JP6578777B2 - Positive electrode for lithium ion secondary battery, method for producing the same, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode for lithium ion secondary battery, method for producing the same, and lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用正極及びその製造方法並びにリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、充放電容量が高く、高出力化が可能な二次電池である。現在、リチウムイオン二次電池は、主として携帯電子機器や電気自動車の電源として用いられている。リチウムイオン二次電池の正極及び負極は、リチウムを挿入および脱離することができる電極活物質を有する。正極の電極活物質としては、主としてLiCoO等のリチウム含有金属複合酸化物が用いられ、負極の電極活物質としては、炭素材料やSi系材料が用いられる。 A lithium ion secondary battery is a secondary battery having a high charge / discharge capacity and capable of high output. Currently, lithium ion secondary batteries are mainly used as power sources for portable electronic devices and electric vehicles. The positive electrode and the negative electrode of the lithium ion secondary battery have an electrode active material capable of inserting and extracting lithium. A lithium-containing metal composite oxide such as LiCoO 2 is mainly used as the positive electrode active material, and a carbon material or a Si-based material is used as the negative electrode active material.

近年、正極の電極活物質としては、LiFePOなどのオリビン型リチウムリン酸複合酸化物が提案されている。オリビン型リチウムリン酸複合酸化物は、充放電に伴う結晶構造の変化が少ないため、サイクル特性がよい。一方で、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物は、導電性が低いため、炭素材料からなる炭素被膜で表面を被覆することが多い(特許文献1,2)。 In recent years, olivine-type lithium phosphate composite oxides such as LiFePO 4 have been proposed as positive electrode active materials. Since the olivine-type lithium phosphate complex oxide has little change in crystal structure accompanying charge / discharge, the cycle characteristics are good. On the other hand, since the olivine-type lithium phosphate complex oxide has low conductivity, the surface is often covered with a carbon film made of a carbon material (Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、炭素被膜は電子伝導性がよいため、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物の粒子表面近傍で電子と電解液とが反応してSEI皮膜を形成する。SEI皮膜の形成により、Liイオンが消費されてしまい、サイクル特性の向上の妨げとなっていた。    However, since the carbon film has good electron conductivity, an electron and an electrolytic solution react with each other in the vicinity of the particle surface of the olivine type lithium phosphate complex oxide to form an SEI film. The formation of the SEI film consumed Li ions, which hindered improvement of cycle characteristics.

一方で、特許文献3には、正極表面に、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる1種以上の選択金属とポリマーとを有する有機無機コート層を形成することが開示されている。   On the other hand, Patent Document 3 discloses forming an organic-inorganic coating layer having one or more selected metals selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements and a polymer on the positive electrode surface. .

しかしながら、特許文献3に示された正極活物質は表面が炭素皮膜で被覆されていない。表面が炭素皮膜により被覆された正極活物質について、有機無機コート層を形成することで、サイクル特性が向上するか否かは不明であった。   However, the surface of the positive electrode active material disclosed in Patent Document 3 is not covered with a carbon film. It was unclear whether the cycle characteristics were improved by forming an organic / inorganic coating layer for the positive electrode active material whose surface was coated with a carbon film.

特開2011−113783号公報JP 2011-113783 A 特開2011−238490号公報JP 2011-238490 A 特開2014−160635号公報JP 2014-160635 A

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極及びその製造方法並びにリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of this situation, and makes it a subject to provide the positive electrode for lithium ion secondary batteries excellent in cycling characteristics, its manufacturing method, and a lithium ion secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、集電体と、前記集電体を被覆する正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、
リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第1正極活物質と、前記第1正極活物質の表面に形成された炭素被覆部と、を有する第1活物質粒子、及び
前記第1活物質粒子の表面に形成された有機無機コート層、
を有し、
前記有機無機コート層は、アミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基、マレイミド基、カルボキシル基及びエーテル基の中から選ばれる少なくとも一種をもつ選択ポリマーと、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の選択金属と、を含むことを特徴とする。
The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention includes a current collector and a positive electrode active material layer that covers the current collector,
The positive electrode active material layer is
First active material particles having a first positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and a carbon coating formed on the surface of the first positive electrode active material, and on the surface of the first active material particles Formed organic inorganic coating layer,
Have
The organic / inorganic coating layer includes a selection polymer having at least one selected from an amino group, an amide group, an imino group, an imide group, a maleimide group, a carboxyl group, and an ether group, an alkali metal, an alkaline earth metal, and a rare earth element. And at least one selected metal selected from the group consisting of:

本発明のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第1正極活物質と、前記第1正極活物質の表面に形成された炭素被覆部とを有する第1活物質粒子を含むスラリーを集電体表面に塗布し乾燥して正極活物質層を形成する工程と、
アミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基、マレイミド基、カルボキシル基及びエーテル基の中から選ばれる少なくとも一種をもつ選択ポリマーと、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の選択金属と、を溶媒に溶解した混合溶液を前記正極活物質層に塗布し乾燥して前記第1活物質粒子の表面に有機無機コート層を形成する工程と、をもつことを特徴とする。
The manufacturing method of the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention has the 1st positive electrode active material which can occlude and discharge | release lithium ion, and the carbon coating part formed in the surface of the said 1st positive electrode active material. Applying a slurry containing active material particles to the surface of the current collector and drying to form a positive electrode active material layer;
A selection polymer having at least one selected from an amino group, an amide group, an imino group, an imide group, a maleimide group, a carboxyl group and an ether group, and at least one selection selected from an alkali metal, an alkaline earth metal and a rare earth element Applying a mixed solution in which a metal is dissolved in a solvent to the positive electrode active material layer and drying to form an organic-inorganic coating layer on the surfaces of the first active material particles.

本発明のリチウムイオン二次電池は、上記記載のリチウムイオン二次電池用正極、又は上記記載のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法により製造されたリチウムイオン二次電池用正極を備えたことを特徴とする。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes the positive electrode for a lithium ion secondary battery described above or the positive electrode for a lithium ion secondary battery manufactured by the method for manufacturing a positive electrode for lithium ion secondary battery described above. It is characterized by.

本発明は上記構成を具備するため、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極及びその製造方法並びにリチウムイオン二次電池を提供することができる。   Since this invention comprises the said structure, it can provide the positive electrode for lithium ion secondary batteries excellent in cycling characteristics, its manufacturing method, and a lithium ion secondary battery.

実施例1のサイクル試験前後の正極の電子抵抗及び比較例1のサクル試験後の正極電子抵抗を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the electronic resistance of the positive electrode before and after the cycle test of Example 1 and the positive electrode electronic resistance after the sacule test of Comparative Example 1. 実施例1及び比較例1のサイクル試験後の正極の反応抵抗を示す図である。It is a figure which shows the reaction resistance of the positive electrode after the cycle test of Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1及び比較例1の集電体と正極活物質層との間の界面抵抗及びそれ以外の諸抵抗を示す図である。It is a figure which shows the interfacial resistance between the electrical power collector of Example 1 and Comparative Example 1, and a positive electrode active material layer, and various other resistance.

本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池用正極及びその製造方法並びにリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。   A positive electrode for a lithium ion secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

(リチウムイオン二次電池用正極)
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極において、正極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第1正極活物質と、第1正極活物質の表面に形成された炭素被覆部とを有する第1活物質粒子、及び第1活物質粒子の表面に形成された有機無機コート層、を有する。
(Positive electrode for lithium ion secondary battery)
In the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode active material layer includes a first positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and a carbon coating portion formed on the surface of the first positive electrode active material. The first active material particles have, and the organic / inorganic coating layer formed on the surface of the first active material particles.

本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を用いたリチウムイオン二次電池は、後述の実施例に示すように、サイクル試験後に、容量維持率が高くまた正極電子抵抗の増加も少ない。このため、サイクル特性が向上する。その理由は以下のように考えられる。   The lithium ion secondary battery using the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present embodiment has a high capacity retention rate and a small increase in positive electrode electronic resistance after a cycle test, as shown in the examples described later. For this reason, cycle characteristics are improved. The reason is considered as follows.

一般に、第1活物質粒子の炭素被覆部は、導電性がよい。このため、炭素被覆部近傍が高酸化状態となり、電解液と第1正極活物質とが反応してSEI皮膜(不導態被膜)が形成されやすい。しかし、本実施形態では、第1活物質粒子は有機無機コート層により被覆されている。第1活物質粒子の炭素被覆部は、有機無機コート層により被覆されている。このため、炭素被覆部表面にSEI皮膜が形成されることが防止される。また、有機無機コート層は、Liイオンの移動を妨げない。したがって、充放電を繰り返しても、高い容量を維持することができる。   In general, the carbon covering portion of the first active material particles has good conductivity. For this reason, the vicinity of the carbon coating portion is in a highly oxidized state, and the electrolytic solution and the first positive electrode active material react with each other, so that an SEI film (non-conductive film) is easily formed. However, in this embodiment, the 1st active material particle is coat | covered with the organic inorganic coating layer. The carbon covering portion of the first active material particle is covered with an organic / inorganic coating layer. For this reason, it is prevented that the SEI film is formed on the surface of the carbon coating portion. The organic / inorganic coating layer does not hinder the movement of Li ions. Therefore, even if charging / discharging is repeated, a high capacity can be maintained.

また、有機無機コート層は、アミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基、マレイミド基、カルボキシル基及びエーテル基の中から選ばれる少なくとも一種をもつ選択ポリマーと、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の選択金属と、を含む。窒素やカルボキシル基を含む選択ポリマーは、非共有電子対を有するため、選択金属イオンが配位しやすい。また、エーテル基を含む選択ポリマーは、アルカリ金属などと錯体を形成し易い。したがって、有機無機コート層は均一かつ緻密な被膜となり、しかも、電解液が炭素被覆部に直接接触しにくいため、炭素被覆部を通る電子が電解液の酸化分解に消費されにくい。このため、正極の電子抵抗の上昇を大きく抑制することができる。   The organic / inorganic coating layer includes a selection polymer having at least one selected from an amino group, an amide group, an imino group, an imide group, a maleimide group, a carboxyl group, and an ether group, an alkali metal, an alkaline earth metal, and a rare earth. And at least one selected metal selected from elements. Since a selective polymer containing nitrogen or a carboxyl group has an unshared electron pair, the selected metal ion is likely to coordinate. Moreover, the selective polymer containing an ether group is likely to form a complex with an alkali metal or the like. Therefore, the organic / inorganic coating layer is a uniform and dense film, and the electrolyte solution is less likely to be in direct contact with the carbon coating portion, so that electrons passing through the carbon coating portion are not easily consumed by oxidative decomposition of the electrolyte solution. For this reason, the raise of the electronic resistance of a positive electrode can be suppressed significantly.

また、SEI皮膜の過剰な形成が抑制されるとともにガス発生を抑制できる。過充電時の急激な反応を抑制し、電池の過剰発熱も抑えられる。   Further, excessive formation of the SEI film can be suppressed and gas generation can be suppressed. Abrupt reaction during overcharging is suppressed, and excessive heat generation of the battery is also suppressed.

正極活物質層は、第1活物質粒子、及び第1活物質粒子の表面に形成された有機無機コート層を有する。   The positive electrode active material layer has a first active material particle and an organic-inorganic coating layer formed on the surface of the first active material particle.

