JP6895078B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP6895078B2
JP6895078B2 JP2017193704A JP2017193704A JP6895078B2 JP 6895078 B2 JP6895078 B2 JP 6895078B2 JP 2017193704 A JP2017193704 A JP 2017193704A JP 2017193704 A JP2017193704 A JP 2017193704A JP 6895078 B2 JP6895078 B2 JP 6895078B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
negative electrode
electrode active
positive electrode
procedure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017193704A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019067670A (en
Inventor
彰 齊藤
彰 齊藤
英輝 萩原
英輝 萩原
浩二 高畑
浩二 高畑
大樹 加藤
大樹 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2017193704A priority Critical patent/JP6895078B2/en
Publication of JP2019067670A publication Critical patent/JP2019067670A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6895078B2 publication Critical patent/JP6895078B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

従来、リチウムイオン二次電池の性能向上等を目的として、正極や負極の構成が種々検討されている(特許文献1,2参照)。例えば特許文献1には、負極に、負極活物質と、該負極活物質よりも高電位で電荷担体を吸蔵する電荷吸蔵物質と、を含んだリチウムイオン二次電池が開示されている。 Conventionally, various configurations of a positive electrode and a negative electrode have been studied for the purpose of improving the performance of a lithium ion secondary battery (see Patent Documents 1 and 2). For example, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery in which a negative electrode contains a negative electrode active material and a charge storage material that stores a charge carrier at a higher potential than the negative electrode active material.

特開2013−235653号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-235565 特開2012−124181号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-124181

ところで、本発明者らは、過充電耐性の向上等を目的として、正極に、無機リン酸塩、具体的にはリン酸三リチウム(LiPO)を添加することを検討している。しかしながら、本発明者らの検討によれば、例えば正極に添加するLiPOの量が同じであっても、通常使用時の電池抵抗や過充電時の発熱温度がバラつくことがあった。また、通常使用時の電池抵抗は、負極活物質の性状によってもバラつくことがあった。 By the way, the present inventors are studying the addition of an inorganic phosphate, specifically trilithium phosphate (Li 3 PO 4 ), to the positive electrode for the purpose of improving overcharge resistance and the like. However, according to the study by the present inventors, for example, even if the amount of Li 3 PO 4 added to the positive electrode is the same, the battery resistance during normal use and the heat generation temperature during overcharging may vary. .. In addition, the battery resistance during normal use may vary depending on the properties of the negative electrode active material.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高入出力特性と過充電耐性とを兼ね備えたリチウムイオン二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having both high input / output characteristics and overcharge resistance.

本発明者らは、上記したような電池特性のバラつきが生じる原因について種々検討を重ねた。その結果、LiPOの比表面積、および、負極活物質の割れや欠けを表す指標となる黒色度が、上記電池特性のバラつきに大きく影響していることを見出した。そして、これらを適切な範囲に規定するべく更なる検討を重ね、本発明を創出するに至った。 The present inventors have made various studies on the causes of the above-mentioned variations in battery characteristics. As a result, it was found that the specific surface area of Li 3 PO 4 and the blackness, which is an index indicating cracking or chipping of the negative electrode active material, greatly affect the variation in the battery characteristics. Then, further studies were repeated to define these in an appropriate range, and the present invention was created.

本発明により、正極と負極と非水電解質とを備えたリチウムイオン二次電池が提供される。上記正極は、正極活物質と、LiPOと、を含む。上記LiPOは、窒素吸着法に基づくBET比表面積が、1.3m/g以上5.89m/g以下である。上記負極は、負極活物質を含む。上記負極活物質は、以下の(手順1)〜(手順4)で測定される黒色度が、24以下である。
(手順1)上記負極活物質と水系溶媒とを含む分散液を用意する。
(手順2)上記分散液を遠心分離して、上記負極活物質から遊離した遊離活物質を含む上澄み液を回収する。
(手順3)上記上澄み液を収容した試料セルを吸光光度計に配置して、600nm、700nm、800nm、900nmの各波長における吸光度を測定する。
(手順4)上記各波長で測定された上記吸光度の和に、上記試料セルの光路長に対応して予め定められている係数を乗じて、黒色度を算出する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The positive electrode contains a positive electrode active material and Li 3 PO 4 . The Li 3 PO 4 is, BET specific surface area based on nitrogen adsorption method, is less than 1.3 m 2 / g or more 5.89m 2 / g. The negative electrode contains a negative electrode active material. The negative electrode active material has a blackness of 24 or less as measured in the following (Procedure 1) to (Procedure 4).
(Procedure 1) Prepare a dispersion liquid containing the above negative electrode active material and an aqueous solvent.
(Procedure 2) The dispersion liquid is centrifuged to recover the supernatant liquid containing the free active material liberated from the negative electrode active material.
(Procedure 3) A sample cell containing the supernatant is placed on an absorptiometer, and the absorbance at each wavelength of 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm is measured.
(Procedure 4) The blackness is calculated by multiplying the sum of the absorbances measured at each wavelength by a predetermined coefficient corresponding to the optical path length of the sample cell.

