JP6701511B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
ノート型コンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ等の普及に伴い、これら小型の電子機器を駆動するための二次電池の需要が拡大している。そして、これら電子機器には、高容量化が可能であることから、非水電解質二次電池(特に、リチウムイオン二次電池)の使用が進められている。 With the spread of notebook computers, mobile phones, digital cameras, and the like, demand for secondary batteries for driving these small electronic devices is expanding. Further, for these electronic devices, the use of non-aqueous electrolyte secondary batteries (particularly, lithium ion secondary batteries) is being promoted because the capacity can be increased.
非水電解質二次電池は、小型の電子機器への利用に加えて、電気自動車(EV車),ハイブリッド自動車(HV車),プラグインハイブリッド自動車(PHV車)等の車両やホームエネルギーマネジメントシステム(HEMS)等の家庭用電源といった大電力が求められる用途への適用も検討されている。この場合、非水電解質二次電池の電極板の大型化,多数の電極板を積層させて電極体を形成する,多数の電池セルを組み合わせて組電池とすること等の手段により、大電力を得られるようにしている。 The non-aqueous electrolyte secondary battery is used for small electronic devices, and is also used for electric vehicles (EV vehicles), hybrid vehicles (HV vehicles), plug-in hybrid vehicles (PHV vehicles), and home energy management systems ( It is also considered to be applied to applications requiring large power such as household power sources such as HEMS). In this case, large power can be obtained by means of increasing the size of the electrode plate of the non-aqueous electrolyte secondary battery, forming an electrode body by laminating a large number of electrode plates, and combining a large number of battery cells into an assembled battery. I am trying to get it.
非水電解質二次電池の一形態であるリチウムイオン二次電池は、各電極活物質がリチウムの吸蔵・放出の可逆性が優れているため、充放電を繰り返す使用が可能となっている。
リチウムイオン二次電池は、例えば、特許文献1に記載されている。
A lithium-ion secondary battery, which is one form of a non-aqueous electrolyte secondary battery, can be used repeatedly by charging and discharging because each electrode active material is excellent in reversibility of absorption and desorption of lithium.
The lithium-ion secondary battery is described in
特許文献1には、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料を用いた正極及び負極と、非水電解質とを備え、かつ前記正極の電位が4.5V(vs.Li/Li+)に達するまで充電した際の正極と負極の対向充電容量比が1.0〜1.15となるように構成された非水電解質二次電池において、正極活物質の主材が化学式:LiaMnsNitCouMovO2(0≦a≦1.2、s+t+u=1、0<s≦0.5、0<t≦0.5、0.45≦s/(s+t)≦0.55、0.45≦t/(s+t)≦0.55、u≧0、0.001≦v≦0.01を満たす。)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物である非水電解質二次電池が記載されている。
従来の非水電解質二次電池の正極活物質(正極材料)では、安全性については十分でなかった。具体的には、リチウムイオン二次電池(非水電解質二次電池)は、その長期使用等により、正極活物質に使用されるリチウムの複合酸化物の結晶構造が崩壊し、含有される酸素が放出されてしまう虞があった。 The conventional positive electrode active material (positive electrode material) of a non-aqueous electrolyte secondary battery is insufficient in safety. Specifically, in a lithium-ion secondary battery (non-aqueous electrolyte secondary battery), the crystal structure of the lithium composite oxide used for the positive electrode active material collapses due to long-term use and the like, and the contained oxygen is There was a risk that it would be released.
この様な問題に対し、正極活物質にLi2−xNiαM1 βM2 γO4−ε(0.50<α≦1.33、0≦β<0.67、0≦γ≦1.33、M1:Co、Al、Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Mn、Ge、Sn、Sbで表される少なくとも一種、リチウムイオンを吸蔵・放出することにより、0≦x≦2の範囲を可逆的に変化する)で表される複合酸化物を用いることが検討されている。 In order to solve such a problem, the positive electrode active material contains Li 2−x Ni α M 1 β M 2 γ O 4−ε (0.50<α≦1.33, 0≦β<0.67, 0≦γ≦ 1.33, M 1 : at least one selected from Co, Al and Ga, at least one represented by M 2 : Mn, Ge, Sn and Sb, and 0≦x≦2 by occluding and releasing lithium ions. Is reversibly changed) is being studied.
しかしながら、Li2−xNiαM1 βM2 γO4−εを用いた正極は、低SOCの領域で、正極自身の抵抗が上昇するという問題があった。正極の抵抗が上昇することは、当該正極を用いる二次電池が充放電を正極の低SOCの領域で行ったときに、正極の抵抗により二次電池の性能の低下を招く。つまり、二次電池が、低SOC領域において電池特性が低下するという問題があった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、低SOC領域における電池特性の低下が抑えられた非水電解質二次電池を提供することを課題とする。
However, positive electrode using the Li 2-x Ni α M 1
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which deterioration of battery characteristics in a low SOC region is suppressed.
上記課題を解決するために本発明者らは非水電解質二次電池の構成について検討を重ねた結果、本発明を完成させた。 The present inventors have completed the present invention as a result of repeated studies on the configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery in order to solve the above problems.
本発明の非水電解質二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料を用いた正極及び負極と、リチウムイオンを電解質イオンとして有する非水電解質と、を備えた非水電解質二次電池であって、正極が、Li2NiαM1 βM2 γMnηO4−ε(0.50<α≦1.33、0≦β≦0.67、0.33≦γ≦1.1、0≦ε≦1.00、0≦η≦1.00、M1:Co、Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Ge、Sn、Sbより選ばれる少なくとも一種)で表されるリチウム遷移金属酸化物を含み、正極は、SOC0%での抵抗が、SOC10%での抵抗の2.0倍以上となる抵抗−SOCの関係を有し、リチウム遷移金属酸化物が、Ni,M1,M2,Mnのいずれもが6配位の局所構造を備え、負極は、非水電解質二次電池のSOC50%での該負極の電位を平均OCPとした場合、(平均OCP−0.10[V])での電気容量と(平均OCP+0.25[V])での電気容量の差である区間電気容量を分子に、(平均OCP+0.25[V])での電気容量とそれより負極のOCPが大きい限界値での電気容量の差である区間電気容量を分母にした比の値が0.05以上である非水電解質二次電池。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode using a material capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous electrolyte having lithium ions as electrolyte ions. Then, the positive electrode is Li 2 Ni α M 1 β M 2 γ Mn η O 4-ε (0.50<α≦1.33, 0≦β≦0.67, 0.33≦γ≦1.1 , 0≦ε≦1.00, 0≦η≦1.00, M 1 : at least one selected from Co and Ga, and M 2 : at least one selected from Ge, Sn, and Sb). It comprises an oxide, the positive electrode, the resistance at
本発明の非水電解質二次電池は、正極に低SOC領域で抵抗が上昇する酸化物が用いられても、負極の電気容量を調節することで、当該低SOC領域での使用を避けることができる。この結果、本発明の非水電解質二次電池は、低SOC領域における電池特性の低下が抑えられたものとなる。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, even if an oxide whose resistance increases in the low SOC region is used for the positive electrode, the use in the low SOC region can be avoided by adjusting the electric capacity of the negative electrode. it can. As a result, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has suppressed deterioration of battery characteristics in the low SOC region.
以下、本発明を具体的な実施の形態を用いて説明する。なお、本発明はこれらの形態のみに限定されるものではない。
本形態は、本発明の非水電解質二次電池をリチウムイオン二次電池に適用した形態である。
The present invention will be described below with reference to specific embodiments. The present invention is not limited to these forms.
This form is a form in which the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is applied to a lithium ion secondary battery.
[実施形態1]
[リチウムイオン二次電池]
リチウムイオン二次電池1は、正極11,負極12,非水電解質13を有する。詳しくは、正極11及び負極12を、正極活物質層111と負極活物質層121とが対向した状態で、セパレータ14を介した状態で非水電解質13とともに、電池ケース15内に収容する。二次電池1の構成を、模式図で図1に示す。
[Embodiment 1]
[Lithium-ion secondary battery]
The lithium-ion
[正極]
正極11は、正極集電体110の表面に、正極活物質を含む正極活物質層111を有する。正極活物質層111は、正極活物質と導電材と結着材とを混合して得られた正極合材を正極集電体110の表面に塗布、乾燥して形成される(塗工して形成される)。すなわち、正極活物質層111は、正極活物質と導電材と結着材とが均一に分散している。ここで、導電材と結着材は任意であり、混合しなくともよい。正極合材は、適当な溶媒によりペースト状(スラリー状)をなしている。正極11及び正極合材は、その他、公知の添加材を添加していてもよい。
[Positive electrode]
The
[正極活物質]
本形態では、正極活物質として、Li2−xNiαM1 βM2 γO4−ε(0.50<α≦1.33、0≦β≦0.67、0≦γ≦1.33、0≦ε≦1.00、M1:Co、Al、Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Mn、Ge、Sn、Sbで表される少なくとも一種、リチウムイオンを吸蔵・放出することにより、0≦x≦2の範囲を可逆的に変化する)で表されるリチウム遷移金属酸化物を用いる。
[Cathode active material]
In the present embodiment, as the positive electrode active material, Li 2-x Ni α M 1 β M 2 γ O 4-ε (0.50<α≦1.33, 0≦β≦0.67, 0≦γ≦1. 33, 0≦ε≦1.00, M 1 : at least one selected from Co, Al, and Ga, at least one represented by M 2 : Mn, Ge, Sn, and Sb, by occluding and releasing lithium ions , Reversibly changes in the range of 0≦x≦2)).
このリチウム遷移金属酸化物は、その組成中にNiを含む。このNiは、酸素(O)が6配位した局所構造(6配位の局所構造)を形成する。この結果、安定な充放電が行われる。また、酸化還元種である、Niが0.50<α≦1.33の範囲で多量に含まれることで、高容量化が達成される。 This lithium transition metal oxide contains Ni in its composition. This Ni forms a local structure in which oxygen (O) is six-coordinated (six-coordinated local structure). As a result, stable charging/discharging is performed. Further, a large amount of Ni, which is a redox species, is contained in the range of 0.50<α≦1.33, so that the capacity can be increased.
