JP6989322B2 - Positive electrode for lithium-ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質電池、特にリチウムイオン二次電池に使用する正極に関する。 The present invention relates to a positive electrode used in a non-aqueous electrolyte battery, particularly a lithium ion secondary battery.

非水電解質電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車等を含む自動車用電池として実用化されている。このような車載電源用電池としてリチウムイオン二次電池が使用されている。リチウムイオン二次電池は、出力特性、エネルギー密度、容量、寿命、高温安定性等の種々の特性を併せ持つことが要求されている。 Non-aqueous electrolyte batteries have been put into practical use as automobile batteries including hybrid automobiles and electric automobiles. A lithium ion secondary battery is used as such an in-vehicle power supply battery. Lithium-ion secondary batteries are required to have various characteristics such as output characteristics, energy density, capacity, life, and high temperature stability.

特に、リチウムイオン源となる正極材料は、安定してリチウムイオンを挿脱することができる材料の探索が常に行われている。電池の放電特性、容量、および安全性を維持するために、これらの性能のバランスが良好な正極材料の開発が望まれている。 In particular, as for the positive electrode material as a lithium ion source, a material capable of stably inserting and removing lithium ions is constantly being searched for. In order to maintain the discharge characteristics, capacity, and safety of the battery, it is desired to develop a positive electrode material having a good balance between these performances.

薄塗りでも面質が良く、膜厚均一性、導電性、安全性の高い電極板を形成するために、特定の最大粒径と特定の中心粒径とを有する活物質を用いることが提案されている(特許文献1)。 It has been proposed to use an active material having a specific maximum particle size and a specific center particle size in order to form an electrode plate having good surface quality even with a thin coating and high film thickness uniformity, conductivity, and safety. (Patent Document 1).

特開2006−107779号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-107779

高電流密度(高レート)による充放電を目指すハイブリッド自動車用リチウムイオン二次電池においては、正極活物質層の厚さに対して正極活物質の平均粒子径が大きいものを用いると、リチウムイオンが拡散しやすくなり入出力特性が向上すると考えられてきた。これは、リチウムイオンが拡散する上で、正極活物質粒子同士の間に存在する界面が抵抗となるため、できるだけ平均粒子径の大きい正極活物質を使用することにより、正極活物質粒子間の界面を減らすことが好都合であると考えられるためである。特許文献1は、このような考え方の下、正極活物質の最大粒径と中心粒径とを所定の範囲の粒子(特に、粒径の大きい粒子)を使用することを提案している。ここで、さらに高電流密度での電池の充放電を試みると、正極活物質層中のリチウムイオンの拡散速度ではなく、正極と負極との間に配置されたセパレータ全体を透過するリチウムイオンの量が律速となることがわかってきた。このとき、平均粒径に対して最大粒径が大きい正極活物質([正極活物質粒子の最大粒径]/[正極活物質粒子の平均粒径]の値が大きい、すなわち、粒度分布が大きい正極活物質)を用いると、正極活物質層内でのリチウムイオンの拡散の状態が不均一となり、そのため、セパレータに到達するリチウムイオンの量が位置によりばらつく。するとセパレータのある部分ではリチウムイオンが大量に到達するがセパレータの性能以上のリチウムイオンを透過させることができず、また他の部分ではリチウムイオンがあまり到達せずリチウムイオンが充分に透過しない、ということが起こりうる。こうして、セパレータ全体が充分な量のリチウムイオンを拡散しない状態となり、セパレータの性能を活かせないばかりか、結果として、電池の入出力特性が下がるという現象が見られることがわかった。 In lithium-ion secondary batteries for hybrid automobiles that aim to charge and discharge with high current density (high rate), if the average particle size of the positive electrode active material is larger than the thickness of the positive electrode active material layer, lithium ions will be generated. It has been thought that it becomes easier to spread and the input / output characteristics are improved. This is because the interface between the positive electrode active material particles becomes a resistance when lithium ions diffuse, so by using a positive electrode active material with the largest possible average particle size, the interface between the positive electrode active material particles This is because it is considered convenient to reduce the number of particles. Based on this idea, Patent Document 1 proposes to use particles (particularly particles having a large particle size) in which the maximum particle size and the center particle size of the positive electrode active material are in a predetermined range. Here, when an attempt is made to charge and discharge the battery at a higher current density, the amount of lithium ions that permeates the entire separator arranged between the positive electrode and the negative electrode, not the diffusion rate of lithium ions in the positive electrode active material layer. Has been found to be rate-determining. At this time, the value of the positive electrode active material ([maximum particle size of positive electrode active material particles] / [average particle size of positive electrode active material particles]] having a larger maximum particle size with respect to the average particle size is large, that is, the particle size distribution is large. When the positive electrode active material) is used, the state of diffusion of lithium ions in the positive electrode active material layer becomes non-uniform, and therefore the amount of lithium ions reaching the separator varies depending on the position. Then, a large amount of lithium ions reach in a part of the separator, but lithium ions that exceed the performance of the separator cannot be transmitted, and in other parts, lithium ions do not reach much and lithium ions do not sufficiently permeate. Can happen. In this way, it was found that the entire separator does not diffuse a sufficient amount of lithium ions, and not only the performance of the separator cannot be utilized, but also the input / output characteristics of the battery deteriorate as a result.

そこで本発明は、正極活物質粒子の粒径分布を適切な範囲とすることで、セパレータ全体を透過するリチウムイオンの量をできるだけ均一にすることができるリチウムイオン二次電池用正極を提供することを目的とする。さらにリチウムイオン二次電池用正極を用いて、入出力特性に優れ、高密度電流による充放電が可能なリチウムイオン電池を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a positive electrode for a lithium ion secondary battery capable of making the amount of lithium ions permeating the entire separator as uniform as possible by setting the particle size distribution of the positive electrode active material particles in an appropriate range. With the goal. Further, it is an object of the present invention to provide a lithium ion battery which is excellent in input / output characteristics and can be charged / discharged by a high density current by using a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

本発明の実施形態におけるリチウムイオン二次電池用正極は、正極集電体の少なくとも一面に正極活物質を含む正極活物質層が設けられたリチウムイオン二次電池用正極であって、正極活物質の平均粒径D50と、正極活物質の最大粒径Dmaxと、正極活物質層厚さLとが、以下の式:
[数1]
5×D50≦L (1)
max/D50≦3.5 (2)
を共に満たす、前記リチウムイオン二次電池用正極である。
さらに本発明の実施形態は、当該リチウムイオン二次電池用正極と、負極集電体の少なくとも一面に負極活物質を含む負極活物質層が設けられたリチウムイオン二次電池用負極と、セパレータと、電解液と、を含む発電要素を、外装体内部に含む、リチウムイオン二次電池である。
The positive electrode for a lithium ion secondary battery in the embodiment of the present invention is a positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is provided on at least one surface of a positive electrode current collector, and is a positive electrode active material. The average particle size D 50 , the maximum particle size D max of the positive electrode active material, and the positive electrode active material layer thickness L are as follows.
[Number 1]
5 × D 50 ≦ L (1)
D max / D 50 ≤ 3.5 (2)
The positive electrode for a lithium ion secondary battery, which satisfies both of the above.
Further, an embodiment of the present invention includes a positive electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is provided on at least one surface of a negative electrode current collector, and a separator. , A lithium ion secondary battery containing a power generation element including an electrolytic solution inside the exterior body.

本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、正極活物質層全面を利用してリチウムイオンが均一に拡散する。このため、高密度電流充放電の際にもセパレータの拡散能力最大までリチウムイオンを拡散させることができる。また本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、入出力特性と充放電特性に優れた、高性能のリチウムイオン二次電池を提供することができる In the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, lithium ions are uniformly diffused by utilizing the entire surface of the positive electrode active material layer. Therefore, lithium ions can be diffused to the maximum diffusion capacity of the separator even during high-density current charging / discharging. Further, the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention can provide a high-performance lithium ion secondary battery having excellent input / output characteristics and charge / discharge characteristics.

図1は、従来例のリチウムイオン二次電池用正極の正極活物質層の構造を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a positive electrode active material layer of a positive electrode for a conventional lithium ion secondary battery. 図2は、実施形態のリチウムイオン二次電池用正極の正極活物質層の構造を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the positive electrode active material layer of the positive electrode for the lithium ion secondary battery of the embodiment. 図3は、別の従来例のリチウムイオン二次電池用正極の正極活物質層の構造を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of a positive electrode active material layer of a positive electrode for a positive electrode for a lithium ion secondary battery of another conventional example. 図4は、本発明の実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を用いたリチウムイオン二次電池表す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a lithium ion secondary battery using the positive electrode for the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施形態を以下に説明する。本明細書においてリチウムイオン二次電池とは、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、を含む発電要素を、外装体内部に含むリチウムイオン二次電池である。ここで正極とは、正極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を金属箔等の正極集電体に塗布または圧延および乾燥して正極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。負極とは、負極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を負極集電体に塗布して負極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。セパレータとは、正極と負極とを隔離して負極・正極間のリチウムイオンの伝導性を確保するための膜状の電池部材である。電解液とは、イオン性物質を溶媒に溶解させた電気伝導性のある溶液のことであり、本実施形態においては特に非水電解液を用いることができる。正極と負極とセパレータと電解液とを含む発電要素とは、電池の主構成部材の一単位であり、通常、正極と負極とがセパレータを介して重ねられて(積層されて)、この積層物が電解液に浸漬されている。 Embodiments of the present invention will be described below. As used herein, the lithium ion secondary battery is a lithium ion secondary battery containing a power generation element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution inside the exterior body. Here, the positive electrode is a thin plate or a thin plate formed by applying, rolling and drying a mixture of a positive electrode active material, a binder and, if necessary, a conductive auxiliary agent to a positive electrode current collector such as a metal foil to form a positive electrode active material layer. It is a sheet-shaped battery member. The negative electrode is a thin plate-shaped or sheet-shaped battery member in which a mixture of a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent, if necessary, is applied to a negative electrode current collector to form a negative electrode active material layer. The separator is a film-shaped battery member for separating the positive electrode and the negative electrode and ensuring the conductivity of lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. The electrolytic solution is an electrically conductive solution in which an ionic substance is dissolved in a solvent, and a non-aqueous electrolytic solution can be particularly used in this embodiment. A power generation element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution is a unit of a main component of a battery, and usually, a positive electrode and a negative electrode are laminated (laminated) via a separator, and this laminate is used. Is immersed in the electrolytic solution.