第1活物質粒子は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第1正極活物質と、第1正極活物質の表面に形成された炭素被覆部とを有する。第1正極活物質は、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物からなることが好ましい。一般に、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物は、平均放電電位が低いため、3.5Vを超える高電位(例えば、4.2V以上)に曝されると、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物の分解、溶出や正極近傍の電解液の分解が生じやすい。本実施形態では、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物を被覆する炭素被覆部は、有機無機コート層により被覆されている。このため、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物と電解液との直接接触を防止して、高電位に曝されてもオリビン型リチウムリン酸複合酸化物の分解、溶出や電解液の分解を効果的に抑制できる。   The first active material particles have a first positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and a carbon coating portion formed on the surface of the first positive electrode active material. The first positive electrode active material is preferably made of an olivine type lithium phosphate complex oxide. In general, since the olivine-type lithium phosphate composite oxide has a low average discharge potential, it is decomposed when exposed to a high potential exceeding 3.5 V (for example, 4.2 V or more). Elution or decomposition of the electrolyte near the positive electrode is likely to occur. In this embodiment, the carbon coating part which coat | covers an olivine type lithium phosphate complex oxide is coat | covered with the organic inorganic coating layer. This prevents direct contact between the olivine-type lithium phosphate composite oxide and the electrolyte, and effectively decomposes and dissolves the olivine-type lithium phosphate composite oxide and decomposes the electrolyte even when exposed to a high potential. Can be suppressed.

第1正極活物質として用いられるオリビン型リチウムリン酸複合酸化物は、化学式:LiMPO(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)などで表される。具体的には、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPOが挙げられる。この中、LiFePOがよい。 The olivine-type lithium phosphate composite oxide used as the first positive electrode active material is represented by a chemical formula: LiMPO 4 (wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). . Specific examples include LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , and LiMnPO 4 . Of these, LiFePO 4 is preferred.

第1正極活物質は、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物の他に、層状岩塩型リチウム複合酸化物、スピネル型リチウム複合酸化物を用いることも可能である。また、第1正極活物質として、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物以外のポリアニオン系化合物を用いることも可能である。オリビン型リチウムリン酸複合酸化物以外のポリアニオン系化合物としては、例えば、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)などで表される化合物を挙げることができる。 As the first positive electrode active material, a layered rock salt type lithium composite oxide or a spinel type lithium composite oxide can be used in addition to the olivine type lithium phosphate composite oxide. Moreover, it is also possible to use polyanionic compounds other than the olivine type lithium phosphate complex oxide as the first positive electrode active material. Examples of polyanionic compounds other than the olivine-type lithium phosphate complex oxide include LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe). Mention may be made of the compounds represented.

第1正極活物質の表面には炭素被覆部が形成されている。炭素被覆部は、第1正極活物質間の導電性を高める。炭素被覆部は炭素材料を有する。炭素材料は、導電性を有するとよく、例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB、登録商標)、炭素ナノチューブ、グラフェーン、炭素繊維、黒鉛等を用いることができる。中でも、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)が好ましい。   A carbon coating portion is formed on the surface of the first positive electrode active material. A carbon coating | cover part improves the electroconductivity between 1st positive electrode active materials. The carbon coating portion has a carbon material. The carbon material is preferably conductive, and for example, acetylene black (AB), ketjen black (KB, registered trademark), carbon nanotube, graphene, carbon fiber, graphite, or the like can be used. Of these, acetylene black (AB) and ketjen black (KB) are preferable.

第1正極活物質と炭素被覆部の合計質量を100質量%としたときの炭素被覆部の質量比は、1質量%以上50質量%以下であることがよく、更には5質量%以上30質量%以下であることがよい。この場合には、正極の高い容量を維持しつつ、第1正極活物質間の導電性を高めることができる。   The mass ratio of the carbon coating part when the total mass of the first positive electrode active material and the carbon coating part is 100% by mass is preferably 1% by mass to 50% by mass, and more preferably 5% by mass to 30% by mass. % Or less is preferable. In this case, the conductivity between the first positive electrode active materials can be increased while maintaining a high capacity of the positive electrode.

第1正極活物質と炭素材料に機械的エネルギーを付与することで、第1正極活物質と炭素被覆部とを有する第1活物質粒子が形成される。第1正極活物質と炭素材料にメカニカルミリングにより機械的エネルギーを付与するとよい。これにより、第1正極活物質及び炭素材料に均一に機械的エネルギーを付与することができる。メカニカルミリング方法としては特に限定はないが、硬質のボールを試料とともに容器に収容した状態で外力によって容器を運動させることにより機械的エネルギーを導入するボールミリングが好適である。ボールミリング装置としては、自転および公転により試料にエネルギーを与える遊星型、水平方向または垂直方向などへの振動により試料にエネルギーを与える振動型、のいずれも採用できる。   By applying mechanical energy to the first positive electrode active material and the carbon material, first active material particles having the first positive electrode active material and the carbon coating portion are formed. Mechanical energy may be imparted to the first positive electrode active material and the carbon material by mechanical milling. Thereby, mechanical energy can be uniformly given to the first positive electrode active material and the carbon material. The mechanical milling method is not particularly limited, but ball milling that introduces mechanical energy by moving the container with an external force in a state where a hard ball is housed in the container together with the sample is suitable. As the ball milling device, any of a planetary type that gives energy to the sample by rotation and revolution and a vibration type that gives energy to the sample by vibration in the horizontal direction or the vertical direction can be adopted.

エネルギー付与の際には、不活性ガス雰囲気(アルゴンガス、窒素ガス)あるいは大気雰囲気下で第1正極活物質と炭素材料とを混合することがよい。   When applying energy, it is preferable to mix the first positive electrode active material and the carbon material in an inert gas atmosphere (argon gas, nitrogen gas) or in an air atmosphere.

エネルギー付与の後には、機械的エネルギーが付与された第1活物質粒子に熱処理を行うとよい。熱処理により、第1正極活物質が再結晶化するとともに焼結することで粒子同士が密着する。これにより、第1活物質粒子の導電性が向上する。   After the energy application, it is preferable to perform heat treatment on the first active material particles to which mechanical energy is applied. By the heat treatment, the first positive electrode active material is recrystallized and sintered, so that the particles adhere to each other. Thereby, the electroconductivity of 1st active material particle improves.

熱処理温度は、500〜800℃とすることが好ましい。熱処理温度が低すぎる場合には、第1正極活物質の周りに炭素を均一に析出させることが難しく、一方、熱処理温度が高すぎると、第1正極活物質の分解やリチウム欠損が生じることがあり、充放電容量が低下するので好ましくない。また、熱処理時間は、通常、1〜10時間とすればよい。   The heat treatment temperature is preferably 500 to 800 ° C. If the heat treatment temperature is too low, it is difficult to deposit carbon uniformly around the first positive electrode active material. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, decomposition of the first positive electrode active material and lithium deficiency may occur. In addition, the charge / discharge capacity decreases, which is not preferable. Moreover, what is necessary is just to make heat processing time into 1 to 10 hours normally.

炭素被覆部の厚みは、数nm程度であるとよい。炭素被覆部の厚みが過小の場合には、第1活物質粒子の導電性を向上させる効果が低減するおそれがある。炭素被覆部の厚みが過大の場合には、正極活物質層における第1正極活物質の質量が相対的に小さくなり、容量が低減するおそれがある。   The thickness of the carbon coating part is preferably about several nm. When the thickness of the carbon coating portion is too small, the effect of improving the conductivity of the first active material particles may be reduced. When the thickness of the carbon coating portion is excessive, the mass of the first positive electrode active material in the positive electrode active material layer becomes relatively small, and the capacity may be reduced.

有機無機コート層は、アミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基、マレイミド基、カルボキシル基及びエーテル基の少なくとも一種をもつ選択ポリマーを含む。この選択ポリマーとしては、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリアニリン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキシド、ポリアリルアミン、ポリリジン、ポリアクリルイミド、ビスマレイミドトリアジン樹脂、カルボキシメチル化ポリエチレンイミン、リン酸エステルポリマーなどが例示される。選択ポリマーは少なくとも一種の基が含まれていればよく、複数種の基が含まれていてもよい。   The organic / inorganic coating layer includes a selective polymer having at least one of an amino group, an amide group, an imino group, an imide group, a maleimide group, a carboxyl group, and an ether group. As this selective polymer, polyethyleneimine, polyallylamine, polyvinylamine, polyaniline, polydiallyldimethylammonium chloride, polyacrylic acid, polyethylene oxide, polyallylamine, polylysine, polyacrylimide, bismaleimide triazine resin, carboxymethylated polyethyleneimine, Examples thereof include phosphate ester polymers. The selection polymer only needs to contain at least one kind of group, and may contain plural kinds of groups.

有機無機コート層に含まれる選択ポリマーとしては、例えば、ポリアチレンイミンが挙げられる。   Examples of the selective polymer contained in the organic / inorganic coating layer include polyacetylene imine.

有機無機コート層を100質量%としたとき、選択ポリマーの含有量は、10〜99.9質量%がよく、更に50〜99質量%であるとよい。   When the organic / inorganic coating layer is 100% by mass, the content of the selected polymer is preferably 10 to 99.9% by mass, and more preferably 50 to 99% by mass.

有機無機コート層は、選択ポリマーに加えてアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の選択金属を含む。アルカリ金属としてはLiが特に望ましく、アルカリ土類金属としてはMgが特に望ましく、希土類元素としてはLaが特に望ましい。有機無機コート層における選択金属の含有量は、0.1〜90質量%の範囲が好ましく、1〜50質量%の範囲が特に望ましい。選択金属の含有量が過少の場合には選択金属を有機無機コート層に含有させたことによる効果が発現せず、選択金属の含有量が過剰の場合には均一なコート層の形成が困難となる場合がある。   The organic / inorganic coating layer contains at least one selected metal selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements in addition to the selected polymer. Li is particularly desirable as the alkali metal, Mg is particularly desirable as the alkaline earth metal, and La is particularly desirable as the rare earth element. The content of the selected metal in the organic / inorganic coating layer is preferably in the range of 0.1 to 90% by mass, and particularly preferably in the range of 1 to 50% by mass. When the content of the selected metal is too small, the effect of having the selected metal contained in the organic / inorganic coating layer does not appear, and when the content of the selected metal is excessive, it is difficult to form a uniform coating layer. There is a case.

有機無機コート層を形成するには、CVD法、PVD法などを用いることも可能であるが、コストの面から好ましいとはいえず、選択金属を含ませるのも容易でない。そこで本実施形態の製造方法では、選択ポリマーと選択金属の化合物とが溶媒に溶解した混合溶液を正極活物質層に塗布し乾燥して有機無機コート層を形成している。選択金属の化合物としては、溶媒に溶解するものであれば特に制限されず、硝酸塩、酢酸塩などを用いることができる。   In order to form the organic / inorganic coating layer, a CVD method, a PVD method, or the like can be used. However, it is not preferable in terms of cost, and it is not easy to include a selective metal. Therefore, in the manufacturing method of this embodiment, a mixed solution in which a selected polymer and a compound of a selected metal are dissolved in a solvent is applied to the positive electrode active material layer and dried to form an organic inorganic coating layer. The compound of the selected metal is not particularly limited as long as it is soluble in a solvent, and nitrates, acetates and the like can be used.

また混合溶液の溶媒としては、選択ポリマーと選択金属の化合物の両方を溶解できる有機溶剤又は水を用いることができる。有機溶剤には特に制限はなく、複数の溶剤の混合物でも構わない。例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素、ジメチルホルムアミド(DMF)、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドンとエステル系溶媒(酢酸エチル、酢酸n-ブチル、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート等)あるいはグライム系溶媒(ジグライム、トリグライム、テトラグライム等)の混合溶媒などを用いることができる。有機無機コート層から容易に除去できる沸点が低いものが望ましい。   Moreover, as a solvent of a mixed solution, the organic solvent or water which can melt | dissolve both the selection polymer and the compound of a selection metal can be used. There is no restriction | limiting in particular in an organic solvent, The mixture of a some solvent may be sufficient. For example, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone and ester solvents (ethyl acetate, n-butyl acetate, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, etc.) or glyme solvents (diglyme, triglyme, tetraglyme, etc.) A mixed solvent or the like can be used. A low boiling point that can be easily removed from the organic / inorganic coating layer is desirable.