また、M1元素及びM2元素を多量に含むことで、結晶構造がより安定し、充放電時の結晶構造を安定に保ち、その結果として電池容量の低下が抑えられる。M1元素は形式価数が3価の元素であり、M1元素の添加は価数の大きく異なるLiがNi層へ侵入することを抑制することが期待される。M2元素は、酸素を強く固定し、その結果、異常発熱時に懸念される酸素の脱離が抑制される結果、電池の安全性を向上させる。さらに、M2元素の量が、0.33以上となった際に、平均的には、Ni層中の全ての酸素がM2元素と隣り合い、M2元素との結合を持つこととなる故、酸素脱離効果が顕著に高まる。 Further, by containing a large amount of the M 1 element and the M 2 element, the crystal structure becomes more stable and the crystal structure during charge/discharge is kept stable, and as a result, the decrease in battery capacity is suppressed. The M 1 element is an element having a formal valence of 3, and the addition of the M 1 element is expected to suppress entry of Li having greatly different valences into the Ni layer. The M 2 element strongly fixes oxygen and, as a result, suppresses desorption of oxygen which is a concern during abnormal heat generation, and thus improves the safety of the battery. Furthermore, the amount of M 2 element, when became 0.33 or more, on average, all of the oxygen in the Ni layer is adjoin the M 2 element, and to have a bond with M 2 element Therefore, the oxygen desorption effect is significantly enhanced.
さらに、M1元素及びM2元素も6配位状態であることが好ましく、この構成となることで、隣接する遷移金属元素(NiやMnの配位構造体)との構造的ギャップを小さくすることを可能とし、耐久性を一層向上させることを可能とする。 Further, the M 1 element and the M 2 element are also preferably in a 6-coordination state, and by having this configuration, the structural gap with the adjacent transition metal element (coordination structure of Ni or Mn) is reduced. This makes it possible to further improve the durability.
リチウム遷移金属酸化物は、その組成中に、更に遷移金属であるMn(0以上、1.00以下の割合)を含んでも良い。このMnはNiと同様に、酸素(O)が6配位した局所構造(6配位の局所構造)を形成する。この割合で含まれることで、Ni層を安定化させる効果を発揮する。 The lithium transition metal oxide may further include Mn (a ratio of 0 or more and 1.00 or less) that is a transition metal in its composition. Like Mn, this Mn forms a local structure in which oxygen (O) is hexacoordinated (a hexacoordinated local structure). By including it in this ratio, the effect of stabilizing the Ni layer is exhibited.
一般的に、非水電解質二次電池では、過充電等が進行すると、発火・発煙の不具合を生じることがある。この電池における発火発煙は、そこに至る過程で、正極活物質(正極材料)から放出される酸素の影響が大きい。具体的には、充電に伴い正極活物質の酸素から電子が奪われ、酸素放出に至りやすくなる。 Generally, in a non-aqueous electrolyte secondary battery, if overcharging or the like progresses, problems of ignition and smoke may occur. Ignition and smoke in this battery are greatly affected by oxygen released from the positive electrode active material (positive electrode material) in the process of reaching the smoke. Specifically, electrons are deprived from oxygen of the positive electrode active material along with charging, and oxygen is easily released.
リチウム遷移金属酸化物は、M2元素を添加しており、添加されたM2元素がNiやMn(遷移金属)よりも酸素と強く結合している。つまり、M2元素の添加により、充放電時の酸素脱離を最小限に抑制することが可能となる。 The lithium transition metal oxide is added with the M 2 element, and the added M 2 element is more strongly bonded to oxygen than Ni or Mn (transition metal). That is, the addition of the M 2 element makes it possible to minimize oxygen desorption during charge and discharge.
リチウム遷移金属酸化物は、Li層とNi層とを備えた層状構造を有する。この構成となることで、正極材料は、Liイオンの伝導性に優れたものとなる。なお、Li層は、Liを主成分として形成される層を指しており、実質的にLiよりなる層である。Ni層は、Ni(Ni化合物)を主成分として形成される層を示し、実質的にはNi及び、M1、M2の元素を主成分として形成される層である。 The lithium transition metal oxide has a layered structure including a Li layer and a Ni layer. With this structure, the positive electrode material has excellent Li ion conductivity. The Li layer refers to a layer formed of Li as a main component, and is a layer substantially made of Li. The Ni layer indicates a layer formed mainly of Ni (Ni compound), and is substantially a layer formed mainly of Ni and elements of M 1 and M 2 .
本形態において、リチウム遷移金属酸化物は、Li2NiαM1 βM2 γMnηO4−ε(0.50<α≦1.33、0.33≦γ≦1.1、0≦η≦1.00、0≦β≦0.67、0≦ε≦1.00、M1:Co,Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Ge,Sn,Sbより選ばれる少なくとも一種)であることが好ましい。
正極活物質は、上記のリチウム遷移金属酸化物であることが好ましいが、この酸化物以外の公知の正極活物質との混合物であってもよい。
In the present embodiment, the lithium transition metal oxide is Li 2 Ni α M 1 β M 2 γ Mn η O 4-ε (0.50<α≦1.33, 0.33≦γ≦1.1, 0≦ η≦1.00, 0≦β≦0.67, 0≦ε≦1.00, M 1 : at least one selected from Co and Ga, and M 2 : at least one selected from Ge, Sn, and Sb). Preferably.
The positive electrode active material is preferably the above lithium transition metal oxide, but may be a mixture with a known positive electrode active material other than this oxide.
混合される公知の正極活物質は、リチウムイオン(非水電解質二次電池の電解質イオン、アルカリ金属イオン)の吸蔵・放出が可能な化合物を用いる。例えば、種々の酸化物,硫化物,リチウム含有酸化物,導電性高分子などを挙げることができる。正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。 As the known positive electrode active material to be mixed, a compound capable of inserting and extracting lithium ions (electrolyte ions of non-aqueous electrolyte secondary batteries, alkali metal ions) is used. For example, various oxides, sulfides, lithium-containing oxides, conductive polymers and the like can be mentioned. A lithium-transition metal composite oxide is preferably used as the positive electrode active material.
正極活物質のリチウム−遷移金属複合酸化物としては、層状構造を有する複合酸化物、スピネル構造を有する複合酸化物、ポリアニオン構造を有する複合酸化物を用いることがより好ましい。 As the lithium-transition metal composite oxide of the positive electrode active material, it is more preferable to use a composite oxide having a layered structure, a composite oxide having a spinel structure, or a composite oxide having a polyanion structure.
正極活物質が混合物である場合には、その混合割合が限定されるものではないが、リチウム遷移金属酸化物がリッチな状態、すなわち、正極活物質のLi原子の合計数を100[%]としたときに、リチウム遷移金属酸化物のLi原子数が50[%]以上であることが好ましい。また、正極活物質の合計の質量を100[mass%]としたときに、リチウム遷移金属酸化物の質量が50[mass%]以上であることが好ましい。 When the positive electrode active material is a mixture, the mixing ratio is not limited, but the lithium transition metal oxide is in a rich state, that is, the total number of Li atoms in the positive electrode active material is 100 [%]. At this time, the number of Li atoms in the lithium transition metal oxide is preferably 50[%] or more. Further, when the total mass of the positive electrode active materials is 100 [mass%], the mass of the lithium transition metal oxide is preferably 50 [mass%] or more.
正極活物質は、その製造方法が限定されるものではなく、公知の製造方法を用いて製造することができる。正極活物質は、1次粒子が凝集した二次粒子を形成していてもよい。1次粒子は、その形状が限定されるものではなく、鱗片状、球状、ポテトライク状を挙げることができる。また、結晶子径が100[nm]以下で、1次粒子は、短径が1[μm]以下であることが好ましく、500[μm]以下であることがより好ましい。1次粒子は、粒径(例えば、平均粒子径、D50)が1[μm]以下の略球状の粒子であることがより好ましく、粒径が0.5[μm](500[nm])以下であることが更に好ましい。 The production method of the positive electrode active material is not limited, and it can be produced by a known production method. The positive electrode active material may form secondary particles in which primary particles are aggregated. The shape of the primary particles is not limited, and examples thereof include a scaly shape, a spherical shape, and a potato-like shape. Further, the crystallite diameter is 100 [nm] or less, and the primary particle preferably has a minor axis of 1 [μm] or less, more preferably 500 [μm] or less. The primary particles are more preferably substantially spherical particles having a particle size (for example, average particle size, D50) of 1 [μm] or less, and a particle size of 0.5 [μm] (500 [nm]) or less. Is more preferable.
[導電材,結着材,合材,正極集電体]
導電材は、正極11の電気伝導性を確保する。導電材としては、黒鉛の微粒子,アセチレンブラック(AB),ケッチェンブラック(KB),カーボンナノファイバー(CNF)などのカーボンブラック(CB),ニードルコークスなどの無定形炭素の微粒子などを使用できるが、これらに限定されない。
[Conductive material, binder, mixture, positive electrode current collector]
The conductive material ensures the electrical conductivity of the
正極合材の結着材は、正極活物質粒子や導電材を結着する。結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF),EPDM,スチレン・ブタジエンゴム(SBR),NBR,フッ素ゴムなどを使用できるが、これらに限定されない。 The binder of the positive electrode composite material binds the positive electrode active material particles and the conductive material. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), NBR, fluororubber and the like can be used, but the binder is not limited thereto.
正極合材の溶媒としては、通常は結着材を溶解する有機溶媒を使用する。例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP),ジメチルホルムアミド,ジメチルアセトアミド,メチルエチルケトン,シクロヘキサノン,酢酸メチル,アクリル酸メチル,ジエチルトリアミン,N−N−ジメチルアミノプロピルアミン,エチレンオキシド,テトラヒドロフランなどを挙げることができるが、これらに限定されない。また、水に分散剤、増粘剤などを加えてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などで正極活物質をスラリー化する場合もある。 As the solvent for the positive electrode mixture, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N-N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like can be mentioned. Yes, but not limited to. In addition, a positive electrode active material may be slurried with water such as polytetrafluoroethylene (PTFE) by adding a dispersant, a thickener and the like to water.