LiPOの比表面積、および、負極活物質の黒色度が、上記範囲をそれぞれ満たすことによって、電池抵抗を低く抑えることができる。このことにより、例えば低温環境下においても、優れた入出力特性を安定して実現することができる。また、過充電時にはLiPOの添加の効果が適切に発揮されて、過充電時の発熱温度を低く抑えることができる。このことにより、優れた過充電耐性を安定して実現することができる。 When the specific surface area of Li 3 PO 4 and the blackness of the negative electrode active material satisfy the above ranges, the battery resistance can be suppressed low. As a result, excellent input / output characteristics can be stably realized even in a low temperature environment, for example. Further, the effect of adding Li 3 PO 4 is appropriately exhibited at the time of overcharging, and the heat generation temperature at the time of overcharging can be suppressed to a low level. As a result, excellent overcharge resistance can be stably realized.

以下、ここで開示されるリチウムイオン二次電池の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において数値範囲をA〜B(ここでA,Bは任意の数値)と記載している場合は、A以上B以下を意味するものとする。 Hereinafter, preferred embodiments of the lithium ion secondary battery disclosed herein will be described. Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art. In this specification, when the numerical range is described as A to B (where A and B are arbitrary numerical values), it means A or more and B or less.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極と負極と非水電解質とを備える。以下、各構成要素について順に説明する。 The lithium ion secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. Hereinafter, each component will be described in order.

正極は、典型的には、正極集電体と、該正極集電体上に固着された多孔質構造の正極活物質層と、を備えている。正極集電体としては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が好適である。正極活物質層は、少なくとも正極活物質とリン酸三リチウム(LiPO)とを含んでいる。正極は、例えば、正極活物質とLiPOとを適当な溶媒中で混練してなる正極ペーストを、正極集電体の表面に塗工し乾燥することによって作製される。 The positive electrode typically includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer having a porous structure fixed on the positive electrode current collector. As the positive electrode current collector, a metal foil such as an aluminum foil is suitable. The positive electrode active material layer contains at least the positive electrode active material and trilithium phosphate (Li 3 PO 4 ). The positive electrode is produced, for example, by applying a positive electrode paste obtained by kneading a positive electrode active material and Li 3 PO 4 in an appropriate solvent onto the surface of a positive electrode current collector and drying it.

正極活物質は、電荷担体たるリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な材料である。正極活物質の好適例として、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムコバルト含有複合酸化物、リチウムニッケルコバルト含有複合酸化物、リチウムマンガン含有複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン含有複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。なかでも、層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン含有複合酸化物が好ましい。正極活物質層全体(100質量%)に占める正極活物質の割合は、概ね50〜95質量%、例えば80〜90質量%であるとよい。 The positive electrode active material is a material capable of reversibly storing and releasing lithium ions, which are charge carriers. Preferable examples of the positive electrode active material are lithium transition metals such as lithium nickel-containing composite oxide, lithium cobalt-containing composite oxide, lithium nickel cobalt-containing composite oxide, lithium manganese-containing composite oxide, and lithium nickel cobalt manganese-containing composite oxide. Composite oxides can be mentioned. Of these, a layered structure lithium nickel cobalt manganese-containing composite oxide is preferable. The ratio of the positive electrode active material to the entire positive electrode active material layer (100% by mass) is generally 50 to 95% by mass, for example, 80 to 90% by mass.

正極活物質は、典型的には粒子状である。正極活物質の比表面積(窒素ガスを用いた定容量式吸着法により測定した表面積を、BET法で解析したBET比表面積。以下同じ。)は特に限定されないが、典型的には0.1〜5m/g、例えば0.5〜3m/gであるとよい。 The positive electrode active material is typically in the form of particles. The specific surface area of the positive electrode active material (the surface area measured by the constant volume adsorption method using nitrogen gas and the BET specific surface area analyzed by the BET method; the same applies hereinafter) is not particularly limited, but is typically 0.1 to 1. It is preferably 5 m 2 / g, for example 0.5 to 3 m 2 / g.