混合溶液を正極活物質層表面に塗布するにあたっては、スプレー、ローラー、刷毛などで塗布してもよいが、正極活物質層の表面を均一に塗布するにはディッピング法にて塗布する事が望ましい。ディッピング法にて塗布すれば、第1活物質粒子どうしの間隙に混合溶液が含浸されるので、第1活物質粒子のほぼ表面全体に有機無機コート層を形成することができる。したがって、第1活物質粒子と電解液との直接接触を確実に防止することができる。   When the mixed solution is applied to the surface of the positive electrode active material layer, it may be applied by spraying, rollers, brushes, etc., but it is desirable to apply the surface of the positive electrode active material layer by the dipping method in order to apply uniformly. . When the coating is applied by the dipping method, the mixed solution is impregnated in the gap between the first active material particles, so that the organic / inorganic coating layer can be formed on almost the entire surface of the first active material particles. Therefore, direct contact between the first active material particles and the electrolytic solution can be reliably prevented.

ディッピング法で混合溶液を正極活物質層表面に塗布する方法として二つの方法がある。先ず、少なくとも第1活物質粒子とバインダーとを含むスラリーを集電体に結着させて正極前駆体を形成し、その正極前駆体を混合溶液に浸漬し、引き上げて乾燥させる。必要であればこれを繰り返して、所定の厚さの有機無機コート層を形成する。   There are two methods for applying the mixed solution to the surface of the positive electrode active material layer by dipping. First, a positive electrode precursor is formed by binding a slurry containing at least first active material particles and a binder to a current collector, and the positive electrode precursor is dipped in a mixed solution, and then pulled up and dried. This is repeated if necessary to form an organic / inorganic coating layer having a predetermined thickness.

このディッピング法を用いる場合には、正極前駆体を混合溶液に2分間以上浸漬するのが好ましい。また減圧雰囲気下で浸漬することも好ましい。このようにすることで、正極活物質層内に混合溶液が十分に含浸され、第1活物質粒子の表面に有機無機コート層をさらに確実に形成することができる。   When using this dipping method, it is preferable to immerse the positive electrode precursor in the mixed solution for 2 minutes or more. It is also preferable to immerse in a reduced pressure atmosphere. By doing so, the mixed solution is sufficiently impregnated in the positive electrode active material layer, and the organic-inorganic coating layer can be more reliably formed on the surface of the first active material particles.

もう一つの方法として、第1活物質粒子の粉末を先ず混合溶液に混合し、それをフリーズドライ法などによって乾燥させる。必要であればこれを繰り返して、所定の厚さの有機無機コート層を形成する。その後、有機無機コート層が形成された第1活物質粒子を用いて正極を形成する。   As another method, the powder of the first active material particles is first mixed into the mixed solution and dried by freeze-drying or the like. This is repeated if necessary to form an organic / inorganic coating layer having a predetermined thickness. Then, a positive electrode is formed using the 1st active material particle in which the organic inorganic coating layer was formed.

上記のディッピング法により有機無機コート層を形成することで、ロールトウーロールプロセスが可能となる。   By forming the organic / inorganic coating layer by the dipping method described above, a roll-to-roll process becomes possible.

ディッピング後には、有機無機コート層を適切な溶媒で洗浄するのが好ましい。洗浄が不十分であると、コート時の残渣が正極表面に生じるため初期抵抗が上昇したり、残渣が電解液中に流出するためと考えられサイクル時の容量低下が生じる。また、ディッピング法により形成された有機無機コート層は、熱処理を行うことが望ましい。熱処理温度は80〜140℃、熱処理時間は10分〜3日とすることができる。また熱処理雰囲気は、真空雰囲気、非酸化性ガス雰囲気とするのが望ましい。   After dipping, the organic / inorganic coating layer is preferably washed with a suitable solvent. If the cleaning is insufficient, the residue at the time of coating is generated on the surface of the positive electrode, so that the initial resistance is increased, or the residue flows out into the electrolytic solution. The organic / inorganic coating layer formed by the dipping method is preferably subjected to heat treatment. The heat treatment temperature can be 80 to 140 ° C., and the heat treatment time can be 10 minutes to 3 days. The heat treatment atmosphere is preferably a vacuum atmosphere or a non-oxidizing gas atmosphere.

有機無機コート層の厚さは、0.1nm〜100nmの範囲であることが好ましく、0.1nm〜10nmの範囲であることがさらに好ましく0.1nm〜5nmの範囲であることが特に望ましい。有機無機コート層の厚さが薄すぎると、第1活物質粒子が電解液と直接接触する場合がある。また有機無機コート層の厚さがμmオーダー以上となると、二次電池とした場合に抵抗が大きくなってイオン伝導性が低下する。このように薄い有機無機コート層を形成するには、上記したディッピング溶液(混合溶液)中の選択ポリマーと選択金属の濃度を低くしておき、繰り返し塗布することで、薄くかつ均一な有機無機コート層を形成することができる。   The thickness of the organic / inorganic coating layer is preferably in the range of 0.1 nm to 100 nm, more preferably in the range of 0.1 nm to 10 nm, and particularly preferably in the range of 0.1 nm to 5 nm. If the organic / inorganic coating layer is too thin, the first active material particles may come into direct contact with the electrolytic solution. On the other hand, when the thickness of the organic / inorganic coating layer is on the order of μm or more, when a secondary battery is formed, the resistance increases and the ionic conductivity decreases. In order to form such a thin organic / inorganic coating layer, the concentration of the selected polymer and the selected metal in the above dipping solution (mixed solution) is kept low and repeatedly applied to form a thin and uniform organic / inorganic coating layer. A layer can be formed.

有機無機コート層は、第1活物質粒子の少なくとも一部表面を被覆すればよいが、電解液との直接接触を防ぐためには、第1活物質粒子のほぼ全面を被覆することが好ましい。有機無機コート層は、少なくとも炭素被覆部の表面を被覆することが望ましい。   The organic / inorganic coating layer may cover at least a part of the surface of the first active material particles, but in order to prevent direct contact with the electrolytic solution, it is preferable to cover almost the entire surface of the first active material particles. The organic / inorganic coating layer desirably covers at least the surface of the carbon coating portion.

混合溶液中の選択ポリマーの濃度は、0.001質量%以上かつ5.0質量%未満とすることが好ましく、0.1質量%〜1.0質量%の範囲が望ましい。この範囲内では、濃度が高くなるほど、サイクル後の容量維持率の向上、及びサイクル後の正極の抵抗上昇が抑制される。またこの範囲で混合溶液を塗布すれば、有機無機コート層の厚さは0.2nm〜4nmの範囲となる。この範囲を外れて濃度が低すぎると第1活物質粒子との接触確率が低くコートに長時間要するようになり、濃度が高すぎると正極上での電気化学反応を阻害する場合がある。   The concentration of the selected polymer in the mixed solution is preferably 0.001% by mass or more and less than 5.0% by mass, and preferably in the range of 0.1% by mass to 1.0% by mass. Within this range, the higher the concentration, the lower the capacity retention rate after cycling and the positive electrode resistance rise after cycling. Moreover, if a mixed solution is apply | coated in this range, the thickness of an organic inorganic coating layer will be the range of 0.2 nm-4 nm. If the concentration is too low outside this range, the probability of contact with the first active material particles is low and the coating takes a long time. If the concentration is too high, the electrochemical reaction on the positive electrode may be inhibited.

有機無機コート層の内部に、カーボネート系電解液より高い酸化反応電位をもつリチウム化合物をさらに含むことも好ましい。カーボネート系電解液より高い酸化反応電位をもつリチウム化合物をさらに含むとは、カーボネート系電解液より高い酸化反応電位をもつリチウム化合物を内包することを指す。このようなリチウム化合物をさらに含むことで耐電圧性がさらに向上し、リチウムイオン二次電池のサイクル特性が向上する。ここで酸化反応電位とは酸化反応が始まる電位、すなわち分解開始電圧を意味する。このような酸化反応電位はリチウムイオン二次電池に用いられる電解液の有機溶媒の種類によって異なる値を有し、本実施形態では、電解液の有機溶媒としてカーボネート系溶媒を用いて酸化反応電位を測定した時に表われる値を意味する。   It is also preferable that the organic inorganic coating layer further contains a lithium compound having an oxidation reaction potential higher than that of the carbonate-based electrolytic solution. To further include a lithium compound having an oxidation reaction potential higher than that of the carbonate-based electrolytic solution means to include a lithium compound having an oxidation reaction potential higher than that of the carbonate-based electrolytic solution. By further including such a lithium compound, the voltage resistance is further improved, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are improved. Here, the oxidation reaction potential means a potential at which the oxidation reaction starts, that is, a decomposition start voltage. Such an oxidation reaction potential has a different value depending on the type of the organic solvent of the electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery. In this embodiment, the oxidation reaction potential is set using a carbonate solvent as the organic solvent of the electrolytic solution. The value that appears when measured.

カーボネート系電解液より高い酸化反応電位をもつリチウム化合物としては、リチウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(LiBETI)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、LiBF、LiCFSOなどが例示される。有機無機コート層におけるリチウム化合物の含有量は、10〜80質量%の範囲が好ましく、40〜60質量%の範囲が特に望ましい。リチウム化合物の含有量が10質量%未満では含有させたことによる効果が発現せず、80質量%を超えるとリチウム化合物を内包させるコート層の形成が困難となる場合がある。 Examples of the lithium compound having a higher oxidation reaction potential than the carbonate-based electrolyte include lithium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide (LiBETI), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 and the like. Illustrated. The content of the lithium compound in the organic / inorganic coating layer is preferably in the range of 10 to 80% by mass, and particularly preferably in the range of 40 to 60% by mass. If the content of the lithium compound is less than 10% by mass, the effect due to the inclusion is not expressed, and if it exceeds 80% by mass, it may be difficult to form a coat layer containing the lithium compound.

有機無機コート層に上記リチウム化合物を含ませるには、例えば上記リチウム化合物が溶媒に溶解した溶液に有機無機コート層が形成された電極を浸漬し、引き上げて乾燥することで容易に行うことができる。   Including the lithium compound in the organic / inorganic coating layer can be easily performed by, for example, immersing the electrode on which the organic / inorganic coating layer is formed in a solution in which the lithium compound is dissolved in a solvent, and lifting and drying the electrode. .

有機無機コート層の表面に、有機コート層を形成することも好ましい。有機コート層によって高電圧駆動時に第1活物質粒子と電解液との直接接触をさらに抑制することができる。しかし有機無機コート層と有機コート層との合計層厚が大きくなると、リチウムイオン伝導性の抵抗が増大してしまう。そこで有機コート層に含まれるポリマーとして、下層の有機無機コート層を構成するポリマーのゼータ電位とは正負が逆のゼータ電位をもつものを用いることが好ましい。このようにすれば、下層の有機無機コート層と有機コート層とがクーロン力によって強固に接合されるので、下層の有機無機コート層と上層の有機コート層とを共に薄膜に形成することができ、有機無機コート層と有機コート層とからなるコート層の総厚をnmオーダーとすることができる。   It is also preferable to form an organic coat layer on the surface of the organic inorganic coat layer. The organic coat layer can further suppress direct contact between the first active material particles and the electrolyte during high-voltage driving. However, when the total thickness of the organic / inorganic coating layer and the organic coating layer increases, the resistance of lithium ion conductivity increases. Therefore, as the polymer contained in the organic coat layer, it is preferable to use a polymer having a zeta potential whose polarity is opposite to the zeta potential of the polymer constituting the lower organic inorganic coat layer. In this way, the lower organic / inorganic coating layer and the organic coating layer are firmly bonded by Coulomb force, so that both the lower organic / inorganic coating layer and the upper organic coating layer can be formed into a thin film. The total thickness of the coating layer composed of the organic inorganic coating layer and the organic coating layer can be set to the nm order.