正極集電体110は、従来の集電体を用いることができ、アルミニウムなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔,網,パンチドメタル,フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。
As the positive electrode
正極集電体110の厚さは、限定されるものではない。以前から用いられている正極集電体と同様な厚さとすることができる。正極集電体110の厚さは、20[μm]以下であることが好ましい。例えば、15[μm]程度の厚さの箔を用いることが好ましい。
The thickness of the positive electrode
[正極の特性]
正極11は、SOC0%での抵抗が、所定のSOC以上のSOCでの抵抗の2.0倍以上である。なお、これらの抵抗は、正極11単極の抵抗である。正極11単極での抵抗は、後述のように対極をリチウムとした試験セル(ハーフセル)を組み立て、充放電したときの電流(充放電レート)及び電圧から求めることができる。また、SOC0%での抵抗は、SOC0%のみだけでなく、SOC0%近傍(数%程度)を含む領域での抵抗を示す。具体的には、充放電時の電流(充放電レート)及び電圧を測定可能な程度の電力を充電したSOC領域を含む。例えば、SOC0%における放電抵抗の測定は困難であり、この場合、SOC数%からSOC0%への放電を行い、測定した放電抵抗をSOC0%の放電抵抗とする。
[Characteristics of positive electrode]
The
本形態の二次電池1の正極11は、SOC0%での抵抗が、所定のSOC以上のSOCでの抵抗の2.0倍以上である。この抵抗特性を備える正極は、SOCが0%近傍の低い領域で、高い抵抗を有する。
The
上記の所定のSOCは、その具体的な数値が限定されるものではないが、小さいことが好ましい。所定のSOCが大きな値となると、正極11の高抵抗のSOC領域の増加を招き、二次電池1の充放電可能領域が相対的に減少する。所定のSOCは、SOC10%以下のSOCであることが好ましい。
Although the specific numerical value of the predetermined SOC is not limited, it is preferably small. When the predetermined SOC has a large value, the SOC region of the high resistance of the
所定のSOCは、正極11の抵抗値の特性(抵抗−SOCの関係)を予め測定し、SOC0%での抵抗値の50%の抵抗値(又は、半減した抵抗値以下の抵抗のうち所定の抵抗値)となるSOCを求めておき、求められた当該SOC値を採用してもよい。
As the predetermined SOC, the characteristic of the resistance value of the positive electrode 11 (relationship between resistance and SOC) is measured in advance, and a predetermined resistance value of 50% of the resistance value at
[負極]
負極12は、負極活物質を含有する。負極12は、負極集電体120の表面に負極活物質層121を有する。負極活物質層121は、負極活物質と結着材とを混合して得られた負極合材を負極集電体120の表面に塗布、乾燥して形成される(塗工して形成される)。負極合材は、適当な溶媒によりペースト状(スラリー状)をなしている。負極12及び負極合材は、その他、公知の添加材を添加していてもよい。
[Negative electrode]
The
[負極活物質]
負極12の負極活物質は、後述の電気容量比を備えているものであれば、従来の負極活物質を用いることができる。C,Si,Ti,Sn,Sb,Geの少なくともひとつの元素を含有する負極活物質を挙げることができる。
[Negative electrode active material]
As the negative electrode active material of the
これらの元素のうち、Cを含有する負極活物質は、リチウムイオン二次電池の電解質イオンを吸蔵・放出可能な(Li吸蔵能がある)炭素材料であることが好ましい。負極活物質の炭素材料としては、難黒鉛化性炭素(ハードカーボンとも称する)、又は易黒鉛化性炭素(ソフトカーボンとも称する)を含む炭素材料であることがより好ましい。 Among these elements, the negative electrode active material containing C is preferably a carbon material capable of occluding/releasing electrolyte ions of a lithium ion secondary battery (having Li occluding ability). The carbon material of the negative electrode active material is more preferably a carbon material containing non-graphitizable carbon (also called hard carbon) or graphitizable carbon (also called soft carbon).
負極活物質に難黒鉛化性炭素又は易黒鉛化性炭素を含む炭素材料を用いる場合、炭素材料全体の質量を100mass%としたときに、5mass%以上で難黒鉛化性炭素、又は易黒鉛化性炭素を含むことが好ましい。 When a carbon material containing non-graphitizable carbon or graphitizable carbon is used for the negative electrode active material, the graphitizable carbon or graphitizable carbon is 5 mass% or more when the mass of the entire carbon material is 100 mass %. It is preferable to include a natural carbon.
負極活物質の炭素材料として難黒鉛化性炭素や易黒鉛化性炭素を含有する炭素材料を用いる場合に、これら黒鉛化性炭素以外は、従来知られた炭素材料を用いることができる。例えば、グラファイト(黒鉛)を挙げることができる。 When a carbon material containing non-graphitizable carbon or graphitizable carbon is used as the carbon material of the negative electrode active material, conventionally known carbon materials can be used in addition to the graphitizable carbon. For example, graphite (graphite) can be mentioned.
また、Siを含有する負極活物質は、二次電池1を高容量化できる。Siを含有する負極活物質としては、ケイ素、又は酸化ケイ素を含むものであることが好ましい。また、Siを含有する負極活物質は、Ti−Siのように、別の金属と合金をなしていてもよい。
Further, the negative electrode active material containing Si can increase the capacity of the
Siを含有する負極活物質を用いる場合、更に炭素材料を含有することが好ましい。ここで、Siを含有する負極活物質に含有する炭素材料は、上記の炭素材料や、グラファイトであることが好ましい。Siを含有する負極活物質が炭素材料を含有する場合、その混合割合が限定されるものではない。 When using the negative electrode active material containing Si, it is preferable to further contain a carbon material. Here, the carbon material contained in the negative electrode active material containing Si is preferably the above-mentioned carbon material or graphite. When the negative electrode active material containing Si contains a carbon material, the mixing ratio is not limited.
Tiを含有する負極活物質は、二次電池1の耐久性を向上できる。Tiを含有する負極活物質としては、リチウムイオン二次電池の電解質イオンを吸蔵・放出可能な(Li吸蔵能がある)化合物であることが好ましい。Tiを含有する負極活物質としては、リチウムチタン複合酸化物,チタン酸化物,ニオブチタン複合酸化物などのチタン含有金属酸化物を挙げることができ、リチウムチタン複合酸化物であることがより好ましい。
The negative electrode active material containing Ti can improve the durability of the
リチウムチタン複合酸化物としては、TiO2(B)であることがより好ましい。そして、リチウムチタン複合酸化物は、複合酸化物全体の質量を100mass%としたときに、5mass%以上でTiO2(B)を含むことが好ましい。 The lithium titanium composite oxide is more preferably TiO 2 (B). The lithium-titanium composite oxide preferably contains TiO 2 (B) at 5 mass% or more when the total mass of the composite oxide is 100 mass %.
また、これらの負極活物質は、Sn,Sb,Geを含有する化合物を含有していてもよい。これらの化合物は、特に、体積変化の多い合金材料である。これらの負極活物質は、Ti−Si,Ag−Sn,Sn−Sb,Ag−Ge,Cu−Sn,Ni−Snなどのように、別の金属と合金をなしていてもよい。 Moreover, these negative electrode active materials may contain a compound containing Sn, Sb, and Ge. These compounds are particularly alloy materials that undergo a large volume change. These negative electrode active materials may be alloyed with another metal such as Ti-Si, Ag-Sn, Sn-Sb, Ag-Ge, Cu-Sn, Ni-Sn.
[導電材,結着材,合材,負極集電体]
負極12の導電材としては、炭素材料,金属粉,導電性ポリマーなどを用いることができる。導電性と安定性の観点から、AB,KB,CBなどの炭素材料を使用することが好ましい。
[Conductive material, binder, mixture, negative electrode current collector]
As the conductive material of the
負極12の結着材としては、PTFE,PVDF,フッ素樹脂共重合体(4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合体),SBR,アクリル系ゴム,フッ素系ゴム,ポリビニルアルコール(PVA),スチレン・マレイン酸樹脂,ポリアクリル酸塩,カルボキシルメチルセルロース(CMC)などを挙げることができる。
負極12の合材の溶媒としては、NMPなどの有機溶媒、又は水あるいは水系溶媒などを挙げることができる。
As the binder for the
Examples of the solvent for the composite material of the
負極集電体120は、従来の集電体を用いることができ、銅,ステンレス,チタンあるいはニッケルなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔,網,パンチドメタル,フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。
As the negative electrode
[非水電解質]
非水電解質13は、従来の非水電解質を用いることができる。非水電解質13は、支持電解質が非水溶媒に溶解してなるものを挙げることができる。また、従来の添加剤が添加されていてもよい。
[Non-aqueous electrolyte]
As the
支持電解質は、リチウムを含有するものであること以外は限定されるものではない。例えば、LiPF6,LiBF4,LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩,これらの無機塩の誘導体,LiSO3CF3,LiC(SO3CF3)3及びLiN(SO2CF3)2,LiN(SO2C2F5)2,LiN(SO2CF3)(SO2C4F9),から選ばれる有機塩、並びにこれらの有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。これらの支持電解質は、電池性能を更に優れたものとすることができ、かつその電池性能を室温以外の温度域においても更に高く維持することができる。支持電解質の濃度についても特に限定されるものではなく、支持電解質及び有機溶媒の種類を考慮して適切に選択することが好ましい。 The supporting electrolyte is not limited except that it contains lithium. For example, an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , derivatives of these inorganic salts, LiSO 3 CF 3 , LiC(SO 3 CF 3 ) 3 and LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiN. It is preferable that it is at least one kind of an organic salt selected from (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN(SO 2 CF 3 )(SO 2 C 4 F 9 ), and a derivative of these organic salts. These supporting electrolytes can further improve the battery performance, and can maintain the battery performance even higher in a temperature range other than room temperature. The concentration of the supporting electrolyte is not particularly limited, and it is preferable to appropriately select it in consideration of the types of the supporting electrolyte and the organic solvent.