LiPOは、例えば、(a)正極活物質の表面を被覆する;(b)非水電解質の酸化分解(典型的には、非水電解質に含まれる支持塩の加水分解)を抑制する;(c)フッ素含有支持塩(例えばフッ素含有リチウム塩)の加水分解によって生成されるフッ酸(HF)を捕捉あるいは消費して、非水電解質の酸性度(pH)を緩和する;(d)対向する負極の表面に安定な皮膜を形成する;のうち少なくとも1つの作用を奏する材料である。LiPOは、かかる作用によって、正極活物質からの金属元素の溶出を抑制して、通常使用時の電池特性、例えば入出力特性を向上する効果を奏する。また、過充電時には、電池温度の上昇を抑制して、過充電耐性を向上する効果を奏する。正極活物質層全体(100質量%)に占めるLiPOの割合は、概ね0.1〜20質量%、典型的には0.5〜10質量%、例えば1〜10質量%であるとよい。 Li 3 PO 4 , for example, (a) coats the surface of the positive electrode active material; (b) suppresses oxidative decomposition of the non-aqueous electrolyte (typically, hydrolysis of the supporting salt contained in the non-aqueous electrolyte). (C) Capturing or consuming hydrofluoric acid (HF) produced by hydrolysis of a fluorine-containing supporting salt (for example, fluorine-containing lithium salt) to alleviate the acidity (pH) of the non-aqueous electrolyte; (d). It forms a stable film on the surface of the opposite negative electrode; it is a material that exerts at least one of the actions. By such an action, Li 3 PO 4 has an effect of suppressing elution of metal elements from the positive electrode active material and improving battery characteristics during normal use, for example, input / output characteristics. Further, at the time of overcharging, the effect of suppressing the rise in battery temperature and improving the overcharge resistance is achieved. The ratio of Li 3 PO 4 to the entire positive electrode active material layer (100% by mass) is approximately 0.1 to 20% by mass, typically 0.5 to 10% by mass, for example, 1 to 10% by mass. Good.

LiPOは、典型的には粒子状である。本実施形態において、LiPOの比表面積は、1.3〜5.89m/gである。これにより、LiPOの作用にバラつきが生じ難くなり、LiPOの添加の効果を安定的に実現することができる。
すなわち、LiPOの比表面積を所定値以上とすることで、LiPOの粒径が小さくなり、正極活物質層内にLiPOを広く分布させることができる。その結果、上記した(a)〜(d)の作用をより良く発揮することができる。例えば、対向する負極の表面に、安定的な皮膜を広範囲にわたって形成することができ、過充電時の発熱を効率的に抑えることができる。かかる観点からは、LiPOの比表面積が、1.89m/g以上、例えば3.65m/g以上であることが好ましい。また、LiPOの比表面積を所定値以下とすることで、例えば正極ペースト中での導電助剤の分散性を向上して、正極ペーストの取扱性や均質性をより良く向上することができる。その結果、優れた入出力特性を安定的に実現することができる。かかる観点からは、LiPOの比表面積が、5.32m/g以下であることが好ましい。
Li 3 PO 4 is typically in the form of particles. In this embodiment, the specific surface area of Li 3 PO 4 is 1.3 to 5.89 m 2 / g. As a result, the action of Li 3 PO 4 is less likely to vary, and the effect of adding Li 3 PO 4 can be stably realized.
That is, by setting the specific surface area of Li 3 PO 4 to a predetermined value or more, the particle size of Li 3 PO 4 can be reduced, and Li 3 PO 4 can be widely distributed in the positive electrode active material layer. As a result, the above-mentioned actions (a) to (d) can be more exerted. For example, a stable film can be formed over a wide range on the surface of the facing negative electrode, and heat generation during overcharging can be efficiently suppressed. From this point of view, it is preferable that the specific surface area of Li 3 PO 4 is 1.89 m 2 / g or more, for example, 3.65 m 2 / g or more. Further, by setting the specific surface area of Li 3 PO 4 to a predetermined value or less, for example, the dispersibility of the conductive auxiliary agent in the positive electrode paste can be improved, and the handleability and homogeneity of the positive electrode paste can be further improved. it can. As a result, excellent input / output characteristics can be stably realized. From this point of view, the specific surface area of Li 3 PO 4 is preferably 5.32 m 2 / g or less.