リチウムイオン二次電池は、外装体の内部に該発電要素が含まれて成り、好ましくは、発電要素は該外装体内部に封止されている。封止されているとは、発電要素が外気に触れないように、後述する外装体材料により包まれていることを意味する。外装体は、発電要素をその内部に封止することが可能な筐体か、あるいは柔軟な材料から構成される袋形状のものである。リチウムイオン二次電池は、コイン型電池、ラミネート型電池、巻回型電池など、種々の形態であってよい。 The lithium ion secondary battery comprises the power generation element inside the exterior body, and preferably the power generation element is sealed inside the exterior body. By being sealed, it means that the power generation element is wrapped with the exterior material described later so as not to be exposed to the outside air. The exterior body is either a housing in which the power generation element can be sealed inside, or a bag shape made of a flexible material. The lithium ion secondary battery may be in various forms such as a coin type battery, a laminated type battery, and a wound type battery.

実施形態のリチウムイオン二次電池において正極とは、正極活物質と、バインダと、導電助剤との混合物を金属箔等の正極集電体に塗布または圧延および乾燥して正極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。好ましくは、正極は、正極活物質、バインダおよび導電助剤の混合物をアルミニウム箔などの金属箔からなる正極集電体に塗布または圧延し、乾燥して得た正極活物質層を有している。正極活物質層は、ニッケル含有比率が異なる少なくとも2種のリチウム・ニッケル系複合酸化物と、リチウム・マンガン系複合酸化物とを含む。ここでリチウム・ニッケル系複合酸化物とは、一般式LiNiMe(1−y)(ここでMeは、Al、Mn、Na、Fe、Co、Cr、Cu、Zn、Ca、K、Mg、およびPbからなる群より選択される、少なくとも1種以上の金属であり、1.0≦x≦1.2であり、yは1.0未満の正の数である。)で表される、リチウムとニッケルとを含有する遷移金属複合酸化物のことである。たとえば、MeがCo(コバルト)とAl(アルミニウム)であるリチウム・ニッケル系複合酸化物や、MeがCo(コバルト)とMn(マンガン)であるリチウム・ニッケル系複合酸化物を正極活物質の成分として用いることができる。 In the lithium ion secondary battery of the embodiment, the positive electrode is a positive electrode active material layer formed by applying, rolling and drying a mixture of a positive electrode active material, a binder and a conductive auxiliary agent to a positive electrode current collector such as a metal foil. It is a thin plate-shaped or sheet-shaped battery member. Preferably, the positive electrode has a positive electrode active material layer obtained by applying or rolling a mixture of a positive electrode active material, a binder and a conductive auxiliary agent to a positive electrode current collector made of a metal foil such as an aluminum foil, and drying the mixture. .. The positive electrode active material layer contains at least two types of lithium-nickel-based composite oxides having different nickel content ratios and a lithium-manganese-based composite oxide. Here, the lithium-nickel composite oxide represented by the general formula Li x Ni y Me (1- y) O 2 ( wherein Me, Al, Mn, Na, Fe , Co, Cr, Cu, Zn, Ca, At least one metal selected from the group consisting of K, Mg, and Pb, 1.0 ≦ x ≦ 1.2, and y is a positive number less than 1.0). It is a transition metal composite oxide containing lithium and nickel. For example, a lithium-nickel composite oxide in which Me is Co (cobalt) and Al (aluminum) and a lithium-nickel composite oxide in which Me is Co (cobalt) and Mn (manganese) are components of the positive electrode active material. Can be used as.

また、リチウム・マンガン系複合酸化物は、たとえばジグザグ層状構造のマンガン酸リチウム(LiMnO)、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)等を挙げることができる。リチウム・マンガン系複合酸化物を併用することで、より安価に正極を作製することができる。特に、過充電状態での結晶構造の安定度の点で優れるスピネル型のマンガン酸リチウム(LiMn)を用いることが好ましい。LiMn中のMn(マンガン)は、3価および4価のものが存在する。これらのうち電池反応の酸化還元に寄与するマンガンは、3価のものである。この3価のマンガンの一部を他元素で置換することにより、結晶構造を安定化することができる。3価のマンガンの一部と置換できる元素としては,Li、Mg、B、Al、V、Cr、Fe、Co、Ni、Wおよびこれらの2種以上の組み合わせが挙げられる。 Examples of the lithium-manganese-based composite oxide include lithium manganate (LiMnO 2 ) having a zigzag layered structure, spinel-type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and the like. By using a lithium-manganese-based composite oxide in combination, a positive electrode can be produced at a lower cost. In particular, it is preferable to use a spinel-type lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), which is excellent in the stability of the crystal structure in an overcharged state. Mn (manganese) in LiMn 2 O 4 includes trivalent and tetravalent ones. Of these, manganese, which contributes to the redox of the battery reaction, is trivalent. By substituting a part of this trivalent manganese with another element, the crystal structure can be stabilized. Examples of the element that can be replaced with a part of trivalent manganese include Li, Mg, B, Al, V, Cr, Fe, Co, Ni, W and a combination of two or more thereof.

全ての実施形態において、リチウム・ニッケル系複合酸化物は、一般式LiNiCoMn(1.0−y−z)で表される層状結晶構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を正極活物質として含むことが好ましい。ここで、一般式中のxは1.0≦x≦1.2であり、yおよびzはy+z<1.0を満たす正の数である。この一般式を有するリチウム・ニッケル系複合酸化物は、すなわちリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(以下、「NCM」と称することがある。)である。NCMは、電池の高容量化を図るために好適に用いられるリチウム・ニッケル系複合酸化物である。たとえば、一般式LiNiCoMn(1.0−y−z)において、x=1、y=0.4、z=0.3の複合酸化物を「NCM433」と称し、x=1、y=0.5、z=0.2の複合酸化物を「NCM523」と称する。また、上記一般式において、x=1、y=1/3、z=1/3、1−y−z=1/3の複合酸化物を、「NCM111」と称するものとする。 In all embodiments, the lithium-nickel composite oxide, lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide having the general formula Li x Ni y Co z Mn ( 1.0-y-z) layered crystal structure represented by O 2 It is preferable to include a substance as a positive electrode active material. Here, x in the general formula is 1.0 ≦ x ≦ 1.2, and y and z are positive numbers satisfying y + z <1.0. The lithium-nickel-based composite oxide having this general formula is, that is, a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (hereinafter, may be referred to as “NCM”). NCM is a lithium-nickel-based composite oxide preferably used for increasing the capacity of a battery. For example, in the general formula Li x Ni y Co z Mn ( 1.0-y-z) O 2, x = 1, y = 0.4, a composite oxide of z = 0.3 is referred to as "NCM433" A composite oxide having x = 1, y = 0.5, and z = 0.2 is referred to as "NCM523". Further, in the above general formula, the composite oxide of x = 1, y = 1/3, z = 1/3, 1-y-z = 1/3 is referred to as "NCM111".

上に説明した正極活物質の平均粒径D50と、正極活物質の最大粒径Dmaxと、正極活物質層厚さLとが、以下の式:
[数2]
5×D50≦L (1)
max/D50≦3.5 (2)
を共に満たすことが好ましい。ここで平均粒径D50は、通常の固体粒子の粒度測定により測定することができる。また最大粒径Dmaxは、所定の目開きの篩やフィルタを用いて粒子をふるうことにより調整することができる。正極活物質層厚さLは、正極活物質混合物スラリーを正極集電体に塗布し、溶媒を蒸発させ、プレスした後の厚さのことである。なお正極活物質層の製造については後述する。
The average particle size D 50 of the positive electrode active material, the maximum particle size D max of the positive electrode active material, and the positive electrode active material layer thickness L described above are the following formulas:
[Number 2]
5 × D 50 ≦ L (1)
D max / D 50 ≤ 3.5 (2)
It is preferable to satisfy both. Here, the average particle size D 50 can be measured by measuring the particle size of ordinary solid particles. Further, the maximum particle size D max can be adjusted by sieving the particles using a sieve or a filter having a predetermined opening. The positive electrode active material layer thickness L is the thickness after applying the positive electrode active material mixture slurry to the positive electrode current collector, evaporating the solvent, and pressing. The production of the positive electrode active material layer will be described later.

ここで式(1)は、正極活物質層の厚さLが、正極活物質の平均粒径D50の5倍以上の長さであることを意味する。実施形態の正極活物質粒子は、従来からよく用いられている正極活物質粒子よりも平均粒径が比較的小さい。そして式(2)は、正極活物質粒子の最大粒径Dmaxと平均粒径D50との比が3.5以下であることを意味する。正極活物質粒子の最大粒径Dmaxと平均粒径D50との比が1の場合、正極活物質粒子の最大粒径Dmaxと平均粒径D50とが等しいことを意味し、粒径の分布が無いことを意味する。実施形態の正極活物質の粒径分布は、従来からよく用いられている正極活物質の粒径分布よりも比較的小さい。上の式(1)および(2)を共に満たす正極活物質は、「正極活物質層の厚さに対する粒径が小さく、かつ粒径の揃った粒子」であることを意味している。式(2)を満たす正極活物質粒子は、所定の目開きを有する篩で最大粒径Dmaxを変える等して、適宜調整することができる。また市販品を購入することもできる。また式(1)を満たすためには、まず式(2)を満たす正極活物質を用意し、次いでその平均粒径D50の5倍以上の値となるように正極活物質層を形成する。正極活物質層の厚さLの調節は、正極集電体上に配置する正極活物質混合物の量や、プレス圧を適宜変更することにより行うことができる。 Wherein formula (1), the thickness L of the positive electrode active material layer, which means that it is more than five times the length of the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material. The positive electrode active material particles of the embodiment have a relatively smaller average particle size than the conventionally used positive electrode active material particles. The formula (2) means that the ratio of the maximum particle size D max and the average particle size D 50 of the positive electrode active material particles is 3.5 or less. When the ratio of the maximum particle size D max and the average particle size D 50 of the positive electrode active material particles is 1, it means that the maximum particle size D max and the average particle size D 50 of the positive electrode active material particles are equal. It means that there is no distribution of. The particle size distribution of the positive electrode active material of the embodiment is relatively smaller than the particle size distribution of the positive electrode active material that is often used conventionally. The positive electrode active material satisfying both the above formulas (1) and (2) means that the positive electrode active material is "particles having a small particle size with respect to the thickness of the positive electrode active material layer and having a uniform particle size". The positive electrode active material particles satisfying the formula (2) can be appropriately adjusted by changing the maximum particle size D max with a sieve having a predetermined opening. You can also purchase commercial products. In order to satisfy the equation (1), first prepared positive electrode active material satisfying the formula (2), then to form a positive electrode active material layer to be 5 times or more the value of the average particle diameter D 50. The thickness L of the positive electrode active material layer can be adjusted by appropriately changing the amount of the positive electrode active material mixture arranged on the positive electrode current collector and the pressing pressure.