なお有機コート層を形成した場合には、有機無機コート層と有機コート層とからなるコート層の総厚が0.1nm〜100nmの範囲であることが好ましく、0.1nm〜10nmの範囲であることがさらに好ましく0.1nm〜5nmの範囲であることが特に望ましい。また有機コート層には、上述した選択金属及び/又はカーボネート系電解液より高い酸化反応電位をもつリチウム化合物を含んでもよい。この場合、有機コート層に含まれる選択金属及び/又はリチウム化合物は、有機無機コート層に含まれる選択金属及び/又はリチウム化合物と同じでもよいし異なっていてもよい。選択金属及び/又はリチウム化合物の添加量は、有機無機コート層の場合と同様である。   When the organic coat layer is formed, the total thickness of the coat layer composed of the organic inorganic coat layer and the organic coat layer is preferably in the range of 0.1 nm to 100 nm, and preferably in the range of 0.1 nm to 10 nm. It is more preferable that the thickness is in the range of 0.1 nm to 5 nm. Further, the organic coat layer may contain a lithium compound having an oxidation reaction potential higher than that of the selected metal and / or carbonate-based electrolytic solution described above. In this case, the selected metal and / or lithium compound contained in the organic coat layer may be the same as or different from the selected metal and / or lithium compound contained in the organic / inorganic coat layer. The amount of the selected metal and / or lithium compound added is the same as in the case of the organic / inorganic coating layer.

本実施形態の正極に用いられる第1活物質粒子は、電解質を入れていない状態の水もしくは有機溶媒に分散させた場合、ゼータ電位を測定すると負になることが判明している。この現象から、例えばポリエチレンイミンなどのゼータ電位が正のカチオン性ポリマーを有機無機コート層に用いるのが好ましい。こうすることで、第1活物質粒子と選択ポリマーとがクーロン力によって強固に結合して有機無機コート層が形成される。有機無機コート層の表面に、ポリアクリル酸などのゼータ電位が負のアニオン性ポリマーを用いて有機コート層を形成するのが好ましい。   It has been found that the first active material particles used in the positive electrode of the present embodiment are negative when the zeta potential is measured when dispersed in water or an organic solvent in which no electrolyte is added. From this phenomenon, it is preferable to use a cationic polymer having a positive zeta potential such as polyethyleneimine for the organic / inorganic coating layer. By doing so, the first active material particles and the selected polymer are firmly bonded by the Coulomb force to form the organic / inorganic coating layer. It is preferable to form the organic coat layer on the surface of the organic inorganic coat layer using an anionic polymer having a negative zeta potential such as polyacrylic acid.

なお本実施形態にいうゼータ電位は、顕微鏡電気泳動法、回転回折格子法、レーザー・ドップラー電気泳動法、超音波振動電位(UVP)法、動電音響(ESA)法にて測定されるものである。特に好ましくはレーザー・ドップラー電気泳動法によって測定されたものである。具体的な測定条件を以下に説明するが、この限りではない。先ず、DMF、アセトン、水を溶媒とし、固形分濃度0.1質量%の溶液(懸濁液)を調製した。測定は温度25℃で3回の測定を行い、その平均値を算出して求めた。またpHについては中性条件とした。   The zeta potential referred to in this embodiment is measured by a microscopic electrophoresis method, a rotating diffraction grating method, a laser Doppler electrophoresis method, an ultrasonic vibration potential (UVP) method, or an electrokinetic acoustic (ESA) method. is there. Particularly preferably, it is measured by laser Doppler electrophoresis. Specific measurement conditions will be described below, but are not limited thereto. First, a solution (suspension) having a solid concentration of 0.1% by mass was prepared using DMF, acetone, and water as solvents. The measurement was carried out three times at a temperature of 25 ° C., and the average value was calculated. The pH was neutral.

こうして形成された有機無機コート層は第1活物質粒子との接合強度が高いため、高電圧駆動時に第1活物質粒子と電解液との直接接触を抑制することができる。また有機無機コート層と有機コート層とからなるコート層の総厚がnmオーダーであれば、リチウムイオン伝導性の抵抗となることも抑制できる。したがって高電圧駆動によっても電解液の分解を抑制することができ、高容量であるとともに繰り返し充放電後も高い電池特性を維持できるリチウムイオン二次電池を提供することができる。   Since the organic / inorganic coating layer thus formed has high bonding strength with the first active material particles, direct contact between the first active material particles and the electrolytic solution can be suppressed during high voltage driving. Moreover, if the total thickness of the coating layer which consists of an organic inorganic coating layer and an organic coating layer is nm order, it can also suppress that it becomes resistance of lithium ion conductivity. Therefore, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that can suppress the decomposition of the electrolytic solution even by high voltage driving, has high capacity, and can maintain high battery characteristics even after repeated charge and discharge.

正極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第2正極活物質を有する第2活物質粒子を更に有していても良い。第2正極活物質は、層状岩塩型リチウム金属複合酸化物又は/及びスピネル型リチウム金属複合酸化物からなってもよい。スピネル構造を有するリチウム金属複合酸化物は、一般式:Li(AMn2-y)O4(Aは、遷移金属元素、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、P、Ga、及びGeから選ばれる少なくとも1種の元素、0<x≦2.2、0≦y≦1)で表されると良い。一般式の中のAを構成し得る遷移金属元素は、例えば、Fe、Cr、Cu、Zn、Zr、Ti、V、Mo、Nb、W、La、Ni、Coから選ばれる少なくとも1の元素であるとよい。スピネル構造を有するリチウム金属複合酸化物の具体例としては、LiMn及びLiNi0.5Mn1.5の群から選ばれる少なくとも一種であることがよい。 The positive electrode active material layer may further include second active material particles having a second positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. The second positive electrode active material may be composed of a layered rock salt type lithium metal composite oxide and / or a spinel type lithium metal composite oxide. Lithium-metal composite oxide having a spinel structure represented by the general formula: Li x (A y Mn 2 -y) is O 4 (A, transition metal elements, Ca, Mg, S, Si , Na, K, Al, P, It may be represented by at least one element selected from Ga and Ge, 0 <x ≦ 2.2, 0 ≦ y ≦ 1). The transition metal element that can constitute A in the general formula is, for example, at least one element selected from Fe, Cr, Cu, Zn, Zr, Ti, V, Mo, Nb, W, La, Ni, and Co. There should be. A specific example of the lithium metal composite oxide having a spinel structure is preferably at least one selected from the group consisting of LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .

層状岩塩構造をもつリチウム金属複合酸化物は、層状化合物ともいわれる。層状岩塩構造をもつリチウム金属複合酸化物は、一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦1.2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはFe、Cr、Cu、Zn、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、Zr、Ti、P、Ga、Ge、V、Mo、Nb、W、Laから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦2.1)、LiMnOを挙げることができる。 A lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure is also referred to as a layered compound. The lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure has a general formula: Li a Ni b Co c Mn d De O f (0.2 ≦ a ≦ 1.2, b + c + d + e = 1, 0 ≦ e <1, D is At least one element selected from Fe, Cr, Cu, Zn, Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, Zr, Ti, P, Ga, Ge, V, Mo, Nb, W, and La; .7 ≦ f ≦ 2.1) and Li 2 MnO 3 .

また、リチウム金属複合酸化物は、層状岩塩構造をもつものと、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等のスピネルとの混合物で構成される固溶体を含んでいてもよい。 The lithium metal composite oxide may contain a solid solution composed of a mixture of a layered rock salt structure and a spinel such as LiMn 2 O 4 or LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .

また、第2正極活物質として、上記の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)などで表されるポリアニオン系化合物を用いても良い。 Further, as the second positive electrode active material, a polyanion represented by LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (wherein M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe) A compound may be used.

第2正極活物質の表面は上記の有機無機コート層が形成されていてもよい。更に、第2正極活物質の表面上の有機無機コート層は、有機コート層で被覆されていてもよい。   The organic / inorganic coating layer may be formed on the surface of the second positive electrode active material. Furthermore, the organic inorganic coating layer on the surface of the second positive electrode active material may be coated with an organic coating layer.

正極活物質層は、結着部を有すると良い。結着部はバインダーが乾燥することで形成された部位であり、第1活物質粒子どうしを、或いは第1活物質粒子と集電体とを結着しているとよい。有機無機コート層はこの結着部の少なくとも一部にも形成されていることが望ましい。このようにすることで結着部が保護されて結着強度がより高まるため、高温高電圧という厳しいサイクル試験後にも正極活物質層のクラックや剥離を防止することができる。   The positive electrode active material layer preferably has a binding portion. The binding portion is a portion formed by drying the binder, and the first active material particles may be bound to each other or the first active material particles and the current collector are bound. It is desirable that the organic / inorganic coating layer is also formed on at least a part of the binding portion. By doing so, the binding portion is protected and the binding strength is further increased, so that the positive electrode active material layer can be prevented from cracking or peeling even after a severe cycle test of high temperature and high voltage.

正極活物質層に含まれる結着部を構成するバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(ポリビニリデン、ジフルオライド:PVDF)、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、メタクリル樹脂(PMA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、変性ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が例示される。正極用バインダーとしての特性を損なわない範囲で、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリブロックイソシアナート、ポリオキサゾリン、ポリカルボジイミド等の硬化剤、エチレングリコール、グリセリン、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルオリゴマー、フタル酸エステル、ダイマー酸変性物、ポリブタジエン系化合物等の各種添加剤を単独で又は二種以上組み合わせて配合してもよい。   As a binder constituting the binding part included in the positive electrode active material layer, polyvinylidene fluoride (polyvinylidene, difluoride: PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyimide (PI) , Polyamideimide (PAI), carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl chloride (PVC), methacrylic resin (PMA), polyacrylonitrile (PAN), modified polyphenylene oxide (PPO), polyethylene oxide (PEO), polyethylene (PE), Examples include polypropylene (PP). Curing agents such as epoxy resin, melamine resin, polyblock isocyanate, polyoxazoline, polycarbodiimide, ethylene glycol, glycerin, polyether polyol, polyester polyol, acrylic oligomer, phthalic acid, as long as the properties as a positive electrode binder are not impaired You may mix | blend various additives, such as ester, a dimer acid modified material, and a polybutadiene type compound, individually or in combination of 2 or more types.

有機無機コート層を構成する選択ポリマーは、結着部に対する被覆性が良好であるものが望ましい。したがってバインダーのゼータ電位とは正負が逆のゼータ電位をもつ選択ポリマーを用いることが好ましい。例えばバインダーにポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた場合には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のゼータ電位はマイナスであるので、カチオン性の選択ポリマーを用いるのが好ましい。   The selective polymer constituting the organic / inorganic coating layer is preferably one having good coverage with respect to the binding portion. Therefore, it is preferable to use a selective polymer having a zeta potential opposite to the zeta potential of the binder. For example, when polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as the binder, the zeta potential of polyvinylidene fluoride (PVDF) is negative, so that it is preferable to use a cationic selection polymer.

またバインダーと選択ポリマーとの電位差は大きいほど好ましい。したがってバインダーにポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた場合には、有機無機コート層にカチオン化し易いポリエチレンイミン(PEI)を用いてゼータ電位が+20mV以上となるように溶媒を選ぶことが好ましい。   Further, the larger the potential difference between the binder and the selected polymer, the better. Therefore, when polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as the binder, it is preferable to select a solvent so that the zeta potential becomes +20 mV or more using polyethyleneimine (PEI) which is easily cationized for the organic / inorganic coating layer.

正極活物質層には一般に導電助剤が含まれているが、有機無機コート層は導電助剤の少なくとも一部にも形成されていることが望ましい。このようにすることで導電助剤を保護することができる。   The positive electrode active material layer generally contains a conductive additive, but it is desirable that the organic / inorganic coating layer is also formed on at least a part of the conductive additive. By doing in this way, a conductive support agent can be protected.