なお、正極には、上記した正極活物質とLiPOとに加えて、必要に応じて更なる任意成分を含んでもよい。任意成分の一例としては、例えば、結着剤、導電助剤、増粘剤、分散剤、pH調整剤等が挙げられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のハロゲン化ビニル樹脂や、ポリエチレンオキサイド(PEO)等のポリアルキレンオキサイドが挙げられる。導電助剤としては、例えば、カーボンブラック(典型的にはアセチレンブラック)、活性炭、黒鉛、炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。pH調整剤としては、例えば、リン酸等の酸性物質が挙げられる。 The positive electrode may contain an additional optional component, if necessary, in addition to the above-mentioned positive electrode active material and Li 3 PO 4. Examples of the optional component include a binder, a conductive auxiliary agent, a thickener, a dispersant, a pH adjuster and the like. Examples of the binder include vinyl halide resins such as polyvinylidene fluoride (PVdF) and polyalkylene oxides such as polyethylene oxide (PEO). Examples of the conductive auxiliary agent include carbon materials such as carbon black (typically acetylene black), activated carbon, graphite, and carbon fiber. Examples of the pH adjuster include acidic substances such as phosphoric acid.

負極は、典型的には、負極集電体と、該負極集電体上に固着された多孔質構造の負極活物質層と、を備えている。負極集電体としては、例えば銅箔等の金属箔が好適である。負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含んでいる。負極は、例えば、負極活物質を適当な溶媒中で混練してなる負極ペーストを、負極集電体の表面に塗工し乾燥することによって作製される。 The negative electrode typically includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer having a porous structure fixed on the negative electrode current collector. As the negative electrode current collector, a metal foil such as a copper foil is suitable. The negative electrode active material layer contains at least the negative electrode active material. The negative electrode is produced, for example, by applying a negative electrode paste obtained by kneading a negative electrode active material in an appropriate solvent onto the surface of a negative electrode current collector and drying it.

負極活物質は、電荷担体たるリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な材料である。負極活物質の好適例として、炭素材料が挙げられる。なかでも、天然黒鉛、人造黒鉛、非晶質コート黒鉛等の黒鉛系炭素材料が好ましい。黒鉛系炭素材料は、炭素六角網面構造の配向性が高いため、応力の負荷によって割れや欠け等の質的なバラつきを生じ易い。したがって、ここに開示される技術の適用が特に有効である。なお、本明細書において「黒鉛系炭素材料」とは、炭素材料のうちで黒鉛の占める割合が概ね50質量%以上、典型的には80質量%以上の材料をいう。負極活物質層全体(100質量%)に占める負極活物質の割合は、概ね50〜99質量%、例えば90〜98質量%であるとよい。 The negative electrode active material is a material capable of reversibly storing and releasing lithium ions, which are charge carriers. A carbon material can be mentioned as a preferable example of the negative electrode active material. Of these, graphite-based carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, and amorphous coated graphite are preferable. Since the graphite-based carbon material has a high orientation of the carbon hexagonal network structure, qualitative variations such as cracks and chips are likely to occur due to the load of stress. Therefore, the application of the techniques disclosed herein is particularly effective. In the present specification, the “graphite-based carbon material” refers to a material in which the proportion of graphite in the carbon material is approximately 50% by mass or more, typically 80% by mass or more. The ratio of the negative electrode active material to the entire negative electrode active material layer (100% by mass) is generally 50 to 99% by mass, for example, 90 to 98% by mass.

負極活物質は、典型的には粒子状である。本実施形態において、負極活物質の黒色度は、24以下である。黒色度は、負極活物質の割れや剥がれ、欠け等の性状を示す指標である。負極活物質の黒色度を所定値以下とすることで、負極活物質表面の反応活性点が増加し過ぎることを抑制して、負極に質的なバラつきが生じ難くなる。その結果、優れた入出力特性を安定的に発揮することができる。かかる観点からは、負極活物質の黒色度が、20以下であることが好ましい。一方、本発明者らの検討によれば、負極活物質の黒色度を所定値以上とすることで、負極活物質の表面に安定的な皮膜を分布させることができ、過充電時の発熱をより良く抑えることができる。かかる観点からは、負極活物質の黒色度が、概ね7以上、例えば21以上であってもよい。黒色度の具体的な測定方法については、後述する試験例で説明する。 The negative electrode active material is typically in the form of particles. In the present embodiment, the blackness of the negative electrode active material is 24 or less. The degree of blackness is an index showing properties such as cracking, peeling, and chipping of the negative electrode active material. By setting the blackness of the negative electrode active material to a predetermined value or less, it is possible to suppress an excessive increase in the reaction active sites on the surface of the negative electrode active material, and it is difficult for the negative electrode to have qualitative variation. As a result, excellent input / output characteristics can be stably exhibited. From this point of view, the blackness of the negative electrode active material is preferably 20 or less. On the other hand, according to the study by the present inventors, by setting the blackness of the negative electrode active material to a predetermined value or more, a stable film can be distributed on the surface of the negative electrode active material, and heat generation during overcharging can be generated. It can be suppressed better. From this point of view, the blackness of the negative electrode active material may be approximately 7 or more, for example, 21 or more. A specific method for measuring the blackness will be described in a test example described later.