非水溶媒は、支持電解質を溶解する。非水溶媒は、支持電解質を溶解するものであること以外は限定されるものではない。例えば、カーボネート類,ハロゲン化炭化水素,エーテル類,ケトン類,ニトリル類,ラクトン類,オキソラン化合物等を用いることができる。特に、プロピレンカーボネート,エチレンカーボネート(EC),1,2−ジメトキシエタン,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),ビニレンカーボネート(VC)等及びそれらの混合溶媒が好ましい。これらの有機溶媒のうち、特にカーボネート類,エーテル類からなる群より選ばれた1種以上の非水溶媒を用いることが、支持電解質の溶解性、誘電率及び粘度において優れ、リチウムイオン二次電池1の充放電効率が高くなるため好ましい。 The non-aqueous solvent dissolves the supporting electrolyte. The non-aqueous solvent is not limited except that it dissolves the supporting electrolyte. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones, oxolane compounds and the like can be used. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate (EC), 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), vinylene carbonate (VC) and the like and mixed solvents thereof are preferable. . Among these organic solvents, the use of at least one non-aqueous solvent selected from the group consisting of carbonates and ethers is excellent in the solubility, dielectric constant and viscosity of the supporting electrolyte, and is a lithium ion secondary battery. 1 is preferable because the charge/discharge efficiency of No. 1 becomes high.
従来の添加剤としては、電池を組み立てたときに、電極(本形態では、正極)の表面で分解し、電極(正極、特に正極活物質)の表面に被膜(例えば、Solid Electrolyte Interphase:SEI膜)を生成する。この電極(正極)の表面に生成した被膜が高い安定性を示す。そして、正極が高い電位となっても(例えば、高電位で充電反応が進行しても)、被膜が分解せず、電極(正極)の表面を被覆する。この結果、被膜により電極(正極)の容量の低下が抑えられる。 As a conventional additive, when a battery is assembled, it is decomposed on the surface of an electrode (in this embodiment, a positive electrode), and a film (for example, Solid Electrolyte Interphase: SEI film) is formed on the surface of the electrode (a positive electrode, particularly a positive electrode active material). ) Is generated. The coating film formed on the surface of this electrode (positive electrode) exhibits high stability. Then, even if the positive electrode has a high potential (for example, even if the charging reaction proceeds at a high potential), the coating does not decompose and covers the surface of the electrode (positive electrode). As a result, the coating film suppresses a decrease in the capacity of the electrode (positive electrode).
[セパレータ]
セパレータ14は、正極11及び負極12を電気的に絶縁し、非水電解質13を保持する役割を果たす。セパレータ14は、例えば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン,ポリプロピレン)の多孔膜を用いることが好ましい。
[Separator]
The
[電池ケース]
電池ケース15は、正極11及び負極12を、セパレータ14を介した状態で非水電解質13とともに、その内部に収容(封入)する。
[Battery case]
The
電池ケース15は、内部と外部との間で水分の透過を阻害する材質よりなる。このような材質としては、金属層を有する材質を挙げることができる。金属層を有する材質としては、金属そのものや、ラミネートフィルムを挙げることができる。
The
[二次電池のその他の構成]
本形態の二次電池1は、負極12が、二次電池1のSOC50%での負極12の電位を平均OCPとした場合、(平均OCP−0.10[V])より大きくかつ(平均OCP+0.25[V])未満の範囲での電気容量と、(平均OCP+0.25[V])より負極12のOCPが大きい範囲での電気容量と、の比が0.05以上である。なお、OCPは、開回路電位の略称である。
[Other configurations of secondary battery]
In the
すなわち、(平均OCP近傍での負極12の電気容量)/(平均OCP+0.25[V]での負極12の電気容量)で求められる負極12の電気容量比が0.05以上である。電気容量比が0.05以上となることで、本形態の二次電池1は、正極11の高抵抗となるSOC領域(低SOC領域)を使用しなくなる。この結果、本形態の二次電池1は、低SOC領域を含む広いSOC領域で優れた電池性能を発揮できる。なお、電気容量比が0.05未満となると、二次電池1が充放電を行う場合、正極11の抵抗が高い領域を使用したものとなる。
That is, the electric capacity ratio of the
負極12の電位は、後述のように対極をリチウムとした試験セル(ハーフセル)を組み立て、充放電したときの電流(充放電レート)及び電圧から求めることができる。また、SOC0%での抵抗は、SOC0%のみだけでなく、SOC0%近傍(数%程度)を含む領域での抵抗を示す。具体的には、充放電時の電流(充放電レート)及び電圧を測定可能な程度の電力を充電したSOC領域を含む。例えば、SOC0%における放電抵抗の測定は困難であり、この場合、SOC数%からSOC0%への放電を行い、測定した放電抵抗をSOC0%の放電抵抗とする。
The potential of the
電気容量比の上限は限定されるものではないが、過剰に大きくなると、二次電池1が充放電を行う場合に使用可能なSOCの領域が減少する。つまり、二次電池1の電池容量の低下を招く。電気容量比は、2.0以下が好ましく、1.8以下がより好ましい。
The upper limit of the electric capacity ratio is not limited, but if the electric capacity ratio becomes excessively large, the SOC range that can be used when the
電気容量比の調整は、正極11の正極活物質層111、負極12の負極活物質層121のサイズを調節すること、正極活物質や負極活物質の含有割合を調節すること、により変更できる。
The adjustment of the electric capacity ratio can be changed by adjusting the sizes of the positive electrode
[本形態の効果]
(1)第1の効果
本形態の二次電池1は、正極活物質として、上記のリチウム遷移金属酸化物を用いる。そして、負極12の電気容量比が0.05以上である。この構成によると、本形態の二次電池1は、低SOC領域における電池特性の低下が抑えられたものとなる効果を発揮する。
[Effect of this embodiment]
(1) First Effect The
詳しくは、二次電池1の正極11及び負極12の電気容量(正極11のSOC)と電位の関係を、図2〜3に示す。図2〜3は、正極11のSOCを基準に電位変化を示す。図3は、図2の低SOC領域の拡大図である。
Specifically, the relationship between the electric capacities (SOC of the positive electrode 11) of the
本形態の正極11では、正極活物質として上記のリチウム遷移金属酸化物を用いている。このリチウム遷移金属酸化物は、上記したように低SOC領域での抵抗が高い。詳しくは、正極11のSOC0%での抵抗が、所定のSOC以上のSOCでの抵抗の2倍以上となっている。図3において、所定のSOCは、SOC15%である。
In the
負極12は、SOCがゼロから増加していくと電位が減少し、電位が十分に低くなると電位変化がほとんどないあるいは減少が緩やかな領域(電位変化が少ない領域)に移る。
二次電池1の電池電圧は、正極11と負極12の電位変化曲線を同一図で記載したときに、2つの電位変化曲線の電位の差(電位差)である。
When the SOC increases from zero, the potential of the
The battery voltage of the
そして、本形態の二次電池1の電気容量比は、二次電池1のSOC50%での負極12の電位を平均OCPとした場合、(平均OCP−0.10[V])より大きくかつ(平均OCP+0.25[V])未満の範囲での負極12の電気容量と、(平均OCP+0.25[V])より負極12のOCPが大きい範囲での負極12の電気容量と、の比である。
Then, the electric capacity ratio of the
二次電池1の電池容量は、図2中の下限電圧と上限電圧との間の範囲の容量である。そして、下限電圧と上限電圧との間の範囲の容量の半分となる容量が、平均OCPとなる容量にあたる。「下限電圧と上限電圧との間の範囲の容量の半分となる容量における負極12の電位」が「平均OCP」にあたる。「(平均OCP+0.25[V])より負極12のOCPが大きい範囲」は、図2〜3において、「高OCPの電気容量」と示した低SOC側に相当する。これは、図2〜3の線図のx軸が正極容量を基準としているためである。
電気容量比が0.05以上である。負極12の電気容量比がこの範囲となることで、二次電池1の電池電圧(下限電圧)が低SOC領域に含まれなくなる。
The battery capacity of the
The capacitance ratio is 0.05 or more. When the electric capacity ratio of the
電気容量比が0.05以上となると、「高OCPの電気容量」における負極12の電位変化曲線の傾きが緩やかとなる。そうすると、負極12の電位変化曲線と、正極11の電位変化曲線との差である電位差の変化(電位差の増加)も、緩やかとなる。このことは、両極11,12の電位差である電池電圧が下限電圧となるSOC値(正極11のSOC値)が増加する(図2〜3において、右側にシフトする)。そして、電気容量比が0.05以上となることで、下限電圧となるSOC値(正極11のSOC値)が、正極11の低SOC領域より大きなSOC値となる。この結果、二次電池1の充放電を、抵抗の低い状態で行うことができる。つまり、二次電池1は、電池特性の低下が抑えられたものとなる効果を発揮する。
When the electric capacity ratio is 0.05 or more, the slope of the potential change curve of the
(2)第2の効果
負極12は、難黒鉛化性炭素、又は易黒鉛化性炭素を含む炭素材料を有し、炭素材料は、炭素材料全体の質量を100mass%としたときに、5mass%以上で難黒鉛化性炭素、又は易黒鉛化性炭素を含む。
(2) Second Effect The
難黒鉛化性炭素、又は易黒鉛化性炭素を含む炭素材料となることで、負極12が上記した電位容量比を確実に持つことができる。なお、難黒鉛化性炭素や易黒鉛化性炭素が5mass%未満では、添加の効果が十分に発揮されない。難黒鉛化性炭素や易黒鉛化性炭素を含まない炭素材料は、電気容量比が小さくなり、0.05未満となりやすい。特に、炭素材料においてグラファイト(黒鉛)の含有割合が多くなるほど、電気容量比が小さくなる。
By using a carbon material containing non-graphitizable carbon or graphitizable carbon, the
(3〜4)第3〜4の効果
負極12は、ケイ素、又は酸化ケイ素を負極活物質として含む。この構成となることで、負極12が上記した電位容量比を確実に持つことができる。
負極活物質は、更に炭素材料を含有することが好ましい。
炭素材料を含有することで、電気容量比が過剰に大きくなることを防止できる。また、導電材としても機能し、負極12の抵抗の上昇を抑えることができる。
(3-4) Third and Fourth Effects The
The negative electrode active material preferably further contains a carbon material.