次に、実施形態において正極活物質の粒径が式(1)および(2)を共に満たすことの意義を図面を用いて説明する。図1は、従来例の正極の構成を模式的に説明する図面である。図1中、1:リチウムイオン二次電池用正極、12:正極集電体、15:正極活物質層、17:セパレータ、151:正極活物質、およびL:正極活物質層厚さである。正極活物質層15のうち、正極活物質151で埋まっていない部分(図1中空白の部分)は、導電助剤、バインダおよびその他の電極添加剤が存在している。ここで図1は、正極活物質151の平均粒径D50が大きく、最大粒径Dmaxと平均粒径D50との比がたとえば5になるような、粒径の分布の広い正極活物質粒子を用いた場合の正極活物質層の様子を表す。図1において、1501のように、正極活物質層厚さLとほぼ等しい長さの正極活物質粒子が正極活物質層を占めているゾーンは、正極活物質粒子同士の界面がないため、リチウムイオンの拡散が容易になる。図1中、4で示されている矢印はリチウムイオンの流れを表しており、矢印4の数によりリチウムイオンの拡散の大小を表している。図1中、4本あるいは5本の矢印4が記載されているゾーン1501は、リチウムイオンが大量に拡散するゾーンである。一方、1502のように、粒径の小さい正極活物質や粒径の大きい正極活物質が混在し、複数の正極活物質粒子が正極活物質層を占めているゾーンは、正極活物質同士の界面がいくつか存在する。よって、ゾーン1502ではリチウムイオンの拡散に対する抵抗が大きくなり、リチウムイオンが流れにくくなる。図1中、2本あるいは1本の矢印4が記載されているゾーン1502は、リチウムイオンが拡散しにくいゾーンである。ここで、高密度電流によりリチウムイオン二次電池の充放電を行うと、セパレータ17のリチウムイオンの拡散が律速になることが知られている。すなわち、ゾーン1501のように大量のリチウムイオンが拡散するゾーンは、セパレータ17の拡散律速の影響を受けることになる。セパレータ17の全体を見ると、図1に模式的に示されているように、リチウムイオンがセパレータ17の拡散律速限界まで流れている箇所(ゾーン1501)と、セパレータの拡散律速の影響を受けない箇所(ゾーン1502)とが存在し、リチウムイオンの拡散がセパレータ17にわたり均一ではない。 Next, the significance that the particle size of the positive electrode active material satisfies both the formulas (1) and (2) in the embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a drawing schematically illustrating the configuration of a positive electrode of a conventional example. In FIG. 1, 1: positive electrode for lithium ion secondary battery, 12: positive electrode current collector, 15: positive electrode active material layer, 17: separator, 151: positive electrode active material, and L: positive electrode active material layer thickness. Of the positive electrode active material layer 15, the portion not filled with the positive electrode active material 151 (the blank portion in FIG. 1) contains a conductive auxiliary agent, a binder and other electrode additives. Here, FIG. 1 shows a positive electrode active material having a wide particle size distribution such that the average particle size D 50 of the positive electrode active material 151 is large and the ratio of the maximum particle size D max to the average particle size D 50 is, for example, 5. It shows the state of the positive electrode active material layer when particles are used. In FIG. 1, as in 1501, the zone in which the positive electrode active material particles having a length substantially equal to the positive electrode active material layer thickness L occupy the positive electrode active material layer has no interface between the positive electrode active material particles, and thus lithium. The diffusion of ions becomes easy. In FIG. 1, the arrows shown by 4 indicate the flow of lithium ions, and the number of arrows 4 indicates the magnitude of the diffusion of lithium ions. In FIG. 1, the zone 1501 in which four or five arrows 4 are described is a zone in which a large amount of lithium ions diffuse. On the other hand, a zone such as 1502 in which a positive electrode active material having a small particle size and a positive electrode active material having a large particle size are mixed and a plurality of positive electrode active material particles occupy the positive electrode active material layer is an interface between the positive electrode active materials. There are several. Therefore, in the zone 1502, the resistance to the diffusion of lithium ions becomes large, and it becomes difficult for lithium ions to flow. In FIG. 1, the zone 1502 in which two or one arrow 4 is described is a zone in which lithium ions are difficult to diffuse. Here, it is known that when the lithium ion secondary battery is charged and discharged by a high-density current, the diffusion of lithium ions in the separator 17 becomes rate-determining. That is, a zone in which a large amount of lithium ions are diffused, such as zone 1501, is affected by the diffusion rate-determining factor of the separator 17. Looking at the entire separator 17, as schematically shown in FIG. 1, the place where the lithium ion flows to the diffusion rate limiting limit of the separator 17 (zone 1501) and the place where the lithium ion flows to the diffusion rate limiting limit of the separator 17 are not affected by the diffusion rate limiting of the separator. There is a location (zone 1502) and the diffusion of lithium ions is not uniform across the separator 17.

一方、図2は、本実施形態にかかる正極1を模式的に説明した図である。図2は、電極活物質層厚さLに対して粒子径が細かく、かつ最大粒径Dmaxと平均粒径D50との比が3.5以下となるような、粒径の分布の狭い正極活物質を用いた場合の正極活物質層の様子を表す。図2では、正極活物質層のいずれの場所においても複数の正極活物質粒子が正極活物質層を占めているため、正極活物質粒子同士の界面が自ずと存在することになる。しかしリチウムイオンの流れを示す矢印4を見るとわかるように、セパレータ17全体において、リチウムイオンの拡散の量が均一となる。このように、平均粒径D50と最大粒径Dmaxとを調整した正極活物質を用いることにより、セパレータ内のリチウムイオンの拡散が律速となるような高電流密度で電池を充放電した場合であっても、セパレータ全体にわたって均一にリチウムイオンを拡散させることができるようになる。 On the other hand, FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the positive electrode 1 according to the present embodiment. In FIG. 2, the particle size is fine with respect to the electrode active material layer thickness L, and the particle size distribution is narrow so that the ratio of the maximum particle size D max to the average particle size D 50 is 3.5 or less. The state of the positive electrode active material layer when the positive electrode active material is used is shown. In FIG. 2, since a plurality of positive electrode active material particles occupy the positive electrode active material layer at any location of the positive electrode active material layer, the interface between the positive electrode active material particles naturally exists. However, as can be seen from the arrow 4 indicating the flow of lithium ions, the amount of diffusion of lithium ions becomes uniform throughout the separator 17. In this way, when the battery is charged and discharged at a high current density such that the diffusion of lithium ions in the separator is rate-determining by using the positive electrode active material in which the average particle size D 50 and the maximum particle size D max are adjusted. Even so, lithium ions can be uniformly diffused over the entire separator.

図3は、他の従来例にかかる正極1を模式的に説明した図である。図3は、式(2)を満たすが、正極活物質層の厚さLに対する平均粒径D50が大きい場合、すなわち、粒度分布が小さい正極活物質粒子を用いているが、正極活物質層の厚さに対する粒径が大きい場合の様子を表す。図3において、1501のように、正極活物質層厚さLとほぼ等しい長さの正極活物質粒子が正極活物質層を占めているゾーンは、正極活物質粒子同士の界面がないため、リチウムイオンの拡散が容易になる。一方、1502のように、粒径の大きい正極活物質同士の接触部を含むゾーンには、正極活物質同士の界面が存在するため、リチウムイオンの拡散に対する抵抗が大きくなり、リチウムイオンが流れにくくなる。このような状態の正極を有するリチウムイオン二次電池を高密度電流により充放電すると、ゾーン1501のように大量のリチウムイオンが拡散するゾーンは、セパレータ17の拡散律速の影響を受けることになる。セパレータ17全体を見ると、リチウムイオンがセパレータ17の拡散律速限界まで流れている箇所(ゾーン1501)と、セパレータの拡散律速の影響を受けない箇所(ゾーン1502)とが存在し、リチウムイオンの拡散がセパレータ17にわたり均一ではない。 FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the positive electrode 1 according to another conventional example. FIG. 3 shows the case where the formula (2) is satisfied, but the average particle size D 50 with respect to the thickness L of the positive electrode active material layer is large, that is, the positive electrode active material particles having a small particle size distribution are used, but the positive electrode active material layer is used. It shows the state when the particle size is large with respect to the thickness of. In FIG. 3, the zone in which the positive electrode active material particles having a length substantially equal to the thickness L of the positive electrode active material layer occupy the positive electrode active material layer, as in 1501, is lithium because there is no interface between the positive electrode active material particles. The diffusion of ions becomes easy. On the other hand, as in 1502, in the zone including the contact portion between the positive electrode active materials having a large particle size, the interface between the positive electrode active materials exists, so that the resistance to the diffusion of lithium ions becomes large and the lithium ions do not easily flow. Become. When a lithium ion secondary battery having a positive electrode in such a state is charged and discharged by a high-density current, a zone in which a large amount of lithium ions diffuses, such as zone 1501, is affected by the diffusion rate limiting of the separator 17. Looking at the entire separator 17, there are places where lithium ions flow to the diffusion rate-determining limit of the separator 17 (zone 1501) and places where the diffusion rate-determining of the separator does not affect (zone 1502), and diffusion of lithium ions. Is not uniform over the separator 17.