また正極活物質層には、導電助剤を含むことも好ましい。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、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック(AB)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)等を単独でまたは二種以上組み合わせて添加することができる。正極活物質層における導電助剤の含有量については、特に限定的ではないが、例えば、第1活物質粒子及び第2活物質粒子の合計質量を100質量部としたときに、導電助剤の含有量は2〜100質量部程度とすることができる。導電助剤の量が2質量部未満では効率のよい導電パスを形成できず、100質量部を超えると電極の成形性が悪化するとともにエネルギー密度が低くなる。   In addition, the positive electrode active material layer preferably contains a conductive additive. The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. As the conductive auxiliary agent, carbon black, graphite, acetylene black (AB), vapor grown carbon fiber (VGCF), etc., which are carbonaceous fine particles, can be added alone or in combination of two or more. The content of the conductive additive in the positive electrode active material layer is not particularly limited. For example, when the total mass of the first active material particles and the second active material particles is 100 parts by mass, The content can be about 2 to 100 parts by mass. If the amount of the conductive auxiliary is less than 2 parts by mass, an efficient conductive path cannot be formed, and if it exceeds 100 parts by mass, the moldability of the electrode is deteriorated and the energy density is lowered.

集電体としては、リチウムイオン二次電池用正極などに一般に用いられるものを使用すれば良い。例えば、アルミニウム箔、アルミニウムメッシュ、パンチングアルミニウムシート、アルミニウムエキスパンドシート、ステンレススチール箔、ステンレススチールメッシュ、パンチングステンレススチールシート、ステンレススチールエキスパンドシート、発泡ニッケル、ニッケル不織布、銅箔、銅メッシュ、パンチング銅シート、銅エキスパンドシート、チタン箔、チタンメッシュ、カーボン不織布、カーボン織布等が例示される。   What is necessary is just to use what is generally used for the positive electrode for lithium ion secondary batteries etc. as a collector. For example, aluminum foil, aluminum mesh, punched aluminum sheet, aluminum expanded sheet, stainless steel foil, stainless steel mesh, punched stainless steel sheet, stainless steel expanded sheet, nickel foam, nickel non-woven fabric, copper foil, copper mesh, punched copper sheet, Examples include a copper expanded sheet, a titanium foil, a titanium mesh, a carbon nonwoven fabric, and a carbon woven fabric.

集電体がアルミニウムを含む場合には、集電体の表面に導電体よりなる導電層を形成し、その導電層の表面に正極活物質層を形成することが望ましい。このようにすることで、リチウムイオン二次電池のサイクル特性がさらに向上する。これは、高温時に電解液中に集電体が溶出するのが防止されるためと考えられている。導電体としては、グラファイト、ハードカーボン、アセチレンブラック、ファーネスブラックなどのカーボン、ITO(Indium-Tin-Oxide)、錫などが例示される。これらの導電体から、PVD法あるいはCVD法などによって導電層を形成することができる。   When the current collector contains aluminum, it is desirable to form a conductive layer made of a conductor on the surface of the current collector and form a positive electrode active material layer on the surface of the conductive layer. By doing in this way, the cycling characteristics of a lithium ion secondary battery further improve. This is considered to be because the current collector is prevented from eluting into the electrolyte at a high temperature. Examples of the conductor include carbon such as graphite, hard carbon, acetylene black, and furnace black, ITO (Indium-Tin-Oxide), tin, and the like. A conductive layer can be formed from these conductors by a PVD method or a CVD method.

導電層の厚さは特に制限されないが、5nm以上とするのが好ましい。これより薄くなると、サイクル特性向上の効果の発現が困難となる。   The thickness of the conductive layer is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more. If it is thinner than this, it will be difficult to achieve the effect of improving the cycle characteristics.

(リチウムイオン二次電池)
本発明のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を備えている。負極及び電解液は、公知のものを用いることができる。負極は、集電体と、集電体を被覆する負極活物質層とからなる。負極活物質層は、負極活物質とバインダーとを少なくとも含み、導電助剤を含んでもよい。負極活物質としては、グラファイト、ハードカーボン、ケイ素、炭素繊維、スズ、酸化ケイ素など公知のものを用いることができる。中でもグラファイト、ハードカーボンなどのカーボンからなる負極活物質を用いると、サイクル後の抵抗が大きく低下し、サイクル後に出力が向上するという特異な効果が発現される。
(Lithium ion secondary battery)
The lithium ion secondary battery of this invention is equipped with the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this embodiment. A well-known thing can be used for a negative electrode and electrolyte solution. The negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer that covers the current collector. The negative electrode active material layer includes at least a negative electrode active material and a binder, and may include a conductive additive. As the negative electrode active material, known materials such as graphite, hard carbon, silicon, carbon fiber, tin, and silicon oxide can be used. In particular, when a negative electrode active material made of carbon such as graphite or hard carbon is used, a unique effect is exhibited in that the resistance after cycling is greatly reduced and the output is improved after cycling.

また負極活物質として、SiOx(0.3≦x≦1.6)で表されるケイ素酸化物を用いることもできる。このケイ素酸化物粉末の各粒子は、不均化反応によって微細なSiと、Siを覆うSiOとに分解したSiOxからなる。xが下限値未満であると、Si比率が高くなるため充放電時の体積変化が大きくなりすぎてサイクル特性が低下する。またxが上限値を超えると、Si比率が低下してエネルギー密度が低下するようになる。0.5≦x≦1.5の範囲が好ましく、0.7≦x≦1.22の範囲がさらに望ましい。 Moreover, the silicon oxide represented by SiOx (0.3 <= x <= 1.6) can also be used as a negative electrode active material. Each particle of the silicon oxide powder is composed of SiOx decomposed into fine Si and SiO 2 covering Si by a disproportionation reaction. When x is less than the lower limit, the Si ratio increases, so that the volume change during charge / discharge becomes too large, and the cycle characteristics deteriorate. When x exceeds the upper limit value, the Si ratio is lowered and the energy density is lowered. The range of 0.5 ≦ x ≦ 1.5 is preferable, and the range of 0.7 ≦ x ≦ 1.22 is more desirable.

一般に、酸素を断った状態であれば800℃以上で、ほぼすべてのSiOが不均化して二相に分離すると言われている。具体的には、非結晶性のSiO粉末を含む原料酸化ケイ素粉末に対して、真空中または不活性ガス中などの不活性雰囲気中で800〜1200℃、1〜5時間の熱処理を行うことで、非結晶性のSiO相および結晶性のSi相の二相を含むケイ素酸化物粉末が得られる。 In general, when oxygen is turned off, it is said that almost all SiO is disproportionated and separated into two phases at 800 ° C. or higher. Specifically, the raw material silicon oxide powder containing amorphous SiO powder is subjected to heat treatment at 800 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours in an inert atmosphere such as in a vacuum or an inert gas. A silicon oxide powder containing two phases of an amorphous SiO 2 phase and a crystalline Si phase is obtained.

また、負極活物質として、ケイ素酸化物SiOxに対し炭素材料を1〜50質量%で複合化したものを用いることもできる。ケイ素酸化物と炭素材料を複合化することで、サイクル特性が向上する。炭素材料の複合量が1質量%未満では導電性向上の効果が得られず、50質量%を超えるとSiOxの割合が相対的に減少して負極容量が低下してしまう。炭素材料の複合量は、SiOxに対して5〜30質量%の範囲が好ましく、5〜20質量%の範囲がさらに望ましい。SiOxに対して炭素材料を複合化するには、CVD法などを利用することができる。   Moreover, what compounded the carbon material with 1-50 mass% with respect to silicon oxide SiOx as a negative electrode active material can also be used. By combining silicon oxide and a carbon material, cycle characteristics are improved. If the composite amount of the carbon material is less than 1% by mass, the effect of improving the electrical conductivity cannot be obtained, and if it exceeds 50% by mass, the proportion of SiOx is relatively decreased and the negative electrode capacity is decreased. The composite amount of the carbon material is preferably in the range of 5 to 30% by mass, more preferably in the range of 5 to 20% by mass with respect to SiOx. In order to combine a carbon material with SiOx, a CVD method or the like can be used.

ケイ素酸化物粉末は平均粒径が1μm〜10μmの範囲にあることが望ましい。平均粒径が10μmより大きいと非水系二次電池の充放電特性が低下し、平均粒径が1μmより小さいと凝集して粗大な粒子となるため同様に非水系二次電池の充放電特性が低下する場合がある。   The silicon oxide powder desirably has an average particle size in the range of 1 μm to 10 μm. When the average particle size is larger than 10 μm, the charge / discharge characteristics of the non-aqueous secondary battery are deteriorated. When the average particle diameter is smaller than 1 μm, the particles are aggregated into coarse particles. May decrease.

また、負極活物質として、シリコン材料を用いることもできる。シリコン化合物は、CaSiと酸とを反応させる反応工程と、層状シリコン化合物を300℃以上で加熱する工程(以下、シリコン材料製造工程ということがある。)と、を含む。CaSiは、一般にCa層とSi層が積層した構造からなる。CaSiは、公知の製造方法で合成してもよく、市販されているものを採用してもよい。層状シリコン化合物の製造方法に用いるCaSiは、あらかじめ粉砕しておくことが好ましい。 A silicon material can also be used as the negative electrode active material. The silicon compound includes a reaction step of reacting CaSi 2 and an acid, and a step of heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher (hereinafter also referred to as a silicon material manufacturing step). CaSi 2 generally has a structure in which a Ca layer and a Si layer are laminated. CaSi 2 may be synthesized by a known production method, or a commercially available one may be adopted. CaSi 2 used in the method for producing a layered silicon compound is preferably pulverized in advance.

酸としては、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、硫酸、硝酸、リン酸、蟻酸、酢酸、メタンスルホン酸、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサフルオロヒ素酸、フルオロアンチモン酸、ヘキサフルオロケイ酸、ヘキサフルオロゲルマン酸、ヘキサフルオロスズ(IV)酸、トリフルオロ酢酸、ヘキサフルオロチタン酸、ヘキサフルオロジルコニウム酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸が例示される。これらの酸を単独又は併用して使用すれば良い。   Acids include hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, hydrogen iodide, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, formic acid, acetic acid, methanesulfonic acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluoroarsenic acid, fluoro Examples include antimonic acid, hexafluorosilicic acid, hexafluorogermanic acid, hexafluorotin (IV) acid, trifluoroacetic acid, hexafluorotitanic acid, hexafluorozirconic acid, trifluoromethanesulfonic acid, and fluorosulfonic acid. These acids may be used alone or in combination.

また、酸は水溶液として用いられるのが、作業の簡便性及び安全性の観点、並びに、副生成物の除去の観点から好ましい。   In addition, the acid is preferably used as an aqueous solution from the viewpoints of workability and safety, and removal of by-products.

反応工程に用いる酸は、CaSiに対して2当量以上のプロトンを供給できる量で用いればよい。したがって、1価の酸であれば、CaSi1モルに対して2モル以上で用いればよい。 Acid used in the reaction step, may be used in an amount capable of providing 2 or more equivalents of protons relative CaSi 2. Therefore, if it is a monovalent acid, it may be used in an amount of 2 mol or more per 1 mol of CaSi 2 .

反応工程の反応条件は、真空などの減圧条件又は不活性ガス雰囲気下とすることが好ましく、また、氷浴などの室温以下の温度条件とするのが好ましい。同工程の反応時間は適宜設定すれば良い。   The reaction conditions of the reaction step are preferably reduced pressure conditions such as vacuum or an inert gas atmosphere, and are preferably temperature conditions of room temperature or lower such as an ice bath. What is necessary is just to set the reaction time of the same process suitably.

さて、反応工程において、酸として塩化水素を用いた場合の反応式で示すと、以下のとおりとなる。
3CaSi+6HCl→Si+3CaCl
In the reaction step, the reaction formula when hydrogen chloride is used as the acid is as follows.
3CaSi 2 + 6HCl → Si 6 H 6 + 3CaCl 2

ポリシランであるSiが理想的な層状シリコン化合物に該当する。この反応は、層状のCaSiのCaが2Hで置換されつつ、Si−H結合を形成すると考えることもできる。CaSiは、Ca層とSi層が積層した構造からなる。そして、層状シリコン化合物は、原料のCaSiにおけるSi層の基本骨格が維持されているため、層状をなす。 Si 6 H 6 which is polysilane corresponds to an ideal layered silicon compound. It can be considered that this reaction forms Si—H bonds while Ca in the layered CaSi 2 is substituted with 2H. CaSi 2 has a structure in which a Ca layer and a Si layer are laminated. The layered silicon compound is layered because the basic skeleton of the Si layer in the raw material CaSi 2 is maintained.