By containing the carbon material, it is possible to prevent the electric capacity ratio from becoming excessively large. It also functions as a conductive material and can suppress an increase in the resistance of the
(5〜6)第5〜6の効果
負極12は、リチウムチタン複合酸化物を負極活物質として含む。この構成となることで、負極12が上記した電位容量比を確実に持つことができる。
リチウムチタン複合酸化物は、全体の質量を100mass%としたときに、5mass%以上でTiO2(B)を含む。TiO2(B)を含有することで、電気容量比が過剰に大きくなることを防止できる。なお、TiO2(B)が5mass%未満では、添加の効果が十分に発揮されない。TiO2(B)を含まないリチウムチタン複合酸化物は、電気容量比が小さくなり、0.05未満となりやすい。
(5-6) Fifth to Sixth Effects The
The lithium titanium composite oxide contains TiO 2 (B) at 5 mass% or more when the total mass is 100 mass %. By containing TiO 2 (B), it is possible to prevent the electric capacity ratio from becoming excessively large. If TiO 2 (B) is less than 5 mass %, the effect of addition is not sufficiently exhibited. The lithium titanium composite oxide containing no TiO 2 (B) has a small electric capacity ratio, and tends to be less than 0.05.
(7)第7の効果
本形態の二次電池1は、所定のSOCがSOC10%以下のSOCである。この構成となることで、二次電池1が上記した効果を発揮できる。
(7) Seventh Effect The
(8)第8の効果
本形態の二次電池1では、上記のリチウム遷移金属酸化物がLi2NiαM1 βM2 γMnηO4−ε(0.50<α≦1.33、0.33≦γ≦1.1、0≦η≦1.00、0≦β≦0.67、0≦ε≦1.00、M1:Co,Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Ge,Sn,Sbより選ばれる少なくとも一種)である。
正極11の正極活物質としてこの化合物を用いることで、二次電池1が上記した効果を発揮できる。
(8) Eighth effect In the
By using this compound as the positive electrode active material of the
[実施形態2]
本形態は、実施形態1の二次電池1をラミネート型の電池に適用した形態であり、正極11,負極12,非水電解質13等の構成は、実施形態1と同様である。本形態の二次電池1の構成を、図4〜図5に示した。図4では二次電池1を斜視図で、図5では図4中のV−V断面における断面図で、それぞれ構成を示した。
[Embodiment 2]
The present embodiment is a form in which the
本形態のリチウムイオン二次電池1は、正極11及び負極12をラミネートケースよりなる電池ケース2に収容(封入)してなる。なお、本形態で特に限定されない構成は、実施形態1と同様とする。
The lithium-ion
正極11は、略方形状の正極集電体110の表面(両面)に、正極活物質層111を形成してなる。正極11は、方形状の1辺に、正極集電体110が露出した(正極活物質層111が形成されない)未塗布部112を有する。
The
負極12は、略方形状の負極集電体120の表面(両面)に、負極活物質層121を形成してなる。負極12は、方形状の1辺に、負極集電体120が露出した(負極活物質層121が形成されない)未塗布部122を有する。
The
負極12は、負極活物質層121が、正極11の正極活物質層111よりも広く形成される。負極12の負極活物質層121を正極活物質層111に重ねたときに、正極活物質層111を露出することなく完全に被覆できる大きさに形成されている。
In the
正極11及び負極12は、セパレータ14を介して積層した状態で、非水電解質13とともにラミネートフィルムから形成される電池ケース2に収容(封入)される。
セパレータ14は、負極活物質層121よりも広い面積で形成される。
The
The
正極11及び負極12は、セパレータ14を介した状態で、正極活物質層111と負極活物質層121との中心が重なる状態で積層される。このとき、正極11の未塗布部112と、負極12の未塗布部122と、が反対方向(互いに背向する方向)に配される。
The
[電池ケース]
電池ケース2は、ラミネートフィルム20から形成される。ラミネートフィルムは、可塑性樹脂層201/金属箔202/可塑性樹脂層203をこの順で含む。電池ケース2は、予め所定の形状に曲成されたラミネートフィルム20を、熱や何らかの溶媒により可塑性樹脂層201,203を軟化させた状態で別のラミネートフィルムなどに押圧することにより接着される。
[Battery case]
The
電池ケース2は、正極11及び負極12を収容可能な形状に予め成形(エンボス加工)されたラミネートフィルム20を重ね合わせ、外周の端縁部を全周にわたって接着して、正極11及び負極12を内部に封入して形成される。外周の接着により、封止部が形成される。本形態での外周の接着は、融着でなされた。
In the
電池ケース2は、ラミネートフィルム20に、別のラミネートフィルム20を重ね合わせて形成される。ここで、別のラミネートフィルム20とは、接着(融着)されるラミネートフィルムを示すものである。すなわち、電池ケース2は、2枚以上のラミネートフィルム20から形成する態様だけでなく、1枚のラミネートフィルムを折り返して形成する態様も含む。
The
電池ケース2の外周の接着(組み立て)は、減圧雰囲気下(好ましくは真空)、又は不活性ガス雰囲気下(希ガス雰囲気下、好ましくはArガス雰囲気下)で行われる。これにより、電極体の性能を低下する物質が封入することが阻害され、電池ケース2内に大気(それに含まれる水分)が含まれることなく、電極体が封入される。
Bonding (assembling) of the outer periphery of the
予め成形されたラミネートフィルム20は、図4〜図5に示したように、重ね合わされたときに別のラミネートフィルム20との間で封止部22を形成する平板部21と、平板部21の中央部に形成された正極11及び負極12を収容可能な槽状部23と、を有する。
As shown in FIGS. 4 to 5, the preformed
ラミネートフィルム20,20は、図4〜図5に示したように、正極11及び負極12を収容可能な凹字状をなすように曲成(成形)されている。ラミネートフィルム20,20は、同一形状をなし、互いに対向した向きで重ね合わせたときに、平板部21,21が完全に重なり合う。
As shown in FIGS. 4 to 5, the
ラミネートフィルム20は、平板部21及び槽状部23の底部23A(二次電池1の積層方向の端部を形成する部分)が平行に形成されている。平板部21と槽状部23の底部23Aとは、立設部23Bにより接続されている。立設部23Bは、平板部21及び底部23Aの平行な方向に対して交差する方向(傾斜した方向)に伸びている。底部23Aは、槽状部23の開口部(平板部21の内方の端部)よりも小さく形成されている。
In the
電池ケース2において、平板部21,21の周縁部に封止部22が形成され、封止部22の内方(電極体に近接する方向)には、平板部21,21が重なり合った未接着の部分が形成されている。平板部21,21が重なり合った未接着の部分は、当接した状態であっても、隙間を形成した状態であっても、いずれでもよい。さらに、電極板(正極板11,負極板12)の未塗布部112,122やセパレータ14が介在していてもよい。
ラミネートフィルム20,20は、図4〜図5に示された形状に予め成形されている。この形状への成形は、従来公知の成形方法が用いられる。
リチウムイオン二次電池1は、正極11と負極12のそれぞれが、電極端子(正極端子25,負極端子26)に接続される。
In the
The
In the lithium ion
[電極端子]
正極端子25は、正極11の未塗布部112に電気的に接続されている。負極端子26は、負極12の未塗布部122に電気的に接続されている。本形態では、電極端子25,26のそれぞれには、電極11,12の未塗布部112,122が溶接(振動溶接)で接合されている。電極11,12の未塗布部112,122の幅方向の中央部が、電極端子25,26に接合される。
[Electrode terminal]
The
電極端子25,26のそれぞれは、電池ケース2を貫通する部分では、ラミネートフィルム20,20の可塑性樹脂層201と電極端子25,26とが密封状態を保つように、シーラント24を介して接合されている。
Each of the
電極端子25,26はシート状(箔状)の金属よりなり、シーラント24は、シート状の電極端子25,26を被覆する樹脂よりなる。シーラント24は、電極端子25,26が平板部21と重なる部分を被覆する。電極端子25,26がシート状をなすことで、電池ケース2を貫通する部分で電極端子25,26が介在することによるラミネートフィルム20の変形の応力を低減できる。また、電極11,12の未塗布部112,122との溶接(振動溶接)を簡単に行うことができる。
The
本形態のラミネート型の二次電池1は、正極11と負極12が離反する方向に変移することを規制する拘束部材を有することが好ましい。拘束部材を有することで、正極11と負極12の積層方向の距離が長くなることを抑えることができる。正極11と負極12の距離が長くなると、電解質イオンの移動距離が長くなり、内部抵抗の上昇につながる。拘束部材は、この距離の増大を抑えることができる。
The laminated
拘束部材は、例えば、ラミネート型の二次電池1の積層方向の両外周面に当接する一対の治具を備えた部材を挙げることができる。拘束部材は、ラミネート型の二次電池1の外周面を圧縮する方向に加圧する部材であっても、一対の治具間の距離が固定されて厚さの増加のみを規制する部材であっても、いずれでも良い。拘束部材は、ラミネート型の二次電池1を収容する、剛性を備えた外装ケースであっても良い。
The restraint member may be, for example, a member provided with a pair of jigs that come into contact with both outer peripheral surfaces of the laminated
[効果]
本形態の二次電池1は、形状が異なること以外は、実施形態1と同様な構成であり、実施形態1と同様な効果を発揮する。
[effect]
The
[実施形態3]
本形態は、実施形態1の二次電池1をコイン型の電池に適用した形態であり、正極11,負極12,非水電解質13等の構成は、実施形態1と同様である。本形態の二次電池1の構成を、図6に断面図で示した。
[Third Embodiment]
In this embodiment, the
本形態のリチウムイオン二次電池1は、正極11及び負極12を金属よりなる電池ケース3に収容(封入)してなる。なお、本形態で特に限定されない構成は、実施形態1〜2と同様とする。
The lithium-ion
具体的には、本形態のリチウムイオン二次電池1は、正極11,負極12,非水電解質13,セパレータ14,正極ケース31,負極ケース32,シール材33,保持部材34を有する。
Specifically, the lithium ion
本形態のリチウムイオン二次電池1では、正極ケース31と負極ケース32が、絶縁性のシール材33を介して内蔵物を密封する。内蔵物は、正極11,負極12,非水電解質13,セパレータ14及び保持部材34を有する。シール材33は、ガスケットを例示できる。
なお、図6に示したように、正極11と負極12は、正極活物質層111と負極活物質層121とが向き合った状態でセパレータ14を介して配される。
In the lithium-ion
Note that, as shown in FIG. 6, the
正極ケース31には正極集電体110を介して正極活物質層111が面接触して導電する。負極ケース32には負極集電体120を介して負極活物質層121が面接触して導電する。
The positive electrode
[効果]
本形態の二次電池1は、形状が異なること以外は、実施形態1と同様な構成であり、実施形態1と同様な効果を発揮する。
[effect]
The
上記の実施形態2〜3の二次電池1はラミネート型又はコイン型の電池に適用しているが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。例えば、本形態のラミネート型の不定形の二次電池1やコイン型の二次電池1以外に、円筒型,角型等、種々の形状の電池とすることができる。
さらに、二次電池1を直列及び/又は並列に組み合わせた組電池を形成してもよい。
The
Furthermore, an assembled battery in which the
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
本発明を具体的に説明するための実施例として、実施形態2に示したリチウムイオン二次電池1を製造した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
As an example for specifically explaining the present invention, the lithium-ion
(実施例1)
(正極)
先ず、Li,Ni,Mn,Snのそれぞれを金属錯体として含有する水溶液を調製した。得られた錯体溶液を目的の正極材料の組成比となるように混合した。すなわち、Li:Ni:Mn:Snの原子比が2:1:0.67:0.33となるように、錯体溶液を混合した。
得られた混合溶液を乾燥炉内で乾燥して有機成分を加熱処理により取り除いた後、加熱し、焼成した。
以上により、本例の正極活物質(Li2NiMn0.67Sn0.33O4粉末)を製造した。
(Example 1)
(Positive electrode)
First, an aqueous solution containing each of Li, Ni, Mn, and Sn as a metal complex was prepared. The obtained complex solution was mixed so as to have the composition ratio of the intended positive electrode material. That is, the complex solution was mixed so that the atomic ratio of Li:Ni:Mn:Sn was 2:1:0.67:0.33.