図1、図2および図3で説明したように、本実施形態において、式(1)と式(2)とを共に満たすように、正極活物質を選択し、正極活物質層の厚さを調節すること、すなわち、図2に模式的に示されるように正極活物質層を形成することがリチウムイオン二次電池の性能を向上させる上で非常に重要であることがわかる。 As described with reference to FIGS. 1, 2 and 3, in the present embodiment, the positive electrode active material is selected so as to satisfy both the formula (1) and the formula (2), and the thickness of the positive electrode active material layer is determined. It can be seen that the adjustment, that is, the formation of the positive electrode active material layer as schematically shown in FIG. 2, is very important for improving the performance of the lithium ion secondary battery.

なお、正極活物質の平均粒径D50は、2マイクロメートルより大きく、5マイクロメートル以下であることが好ましい。平均粒径D50が小さすぎると、正極活物質粒子同士の接点が多くなるため、これを接続するためのバインダ(後述)の必要量が増加することになる。ただし正極活物質層中に多くのバインダが存在すると、バインダが正極活物質表面を覆う割合が増えて正極活物質粒子間のリチウムイオンのパスが途切れ、リチウムイオンの拡散抵抗が増加するおそれがある。また、バインダは電解液を吸収して膨潤するため、バインダの量が多すぎると膨潤量も大きくなり、電子の導電パスが途切れ、一定期間保存した後に電池抵抗が上昇するおそれがある。このように電池の保存特性を考慮しても、正極活物質の平均粒径D50は、2マイクロメートルより大きく、5マイクロメートル以下であることが好ましい。正極活物質の平均粒径D50の好適な範囲から導かれる正極活物質層厚さLの好適な範囲は、少なくとも10マイクロメートル以上である。このように、正極活物質の粒径と、正極活物質層厚さとのバランスを考慮することにより、高電流密度での充放電においても入出力特性を損なわず、高出力電池を維持することが可能となる。
The average particle diameter D 50 of the positive electrode active material is greater than 2 microns, it is preferably 5 micrometers or less. If the average particle size D 50 is too small, the number of contacts between the positive electrode active material particles increases, so that the amount of binder (described later) required for connecting them increases. However, if a large amount of binder is present in the positive electrode active material layer, the proportion of the binder covering the surface of the positive electrode active material increases, the lithium ion path between the positive electrode active material particles is interrupted, and the diffusion resistance of lithium ions may increase. .. Further, since the binder absorbs the electrolytic solution and swells, if the amount of the binder is too large, the swelling amount also becomes large, the conductive path of electrons is interrupted, and the battery resistance may increase after storage for a certain period of time. Be thus considering storage characteristics of the battery, the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material is greater than 2 microns, it is preferably 5 micrometers or less. A preferred range of the positive electrode active material layer thickness L derived from a suitable range of the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material is at least 10 micrometers or more. In this way, by considering the balance between the particle size of the positive electrode active material and the thickness of the positive electrode active material layer, it is possible to maintain a high output battery without impairing the input / output characteristics even during charging and discharging at a high current density. It will be possible.

正極活物質層は、さらに導電助剤を含むことが好ましい。導電助剤は、正極活物質層中の電気伝導を助け、リチウムイオン二次電池の電気特性を向上させる。導電助剤として、カーボンナノファイバー等のカーボン繊維、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、活性炭、黒鉛、メゾポーラスカーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられる。その他、正極活物質層には増粘剤、分散剤、安定剤等の、電極形成のために一般的に用いられる電極添加剤を適宜使用することができる。 The positive electrode active material layer preferably further contains a conductive auxiliary agent. The conductive auxiliary agent assists electrical conduction in the positive electrode active material layer and improves the electrical properties of the lithium ion secondary battery. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon fibers such as carbon nanofibers, carbon blacks such as acetylene black and ketjen black, and carbon materials such as activated carbon, graphite, mesoporous carbon, fullerenes, and carbon nanotubes. In addition, an electrode additive generally used for electrode formation, such as a thickener, a dispersant, and a stabilizer, can be appropriately used for the positive electrode active material layer.

正極活物質層は、さらにバインダを含むことが好ましい。バインダは、正極活物質粒子同士や、正極活物質層と金属箔とを接着する役割を果たす。バインダとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピロール類等の導電性ポリマー、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ブタジエンラバー(BR)、クロロプレンラバー(CR)、イソプレンラバー(IR)、アクリロニトリルブタジエンラバー(NBR)等の合成ゴム、あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガム、グアーガム、ペクチン等の多糖類を用いることができる。 The positive electrode active material layer preferably further contains a binder. The binder plays a role of adhering the positive electrode active material particles to each other or the positive electrode active material layer and the metal foil. As the binder, fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinyl fluoride (PVF), conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole, and styrene butadiene rubber ( Use synthetic rubber such as SBR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), or polysaccharides such as carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, guar gum, and pectin. be able to.

実施形態において正極活物質層は、上記の正極活物質、バインダ、および導電助剤を溶媒(N−メチルピロリドン(NMP)、水等)に適切な割合で混合してスラリーを形成し、これを金属箔(アルミニウム箔等)からなる正極集電体に塗布または圧延し、加熱して溶媒を蒸発させ、最後にプレスを施すことにより形成することができる。 In the embodiment, the positive electrode active material layer is formed by mixing the above-mentioned positive electrode active material, binder, and conductive auxiliary agent with a solvent (N-methylpyrrolidone (NMP), water, etc.) at an appropriate ratio to form a slurry. It can be formed by applying or rolling to a positive electrode current collector made of a metal foil (aluminum foil or the like), heating to evaporate the solvent, and finally pressing.

実施形態のリチウムイオン二次電池用正極と共に用いられ、リチウムイオン二次電池を構成する負極とは、負極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を金属箔等の負極集電体に塗布または圧延および乾燥して負極活物質層を形成した薄板状あるいはシート状の電池部材である。 The negative electrode used together with the positive electrode for the lithium ion secondary battery of the embodiment and constitutes the lithium ion secondary battery is a negative electrode collection such as a metal foil containing a mixture of a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent if necessary. It is a thin plate-shaped or sheet-shaped battery member having a negative electrode active material layer formed by coating, rolling, and drying on an electric body.

負極活物質と、バインダと、必要な場合導電助剤との混合物を負極集電体に塗布または圧延および乾燥して負極活物質層を形成した負極を用いる場合、負極活物質として、炭素材料を用いることが好ましい。ここで炭素材料は、黒鉛を含む。特に負極活物質層に黒鉛が含まれると、電池の残容量(SOC)が低いときにも電池の出力を向上させることができるというメリットがある。黒鉛は、六方晶系六角板状結晶の炭素材料であり、石墨、グラファイト等と称されることがある。黒鉛は粒子の形態であることが好ましい。 When using a negative electrode in which a mixture of a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent, if necessary, is applied to a negative electrode current collector or rolled and dried to form a negative electrode active material layer, a carbon material is used as the negative electrode active material. It is preferable to use it. Here, the carbon material contains graphite. In particular, when graphite is contained in the negative electrode active material layer, there is an advantage that the output of the battery can be improved even when the remaining capacity (SOC) of the battery is low. Graphite is a carbon material of hexagonal hexagonal plate crystals, and is sometimes referred to as graphite, graphite, or the like. Graphite is preferably in the form of particles.

黒鉛には、天然黒鉛と人造黒鉛がある。天然黒鉛は安価に大量に入手することができ、構造が安定し耐久性に優れている。人造黒鉛とは人工的に生産された黒鉛のことであり、純度が高い(同素体などの不純物がほとんど含まれていない)ため電気抵抗が小さい。実施形態における炭素材料として、天然黒鉛、人造黒鉛とも好適に用いることができる。 Graphite includes natural graphite and artificial graphite. Natural graphite can be obtained in large quantities at low cost, has a stable structure, and has excellent durability. Artificial graphite is artificially produced graphite, which has high purity (it contains almost no impurities such as allotropes) and therefore has low electrical resistance. As the carbon material in the embodiment, both natural graphite and artificial graphite can be suitably used.

実施形態における炭素材料として、非晶質炭素を用いることもできる。非晶質炭素とは、部分的に黒鉛に類似するような構造を有していてもよい、微結晶がランダムにネットワークした構造をとった、全体として非晶質である炭素材料のことである。非晶質炭素として、カーボンブラック、コークス、活性炭、カーボンファイバー、ハードカーボン、ソフトカーボン、メソポーラスカーボン等が挙げられる。非晶質炭素による被覆を有する天然黒鉛粒子、または非晶質炭素による被覆を有する人造黒鉛を負極活物質の炭素材料として用いると、電解液の分解が抑制され、負極の耐久性が向上する。なお、非晶質炭素による被覆を有する天然黒鉛、あるいは非晶質炭素による被覆を有する人造黒鉛を用いることもできる。 Amorphous carbon can also be used as the carbon material in the embodiment. Amorphous carbon is a carbon material that is generally amorphous and has a structure in which microcrystals are randomly networked, which may have a structure partially similar to graphite. .. Examples of the amorphous carbon include carbon black, coke, activated carbon, carbon fiber, hard carbon, soft carbon, mesoporous carbon and the like. When natural graphite particles having a coating with amorphous carbon or artificial graphite having a coating with amorphous carbon are used as the carbon material of the negative electrode active material, the decomposition of the electrolytic solution is suppressed and the durability of the negative electrode is improved. In addition, natural graphite having a coating with amorphous carbon or artificial graphite having a coating with amorphous carbon can also be used.