反応工程において、酸は水溶液として用いられるのが好ましいことは、前述した。ここで、Siは水と反応し得るため、通常は、層状シリコン化合物がSiのみで得られることはほとんどなく、酸素や酸由来の元素を含有する。 In the reaction step, the acid is preferably used as an aqueous solution as described above. Here, since Si 6 H 6 can react with water, usually, the layered silicon compound is hardly obtained with Si 6 H 6 alone, and contains an element derived from oxygen or an acid.

反応工程以降は、層状シリコン化合物を濾取する濾過工程、層状シリコン化合物を洗浄する洗浄工程、層状シリコン化合物を乾燥する乾燥工程、層状シリコン化合物を粉砕若しくは分級する工程を、必要に応じて適宜実施するのが好ましい。   After the reaction step, a filtration step for filtering the layered silicon compound, a washing step for washing the layered silicon compound, a drying step for drying the layered silicon compound, and a step for pulverizing or classifying the layered silicon compound are performed as necessary. It is preferable to do this.

また、層状シリコン化合物を加熱することで水素などを離脱させ、シリコン材料としてもよい。   Alternatively, the layered silicon compound may be heated to release hydrogen or the like to form a silicon material.

シリコン材料製造工程は、層状シリコン化合物を300℃以上で加熱する工程を含む。   The silicon material manufacturing process includes a process of heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher.

シリコン材料製造工程を理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
Si→6Si+3H
The silicon material manufacturing process is represented by an ideal reaction formula as follows.
Si 6 H 6 → 6Si + 3H 2

ただし、シリコン材料製造工程に実際に用いられる層状シリコン化合物は酸素や酸由来の元素を含有し、さらに不可避不純物も含有するため、実際に得られるシリコン材料も酸素や酸由来の元素を含有し、さらに不可避不純物も含有するものとなる。本実施形態のシリコン材料は、ケイ素のモル量を100としたとき酸素元素のモル量が50以下であることが好ましく、40以下の量となるのが特に好ましい。また、ケイ素のモル量を100としたとき酸由来の元素のモル量が8以下の量であることが好ましく、5以下の量となるのが特に好ましい。   However, the layered silicon compound actually used in the silicon material manufacturing process contains elements derived from oxygen and acid, and also contains inevitable impurities, so the silicon material actually obtained also contains elements derived from oxygen and acid, Further, inevitable impurities are also contained. In the silicon material of this embodiment, when the molar amount of silicon is 100, the molar amount of oxygen element is preferably 50 or less, and particularly preferably 40 or less. Further, when the molar amount of silicon is 100, the molar amount of the acid-derived element is preferably 8 or less, and particularly preferably 5 or less.

シリコン材料製造工程は、通常の大気下よりも酸素含有量の少ない非酸化性雰囲気下で行われるのが好ましい。非酸化性雰囲気としては、真空を含む減圧雰囲気、不活性ガス雰囲気を例示できる。加熱温度は、350℃〜1200℃の範囲内が好ましく、400℃〜1200℃の範囲内がより好ましい。加熱温度が低すぎると水素の離脱が十分でない場合があり、他方、加熱温度が高すぎるとエネルギーの無駄になる。加熱時間は加熱温度に応じて適宜設定すれば良く、また、反応系外に抜けていく水素などの量を測定しながら加熱時間を決定するのも好ましい。加熱温度及び加熱時間を適宜選択することにより、製造されるシリコン材料に含まれるアモルファスシリコン及びシリコン結晶子の割合、並びに、シリコン結晶子の大きさを調製することもでき、さらには、製造されるシリコン材料に含まれる、アモルファスシリコン及びシリコン結晶子を含むナノ水準の厚みの層の形状や大きさを調製することもできる。   The silicon material manufacturing process is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere having a lower oxygen content than in normal air. Examples of the non-oxidizing atmosphere include a reduced pressure atmosphere including a vacuum and an inert gas atmosphere. The heating temperature is preferably in the range of 350 ° C to 1200 ° C, more preferably in the range of 400 ° C to 1200 ° C. If the heating temperature is too low, hydrogen may not be released sufficiently. On the other hand, if the heating temperature is too high, energy is wasted. What is necessary is just to set a heating time suitably according to heating temperature, and it is also preferable to determine a heating time, measuring the quantity of hydrogen etc. which escapes out of a reaction system. By appropriately selecting the heating temperature and the heating time, the ratio of amorphous silicon and silicon crystallites contained in the silicon material to be manufactured, and the size of the silicon crystallites can also be adjusted, and further manufactured. The shape and size of a nano-level layer containing amorphous silicon and silicon crystallites contained in the silicon material can also be prepared.

シリコン結晶子のサイズとしては、ナノサイズのものが好ましい。具体的には、シリコン結晶子サイズは、0.5nm〜300nmの範囲内が好ましく、1nm〜100nmの範囲内がより好ましく、1nm〜50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm〜10nmの範囲内が特に好ましい。シリコン結晶子サイズは、シリコン材料に対してX線回折測定(XRD測定)を行い、得られたXRDチャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。   The size of the silicon crystallite is preferably nano-sized. Specifically, the silicon crystallite size is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, still more preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly in the range of 1 nm to 10 nm. preferable. The silicon crystallite size is calculated from Scherrer's equation using X-ray diffraction measurement (XRD measurement) on the silicon material and using the half width of the diffraction peak of the Si (111) plane of the obtained XRD chart.

上記シリコン材料製造工程により、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料を得ることができる。この構造は、走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。シリコン材料をリチウムイオン二次電池の活物質として使用することを考慮すると、リチウムイオンの効率的な挿入及び脱離反応のためには、板状シリコン体は厚さが10nm〜100nmの範囲内のものが好ましく、20nm〜50nmの範囲内のものがより好ましい。また、板状シリコン体の長軸方向の長さは、0.1μm〜50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長軸方向の長さ)/(厚さ)が2〜1000の範囲内であるのが好ましい。   By the silicon material manufacturing process, a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction can be obtained. This structure can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. In consideration of using a silicon material as an active material of a lithium ion secondary battery, the plate-like silicon body has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm for efficient insertion and desorption reaction of lithium ions. A thing in the range of 20 nm-50 nm is more preferable. The length of the plate-like silicon body in the major axis direction is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm. The plate-like silicon body preferably has a (length in the major axis direction) / (thickness) range of 2 to 1000.

シリコン材料は、粉砕や分級を経て、一定の粒度分布の粒子としてもよい。シリコン材料の好ましい粒度分布としては、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で測定した場合に、D50が1〜30μmの範囲内を例示できる。   The silicon material may be pulverized or classified to form particles having a certain particle size distribution. As a preferable particle size distribution of the silicon material, D50 can be exemplified within a range of 1 to 30 μm when measured with a general laser diffraction particle size distribution measuring apparatus.

シリコン材料は、リチウムイオン二次電池などの二次電池の負極活物質として使用することができる。その際には、シリコン材料を炭素で被覆して用いるのが好ましい。   The silicon material can be used as a negative electrode active material for a secondary battery such as a lithium ion secondary battery. In that case, it is preferable to use a silicon material coated with carbon.

負極における集電体、バインダー及び導電助剤は、正極活物質層で用いられるものと同様のものを用いることができる。   As the current collector, binder, and conductive additive in the negative electrode, the same materials as those used in the positive electrode active material layer can be used.

上記した正極及び負極を用いる本実施形態のリチウムイオン二次電池は、特に限定されない公知の電解液、セパレータを用いることができる。電解液は、有機溶媒に電解質であるリチウム金属塩を溶解させたものである。電解液は、特に限定されない。有機溶媒として、非プロトン性有機溶媒、たとえばプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等から選ばれる一種以上を用いることができる。少なくともフルオロエチレンカーボネート(FEC)を含むことが望ましい。また、溶解させる電解質としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiI、LiClO、LiCFSO等の有機溶媒に可溶なリチウム金属塩を用いることができる。 The lithium ion secondary battery of the present embodiment using the above-described positive electrode and negative electrode can use a known electrolyte solution and separator that are not particularly limited. The electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium metal salt as an electrolyte in an organic solvent. The electrolytic solution is not particularly limited. As the organic solvent, from aprotic organic solvents such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), fluoroethylene carbonate (FEC), etc. One or more selected can be used. It is desirable to include at least fluoroethylene carbonate (FEC). As the electrolyte to be dissolved, a lithium metal salt that is soluble in an organic solvent such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiI, LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 can be used.

例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒にLiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO等のリチウム金属塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を使用することができる。中でもLiPFを用いることが望ましい。有機無機コート層をもつ正極を用いるとともにLiPFを電解液中に含むことで、電解質が分解しにくくなる効果が相乗的に得られるため、高電圧駆動における繰り返し充放電後もさらに高い電池特性を維持することができる。 For example, a lithium metal salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 is added to an organic solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate at about 0.5 mol / L to 1.7 mol / L. A solution dissolved in a concentration can be used. Of these, LiPF 6 is preferably used. By using a positive electrode having an organic / inorganic coating layer and including LiPF 6 in the electrolyte solution, the effect of making the electrolyte difficult to decompose is obtained synergistically, so that even higher battery characteristics can be obtained even after repeated charge and discharge in high voltage driving. Can be maintained.

セパレータは、正極と負極とを分離し電解液を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜を用いることができる。また、これらの微多孔膜は無機物を主とする耐熱層が設けられていてもよく、用いられる無機物としては酸化アルミニウムや酸化チタンが好ましい。    The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolytic solution, and a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used. In addition, these microporous films may be provided with a heat-resistant layer mainly composed of an inorganic substance, and the inorganic substance used is preferably aluminum oxide or titanium oxide.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、形状に特に限定はなく、円筒型、積層型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極にセパレータを挟装させて電極体とし、正極集電体および負極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、集電用リード等を用いて接続した後、この電極体を電解液とともに電池ケースに密閉して電池となる。   The lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited in shape, and various shapes such as a cylindrical shape, a stacked shape, and a coin shape can be employed. In any case, the separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and the current collector is connected between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. After being connected using a lead or the like, this electrode body is sealed in a battery case together with an electrolytic solution to form a battery.

なお本実施形態のリチウムイオン二次電池は、高温下で初期充放電処理(コンディショニング処理)を行うことが好ましい。コンディショニング処理は、35〜90℃で行うことが好ましい。コンディショニング処理では、未使用のリチウムイオン二次電池について充放電が1回又は数回繰り返される。これにより、電解液の劣化が抑制され、容量維持率が更に向上する。   In addition, it is preferable that the lithium ion secondary battery of this embodiment performs an initial charging / discharging process (conditioning process) under high temperature. The conditioning treatment is preferably performed at 35 to 90 ° C. In the conditioning process, charging / discharging is repeated once or several times for an unused lithium ion secondary battery. Thereby, deterioration of electrolyte solution is suppressed and a capacity maintenance rate improves further.

以下、実施例を挙げて本発明の実施形態を更に詳しく説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(実施例1)
以下の方法により実施例1のリチウムイオン二次電池を作製した。
Example 1
A lithium ion secondary battery of Example 1 was produced by the following method.

