を1.5:0.5:1.5:3から1.3:0.3:1.7:3にした以外は、実施例1と同様にした。被覆正極活物質のVは0.142mL/gであった。初期電池容量は995mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は、76%であった。
(Example 5)
The molar ratio of CH 3 COOLi: Al (C 3 H 7 O) 3 : Ti (C 3 H 7 O) 3 : (NH 4 ) 2 HPO 4 is changed from 1.5: 0.5: 1.5: 3 to 1. .3: Same as Example 1 except for 0.3: 1.7: 3. V of the coated positive electrode active material was 0.142 mL / g. The initial battery capacity was 995 mAh, and the capacity retention rate after the storage test was 76%.
(比較例1)
被覆正極活物質を固体電解質により被覆していない正極活物質にした以外は実施例1と同様にした。正極活物質のVは0.150mL/gであった。初期電池容量は1001mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は68%であった。
(Comparative Example 1)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the coated positive electrode active material was changed to a positive electrode active material not coated with a solid electrolyte. V of the positive electrode active material was 0.150 mL / g. The initial battery capacity was 1001 mAh, and the capacity retention rate after the storage test was 68%.
(比較例2)
溶液Cの1−プロパノールと水の比率Dを5mol%から0mol%とした以外は、実施例1と同様にした。溶液Cがゲル化し、均質な溶液Cを得られなかった。正極活物質のVは0.152mL/gであった。初期電池容量は995mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は67%であった。
(Comparative Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the ratio D of 1-propanol to water in Solution C was changed from 5 mol% to 0 mol%. Solution C gelled and a homogeneous solution C could not be obtained. V of the positive electrode active material was 0.152 mL / g. The initial battery capacity was 995 mAh, and the capacity retention rate after the storage test was 67%.
(比較例3)
溶液Cの1−プロパノールと水の比率Dを5mol%から30mol%とした以外は、実施例1と同様にした。溶液Cがゲル化し、均質な前駆体を得られなかった。正極活物質のVは0.155mL/gであった。初期電池容量は990mAhであり、貯蔵試験後の容量維持率は67%であった。
(Comparative Example 3)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the ratio D of 1-propanol to water in Solution C was changed from 5 mol% to 30 mol%. Solution C gelled and a homogeneous precursor could not be obtained. V of the positive electrode active material was 0.155 mL / g. The initial battery capacity was 990 mAh, and the capacity retention rate after the storage test was 67%.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, with respect to a part of the configuration of the embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.
1 リチウム二次電池
10 正極
11 セパレータ
12 負極
13 電池容器
14 正極集電タブ
15 負極集電タブ
16 内蓋
17 内圧開放弁
18 ガスケット
19 正温度係数抵抗素子
20 電池蓋
21 軸心
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記被覆正極活物質の100nm〜10μmにおける累積細孔容積Vが0.148(mL/g)以下であり、
固体電解質の原料全てを水酸基を有する有機溶媒と水の混合溶媒に溶解して固体電解質の原料全てを含む均質な有機溶媒・水混合溶液を調製する工程、上記有機溶媒・水混合溶液及び正極活物質を混合してゾルを調製する工程、上記ゾルから溶媒を除去してゲルを調製する工程、並びに上記ゲルを焼成する工程を含み、
水酸基を有する有機溶媒と水の比率D([水酸基を有する有機溶媒/(水酸基を有する有機溶媒+水)]×100)(mol%)が1mol%〜20mol%である、製造方法。 La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , 50Li 4 SiO 4 .50Li 3 BO formed so as to cover the surface of the positive electrode active material and the positive electrode active material. 3, Li x Al y Ge z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9,0 <x <2,0 <y <1,1 <z <2) and Li x Al y Ti z (PO 4) 3 (x + 3y + 4z = 9, 0 <x <2, 0 <y <1, 1 <z <2), and a covering layer made of at least one solid electrolyte selected from the group consisting of: A method for producing a substance , comprising:
The cumulative pore volume V at 100 nm to 10 μm of the coated positive electrode active material is 0.148 (mL / g) or less,
A step of preparing a homogeneous organic solvent / water mixed solution containing all the solid electrolyte raw materials by dissolving all of the raw materials of the solid electrolyte in a mixed solvent of an organic solvent having hydroxyl group and water, and the above organic solvent / water mixed solution and positive electrode active A step of preparing a sol by mixing substances, a step of preparing a gel by removing a solvent from the sol, and a step of baking the gel,
The production method, wherein the ratio D ([organic solvent having a hydroxyl group / (organic solvent having a hydroxyl group + water)] × 100) (mol%) of the organic solvent having a hydroxyl group is 1 mol% to 20 mol%.
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