The obtained mixed solution was dried in a drying oven to remove organic components by heat treatment, and then heated and fired.
As described above, the positive electrode active material (Li 2 NiMn 0.67 Sn 0.33 O 4 powder) of this example was manufactured.
次に、正極活物質:88質量部、導電材:6質量部、結着材:6質量部、をNMPに添加・混合してスラリー状の正極合材を調製した。導電材には、アセチレンブラックを用いた。結着材には、PVDFを用いた。正極合材を厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスした。
以上により、本例の正極11を作製した。
Next, a positive electrode active material: 88 parts by mass, a conductive material: 6 parts by mass, and a binder: 6 parts by mass were added to and mixed with NMP to prepare a slurry-like positive electrode mixture. Acetylene black was used as the conductive material. PVDF was used as the binder. The positive electrode mixture was applied on both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed.
Through the above steps, the
なお、本例の正極活物質は、上記したリチウム遷移金属酸化物(Li2−xNiαM1 βM2 γO4−ε)において、x=0、α=1、β=0、γ=1(=0.67+0.33)、M2:MnとSn、ε=0の場合に該当する。
Incidentally, the positive electrode active material of the present embodiment, a lithium transition metal oxide described above in (Li 2-x Ni α M 1 β
(負極)
負極活物質として黒鉛粉末:90質量部、難黒鉛性炭素粉末:8質量部、結着材としてSBR:1質量部、結着材としてCMC:1質量部、を水に添加・混合してスラリー状の負極合材を調製した。結着材のCMCは、水溶液を用い、固形分換算での質量部とした。負極合材を厚さ10μmの銅箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスした。
なお、負極合材は、その塗布量が、正極の面積当たりの電気容量に対して1.0となるように塗布された。
以上により、本例の負極12を作製した。
(Negative electrode)
Graphite powder: 90 parts by mass as the negative electrode active material, non-graphitizable carbon powder: 8 parts by mass, SBR: 1 part by mass as a binder, CMC: 1 part by mass as a binder, added to and mixed with water to form a slurry. A negative electrode mixture was prepared. An aqueous solution was used as the CMC of the binder, and the CMC of the binder was used as parts by mass in terms of solid content. The negative electrode mixture was applied on both sides of a current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and pressed.
The negative electrode mixture was applied such that the applied amount was 1.0 with respect to the electric capacity per area of the positive electrode.
As described above, the
(非水電解質)
非水電解質13には、EC:DECが30:70の割合(vol%)になるように混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol%となるように溶解させたものを用いた。非水電解質13には、全体を100mass%としたときに、2mass%で添加剤としてのVCが添加されている。
(Non-aqueous electrolyte)
As the
(二次電池)
二次電池1は、正極11、セパレータ14、負極12をこの順序で積層した積層体を、非水電解質13とともにラミネート型の電池ケース2に収納して形成される。具体的には、積層体を収納した電池ケース2に非水電解質13を注入(注液)した後、ヒートシールにより電池ケース2を密閉して製造された。なお、積層体は、積層枚数を調節して電池容量が3[Ah]となっている。
セパレータ14には、厚さ25μmのポリエチレン製の多孔質フィルムを用いた。
(Secondary battery)
The
A 25 μm-thick polyethylene porous film was used for the
電池ケース2は、ポリプロピレン層201、アルミニウム箔202、ポリエチレンテレフタラート層203とから構成されたラミネートフィルム20から形成される。
The
二次電池1は、組み立てられた後に、室温にて、充電は4.1[V]カットのCC充電で、放電は2.5[V]カットのCC放電で、1/3C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。
After the
(実施例2)
本例は、負極合材を易黒鉛性炭素粉末:98質量部、SBR:1質量部、CMC:1質量部、を水に添加・混合して調製されたものとしたこと以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
(Example 2)
In this example, except that the negative electrode mixture was prepared by adding/mixing graphitizable carbon powder: 98 parts by mass, SBR: 1 part by mass, CMC: 1 part by mass to water. The
(実施例3)
本例は、負極合材を黒鉛粉末:90質量部、易黒鉛性炭素粉末:8質量部、SBR:1質量部、CMC:1質量部、を水に添加・混合して調製されたものとしたこと以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
(Example 3)
In this example, the negative electrode mixture was prepared by adding and mixing graphite powder: 90 parts by mass, graphitizable carbon powder: 8 parts by mass, SBR: 1 part by mass, CMC: 1 part by mass, in water. The
(実施例4)
本例は、負極合材を黒鉛粉末:90質量部、酸化ケイ素(SiO2)粉末:8質量部、SBR:1質量部、CMC:1質量部、を水に添加・混合して調製されたものとしたこと以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
(Example 4)
This example was prepared by adding and mixing the negative electrode mixture material with 90 parts by mass of graphite powder, 8 parts by mass of silicon oxide (SiO 2 ) powder, 1 part by mass of SBR, and 1 part by mass of CMC. The
(比較例1)
本例は、負極合材を黒鉛粉末:98質量部、SBR:1質量部、CMC:1質量部、を水に添加・混合して調製されたものとしたこと以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
(Comparative Example 1)
This example is the same as Example 1 except that the negative electrode mixture was prepared by adding and mixing graphite powder: 98 parts by mass, SBR: 1 part by mass, and CMC: 1 part by mass in water.
(実施例5)
本例では、負極合材が、Li4Ti5O12で表されるチタン酸リチウム粉末:45質量部、TiO2(B)粉末:45質量部、導電材としてアセチレンブラック:5質量部、結着材としてPVDF:5質量部、をNMPに添加・混合して調製された。そして、負極合材は、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した後、乾燥し、プレスした。
(Example 5)
In this example, the negative electrode mixture material is lithium titanate powder represented by Li 4 Ti 5 O 12 : 45 parts by mass, TiO 2 (B) powder: 45 parts by mass, acetylene black as a conductive material: 5 parts by mass, and a binder. It was prepared by adding and mixing PVDF: 5 parts by mass as an adhering material to NMP. Then, the negative electrode mixture was applied on both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and pressed.
また、二次電池1は、組み立てられた後に、室温にて、充電は2.8[V]カットのCC充電で、放電は2.0[V]カットのCC放電で、1/3C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。
本例は、これら以外の構成が実施例1と同様な二次電池1である。
In addition, after the
The present example is a
(比較例2)
本例は、負極合材が、Li4Ti5O12で表されるチタン酸リチウム粉末:90質量部、アセチレンブラック:5質量部、結着材としてPVDF:5質量部、をNMPに添加・混合して調製された。
本例は、これら以外の構成が実施例5と同様な二次電池1である。
(Comparative example 2)
In this example, the negative electrode composite material was obtained by adding lithium titanate powder represented by Li 4 Ti 5 O 12 : 90 parts by mass, acetylene black: 5 parts by mass, and PVDF: 5 parts by mass as a binder to NMP. It was prepared by mixing.
This example is a
(実施例6)
本例は、正極活物質にLi2Ni0.67Co0.67Mn0.33Sn0.33O4粉末を用いたこと以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
本例の正極活物質の製造は、先ず、Li,Ni,Mn,Co,Snのそれぞれを金属錯体として含有する水溶液を調製した。得られた錯体溶液を目的の正極材料の組成比となるように混合した。すなわち、Li:Ni:Mn:Mn:Snの原子比が2:0.67:0.67:0.33:0.33となるように、錯体溶液を混合した。その後は、実施例1と同様に加熱、焼成して本例の正極活物質を得た。
(Example 6)
This example is a
In manufacturing the positive electrode active material of this example, first, an aqueous solution containing each of Li, Ni, Mn, Co, and Sn as a metal complex was prepared. The obtained complex solution was mixed so as to have the composition ratio of the intended positive electrode material. That is, the complex solution was mixed so that the atomic ratio of Li:Ni:Mn:Mn:Sn was 2:0.67:0.67:0.33:0.33. After that, heating and firing were performed in the same manner as in Example 1 to obtain the positive electrode active material of this example.