なお、負極には、上記した負極活物質に加えて、必要に応じて更なる任意成分を含んでもよい。任意成分の一例としては、例えば、結着剤、増粘剤、分散剤等が挙げられる。結着剤としては、例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類が挙げられる。分散剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース類が挙げられる。 The negative electrode may contain an additional optional component, if necessary, in addition to the above-mentioned negative electrode active material. Examples of the optional component include a binder, a thickener, a dispersant and the like. Examples of the binder include rubbers such as styrene-butadiene rubber (SBR). Examples of the dispersant include celluloses such as carboxymethyl cellulose (CMC).

非水電解質は、従来と同様でよく特に限定されない。非水電解質は、典型的には支持塩と非水溶媒とを含み、室温(25℃)で液体状態を示す非水電解液である。支持塩は、非水溶媒中で解離して電荷担体(リチウムイオン)を生成する。支持塩としては、各種のリチウム塩、例えば、LiPF、LiBF等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。非水溶媒としては、例えば、非フッ素またはフッ素含有のカーボネートが挙げられる。カーボネートの一好適例として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、モノフルオロエチレンカーボネート(FEC)等の環状カーボネートや、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチル−2,2,2−トリフルオロエチルカーボネート(MTFEC)等の鎖状カーボネートが挙げられる。 The non-aqueous electrolyte is the same as the conventional one and is not particularly limited. The non-aqueous electrolyte is a non-aqueous electrolyte solution that typically contains a supporting salt and a non-aqueous solvent and exhibits a liquid state at room temperature (25 ° C.). The supporting salt dissociates in a non-aqueous solvent to produce a charge carrier (lithium ion). Examples of the supporting salt include various lithium salts, for example, fluorine-containing lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4. Examples of the non-aqueous solvent include non-fluorine or fluorine-containing carbonate. As a preferable example of carbonate, cyclic carbonate such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), monofluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl-2,2 , 2-Trifluoroethyl carbonate (MTFEC) and other chain carbonates.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上記したような構成によって正負極内に良好な導電パスが形成され、電池抵抗を安定して低く抑えることができる。したがって、例えば電池抵抗の高くなりがちな低温環境下においても、優れた入出力特性を発揮することができる。また、本実施形態のリチウムイオン二次電池では、過充電時の発熱を安定して抑制することができる。したがって、優れた過充電耐性を発揮することができる。
以上のような特性を生かして、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、例えば、ハイレート充放電を繰り返す使用態様が想定される用途や、高い過充電耐性が要求される用途で好ましく用いることができる。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、例えば、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両に搭載されるモーター駆動のための動力源として、好ましく用いることができる。
In the lithium ion secondary battery of the present embodiment, a good conductive path is formed in the positive and negative electrodes by the above-described configuration, and the battery resistance can be stably suppressed to a low level. Therefore, for example, excellent input / output characteristics can be exhibited even in a low temperature environment where the battery resistance tends to be high. Further, in the lithium ion secondary battery of the present embodiment, heat generation at the time of overcharging can be stably suppressed. Therefore, excellent overcharge resistance can be exhibited.
Taking advantage of the above characteristics, the lithium ion secondary battery of the present embodiment is preferably used, for example, in an application where a high-rate charge / discharge cycle is expected or in an application where high overcharge resistance is required. it can. The lithium ion secondary battery of the present embodiment can be preferably used as a power source for driving a motor mounted on a vehicle such as a plug-in hybrid vehicle, a hybrid vehicle, or an electric vehicle.

以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, test examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such specific examples.

<正極の作製>
まず、正極活物質として、層状構造のリチウムニッケルコバルトマンガン含有複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3:NCM)を用意した。また、以下の表1に示す比表面積を有するリン酸三リチウム(LiPO:LPO)を用意した。次に、正極活物質(NCM)と、リン酸三リチウム(LPO)と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合して、正極ペーストを調製した。そして、この正極ペーストをアルミニウム箔の表面に塗布し、乾燥させることによって正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
First, as a positive electrode active material, a layered structure lithium nickel cobalt manganese-containing composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 : NCM) was prepared. In addition, trilithium phosphate (Li 3 PO 4 : LPO) having the specific surface area shown in Table 1 below was prepared. Next, the positive electrode active material (NCM), trilithium phosphate (LPO), polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, acetylene black (AB) as a conductive auxiliary agent, and N- as a solvent. A positive electrode paste was prepared by mixing with methyl-2-pyrrolidone (NMP). Then, this positive electrode paste was applied to the surface of the aluminum foil and dried to prepare a positive electrode.