<正極の作製>
第1活物質粒子を作製するために、第1正極活物質としてのオリビン型のLiFePOの粉体と、アセチレンブラック(AB)とを質量比5:4で混合し、メカニカルミリング装置(フリッチュジャパン(株)製)を用い、大気雰囲気下において450rpmで5時間のメカニカルミリング処理を行った。次いで処理後の粉体を、体積比で二酸化炭素と水素が100:3の混合ガス雰囲気下、700℃で2時間加熱する熱処理を行った。これにより、第1正極活物質の表面に炭素被覆部を形成してなる第1活物質粒子を得た。得られた第1活物質粒子における第1正極活物質の平均粒子径D50は2〜5μmであり、炭素被覆部の厚みは2nmであった。
<Preparation of positive electrode>
In order to produce the first active material particles, olivine-type LiFePO 4 powder as the first positive electrode active material and acetylene black (AB) were mixed at a mass ratio of 5: 4, and a mechanical milling device (Fritsch Japan) (Made by Co., Ltd.) was subjected to mechanical milling for 5 hours at 450 rpm in an air atmosphere. Next, the treated powder was subjected to heat treatment by heating at 700 ° C. for 2 hours in a mixed gas atmosphere of carbon dioxide and hydrogen at a volume ratio of 100: 3. Thereby, the 1st active material particle formed by forming a carbon coating part on the surface of the 1st positive electrode active material was obtained. The average particle diameter D50 of the 1st positive electrode active material in the obtained 1st active material particle was 2-5 micrometers, and the thickness of the carbon coating part was 2 nm.

第2活物質粒子としてのLiNi0.5Co0.3Mn0.2の粉体を準備した。第2活物質粒子の平均粒子径D50は5μmであった。 A powder of LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 as second active material particles was prepared. The average particle diameter D50 of the second active material particles was 5 μm.

第1活物質粒子と、第2活物質粒子と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、第1活物質粒子:第2活物質粒子:AB:PVDF=69:25:3:3の組成比で混合した。混合物を、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンと混合してスラリーとなし、これを厚み15μmのアルミニウム箔(集電体)の表面にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥させて約40μmの厚さの正極活物質層を形成した。   First active material particles, second active material particles, acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, first active material particles: second active material particles: AB: PVDF was mixed at a composition ratio of 69: 25: 3: 3. The mixture is mixed with N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a slurry, which is applied to the surface of a 15 μm thick aluminum foil (current collector) using a doctor blade and dried to a thickness of about 40 μm. A positive electrode active material layer was formed.

エチルアルコールに硝酸ランタンを2.5mmol/Lとなるように溶解させ、さらにポリエチレンイミン(PEI)を濃度1質量%となるように溶解させて、混合溶液を調製した。この混合溶液に上記正極活物質層を25℃で1分間浸漬後にエタノールで洗浄し、次に、ポリアクリル酸が0.2質量%溶解したエタノール溶液に25℃で1分間浸漬した。その後、エタノールで洗浄したのち120℃で12時間真空乾燥した。この正極の正極活物質層をTEMで観察したところ、有機無機コート層と有機コート層とが形成されていた。以下、有機無機コート層と有機コート層の全体を単にコート層ということがある。コート層は、正極活物質層の第1活物質粒子の表面及び第2活物質粒子の表面に形成されていた。正極活物質層の第1活物質粒子の表面及び第2活物質粒子の表面に形成されたコート層は、いずれも厚さが約1nmであった。   Lanthanum nitrate was dissolved in ethyl alcohol to 2.5 mmol / L, and polyethyleneimine (PEI) was dissolved to a concentration of 1% by mass to prepare a mixed solution. The positive electrode active material layer was immersed in this mixed solution at 25 ° C. for 1 minute and then washed with ethanol, and then immersed in an ethanol solution in which 0.2% by mass of polyacrylic acid was dissolved at 25 ° C. for 1 minute. Then, after washing with ethanol, vacuum drying was performed at 120 ° C. for 12 hours. When the positive electrode active material layer of this positive electrode was observed with a TEM, an organic inorganic coat layer and an organic coat layer were formed. Hereinafter, the whole of the organic / inorganic coating layer and the organic coating layer may be simply referred to as a coating layer. The coat layer was formed on the surfaces of the first active material particles and the second active material particles of the positive electrode active material layer. The coating layers formed on the surfaces of the first active material particles and the second active material particles of the positive electrode active material layer both had a thickness of about 1 nm.

なお上記混合溶液を調製する際に、先ずエチルアルコールに硝酸ランタンを溶解させ、次いでポリエチレンイミン(PEI)を溶解したところ、溶液が一瞬白濁した後に透明となった。この混合溶液を粒度分布測定器(「NANO PARTIVLE ANALYZER SZ-100」、HORIBA社製)を用いて分析したところ、2nm±0.3nmの極めて狭い範囲に粒径をもつ微粒子が存在することがわかった。無機物の微粒子ではこのようにシャープな粒度分布は生じないので、この微粒子はランタンイオンがポリエチレンイミンに配位したものと推察される。   When preparing the above mixed solution, lanthanum nitrate was first dissolved in ethyl alcohol, and then polyethyleneimine (PEI) was dissolved, and the solution became transparent after becoming cloudy for a moment. When this mixed solution was analyzed using a particle size distribution analyzer (“NANO PARTIVLE ANALYZER SZ-100”, manufactured by HORIBA), it was found that fine particles having a particle size in an extremely narrow range of 2 nm ± 0.3 nm existed. It was. The inorganic fine particles do not have such a sharp particle size distribution, and it is assumed that the fine particles are obtained by coordination of lanthanum ions to polyethyleneimine.

<負極の作製>
負極活物質としてのシリコン材料を以下の方法で調製した。
<Production of negative electrode>
A silicon material as a negative electrode active material was prepared by the following method.

・反応工程
アルゴン雰囲気下、10℃とした濃度35重量%のHCl水溶液500gに、50gのCaSiを加え、撹拌した。反応液から発泡が無くなったのを確認した後、さらに同条件下、4時間攪拌した。その後、室温まで昇温し、濾過を行った。残渣を300mLの蒸留水で3回洗浄した後、300mLのエタノールで洗浄し、減圧乾燥して39.4gの固形物を得た。当該固形物を層状シリコン化合物とした。
Reaction step under an argon atmosphere, to a concentration of 35 wt% aqueous HCl 500g which was 10 ° C., a CaSi 2 of 50g was added and stirred. After confirming that foaming disappeared from the reaction solution, the reaction solution was further stirred for 4 hours under the same conditions. Then, it heated up to room temperature and filtered. The residue was washed with 300 mL of distilled water three times, then with 300 mL of ethanol, and dried under reduced pressure to obtain 39.4 g of a solid. The solid was used as a layered silicon compound.

・シリコン材料製造工程
層状シリコン化合物を、Oを1体積%以下の量で含むアルゴン雰囲気下にて900℃で1時間加熱して、シリコン材料を得た。
-Silicon material manufacturing process The layered silicon compound was heated at 900 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere containing O 2 in an amount of 1% by volume or less to obtain a silicon material.

・リチウムイオン二次電池製造工程
負極活物質として上記のシリコン材料58質量部、負極活物質として天然黒鉛24.5質量部、導電助剤としてアセチレンブラック6.5質量部、結着剤としてポリアミドイミド11質量部、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンを混合し、スラリーを調製した。上記スラリーを、集電体としての厚さ約20μmの電解銅箔の表面にドクターブレードを用いて塗布し、乾燥して、銅箔上に負極活物質層を形成した。その後、ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを200℃で2時間減圧乾燥し、負極活物質層の厚さが23μmの負極を得た。
-Lithium ion secondary battery manufacturing process 58 parts by mass of the above silicon material as a negative electrode active material, 24.5 parts by mass of natural graphite as a negative electrode active material, 6.5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and polyamideimide as a binder 11 parts by mass and N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent were mixed to prepare a slurry. The slurry was applied to the surface of an electrolytic copper foil having a thickness of about 20 μm as a current collector using a doctor blade and dried to form a negative electrode active material layer on the copper foil. Thereafter, the current collector and the negative electrode active material layer were firmly and closely joined by a roll press. This was dried under reduced pressure at 200 ° C. for 2 hours to obtain a negative electrode having a negative electrode active material layer thickness of 23 μm.

正極と負極の間にセパレータを介装させて電極体を得た。セパレータはポリエチレンからなる微小多孔質膜である。この電極体を電池ケースに収容した。電池ケースに、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを、体積比でFEC:EC:EMC:DMC=0.4:2.6:3:4で混合した。混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解した非水電解液を注入し、電池ケースを密閉して、実施例1のリチウムイオン二次電池を得た。 A separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode to obtain an electrode body. The separator is a microporous membrane made of polyethylene. This electrode body was accommodated in a battery case. In a battery case, fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) are mixed in a volume ratio of FEC: EC: EMC: DMC = 0.4: 2.6. : 3: 4 mixed. A non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M was injected into the mixed solvent, and the battery case was sealed to obtain a lithium ion secondary battery of Example 1.

(比較例1)
比較例1のリチウムイオン二次電池は、正極に有機無機コート層及び有機コート層が形成されていない点を除いて、実施例1と同様である。
(Comparative Example 1)
The lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 is the same as Example 1 except that the organic inorganic coating layer and the organic coating layer are not formed on the positive electrode.

<容量維持率>
実施例1及び比較例1のリチウムイオン二次電池についてサイクル試験を行い、容量維持率を測定した。サイクル試験の条件は、60℃で、3サイクル目まで、充電は1Cの定電流で4.5Vの定電圧(1C−CCCV、4.5V充電)で行い、放電は1Cの定電流で3.6Vまで電圧を降下させた(1C−CC、3.6V放電)。4サイクル目以後については、1Cの定電流で4.4Vまで充電(1C−CC、4.4V充電)し、1分間休止後、1Cの定電流で3.6Vまで放電(1C−CC、3.6V放電)し、1分間休止するという工程を400サイクル繰り返した。各リチウムイオン二次電池につき、3サイクル目の充放電効率及び、400サイクル試験後の容量維持率を算出した。3サイクル目の充放電効率は以下の式で算出した。
充放電効率(%)=100×(3サイクル目の放電容量)/(3サイクル目の充電容量)
<Capacity maintenance rate>
A cycle test was performed on the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1, and the capacity retention rate was measured. The conditions of the cycle test are 60 ° C., up to the third cycle, charging is performed at a constant current of 1C and a constant voltage of 4.5V (1C-CCCV, 4.5V charging), and discharging is performed at a constant current of 1C. The voltage was dropped to 6V (1C-CC, 3.6V discharge). For the fourth and subsequent cycles, the battery is charged to 4.4V with a constant current of 1C (1C-CC, 4.4V charge), rested for 1 minute, and discharged to 3.6V with a constant current of 1C (1C-CC, 3V .6V discharge) and rest for 1 minute was repeated 400 cycles. For each lithium ion secondary battery, the charge / discharge efficiency at the third cycle and the capacity retention rate after the 400 cycle test were calculated. The charge / discharge efficiency at the third cycle was calculated by the following equation.
Charge / discharge efficiency (%) = 100 × (discharge capacity at the third cycle) / (charge capacity at the third cycle)

400サイクル試験後の容量維持率は以下の式で算出した。
容量維持率(%)=100×(400サイクル目の充電容量)/(初回充電容量)
測定結果を表1に示した。
The capacity retention rate after the 400 cycle test was calculated by the following formula.
Capacity maintenance rate (%) = 100 × (charge capacity at 400th cycle) / (initial charge capacity)
The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0006578777
Figure 0006578777

表1に示すように、実施例1のリチウムイオン二次電池の容量維持率は42.0%であり、比較例1のリチウムイオン二次電池の容量維持率は32.2%であった。上限電圧が4.4Vと高い場合には、正極にコート層を形成することで、容量維持率が向上した。  As shown in Table 1, the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery of Example 1 was 42.0%, and the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was 32.2%. When the upper limit voltage was as high as 4.4 V, the capacity retention rate was improved by forming a coat layer on the positive electrode.

<正極の電子抵抗>
実施例1及び比較例1のリチウムイオン二次電池について上記のサイクル試験を行う前後で、セルの交流インピーダンスを測定した。抵抗成分の切り分けは、三極セルを用い、参照極として金属リチウムを用いた。電解液は、有機溶媒としてのEC/EMC/DMC=30/30/40(体積%)に、1mol/LとなるようにLiPFを溶解したものを用いた。印加電圧は3.6Vとした。
<Electronic resistance of positive electrode>
The alternating current impedance of the cell was measured before and after performing the cycle test on the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1. The resistance component was separated using a triode cell and metallic lithium as a reference electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 in EC / EMC / DMC = 30/30/40 (volume%) as an organic solvent so as to be 1 mol / L was used. The applied voltage was 3.6V.