なお、本例の正極活物質は、上記したリチウム遷移金属酸化物(Li2−xNiαM1 βM2 γO4−ε)において、x=0、α=0.67、M1:Co、β=0.67、M2:MnとSn、γ=0.66(=0.33+0.33)、ε=0の場合に該当する。
Incidentally, the positive electrode active material of the present embodiment, a lithium transition metal oxide described above in (Li 2-x Ni α M 1 β
(比較例3)
本例は、正極活物質にLi2Ni0.67Co0.67Mn0.33Sn0.33O4粉末を用いたこと以外は、比較例1と同様な二次電池1である。なお、正極活物質は、実施例6と同様である。
(Comparative example 3)
This example is a
(実施例7)
本例は、正極活物質にLi2NiMn0.67Ge0.33O4粉末を用いたこと以外は、実施例1と同様な二次電池1である。
本例の正極活物質の製造は、先ず、Li,Ni,Mn,Geのそれぞれを金属錯体として含有する水溶液を調製した。得られた錯体溶液を目的の正極材料の組成比となるように混合した。すなわち、Li:Ni:Mn:Geの原子比が2:1:0.67:0.33となるように、錯体溶液を混合した。その後は、実施例1と同様に加熱、焼成して本例の正極活物質を得た。
(Example 7)
This example is a
In the production of the positive electrode active material of this example, first, an aqueous solution containing each of Li, Ni, Mn, and Ge as a metal complex was prepared. The obtained complex solution was mixed so as to have the composition ratio of the intended positive electrode material. That is, the complex solution was mixed so that the atomic ratio of Li:Ni:Mn:Ge was 2:1:0.67:0.33. After that, heating and firing were performed in the same manner as in Example 1 to obtain the positive electrode active material of this example.
なお、本例の正極活物質は、上記したリチウム遷移金属酸化物(Li2−xNiαM1 βM2 γO4−ε)において、x=0、α=1、β=0、γ=1.00(=0.67+0.33)、M2:MnとGe、ε=0の場合に該当する。
Incidentally, the positive electrode active material of the present embodiment, a lithium transition metal oxide described above in (Li 2-x Ni α M 1 β
(比較例4)
本例は、正極活物質にLi2NiMn0.67Ge0.33O4粉末を用いたこと以外は、比較例1と同様な二次電池1である。本例の正極活物質は、実施例7と同様な正極活物質である。
(Comparative example 4)
This example is a
[評価]
各例の二次電池1の評価を行った。また、二次電池1の評価に先立って、正極11及び負極12の評価(特性の確認)を行った。正極11及び負極12の評価は、金属リチウムよりなる対極を用いたハーフセル型の試験セルを用いて行われた。なお、以下の測定方法は、正極11の特性の測定について説明したが、同様の方法で負極12の特性を求めることができる。
[Evaluation]
The
ハーフセル型の試験セルは、実施形態3のコイン型の電池の構成を有する。そして、正極11の評価では、負極12に替えて金属リチウムを用いた。負極12の評価では、正極11に替えて金属リチウムを用いた。非水電解質13は、各例の非水電解質を用いた。
The half cell type test cell has the configuration of the coin type battery of the third embodiment. Then, in the evaluation of the
実施例1〜4,6〜7及び比較例1の正極11の評価に用いられるハーフセル型の試験セルは、組み立てられた後に、室温にて、充電は4.3VカットのCC充電で、放電は2.0VカットのCC放電で、1/3C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。
After being assembled, the half-cell type test cells used for evaluation of the
実施例1〜4,6〜7及び比較例1の負極12の評価に用いられるハーフセル型の試験セルは、組み立てられた後に、室温にて、放電は0.01VカットのCC放電で、充電は2.0VカットのCC充電で、1/10C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。
After being assembled, the half-cell type test cells used for evaluation of the
また、評価に用いられる各例の二次電池1は、正極11を作用極とし、負極12を対極とし、更にリチウム金属よりなる参照極を組み付けた三極式セルを組み立てた。
Further, the
実施例1〜4,6〜7及び比較例1の三極式セルは、組み立てられた後に、室温にて、充電は4.1VカットのCC充電で、放電は2.5VカットのCC放電で、1/3C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。 After being assembled, the triode cells of Examples 1 to 4, 6 to 7 and Comparative Example 1 were assembled at room temperature, and were charged by 4.1 V cut CC charge and discharged by 2.5 V cut CC discharge. , ⅓C×5 cycles of charge/discharge activation was performed.
実施例5及び比較例2の正極11の評価に用いられるハーフセル型の試験セルは、組み立てられた後に、室温にて、充電は4.3VカットのCC充電で、放電は2.0VカットのCC放電で、1/3C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。
After being assembled, the half-cell type test cells used for evaluation of the
実施例5及び比較例2の負極12の評価に用いられるハーフセル型の試験セルは、組み立てられた後に、室温にて、放電は0.05VカットのCC放電で、充電は2.0VカットのCC充電で、1/10C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。
The half-cell type test cells used for evaluation of the
実施例5及び比較例2の三極式セルは、組み立てられた後に、室温にて、充電は2.8VカットのCC充電で、放電は2.0VカットのCC放電で、1/3C×5サイクルの充放電での活性化処理が行われた。 After being assembled, the triode cells of Example 5 and Comparative Example 2 were assembled at room temperature and charged at a 2.8V cut CC charge and discharged at a 2.0V cut CC discharge at 1/3C×5. The activation process was performed by charging and discharging the cycle.
(試験セルでの評価)
(正極の容量測定)
試験セルに対し、1/3Cレートで充電及び放電を行った。充電は4.3VカットのCC充電で、放電は2.0VカットのCC放電で、それぞれ行われた。得られた放電容量を試験セルの電池容量とし、正極11の電気容量とした。測定結果を表1に示した。
(Evaluation in test cell)
(Capacity measurement of positive electrode)
The test cell was charged and discharged at a rate of 1/3C. The charging was performed by CC charging of 4.3 V cut, and the discharging was performed by CC discharge of 2.0 V cut. The obtained discharge capacity was used as the battery capacity of the test cell and the electric capacity of the
(正極の電位−容量の確認)
試験セルに対し、1/3Cレートで4.3VカットのCC充電を行い、満充電とした。その後、所定容量のCC放電を行い、狙いのSOCへ調整した。SOCを調整した後、各単極SOCにおける電位を算出し、正極電位と正極単極SOCの関係式を求めた。なお、この関係を図示すると、図2〜3に示した線図と同様な線図が得られる。
(Confirm positive electrode potential-capacity)
The test cell was CC charged at 4.3 V cut at a rate of 1/3 C to be fully charged. After that, CC discharge of a predetermined capacity was performed and the target SOC was adjusted. After adjusting the SOC, the potential at each unipolar SOC was calculated, and the relational expression between the positive electrode potential and the positive electrode unipolar SOC was obtained. In addition, if this relationship is illustrated, a diagram similar to the diagrams shown in FIGS.
(正極抵抗の確認)
試験セルに対し、1/3Cレートで4.3VカットのCC充電を行い、満充電とした。その後、所定容量のCC放電を行い、狙いのSOCへ調整した。SOCを調整した後、1/2Cにて10秒間充電し、10秒後の電圧値を計測した。以下、同様にして、1C、3Cの10秒後の電圧値を計測した。充電電流値と得られた電圧値とから抵抗を最小二乗法にて算出した。
得られた抵抗を試験セルの抵抗とし、正極11の抵抗とした。
(Check positive electrode resistance)
The test cell was CC charged at 4.3 V cut at a rate of 1/3 C to be fully charged. After that, CC discharge of a predetermined capacity was performed and the target SOC was adjusted. After adjusting the SOC, the battery was charged at 1/2 C for 10 seconds, and the voltage value after 10 seconds was measured. Hereinafter, similarly, the voltage value after 10 seconds of 1C and 3C was measured. The resistance was calculated by the least square method from the charging current value and the obtained voltage value.
The obtained resistance was used as the resistance of the test cell and the resistance of the
(正極抵抗比の確認)
単極SOC0%における試験セルの入力抵抗(正極11の抵抗)と、単極SOC10%における試験セルの入力抵抗(正極11の抵抗)と、を測定し、2つの入力抵抗の比(SOC0%での抵抗/SOC10%での抵抗)を求めた。得られた抵抗比を表1に示した。なお、このSOC10%が、「所定のSOC以上のSOC」にあたる。
(Check positive electrode resistance ratio)
The input resistance of the test cell (resistance of the positive electrode 11) at the
(負極の容量測定)
試験セルに対し、1/10Cレートで充電及び放電を行った。放電は0.01VカットのCC放電で、充電は2.0VカットのCC充電で、それぞれ行われた。得られた放電容量を試験セルの電池容量とし、負極12の電気容量とした。
(Measurement of negative electrode capacity)
The test cell was charged and discharged at a rate of 1/10C. The discharging was performed by CC discharge of 0.01 V cut and the charging was performed by CC charge of 2.0 V cut. The obtained discharge capacity was used as the battery capacity of the test cell and the electric capacity of the
(負極の電位−容量の確認)
試験セルに対し、1/10Cレートで0.01VカットのCC放電を行った。その後、所定容量のCC充電を行い、狙いのSOCへ調整した。SOCを調整した後、各単極SOCにおける電位を算出し、負極電位と負極単極SOCの関係式を求めた。なお、この関係を図示すると、図2〜3に示した線図と同様な線図が得られる。
(Confirmation of negative electrode potential-capacity)
The test cell was subjected to 0.01 V cut CC discharge at a rate of 1/10 C. After that, CC charging of a predetermined capacity was performed and the target SOC was adjusted. After adjusting the SOC, the potential at each unipolar SOC was calculated, and the relational expression between the negative electrode potential and the negative unipolar SOC was obtained. In addition, if this relationship is illustrated, a diagram similar to the diagrams shown in FIGS.