<負極活物質の黒色度の測定>
本試験例では、市販の負極活物質を所定のせん断応力で粉砕することにより、割れや欠けの状態を異ならせた複数の負極活物質を用意した。そして、これらについて下記の手順1〜4にしたがって黒色度を測定した。結果を表1に示す。
・手順1:負極活物質とイオン交換水とを、質量比が1:10となるように混合して、分散液を調製した。
・手順2:上記分散液を、10000Gの遠心力で30分間遠心分離した後、上澄み液を回収した。なお、上澄み液には、負極活物質が割れたり欠けたりして、負極活物質の本体から遊離した遊離活物質を含んでいる。次に、上記上澄み液にイオン交換水を加えて、体積比で5倍希釈した。
・手順3:希釈した上澄み液を測定用の試料セルに収容し、吸光光度計に配置した。なお、ここでは、光路長を25mmとした。次に、600nm、700nm、800nm、900nmの各波長において、上澄み液の吸光度を測定した。
・手順4:上記各波長で測定された吸光度の和に、上記試料セルの光路長に対応した係数(光路長25mmの場合は「5」)を乗じて、黒色度を算出した。
<Measurement of blackness of negative electrode active material>
In this test example, a plurality of negative electrode active materials having different states of cracking and chipping were prepared by pulverizing a commercially available negative electrode active material with a predetermined shear stress. Then, the blackness of these was measured according to the following procedures 1 to 4. The results are shown in Table 1.
-Procedure 1: The negative electrode active material and ion-exchanged water were mixed so as to have a mass ratio of 1:10 to prepare a dispersion liquid.
-Procedure 2: The dispersion liquid was centrifuged at a centrifugal force of 10000 G for 30 minutes, and then the supernatant liquid was recovered. The supernatant liquid contains a free active material released from the main body of the negative electrode active material due to cracking or chipping of the negative electrode active material. Next, ion-exchanged water was added to the supernatant and diluted 5-fold by volume.
-Procedure 3: The diluted supernatant was placed in a sample cell for measurement and placed in an absorptiometer. Here, the optical path length is set to 25 mm. Next, the absorbance of the supernatant was measured at each wavelength of 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm.
-Procedure 4: The blackness was calculated by multiplying the sum of the absorbances measured at each of the above wavelengths by a coefficient corresponding to the optical path length of the sample cell ("5" in the case of an optical path length of 25 mm).

<負極の作製>
まず、負極活物質として、黒色度が7〜28の天然黒鉛を用意した。次に、負極活物質(天然黒鉛)と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシルメチルセルロース(CMC)と、溶媒としてのイオン交換水とを混合して、負極ペーストを調製した。そして、この負極ペーストを銅箔の表面に塗布し、乾燥させることによって負極を作製した。
<Manufacturing of negative electrode>
First, as the negative electrode active material, natural graphite having a blackness of 7 to 28 was prepared. Next, the negative electrode active material (natural graphite), styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, carboxylmethyl cellulose (CMC) as a thickener, and ion-exchanged water as a solvent are mixed to produce a negative electrode. A paste was prepared. Then, this negative electrode paste was applied to the surface of the copper foil and dried to prepare a negative electrode.

<リチウムイオン二次電池の構築>
次に、上記作製した正極と、上記作製した負極とを、樹脂製のセパレータを介して積層し、電極体を作製した。また、非水電解液として、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを含む混合溶媒中に、リチウム塩としてのLiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解させたものを用意した。そして、上記電極体と上記非水電解液とを電池ケースに収容し、4V級のリチウムイオン二次電池を構築した。
<Construction of lithium-ion secondary battery>
Next, the prepared positive electrode and the prepared negative electrode were laminated via a resin separator to prepare an electrode body. Further, as a non-aqueous electrolyte solution, a solution prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate so as to have a concentration of 1 mol / L was prepared. Then, the electrode body and the non-aqueous electrolytic solution were housed in a battery case to construct a 4V class lithium ion secondary battery.