負極活物質層に含まれるバインダは、負極活物質である炭素材料の粒子同士や、負極活物質層と金属箔とを接着する役割を果たす。たとえばPVDFをバインダとして用いると、水ではなくN−メチルピロリドン(NMP)を溶剤として使用することができるので、残留水分に起因するガスの発生を防ぐことができる。特に負極活物質層全体の重量を基準としてバインダの含有量が4〜7重量%であることが好ましい。バインダの含有量を当該範囲とすると、負極材料の結着力を確保し、かつ負極の抵抗を低く保つことができる。バインダとして、PVDFのほか、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピロール類等の導電性ポリマーのほか、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ブタジエンラバー(BR)、クロロプレンラバー(CR)、イソプレンラバー(IR)、アクリロニトリルブタジエンラバー(NBR)等の合成ゴム、あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガム、グアーガム、ペクチン等の多糖類等の水溶性バインダを用いることもできる。 The binder contained in the negative electrode active material layer plays a role of adhering the particles of the carbon material which is the negative electrode active material to each other and the negative electrode active material layer and the metal foil. For example, when PVDF is used as a binder, N-methylpyrrolidone (NMP) can be used as a solvent instead of water, so that the generation of gas due to residual water can be prevented. In particular, it is preferable that the binder content is 4 to 7% by weight based on the weight of the entire negative electrode active material layer. When the binder content is within the above range, the binding force of the negative electrode material can be secured and the resistance of the negative electrode can be kept low. As binders, in addition to PVDF, fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinyl fluoride (PVF), conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polyacetylene and polypyrrole, and styrene butadiene rubber (SBR). ), Synthetic rubber such as butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), or water-soluble such as polysaccharides such as carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum, guar gum, and pectin. Sex binders can also be used.

負極活物質層には導電助剤を含んでいてもよい。導電助剤は、負極活物質層中の電気伝導を助け、リチウムイオン二次電池の電気特性を向上させる。導電助剤として、カーボンナノファイバー等のカーボン繊維、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、活性炭、メゾポーラスカーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられる。その他、負極活物質層には増粘剤、分散剤、安定剤等の、電極形成のために一般的に用いられる電極添加剤を適宜使用することができる。 The negative electrode active material layer may contain a conductive auxiliary agent. The conductive aid assists electrical conduction in the negative electrode active material layer and improves the electrical properties of the lithium ion secondary battery. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon fibers such as carbon nanofibers, carbon black such as acetylene black and ketjen black, and carbon materials such as activated carbon, mesoporous carbon, fullerene, and carbon nanotubes. In addition, an electrode additive generally used for electrode formation, such as a thickener, a dispersant, and a stabilizer, can be appropriately used for the negative electrode active material layer.

負極活物質層は、負極活物質である炭素材料、バインダ、および導電助剤を溶媒(N−メチルピロリドン(NMP)、水等)に適切な割合で混合してスラリーを形成し、これを金属箔(銅箔等)からなる負極集電体に塗布または圧延し、加熱して溶媒を蒸発させることにより形成することができる。 In the negative electrode active material layer, a carbon material, a binder, and a conductive auxiliary agent, which are negative electrode active materials, are mixed with a solvent (N-methylpyrrolidone (NMP), water, etc.) at an appropriate ratio to form a slurry, which is then mixed with a metal. It can be formed by applying or rolling to a negative electrode current collector made of a foil (copper foil or the like) and heating to evaporate the solvent.

実施形態のリチウムイオン二次電池用正極と共に用いられ、リチウムイオン二次電池を構成するセパレータとは、正極と負極とを隔離して負極・正極間のリチウムイオンの伝導性を確保するための膜状の電池部材である。セパレータは、オレフィン系樹脂層から構成される。オレフィン系樹脂層は、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、へキセンなどのα−オレフィンを重合または共重合させたポリオレフィンから構成される層である。実施形態において、電池温度上昇時に閉塞される空孔を有する構造、すなわち多孔質あるいは微多孔質のポリオレフィンから構成される層であることが好ましい。オレフィン系樹脂層がこのような構造を有していることにより、万一電池温度が上昇しても、セパレータが閉塞して(シャットダウンして)、イオン流を寸断することができる。シャットダウン効果を発揮するためには、多孔質のポリエチレン膜を用いることが非常に好ましい。セパレータは、場合により耐熱性微粒子層を有していてよい。この際、電池の異常発熱を防止するために設けられた耐熱性微粒子層は、耐熱温度が150℃以上の耐熱性を有し、電気化学反応に安定な無機微粒子から構成される。このような無機微粒子として、シリカ、アルミナ(α−アルミナ、β−アルミナ、θ−アルミナ)、酸化鉄、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化ジルコニウムなどの無機酸化物;ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、スピネル、マイカ、ムライトなどの鉱物を挙げることができる。このように、耐熱性樹脂層を有するセラミックセパレータを用いることもできる。 The separator used together with the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the embodiment and constituting the lithium ion secondary battery is a film for separating the positive electrode and the negative electrode and ensuring the conductivity of lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. It is a battery member in the shape of a battery. The separator is composed of an olefin resin layer. The olefin-based resin layer is a layer composed of a polyolefin obtained by polymerizing or copolymerizing an α-olefin such as ethylene, propylene, butene, pentene, or hexene. In the embodiment, a structure having pores that are closed when the battery temperature rises, that is, a layer made of porous or microporous polyolefin is preferable. Since the olefin resin layer has such a structure, even if the battery temperature rises, the separator can be blocked (shut down) and the ion flow can be cut off. In order to exert the shutdown effect, it is very preferable to use a porous polyethylene film. The separator may optionally have a heat resistant fine particle layer. At this time, the heat-resistant fine particle layer provided to prevent abnormal heat generation of the battery is composed of inorganic fine particles having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and stable in an electrochemical reaction. Examples of such inorganic fine particles include inorganic oxides such as silica, alumina (α-alumina, β-alumina, θ-alumina), iron oxide, titanium oxide, barium titanate, and zirconium oxide; boehmite, zeolite, apatite, and kaolin. Minerals such as spinel, mica, and mullite can be mentioned. As described above, a ceramic separator having a heat-resistant resin layer can also be used.

実施形態のリチウムイオン二次電池用正極と共に用いられ、リチウムイオン二次電池を構成する電解液とは、イオン性物質を溶媒に溶解させた電気伝導性のある溶液のことである。特に非水電解液を用いることができる。正極と負極とセパレータと電解液とを含む発電要素とは、電池の主構成部材の一単位であり、通常、正極と負極とがセパレータを介して積層されて、この積層物が電解液に浸漬されている。 The electrolytic solution used together with the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the embodiment and constituting the lithium ion secondary battery is an electrically conductive solution in which an ionic substance is dissolved in a solvent. In particular, a non-aqueous electrolytic solution can be used. A power generation element including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution is a unit of a main component of a battery. Normally, a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator, and the laminate is immersed in the electrolytic solution. Has been done.

電解液は、非水電解液であって、ジメチルカーボネート(以下「DMC」と称する。)、ジエチルカーボネート(以下「DEC」と称する。)、エチルメチルカーボネート(以下「EMC」と称する。)、ジ−n−プロピルカーボネート、ジ−t−プロピルカーボネート、ジ−n−ブチルカーボネート、ジ−イソブチルカーボネート、またはジ−t−ブチルカーボネート等の鎖状カーボネートと、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(以下「EC」と称する。)等の環状カーボネートとを含む混合物であることが好ましい。電解液は、このようなカーボネート混合物に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、ホウフッ化リチウム(LiBF)、過塩素酸リチウム(LiClO)等のリチウム塩を溶解させたものである。 The electrolytic solution is a non-aqueous electrolytic solution, which is dimethyl carbonate (hereinafter referred to as “DMC”), diethyl carbonate (hereinafter referred to as “DEC”), ethyl methyl carbonate (hereinafter referred to as “EMC”), and di. Chain carbonates such as -n-propyl carbonate, di-t-propyl carbonate, di-n-butyl carbonate, di-isobutyl carbonate, or di-t-butyl carbonate, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (hereinafter "" It is preferably a mixture containing a cyclic carbonate such as "EC"). The electrolytic solution is such a carbonate mixture in which lithium salts such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), and lithium perchlorate (LiClO 4) are dissolved.

電解液は、環状カーボネートであるPCおよび/またはECと、鎖状カーボネートであるDMCおよび/またはEMCとを適宜組み合わせて含むことが好ましい。PCは、凝固点が低い溶媒であり、電池の低温時の出力の向上のために用いられる。ただしPCは負極として用いられる黒鉛との相性がやや低いことが知られている。ECは極性が高く誘電率が高い溶媒であり、リチウムイオン二次電池用電解液の構成成分として用いられる。ただしECは融点(凝固点)が高く、室温で固体であるため、これを混合溶媒にしても、低温下では凝固および析出するおそれがある。DMCは拡散係数が大きく粘度が低い溶媒である。ただしDMCは融点(凝固点)が高いため、電解液が低温下で凝固するおそれがある。EMCもDMCと同様拡散係数が大きく粘度が低い溶媒である。このように、電解液の構成成分はそれぞれに異なる特性を有しており、たとえば電池の低温時の出力を向上させるためにはこれらのバランスを考慮することが重要である。環状カーボネートと鎖状カーボネートとの含有割合を調整することにより、常温での粘度が低く、低温下においても性能を失わない電解液を得ることができる。 The electrolytic solution preferably contains PC and / or EC, which are cyclic carbonates, and DMC and / or EMC, which are chain carbonates, in an appropriate combination. PC is a solvent having a low freezing point and is used for improving the output of a battery at a low temperature. However, it is known that PC has a little low compatibility with graphite used as a negative electrode. EC is a solvent having high polarity and high dielectric constant, and is used as a constituent component of an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. However, since EC has a high melting point (freezing point) and is solid at room temperature, even if it is used as a mixed solvent, it may solidify and precipitate at a low temperature. DMC is a solvent having a large diffusion coefficient and a low viscosity. However, since DMC has a high melting point (freezing point), the electrolytic solution may solidify at a low temperature. Like DMC, EMC is a solvent with a large diffusion coefficient and low viscosity. As described above, the constituent components of the electrolytic solution have different characteristics, and it is important to consider the balance between them in order to improve the output of the battery at low temperature, for example. By adjusting the content ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate, it is possible to obtain an electrolytic solution having a low viscosity at room temperature and not losing its performance even at a low temperature.