(二次電池での評価)
(二次電池の容量測定)
各例の二次電池1に対し、1/3Cレートで充電及び放電を行った。充電は4.1VカットのCC充電で、放電は2.5VカットのCC放電で、それぞれ行われた。得られた放電容量を二次電池1の電池容量とした。
(Evaluation with secondary battery)
(Rechargeable battery capacity measurement)
The
(二次電池の抵抗の確認)
各例の二次電池1に対し、1/3Cレートで4.1VカットのCC充電を行い、満充電とした。その後、所定容量のCC放電を行い、狙いのSOCへ調整した。SOCを調整した後、1/2Cにて10秒間充電し、10秒後の電圧値を計測した。以下、同様にして、1C、3Cの10秒後の電圧値を計測した。充電電流値と得られた電圧値とから抵抗を最小二乗法にて算出した。
(Check the secondary battery resistance)
The
(二次電池の抵抗比)
各例の二次電池1に対し、SOC10%とSOC0%での入力抵抗を測定した。測定した2つの抵抗値から、抵抗値比を算出した。
(Resistance ratio of secondary battery)
For the
(三極式セルでの評価)
(二次電池の容量測定)
各例の三極式セルに対し、1/3Cレートで充電及び放電を行った。充電は4.1VカットのCC充電で、放電は2.5VカットのCC放電で、それぞれ行われた。得られた放電容量を二次電池1の三極式セルでの電池容量とした。
(Evaluation with a triode cell)
(Rechargeable battery capacity measurement)
The triode cell of each example was charged and discharged at a rate of 1/3C. The charging was performed by a 4.1V cut CC charge and the discharge was performed by a 2.5V cut CC discharge. The obtained discharge capacity was used as the battery capacity in the three-electrode cell of the
(両極の単極SOC測定)
各例の三極式セルに対し、1/3Cレートで充電及び放電を行った。充電は4.3VカットのCC充電を行い、満充電とした。その後、所定容量のCC放電を行い、狙いのSOCへ調整した。SOCを調整した後、参照極に対する作用極、対極の電位をそれぞれ測定し、正極電位、負極電位とした。
(Bipolar unipolar SOC measurement)
The triode cell of each example was charged and discharged at a rate of 1/3C. Charging was performed by CC charging with 4.3 V cut to full charge. After that, CC discharge of a predetermined capacity was performed and the target SOC was adjusted. After adjusting the SOC, the potentials of the working electrode and the counter electrode with respect to the reference electrode were measured and set as the positive electrode potential and the negative electrode potential.
あらかじめ測定しておいた正極電位と正極単極SOCの関係式、正極電位から正極単極のSOCを算出した。同様に、負極電位と負極単極SOCの関係式を用い、負極電位から負極単極のSOCを算出した。 The SOC of the positive electrode single electrode was calculated from the relational expression of the positive electrode potential and the positive electrode single electrode SOC measured in advance, and the positive electrode potential. Similarly, the relational expression between the negative electrode potential and the single negative electrode SOC was used to calculate the negative electrode single electrode SOC from the negative electrode potential.
(負極の平均OCPの測定)
各例の三極式セルに対し、SOC50%における負極単極のSOCを測定した。
(Measurement of average OCP of negative electrode)
For the three-electrode cell of each example, the SOC of the negative electrode single electrode at SOC 50% was measured.
(負極の電気容量比)
各例の三極式セルに対し、(負極の平均OCP−0.15[V])〜(負極の平均OCP+0.25[V])の範囲での電気容量と、(負極の平均OCP+0.25[V])より大きい範囲での電気容量と、を測定する。そして、2つの電気容量から、電気容量比を算出する。
(Negative electrode capacity ratio)
For the three-electrode cell of each example, the electric capacity in the range of (negative electrode average OCP−0.15 [V]) to (negative electrode average OCP+0.25 [V]) and (negative electrode average OCP+0.25 [V]). [V]) The electric capacity in a larger range is measured. Then, the capacitance ratio is calculated from the two capacitances.
表1に示したように、各例に用いた正極11の正極抵抗比はいずれも2.0以上となっている。つまり、各例に用いた正極11は、SOC0%での抵抗が、SOC10%(所定のSOC以上のSOC)での抵抗の1.5倍以上となっている。
As shown in Table 1, the positive electrode resistance ratio of the
その上で、各実施例の二次電池1では、負極12の電気容量比が0.05以上となっている。対して、各比較例の二次電池1では、負極12の電気容量比が0.05未満(0.04以下)となっている。
Moreover, in the
各実施例の二次電池1では、表1に示したように、抵抗比が1.2以下(詳しくは、1〜1.2)と低くなっている。つまり、二次電池1のSOC0%での入力抵抗と、SOC10%の入力抵抗と、の差が小さくなっている。これに対し、各比較例の二次電池1では、抵抗比が2.9以上(詳しくは、2.9〜4.4)と大きくなっている。つまり、二次電池1のSOC0%での入力抵抗と、SOC10%の入力抵抗と、の差が小さくなっている。
In the
このことから、各実施例の二次電池1は、二次電池1のSOCが0%以上領域で、低抵抗で充電できることが確認できる。一方、各実施例の二次電池1は、二次電池1のSOCが10%以下の低SOCの領域で、入力抵抗が増加しており、二次電池1の特性が低下していることが確認できる。
From this, it can be confirmed that the
より詳しくは、各比較例の二次電池1は、二次電池1のSOCが0%となるときの正極11のSOCが8〜10%となっている。正極11のSOCが8〜10%の領域は、正極11の抵抗が高い領域である。
More specifically, in the
対して、各実施例の二次電池1は、二次電池1のSOCが0%となるときの正極11のSOCが18〜28%と、各比較例よりも高くなっている。正極11のSOCが18%以上の領域は、正極11の抵抗が低い領域である。
On the other hand, in the
これらの二次電池1のSOC0%での正極11のSOCの値からも、各実施例の二次電池1では、正極11の低SOCでの高抵抗領域を利用していないことが確認できる。
From these SOC values of the
以上に詳細に説明したように、各実施例の二次電池1は、低SOC領域における電池特性の低下が抑えられたリチウムイオン二次電池となっていることが確認できた。
As described above in detail, it was confirmed that the
1:リチウムイオン二次電池
11:正極 110:正極集電体 111:正極活物質層
12:負極 120:負極集電体 121:負極活物質層
13:非水電解質 14:セパレータ 15:電池ケース
2,3:電池ケース
20:ラミネートフィルム 21:平板部 22:封止部
23:槽状部 24:シーラント 25:正極端子
26:負極端子
31:正極ケース 32:負極ケース 33:シール材
34:保持部材
1: Lithium ion secondary battery 11: Positive electrode 110: Positive electrode current collector 111: Positive electrode active material layer 12: Negative electrode 120: Negative electrode current collector 121: Negative electrode active material layer 13: Non-aqueous electrolyte 14: Separator 15:
Claims (6)
該正極(11)が、Li2NiαM1 βM2 γMnηO4−ε(0.50<α≦1.33、0≦β≦0.67、0.33≦γ≦1.1、0≦ε≦1.00、0≦η≦1.00、M1:Co、Gaより選ばれる少なくとも一種、M2:Ge、Sn、Sbより選ばれる少なくとも一種)で表されるリチウム遷移金属酸化物を含み、
該正極は、SOC0%での抵抗が、SOC10%での抵抗の2.0倍以上となる抵抗−SOCの関係を有し、
該リチウム遷移金属酸化物が、Ni,M1,M2,Mnのいずれもが6配位の局所構造を備え、
該負極(12)は、該非水電解質二次電池のSOC50%での該負極の電位を平均OCPとした場合、(平均OCP−0.10[V])での電気容量と(平均OCP+0.25[V])での電気容量の差である区間電気容量を分子に、(平均OCP+0.25[V])での電気容量とそれより負極のOCPが大きい限界値での電気容量の差である区間電気容量を分母にした比の値が0.05以上である非水電解質二次電池。 Non-aqueous electrolyte secondary battery (1) comprising a positive electrode (11) and a negative electrode (12) using a material capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous electrolyte (13) having lithium ions as electrolyte ions. And
The positive electrode (11) is Li 2 Ni α M 1 β M 2 γ Mn η O 4-ε (0.50<α≦1.33, 0≦β≦0.67, 0.33≦γ≦1. 1, 0 ≤ ε ≤ 1.00, 0 ≤ η ≤ 1.00, M 1 : at least one selected from Co and Ga, M 2 : at least one selected from Ge, Sn and Sb) Including metal oxides,
Positive electrode, the resistance at SOC 0%, has a relationship of resistance -SOC to be 2.0 times or more resistance at SOC 10%,
The lithium transition metal oxide has a local structure in which all of Ni, M 1 , M 2 and Mn are hexacoordinated,
The negative electrode (12) has an electric capacity (average OCP-0.10 [V]) and an average OCP+0.25 when the potential of the negative electrode at 50% SOC of the non-aqueous electrolyte secondary battery is the average OCP. [V]) is the difference between the electric capacity at (average OCP+0.25 [V]) and the electric capacity at the limit value at which OCP of the negative electrode is larger than the average electric capacity , which is the difference in electric capacity at [V]. A non-aqueous electrolyte secondary battery having a ratio value in the denominator of the section electric capacity of 0.05 or more.
該炭素材料は、該炭素材料全体の質量を100mass%としたときに、5mass%以上で難黒鉛化性炭素、又は易黒鉛化性炭素を含む請求項1記載の非水電解質二次電池。 The negative electrode (12) has a carbon material containing non-graphitizable carbon or graphitizable carbon,
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the carbon material contains non-graphitizable carbon or graphitizable carbon at 5 mass% or more when the total mass of the carbon material is 100 mass %.
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