<初期充放電>
次に、上記構築した各リチウムイオン二次電池に対して、25℃の温度環境下で、次の充放電操作:(i)電池電圧が4.1Vとなるまで0.2Cのレートで定電流充電した後、電流が0.01Cのレートとなるまで定電圧充電する;(ii)電池電圧が3.0Vとなるまで0.2Cのレートで定電流放電した後、電流が0.01Cのレートになるまで定電圧放電する;を、計3サイクル繰り返した。
<Initial charge / discharge>
Next, for each of the lithium ion secondary batteries constructed above, in a temperature environment of 25 ° C., the next charge / discharge operation: (i) Constant current at a rate of 0.2 C until the battery voltage reaches 4.1 V. After charging, constant voltage charge until the current reaches a rate of 0.01C; (ii) constant current discharge at a rate of 0.2C until the battery voltage reaches 3.0V, then a rate of 0.01C. The constant voltage discharge was repeated for a total of 3 cycles.

<−10℃での入出力測定>
25℃の温度環境下で、上記初期充放電後のリチウムイオン二次電池をSOC(State of Charge)60%の状態に調整した。次に、リチウムイオン二次電池を−10℃の恒温槽に設置した。次に、−10℃の温度環境下で、SOC60%に調整した電池に対して、10Cのレートで10秒間の定電流充電と定電流放電とを行った。次に、充放電開始から10秒後の電圧値と電流値との積から、−10℃入力値(W)および−10℃出力値(W)を算出した。結果を表1に示す。
<I / O measurement at -10 ° C>
Under a temperature environment of 25 ° C., the lithium ion secondary battery after the initial charge / discharge was adjusted to a state of SOC (State of Charge) of 60%. Next, the lithium ion secondary battery was installed in a constant temperature bath at −10 ° C. Next, in a temperature environment of −10 ° C., a battery adjusted to SOC 60% was subjected to constant current charging and constant current discharging for 10 seconds at a rate of 10 C. Next, the −10 ° C. input value (W) and the −10 ° C. output value (W) were calculated from the product of the voltage value and the current value 10 seconds after the start of charging / discharging. The results are shown in Table 1.

<過充電試験>
上記リチウムイオン二次電池の外表面に熱電対を取り付け、−10℃の恒温槽に設置した。次に、−10℃の温度環境下において、上記リチウムイオン二次電池を電池電圧が40V(過充電状態)になるまで定電流充電した。そして、このときの最大電池温度を「発熱温度(℃)」として記録した。結果を表1に示す。
<Overcharge test>
A thermocouple was attached to the outer surface of the lithium ion secondary battery and installed in a constant temperature bath at −10 ° C. Next, in a temperature environment of −10 ° C., the lithium ion secondary battery was constantly charged with a constant current until the battery voltage reached 40 V (overcharged state). Then, the maximum battery temperature at this time was recorded as "heat generation temperature (° C.)". The results are shown in Table 1.

Figure 0006895078
Figure 0006895078

表1に示すように、LiPOの比表面積を1.3m/g以上とすることで、過充電時の発熱温度を低く、具体的には30.2℃以下に抑えることができた。なかでも、LiPOの比表面積を3.65m/g以上とすることで、過充電時の発熱をより良く抑制することができた。
また、LiPOの比表面積を5.89m/g以下とし、かつ、負極活物質の黒色度を24以下とすることで、LiPOの比表面積および/または負極活物質の黒色度が上記範囲を超える場合に比べて、相対的に−10℃の入出力値を向上することができた。なかでも、LiPOの比表面積を5.32m/g以下とし、かつ、負極活物質の黒色度を20以下とすることで、より高い入出力値を実現することができた。
以上の結果は、ここに開示される技術の意義を示すものである。
As shown in Table 1, by setting the specific surface area of Li 3 PO 4 to 1.3 m 2 / g or more, the heat generation temperature at the time of overcharging can be lowered, specifically, it can be suppressed to 30.2 ° C. or less. It was. In particular, by setting the specific surface area of Li 3 PO 4 to 3.65 m 2 / g or more, it was possible to better suppress heat generation during overcharging.
Further, by setting the specific surface area of Li 3 PO 4 to 5.89 m 2 / g or less and the blackness of the negative electrode active material to 24 or less, the specific surface area of Li 3 PO 4 and / or the black color of the negative electrode active material. Compared with the case where the degree exceeds the above range, the input / output value of −10 ° C. can be relatively improved. In particular, by setting the specific surface area of Li 3 PO 4 to 5.32 m 2 / g or less and the blackness of the negative electrode active material to 20 or less, higher input / output values could be realized.
The above results show the significance of the technology disclosed herein.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および試験例は例示にすぎず、ここに開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although the present invention has been described in detail above, the above-described embodiments and test examples are merely examples, and the inventions disclosed herein include various modifications and modifications of the above-mentioned specific examples.