電解液は、このほか、添加剤として環状カーボネート化合物を含んでいてもよい。添加剤として用いられる環状カーボネートとしてビニレンカーボネート(以下「VC」と称する。)が挙げられる。また、添加剤としてハロゲンを有する環状カーボネート化合物を用いてもよい。これらの環状カーボネートも、電池の充放電過程において正極ならびに負極の保護被膜を形成する化合物である。特に、上記のジスルホン酸化合物またはジスルホン酸エステル化合物のような硫黄を含む化合物による、リチウム・ニッケル系複合酸化物を含有する正極活物質への攻撃を防ぐことができる化合物である。ハロゲンを有する環状カーボネート化合物として、フルオロエチレンカーボネート(以下「FEC」と称する。)、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ジクロロエチレンカーボネート、トリクロロエチレンカーボネート等を挙げることができる。ハロゲンを有し不飽和結合を有する環状カーボネート化合物であるフルオロエチレンカーボネートは特に好ましく用いられる。 The electrolytic solution may also contain a cyclic carbonate compound as an additive. Examples of the cyclic carbonate used as an additive include vinylene carbonate (hereinafter referred to as “VC”). Further, a cyclic carbonate compound having a halogen may be used as an additive. These cyclic carbonates are also compounds that form protective films for the positive and negative electrodes during the charging and discharging process of the battery. In particular, it is a compound capable of preventing an attack on a positive electrode active material containing a lithium-nickel-based composite oxide by a sulfur-containing compound such as the above-mentioned disulfonic acid compound or disulfonic acid ester compound. Examples of the cyclic carbonate compound having a halogen include fluoroethylene carbonate (hereinafter referred to as “FEC”), difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, trichlorethylene carbonate and the like. Fluoroethylene carbonate, which is a cyclic carbonate compound having a halogen and an unsaturated bond, is particularly preferably used.

また、電解液は、添加剤としてジスルホン酸化合物をさらに含んでいてもよい。ジスルホン酸化合物とは、一分子内にスルホ基を2つ有する化合物であり、スルホ基が金属イオンと共に塩を形成したジスルホン酸塩化合物、あるいはスルホ基がエステルを形成したジスルホン酸エステル化合物を包含する。ジスルホン酸化合物のスルホ基の1つまたは2つは、金属イオンと共に塩を形成していてもよく、アニオンの状態であってもよい。ジスルホン酸化合物の例として、メタンジスルホン酸、1,2−エタンジスルホン酸、1,3−プロパンジスルホン酸、1,4−ブタンジスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、ビフェニルジスルホン酸、およびこれらの塩(メタンジスルホン酸リチウム、1,3−エタンジスルホン酸リチウム等)、およびこれらのアニオン(メタンジスルホン酸アニオン、1,3−エタンジスルホン酸アニオン等)が挙げられる。またジスルホン酸化合物としてはジスルホン酸エステル化合物が挙げられ、メタンジスルホン酸、1,2−エタンジスルホン酸、1,3−プロパンジスルホン酸、1,4−ブタンジスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、またはビフェニルジスルホン酸のアルキルジエステルまたはアリールジエステル等の鎖状ジスルホン酸エステル;ならびにメチレンメタンジスルホン酸エステル、エチレンメタンジスルホン酸エステル、プロピレンメタンジスルホン酸エステル等の環状ジスルホン酸エステルが好ましく用いられる。メチレンメタンジスルホン酸エステル(以下「MMDS」と称する。)は特に好ましく用いられる。 Further, the electrolytic solution may further contain a disulfonic acid compound as an additive. The disulfonic acid compound is a compound having two sulfo groups in one molecule, and includes a disulfonate compound in which a sulfo group forms a salt together with a metal ion, or a disulfonic acid ester compound in which a sulfo group forms an ester. .. One or two of the sulfo groups of the disulfonic acid compound may form a salt with a metal ion or may be in an anionic state. Examples of disulfonic acid compounds are methanedisulfonic acid, 1,2-ethanedisulfonic acid, 1,3-propanedisulfonic acid, 1,4-butanedisulfonic acid, benzenedisulfonic acid, naphthalenedisulfonic acid, biphenyldisulfonic acid, and these. Examples thereof include salts (lithium methanedisulfonate, lithium 1,3-ethanedisulfonate, etc.) and anions thereof (anion of methanedisulfonic acid, anion of 1,3-ethanedisulfonate, etc.). Examples of the disulfonic acid compound include disulfonic acid ester compounds, which include methanedisulfonic acid, 1,2-ethanedisulfonic acid, 1,3-propanedisulfonic acid, 1,4-butanedisulfonic acid, benzenedisulfonic acid, and naphthalenedisulfonic acid. Alternatively, chain disulfonic acid esters such as alkyl diesters or aryl diesters of biphenyl disulfonic acid; and cyclic disulfonic acid esters such as methylene methane disulfonic acid ester, ethylene methane disulfonic acid ester and propylene methane disulfonic acid ester are preferably used. Methylenemethane disulfonic acid ester (hereinafter referred to as "MMDS") is particularly preferably used.

実施形態のリチウムイオン二次電池用正極と共に用いられ、リチウムイオン二次電池を構成する外装体は、ナイロン層、ポリエチレンテレフタレート層等コーティング層と、金属基材と、酸変性ポリプロピレン層と、ポリプロピレン層とが積層された積層体から構成された袋形状のものであってよい。ここで外装体の材料として用いられる積層体を構成する金属基材は、電池の外装フィルムとして好適に使われる基材、好ましくは金属箔であり、たとえばアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、スズの箔である。外装体は、外装体内部の非水電解液を封止する機能を有する。積層体を折り曲げて折り曲げ部以外の三辺を熱融着するか、2枚の積層体を重ねて四辺を熱融着するかして外装体を形成し、この内部に、正極、負極、セパレータおよび電解液から構成される発電要素を封止する。 Used together with the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the embodiment, the exterior body constituting the lithium ion secondary battery includes a coating layer such as a nylon layer and a polyethylene terephthalate layer, a metal base material, an acid-modified polypropylene layer, and a polypropylene layer. It may be in the shape of a bag composed of a laminated body in which and is laminated. Here, the metal base material constituting the laminate used as the material of the exterior body is a base material preferably used as an exterior film of a battery, preferably a metal foil, for example, aluminum, nickel, iron, copper, stainless steel, tin. It is a foil of. The exterior body has a function of sealing the non-aqueous electrolytic solution inside the exterior body. An exterior body is formed by bending the laminate and heat-sealing the three sides other than the bent portion, or by stacking the two laminates and heat-sealing the four sides, and inside this, a positive electrode, a negative electrode, and a separator are formed. And the power generation element composed of the electrolytic solution is sealed.

積層体を構成する酸変性ポリプロピレン層における「酸変性ポリプロピレン」とは、グラフト反応により酸を導入したポリプロピレンを意味するが、本明細書ではプロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・エチレン・ブテン共重合体、ポリプロピレン・ブテン共重合体等の、共重合成分としてプロピレンが導入されている共重合体に酸を導入したものも「酸変性ポリプロピレン」と称することとする。グラフト反応により導入する酸として、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸等を挙げることができる。無水マレイン酸を導入した無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン共重合体、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン・ブテン共重合体、および無水マレイン酸変性ポリプロピレン・ブテン共重合体は、代表的な「酸変性ポリプロピレン」である。酸変性ポリプロピレンは、金属基材と、後述するポリプロピレン層とを接着する機能を有する。 The "acid-modified polypropylene" in the acid-modified polypropylene layer constituting the laminate means polypropylene in which an acid is introduced by a graft reaction, but in the present specification, it is a propylene / ethylene copolymer or a propylene / ethylene / butene copolymer. , A copolymer in which propylene is introduced as a copolymerization component, such as a polypropylene / butene copolymer, in which an acid is introduced is also referred to as "acid-modified polypropylene". Examples of the acid introduced by the graft reaction include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, and itaconic anhydride. Maleic anhydride-modified polypropylene introduced with maleic anhydride, maleic anhydride-modified propylene / ethylene copolymer, maleic anhydride-modified propylene / ethylene / butene copolymer, and maleic anhydride-modified polypropylene / butene copolymer are representative. It is a typical "acid-modified polypropylene". The acid-modified polypropylene has a function of adhering a metal base material and a polypropylene layer described later.

積層体を構成するポリプロピレン層における「ポリプロピレン」とは、本明細書では、プロピレンの単独重合体のほか、プロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・エチレン・ブテン共重合体、ポリプロピレン・ブテン共重合体、プロピレン・4−メチルペンテン-1共重合体、プロピレン・ヘキセン共重合体等、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体をすべて包含し、これらの混合物であってもよいものとする。ポリプロピレン層は積層体に柔軟性を与える役割を果たす。ポリプロピレン層には潤滑剤が含まれていることが好ましい。潤滑剤は、ポリプロピレン層を形成する際の成形容易性をもたらす。潤滑剤として、18以上の炭素原子を含む高級脂肪酸アミドを用いることが好ましい。18以上の炭素原子を含む高級脂肪酸アミドの例は、オレイン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エルカ酸アミド等である。 In the present specification, "polypropylene" in the polypropylene layer constituting the laminate means a propylene homopolymer, a propylene / ethylene copolymer, a propylene / ethylene / butene copolymer, a polypropylene / butene copolymer, etc. All copolymers of propylene and other olefins such as propylene / 4-methylpentene-1 copolymer and propylene / hexene copolymer are included, and a mixture thereof may be used. The polypropylene layer serves to give flexibility to the laminate. The polypropylene layer preferably contains a lubricant. The lubricant provides ease of molding when forming the polypropylene layer. As a lubricant, it is preferable to use a higher fatty acid amide containing 18 or more carbon atoms. Examples of higher fatty acid amides containing 18 or more carbon atoms are oleic acid amides, behenic acid amides, erucic acid amides and the like.