実施例1の未使用正極を2枚重ね合わせて二極式対称セルを組み立てた。二極式対称セルで用いた電解液は、有機溶媒としてのEC/EMC/DMC=30/30/40(体積%)に、1mol/LとなるようにLiPFを溶解したものを用いた。二極式対称セルについて、上記の三極セルと同条件で交流インピーダンスを測定した。測定された交流インピーダンスを用いて等価回路モデルの解析法にしたがって、液抵抗(Rsol)、Rion(Liイオン抵抗)、電気二重層容量(Cdl)、Re(電子抵抗)、Ce 、Rct(反応抵抗)を算出した。これらの各抵抗及び容量に基づいて三極セルの交流インピーダンスを解析して、三極セルの正極の電子抵抗(Re)及び反応抵抗(Rct)を算出した。図1には、実施例1のサイクル試験前後の電子抵抗及び比較例1のサイクル試験後の電子抵抗を示した。図2には、実施例1及び比較例1のサイクル試験後の反応抵抗を示した。 Two unused positive electrodes of Example 1 were stacked to assemble a bipolar symmetric cell. The electrolytic solution used in the bipolar symmetric cell was obtained by dissolving LiPF 6 so as to be 1 mol / L in EC / EMC / DMC = 30/30/40 (volume%) as an organic solvent. With respect to the bipolar symmetric cell, the AC impedance was measured under the same conditions as the above-mentioned tripolar cell. According to the analysis method of the equivalent circuit model using the measured AC impedance, liquid resistance (Rsol), Rion (Li ion resistance), electric double layer capacitance (Cdl), Re (electronic resistance), Ce 2, Rct (reaction resistance) ) Was calculated. Based on each of these resistances and capacities, the AC impedance of the triode cell was analyzed, and the electronic resistance (Re) and reaction resistance (Rct) of the positive electrode of the triode cell were calculated. FIG. 1 shows the electronic resistance before and after the cycle test of Example 1 and the electronic resistance after the cycle test of Comparative Example 1. In FIG. 2, the reaction resistance after the cycle test of Example 1 and Comparative Example 1 is shown.

図1に示すように、サイクル試験前の実施例1の正極の電子抵抗はほぼゼロに近い値であった。サイクル試験後の実施例1の正極の電子抵抗は、サイクル試験前の電子抵抗よりも高かったが、サイクル試験後の比較例1の正極の電子抵抗よりも格段に小さかった。   As shown in FIG. 1, the electronic resistance of the positive electrode of Example 1 before the cycle test was a value close to zero. The electronic resistance of the positive electrode of Example 1 after the cycle test was higher than the electronic resistance before the cycle test, but was significantly smaller than the electronic resistance of the positive electrode of Comparative Example 1 after the cycle test.

図2に示すように、サイクル試験後の実施例1及び比較例1の正極の反応抵抗は、いずれも同程度であった。このことから、実施例1の正極活物質層に形成されているコート層は、正極の電子抵抗上昇を抑制する機能があることがわかった。   As shown in FIG. 2, the reaction resistances of the positive electrodes of Example 1 and Comparative Example 1 after the cycle test were almost the same. From this, it was found that the coat layer formed on the positive electrode active material layer of Example 1 has a function of suppressing an increase in electronic resistance of the positive electrode.

実施例1及び比較例1の正極の電子抵抗について、上記の等価回路モデルに従った手法により、集電体と正極活物質層との間の界面抵抗と、それ以外の諸抵抗に分けた。その結果を図3に示した。実施例1と比較例1とでは、界面抵抗はほぼ同程度であったが、それ以外の諸抵抗については、実施例1が比較例1よりも格段に低かった。比較例1の正極内での界面抵抗とそれ以外の抵抗の比率は、界面抵抗: 諸抵抗=15%:85%であったのに対して、実施例1の正極では、界面抵抗:諸抵抗=40%:60%であった。   The electronic resistance of the positive electrode of Example 1 and Comparative Example 1 was divided into an interfacial resistance between the current collector and the positive electrode active material layer and other resistances by a method according to the above equivalent circuit model. The results are shown in FIG. In Example 1 and Comparative Example 1, the interfacial resistance was almost the same, but for other resistances, Example 1 was much lower than Comparative Example 1. The ratio of the interfacial resistance and the other resistance in the positive electrode of Comparative Example 1 was interfacial resistance: various resistances = 15%: 85%, whereas in the positive electrode of Example 1, the interfacial resistance: various resistances. = 40%: 60%.

実施例1の正極の界面抵抗以外の諸抵抗が、比較例1に対して格段に減少したのは、炭素被覆部表面にコート層を形成することで、電解液が炭素被覆部に直接接触しにくくなり、炭素被覆部を通る電子が電解液の酸化分解に消費されにくくなり、このため、サイクル後の正極の電子抵抗の上昇を大きく抑制することができたものと考えられる。   The resistances other than the interfacial resistance of the positive electrode of Example 1 were significantly reduced as compared with Comparative Example 1. By forming a coat layer on the surface of the carbon coating part, the electrolyte directly contacted the carbon coating part. This makes it difficult for electrons passing through the carbon coating portion to be consumed by the oxidative decomposition of the electrolytic solution, and it is considered that the increase in the electronic resistance of the positive electrode after the cycle could be greatly suppressed.

なお、コート層は、炭素被覆部以外に、第2活物質表面も被覆していると考えられる。コート層が第2活物質粒子表面を被覆することで、容量維持率や電子抵抗に良好な影響を与えているとも考えられる。しかし、第1活物質粒子は第2活物質粒子とは異なって、炭素被覆部を有していて、電子が多く集まり強い酸化状態におかれている。しかも、第1活物質粒子は、平均放電電位が3.4Vと低いオリビン型リチウムリン酸複合酸化物により構成されている。このため、正極が充電時に4.4Vと高い電圧に曝されると、第1活物質粒子の破壊又は溶出が懸念される。第1活物質粒子を構成するオリビン型リチウムリン酸複合酸化物は、高電位で安定な層状岩塩構造をもつリチウム金属複合酸化物からなる第2活物質粒子よりも破壊又は溶出しやすい。このため、第1活物質粒子の表面、更には炭素被覆部表面をコート層で被覆することで、第2活物質粒子表面をコート層で被覆した場合に比べて、粒子の破壊又は溶出を効果的に抑え、しかも各粒子付近の電解液の劣化も効果的に抑制できていると推定される。   In addition, it is thought that the coat layer has coat | covered the 2nd active material surface besides a carbon coating part. It is considered that the coating layer covers the surface of the second active material particles, and thus has a good influence on the capacity retention rate and the electronic resistance. However, unlike the second active material particles, the first active material particles have a carbon coating portion and are in a strong oxidation state with many electrons gathering. Moreover, the first active material particles are composed of an olivine-type lithium phosphate complex oxide having an average discharge potential as low as 3.4V. For this reason, when the positive electrode is exposed to a high voltage of 4.4 V during charging, there is a concern about the destruction or elution of the first active material particles. The olivine-type lithium phosphate composite oxide constituting the first active material particles is more easily destroyed or eluted than the second active material particles made of a lithium metal composite oxide having a layered rock salt structure that is stable at a high potential. For this reason, by covering the surface of the first active material particles, and further the surface of the carbon coating portion with the coat layer, it is possible to effectively destroy or dissolve the particles compared to the case where the surface of the second active material particles is coated with the coat layer. In addition, it is estimated that the deterioration of the electrolyte near each particle can be effectively suppressed.

Claims (11)

集電体と、前記集電体を被覆する正極活物質層とを含み、
前記正極活物質層は、
リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第1正極活物質と、前記第1正極活物質の表面に形成された炭素被覆部と、を有する第1活物質粒子、及び
前記第1活物質粒子の表面に形成された有機無機コート層、
を有し、
前記有機無機コート層は、アミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基、マレイミド基、カルボキシル基及びエーテル基の中から選ばれる少なくとも一種をもつ選択ポリマーと、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の選択金属と、を含み、
前記第1活物質粒子の前記炭素被覆部は、前記有機無機コート層により被覆されており、
前記有機無機コート層は、前記選択金属のイオンが前記選択ポリマーに配位した微粒子により形成されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。
A current collector, and a positive electrode active material layer covering the current collector,
The positive electrode active material layer is
First active material particles having a first positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and a carbon coating formed on the surface of the first positive electrode active material, and on the surface of the first active material particles Formed organic inorganic coating layer,
Have
The organic / inorganic coating layer includes a selection polymer having at least one selected from an amino group, an amide group, an imino group, an imide group, a maleimide group, a carboxyl group, and an ether group, an alkali metal, an alkaline earth metal, and a rare earth element. only containing at least and one of the selected metals, selected from the group consisting of,
The carbon coating portion of the first active material particles is covered with the organic / inorganic coating layer,
The positive electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the organic / inorganic coating layer is formed of fine particles in which ions of the selected metal are coordinated with the selected polymer .
前記第1正極活物質は、オリビン型リチウムリン酸複合酸化物からなる請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the first positive electrode active material is made of an olivine type lithium phosphate complex oxide. 前記正極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第2正極活物質を有する第2活物質粒子を更に有する請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material layer further includes second active material particles having a second positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. 前記第2正極活物質は、層状岩塩型リチウム金属複合酸化物又は/及びスピネル型リチウム金属複合酸化物からなる請求項3に記載のリチウムイオン二次電池用正極。   4. The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the second positive electrode active material comprises a layered rock salt type lithium metal composite oxide and / or a spinel type lithium metal composite oxide. 5. 前記選択ポリマーはポリエチレンイミンである請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the selective polymer is polyethyleneimine. 前記有機無機コート層は、カーボネート系電解液よりも高い酸化反応電位をもつリチウム化合物を更に含む請求項1〜5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the organic / inorganic coating layer further contains a lithium compound having an oxidation reaction potential higher than that of the carbonate-based electrolytic solution. 前記有機無機コート層の表面に有機コート層を有する請求項1〜6のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極。   The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, further comprising an organic coat layer on a surface of the organic / inorganic coat layer. リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る第1正極活物質と、前記第1正極活物質の表面に形成された炭素被覆部とを有する第1活物質粒子を含むスラリーを集電体表面に塗布し乾燥して正極活物質層を形成する工程と、
アミノ基、アミド基、イミノ基、イミド基、マレイミド基、カルボキシル基及びエーテル基の中から選ばれる少なくとも一種をもつ選択ポリマーと、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の選択金属と、を溶媒に溶解した混合溶液を前記正極活物質層に塗布し乾燥して前記第1活物質粒子の表面に有機無機コート層を形成する工程と、をもつことを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。
A slurry containing first active material particles having a first positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions and a carbon coating portion formed on the surface of the first positive electrode active material is applied to the surface of the current collector and dried. And forming a positive electrode active material layer,
A selection polymer having at least one selected from an amino group, an amide group, an imino group, an imide group, a maleimide group, a carboxyl group and an ether group, and at least one selection selected from an alkali metal, an alkaline earth metal and a rare earth element And a step of applying a mixed solution in which a metal is dissolved in a solvent to the positive electrode active material layer and drying to form an organic / inorganic coating layer on the surface of the first active material particles. A method for producing a positive electrode for a secondary battery.
ディッピング法により前記混合溶液を前記正極活物質層に塗布する請求項8に記載のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法。   The method for producing a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein the mixed solution is applied to the positive electrode active material layer by a dipping method. 請求項1〜7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1. 充電時の電池電圧が4.3V以上である請求項10に記載のリチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to claim 10, wherein the battery voltage during charging is 4.3 V or more.
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