Claims (1)

正極と、負極と、非水電解質と、を備え、
前記正極は、正極活物質と、LiPOと、を含み、
前記LiPOは、窒素吸着法に基づくBET比表面積が、1.3m/g以上5.89m/g以下であり、
前記負極は、負極活物質を含み、
前記負極活物質は、天然黒鉛であり、かつ、以下の(手順1)〜(手順4)で測定される黒色度が24以下である、リチウムイオン二次電池。

(手順1)前記負極活物質と水系溶媒とを含む分散液を用意する。
(手順2)前記分散液を遠心分離して、前記負極活物質から遊離した遊離活物質を含む上澄み液を回収する。
(手順3)前記上澄み液を収容した試料セルを吸光光度計に配置して、600nm、700nm、800nm、900nmの各波長における吸光度を測定する。
(手順4)前記各波長で測定された前記吸光度の和に、前記試料セルの光路長に対応して予め定められている係数を乗じて、黒色度を算出する。
A positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte are provided.
The positive electrode contains a positive electrode active material and Li 3 PO 4 .
The Li 3 PO 4 is, BET specific surface area based on nitrogen adsorption method, not more than 1.3 m 2 / g or more 5.89m 2 / g,
The negative electrode contains a negative electrode active material and contains a negative electrode active material.
The negative electrode active material is a natural graphite, and a lithium ion secondary battery having a blackness of 24 or less as measured in the following (Procedure 1) to (Procedure 4).

(Procedure 1) A dispersion liquid containing the negative electrode active material and an aqueous solvent is prepared.
(Procedure 2) The dispersion liquid is centrifuged to recover the supernatant liquid containing the free active material released from the negative electrode active material.
(Procedure 3) A sample cell containing the supernatant is placed on an absorptiometer, and the absorbance at each wavelength of 600 nm, 700 nm, 800 nm, and 900 nm is measured.
(Procedure 4) The blackness is calculated by multiplying the sum of the absorbances measured at each wavelength by a predetermined coefficient corresponding to the optical path length of the sample cell.
JP2017193704A 2017-10-03 2017-10-03 Lithium ion secondary battery Active JP6895078B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017193704A JP6895078B2 (en) 2017-10-03 2017-10-03 Lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017193704A JP6895078B2 (en) 2017-10-03 2017-10-03 Lithium ion secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019067670A JP2019067670A (en) 2019-04-25
JP6895078B2 true JP6895078B2 (en) 2021-06-30

Family

ID=66339752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017193704A Active JP6895078B2 (en) 2017-10-03 2017-10-03 Lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6895078B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021124971A1 (en) * 2019-12-18 2021-06-24 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery positive electrode, and nonaqueous electrolyte secondary battery

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010272287A (en) * 2009-05-20 2010-12-02 Toyota Motor Corp Method for inspecting negative electrode paste
JP2014143109A (en) * 2013-01-24 2014-08-07 Toyota Motor Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the battery
JP5858295B2 (en) * 2013-08-29 2016-02-10 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5979109B2 (en) * 2013-09-27 2016-08-24 トヨタ自動車株式会社 Method for producing electrode paste for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2015170477A (en) * 2014-03-06 2015-09-28 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6270612B2 (en) * 2014-04-24 2018-01-31 トヨタ自動車株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery and assembly thereof
JP6151386B2 (en) * 2015-06-09 2017-06-21 太平洋セメント株式会社 Manufacturing method of olivine type lithium phosphate positive electrode material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019067670A (en) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6086248B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
EP3016197B1 (en) Lithium secondary battery
JP5783029B2 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016119153A (en) Negative electrode material for lithium ion battery
JP5620499B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JP2013062089A (en) Lithium ion secondary battery
JP2015170477A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6902206B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6656623B2 (en) Non-aqueous electrolyte for non-aqueous electrolyte secondary battery, non-aqueous electrolyte secondary battery, and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2019040721A (en) Lithium ion secondary battery
JP6895078B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP7228113B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
KR102520421B1 (en) Negative electrode
JP6895083B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP2016091850A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009283276A (en) Lithium secondary battery manufacturing method
JP6818236B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP6982779B2 (en) Manufacturing method of non-water-based secondary battery
JP6883265B2 (en) Lithium secondary battery
JP6774634B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP6774632B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6919809B2 (en) Non-aqueous electrolyte lithium ion battery
JP2017126488A (en) Nonaqueous electrolyte solution for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6770689B2 (en) Non-aqueous secondary battery
JP6994163B2 (en) Non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201203

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210506

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210519

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6895078

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151