ここで、実施形態の正極活物質を用いて作製したリチウムイオン二次電池の構成例を、図面を用いて説明する。図4はリチウムイオン二次電池の断面図の一例を表す。リチウムイオン二次電池10は、主な構成要素として、負極集電体11、負極活物質層13、セパレータ17、正極集電体12、正極活物質層15を含む。図4では、負極集電体11の両面に負極活物質層13が設けられ、正極集電体12の両面に正極活物質層15が設けられているが、各々の集電体の片面上のみに活物質層を形成することもできる。負極集電体11、正極集電体12、負極活物質層13、正極活物質層15、及びセパレータ17が一つの電池の構成単位、すなわち発電要素である(図中、単電池19)。セパレータ17は、耐熱性微粒子層と、オレフィン系樹脂膜とから構成されていてよい(いずれも図示せず)。このような単電池19を、セパレータ17を介して複数積層する。各負極集電体11から延びる延出部を負極リード25上に一括して接合し、各正極集電体12から延びる延出部を正極リード27上に一括して接合してある。なお正極リードとしてアルミニウム板、負極リードとして銅板が好ましく用いられ、場合により他の金属(たとえばニッケル、スズ、はんだ)または高分子材料による部分コーティングを有していてもよい。正極リードおよび負極リードはそれぞれ正極および負極に溶接される。このように複数の単電池を積層してできた電池は、溶接された負極リード25および正極リード27を外側に引き出す形で、外装体29により包装される。図4では、外装体29として積層体(ラミネート)を用いている。外装体29の内部には電解液31が注入されている。外装体29は、2枚の積層体を重ね合わせ、周縁部を熱融着した形状をしている。なお図4では、負極リード25と正極リード27は、外装体29の対向する辺にそれぞれ設けられている(「両タブ型」という。)が、負極リード25と正極リード27とを外装体29の一の辺に設ける(すなわち負極リード25と正極リード27とを外装体29の一の辺から外側に引き出す。「片タブ型」という。)こともまた可能である。 Here, a configuration example of a lithium ion secondary battery manufactured by using the positive electrode active material of the embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows an example of a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery 10 includes a negative electrode current collector 11, a negative electrode active material layer 13, a separator 17, a positive electrode current collector 12, and a positive electrode active material layer 15 as main components. In FIG. 4, the negative electrode active material layers 13 are provided on both sides of the negative electrode current collector 11, and the positive electrode active material layers 15 are provided on both sides of the positive electrode current collector 12, but only on one side of each current collector. It is also possible to form an active material layer. The negative electrode current collector 11, the positive electrode current collector 12, the negative electrode active material layer 13, the positive electrode active material layer 15, and the separator 17 are constituent units of one battery, that is, a power generation element (single battery 19 in the figure). The separator 17 may be composed of a heat-resistant fine particle layer and an olefin-based resin film (neither of them is shown). A plurality of such cell cells 19 are stacked via the separator 17. The extending portions extending from the negative electrode current collectors 11 are collectively bonded onto the negative electrode leads 25, and the extending portions extending from the positive electrode current collectors 12 are collectively bonded onto the positive electrode leads 27. An aluminum plate is preferably used as the positive electrode lead, and a copper plate is preferably used as the negative electrode lead, and in some cases, it may have a partial coating with another metal (for example, nickel, tin, solder) or a polymer material. The positive electrode lead and the negative electrode lead are welded to the positive electrode and the negative electrode, respectively. The battery formed by stacking a plurality of cells in this way is packaged by the exterior body 29 in such a form that the welded negative electrode lead 25 and the positive electrode lead 27 are pulled out to the outside. In FIG. 4, a laminated body (laminate) is used as the exterior body 29. The electrolytic solution 31 is injected into the exterior body 29. The exterior body 29 has a shape in which two laminated bodies are superposed and the peripheral edge portion is heat-sealed. In FIG. 4, the negative electrode lead 25 and the positive electrode lead 27 are provided on opposite sides of the exterior body 29 (referred to as “both tab type”), but the negative electrode lead 25 and the positive electrode lead 27 are provided on the outer body 29. It is also possible to provide it on one side (that is, the negative electrode lead 25 and the positive electrode lead 27 are pulled out from one side of the exterior body 29, which is referred to as “single tab type”).

実施形態にかかるリチウムイオン二次電池用正極を用いたリチウムイオン二次電池は、高電流密度での充放電を行ってもその性能を最大限まで行かすことができるため、高容量で、かつ放電特性に優れる。特にリチウムイオン二次電池用正極は、電池充放電時に均一にリチウムイオンを伝達することができるため、効率が良く、よって電池の性能を向上させることができる。このようなリチウムイオン二次電池は、特に高密度電流による充放電を必要とする車両積載用電池、あるいは定置型電池として都合よく用いられる。 The lithium ion secondary battery using the positive electrode for the lithium ion secondary battery according to the embodiment has a high capacity and discharge because its performance can be maximized even if it is charged and discharged at a high current density. Excellent characteristics. In particular, the positive electrode for a lithium ion secondary battery can uniformly transmit lithium ions when the battery is charged and discharged, so that the efficiency is high and the performance of the battery can be improved. Such a lithium ion secondary battery is conveniently used as a vehicle-mounted battery or a stationary battery that requires charging and discharging by a high-density current.

<正極の作製>
正極活物質として、リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物(NCM111)を用意した。各正極活物質は、表1に記載するような最大粒径Dmax、平均粒径D50、および粒子表面積(SSA)とを有するものであった。正極活物質と、導電助剤としてBET比表面積62m/gのカーボンブラック(CB)(TIMCAL製、SC65)と、バインダ樹脂としてPVDF(クレハ製、#7200)とを、固形分質量比で正極活物質:CB:PVDFが表1に記載の割合となるように混合し、溶媒であるNMPに添加した。さらに、この混合物に有機系水分捕捉剤として無水シュウ酸(分子量90)を、上記混合物からNMPを除いた固形分100質量部に対して0.03質量部添加した上で遊星方式の分散混合を30分間実施することで、これらの材料を均一に分散させてスラリーを作製した。得られたスラリーを、正極集電体となる厚み20μmのアルミニウム箔の両面上に乾燥後重量が片面あたりの目付量が表1に記載する値となるように塗布した。次いで、125℃にて10分間、電極を加熱し、NMPを蒸発させることにより正極活物質層を形成した。さらに、正極活物質層の空孔率が30%になるようにプレスした。こうして正極集電体の片面上に表1に記載する厚さとなるような正極活物質層を形成した正極を作製した。またこのときの正極片面の単位面積当たりの容量を表1に示す。正極サイズ:280mm×260mm。
<Manufacturing of positive electrode>
Lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide (NCM111) was prepared as the positive electrode active material. Each positive electrode active material had a maximum particle size D max , an average particle size D 50 , and a particle surface area (SSA) as shown in Table 1. A positive electrode active material, carbon black (CB) (TIMCAL, SC65) having a BET specific surface area of 62 m 2 / g as a conductive auxiliary agent, and PVDF (Kureha, # 7200) as a binder resin are used as a positive electrode in terms of solid content mass ratio. The active material: CB: PVDF was mixed in the ratio shown in Table 1 and added to the solvent NMP. Further, oxalic anhydride (molecular weight 90) as an organic water scavenger was added to this mixture in an amount of 0.03 part by mass based on 100 parts by mass of the solid content excluding NMP from the mixture, and then a planetary dispersion mixing was performed. By carrying out for 30 minutes, these materials were uniformly dispersed to prepare a slurry. The obtained slurry was applied onto both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector so that the weight after drying would be the value shown in Table 1 for the weight per side. Then, the electrode was heated at 125 ° C. for 10 minutes to evaporate the NMP to form a positive electrode active material layer. Further, the positive electrode active material layer was pressed so that the pore ratio was 30%. In this way, a positive electrode having a positive electrode active material layer having a thickness shown in Table 1 formed on one surface of the positive electrode current collector was produced. Table 1 shows the capacity per unit area of one side of the positive electrode at this time. Positive electrode size: 280 mm x 260 mm.

<負極の作製>
負極活物質として、天然黒鉛粉末を用いた。この炭素材料粉末と、バインダ樹脂であるスチレンブタジエンラバー(SBR)とカルボキシメチルセルロース(CMC)と、導電助剤としてカーボンブラック粉末(CB)とを、黒鉛粉末:SBR:CMC:CB=95:2:1:2の割合となるように均一に混合し、溶媒である純水に添加してスラリーを作製した。得られたスラリーを、負極集電体となる厚さ10μmの矩形の銅箔の両面上に乾燥後重量が片面あたり3.0mg/cmとなるようにドクターブレード法にて塗布した。次いで、100℃にて乾燥し、負極活物質層の空孔率が35%になるようにプレスした。こうして負極集電体の片面上に、正極片面の単位面積当たりの容量(表1)に対して、1.2倍の容量で対向するように負極活物質層を形成した負極を作製した。負極サイズ:300mm×280mm。
<Manufacturing of negative electrode>
Natural graphite powder was used as the negative electrode active material. This carbon material powder, styrene butadiene rubber (SBR) and carboxymethyl cellulose (CMC) which are binder resins, and carbon black powder (CB) as a conductive auxiliary agent are used as graphite powder: SBR: CMC: CB = 95: 2: The mixture was uniformly mixed so as to have a ratio of 1: 2, and added to pure water as a solvent to prepare a slurry. The obtained slurry was applied on both sides of a rectangular copper foil having a thickness of 10 μm as a negative electrode current collector by a doctor blade method so that the weight after drying would be 3.0 mg / cm 2 per side. Then, it was dried at 100 ° C. and pressed so that the porosity of the negative electrode active material layer was 35%. In this way, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on one side of the negative electrode current collector so as to face the capacity per unit area of one side of the positive electrode (Table 1) with a capacity 1.2 times larger was produced. Negative electrode size: 300 mm x 280 mm.

<セパレータ>
一軸延伸ポリプロピレンからなる厚さ16μm、サイズ320mm×320mmのセパレータを使用した。セパレータの透気度は80秒/100ミリリットル、空孔率は60%である。
<Separator>
A separator having a thickness of 16 μm and a size of 320 mm × 320 mm made of uniaxially stretched polypropylene was used. The air permeability of the separator is 80 seconds / 100 ml, and the porosity is 60%.

<電解液>
エチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)を、30:70(体積比)で混合した混合非水溶媒に電解質塩としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度が1.0mol/Lとなるように溶解させ、次いで、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を1.0重量%となるように溶解させた。この非水混合溶媒を電解液として用いた。
<Electrolytic solution>
Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte salt was added to a mixed non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a ratio of 30:70 (volume ratio) at a concentration of 1.0 mol / L. Then, vinylene carbonate (VC) as an additive was dissolved so as to be 1.0% by weight. This non-aqueous mixed solvent was used as an electrolytic solution.

<リチウムイオン二次電池の作製>
上記のように作製した正極に正極端子を接続するための未塗布部にアルミニウム製の正極リード端子を超音波溶接した。同様に負極端子を接続するための未塗布部にニッケル製の負極リード端子を超音波溶接した。負極/セパレータ/正極の順に、負極と正極との両活物質層がセパレータを隔てて重なるように配置して、最外が負極になるように積層して電極積層体(積層数は正極5枚、負極6枚)を得た。この電極積層体を2枚の外装体(アルミラミネート、厚さ:0.15mm)で包み、長辺の一方を除いて三辺を熱融着により接着した。ここに370マイクロリットルの電解液を注液して真空含浸させた後、減圧下にて開口部を熱融着により封止することによって、積層型リチウムイオン電池を作成した。この積層型リチウムイオン電池の初充電を行った後、45℃でエージングを数日間行い、積層型リチウムイオン二次電池を得た。
<Manufacturing of lithium-ion secondary battery>
An aluminum positive electrode lead terminal was ultrasonically welded to an uncoated portion for connecting the positive electrode terminal to the positive electrode produced as described above. Similarly, a nickel negative electrode lead terminal was ultrasonically welded to the uncoated portion for connecting the negative electrode terminal. The negative electrode / separator / positive electrode are arranged in this order so that the active material layers of the negative electrode and the positive electrode overlap each other with the separator separated from each other, and the outermost electrode is laminated so as to be the negative electrode. , 6 negative electrodes) were obtained. This electrode laminate was wrapped in two exterior bodies (aluminum laminate, thickness: 0.15 mm), and three sides were bonded by heat fusion except for one of the long sides. A laminated lithium-ion battery was produced by injecting 370 microliters of an electrolytic solution into the solution and impregnating it with vacuum, and then sealing the openings by heat fusion under reduced pressure. After the initial charge of this laminated lithium ion battery, it was aged at 45 ° C. for several days to obtain a laminated lithium ion secondary battery.

<初回充放電>
上記の通り作製した積層型リチウムイオン二次電池を用いて初回充放電を行った。初回充放電は、まず雰囲気温度25℃で、10mA電流、上限電圧4.2Vでの定電流定電圧(CC−CV)充電を行い、その後、45℃で数日間エージングを行った。その後、2.5Vまで20mA電流での定電流放電を行った。
<First charge / discharge>
The first charge / discharge was performed using the laminated lithium ion secondary battery prepared as described above. For the first charge and discharge, first, constant current constant voltage (CC-CV) charging was performed at an atmospheric temperature of 25 ° C., a 10 mA current, and an upper limit voltage of 4.2 V, and then aging was performed at 45 ° C. for several days. After that, constant current discharge was performed at a current of 20 mA up to 2.5 V.

<リチウムイオン二次電池素子の評価:初期出力特性>
作成したリチウムイオン電池を3.7Vまで充電した。44mA/cmの電流量で放電を開始し、10秒間経過後の電池電圧を測定した。なお放電開始から10秒間経過後に電池電圧が3V未満であるもの、あるいは10秒間放電できないものは不良と評価する。
<Evaluation of lithium-ion secondary battery element: Initial output characteristics>
The created lithium-ion battery was charged to 3.7V. Discharge was started at a current amount of 44 mA / cm 2 , and the battery voltage was measured after 10 seconds had elapsed. If the battery voltage is less than 3V 10 seconds after the start of discharging, or if the battery cannot be discharged for 10 seconds, it is evaluated as defective.

<リチウムイオン二次電池素子の評価:高温保存試験>
上記の通り初回充放電を実施した積層型リチウムイオン二次電池をSOC60%で45℃で保存した。16週間経過後、電池の抵抗を測定した。保存前の電池抵抗と比較して、どの程度抵抗が上昇しているかを計算した。ただし上記「初期出力特性」で不良と評価した比較例についてはこの高温保存試験を実施していない。
<Evaluation of lithium-ion secondary battery element: high temperature storage test>
As described above, the laminated lithium ion secondary battery subjected to the initial charge / discharge was stored at 45 ° C. at SOC 60%. After 16 weeks, the resistance of the battery was measured. It was calculated how much the resistance increased compared to the battery resistance before storage. However, this high temperature storage test has not been carried out for the comparative example evaluated as defective in the above "initial output characteristics".

Figure 0006989322
Figure 0006989322

平均粒径D50、最大粒径Dmax、および正極活物質層厚さLの関係が、本発明の範囲を満たす正極を用いたリチウムイオン二次電池は、高密度電流による充放電を行っても優れた初期出力特性を示す。高温保存試験で測定された抵抗上昇率は、端的には発電素子の膨張率を表す。抵抗が大きく上昇している電池は、電池(特に電極)が膨張し、電極間の距離が長くなっていることを意味する。本発明の正極は、特に実施例2〜6の仕様は充放電による膨張が起こりにくいことが見て取れるが、これは、正極全体からほぼ均一にリチウムイオンを挿脱しており、電池全体にわたってリチウムイオンを均一に拡散しているからであると考えられる。 A lithium ion secondary battery using a positive electrode in which the relationship between the average particle size D 50 , the maximum particle size D max , and the positive electrode active material layer thickness L satisfies the range of the present invention is charged and discharged by a high-density current. Also shows excellent initial output characteristics. The coefficient of increase in resistance measured in the high temperature storage test simply represents the coefficient of expansion of the power generation element. A battery with a large increase in resistance means that the battery (particularly the electrodes) has expanded and the distance between the electrodes has increased. It can be seen that the positive electrode of the present invention is unlikely to expand due to charge / discharge, especially in the specifications of Examples 2 to 6, but this is because lithium ions are inserted and removed almost uniformly from the entire positive electrode, and lithium ions are emitted throughout the battery. It is considered that this is because it is uniformly diffused.

以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例は本発明の実施形態の一例を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を特定の実施形態あるいは具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are merely examples of the embodiments of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to a specific embodiment or a specific configuration. No.

1 リチウムイオン二次電池用正極
10 リチウムイオン二次電池
11 負極集電体
12 正極集電体
13 負極活物質層
15 正極活物質層
151 正極活物質
1501 セパレータの拡散律速の影響を受けないゾーン
1502 セパレータの拡散律速の影響を受けるゾーン
17 セパレータ
4 リチウムイオンの流れ
25 負極リード
27 正極リード
29 外装体
31 電解液
1 Positive electrode for lithium ion secondary battery 10 Lithium ion secondary battery 11 Negative electrode current collector 12 Positive electrode current collector 13 Negative electrode active material layer 15 Positive electrode active material layer 151 Positive electrode active material layer 151 Positive electrode active material 1501 Zone 1502 that is not affected by the diffusion rate control of the separator Zone affected by the diffusion rate control of the separator 17 Separator 4 Lithium ion flow 25 Negative electrode lead 27 Positive electrode lead 29 Exterior 31 Electrolyte

Claims (4)

正極集電体の少なくとも一面に正極活物質を含む正極活物質層が設けられたリチウムイオン二次電池用正極であって、
該正極活物質が、一般式Li Ni Co Mn (1.0−y−z) (式中、1.0≦x≦1.2であり、yおよびzはy+z<1.0を満たす正の数である。)で表される層状結晶構造を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物であり、
該正極活物質の平均粒径D50と、該正極活物質の最大粒径Dmaxと、該正極活物質層厚さLとが、以下の式:
[数1]
5×D50≦L (1)
max/D50≦3.5 (2)
を共に満たす、前記リチウムイオン二次電池用正極。
A positive electrode for a lithium ion secondary battery in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is provided on at least one surface of a positive electrode current collector.
Positive electrode active material is, in the general formula Li x Ni y Co z Mn ( 1.0-y-z) O 2 ( wherein, is 1.0 ≦ x ≦ 1.2, y and z y + z <1. It is a lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide having a layered crystal structure represented by (a positive number satisfying 0).
The average particle size D 50 of the positive electrode active material, the maximum particle size D max of the positive electrode active material, and the thickness L of the positive electrode active material layer are as follows.
[Number 1]
5 × D 50 ≦ L (1)
D max / D 50 ≤ 3.5 (2)
The positive electrode for a lithium ion secondary battery that satisfies both of the above.
該正極活物質の平均粒径D50が、2マイクロメートルより大きく、5マイクロメートル以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極。 The average particle diameter D 50 of the positive electrode active material, 2 larger than micrometers, 5 micrometers or less, the positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1. 該正極活物質層が、該正極活物質層の質量を基準として4〜6%のバインダを含む、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用正極。The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the positive electrode active material layer contains 4 to 6% of a binder based on the mass of the positive electrode active material layer. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、
負極集電体の少なくとも一面に負極活物質を含む負極活物質層が設けられたリチウムイオン二次電池用負極と、
セパレータと、
電解液と、
を含む発電要素を、外装体内部に含む、リチウムイオン二次電池。
The positive electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
A negative electrode for a lithium ion secondary battery in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is provided on at least one surface of the negative electrode current collector, and a negative electrode.
Separator and
With the electrolyte
A lithium-ion secondary battery that contains a power generation element including the inside of the exterior body.
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