JP6989430B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP6989430B2
JP6989430B2 JP2018063227A JP2018063227A JP6989430B2 JP 6989430 B2 JP6989430 B2 JP 6989430B2 JP 2018063227 A JP2018063227 A JP 2018063227A JP 2018063227 A JP2018063227 A JP 2018063227A JP 6989430 B2 JP6989430 B2 JP 6989430B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
secondary battery
ion secondary
lithium ion
active material
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
JP2018063227A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019175712A (en
Inventor
英和 山本
賢一 川瀬
淳 西本
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.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
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 Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Priority to JP2018063227A priority Critical patent/JP6989430B2/en
Priority to KR1020190014090A priority patent/KR20190113541A/en
Publication of JP2019175712A publication Critical patent/JP2019175712A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6989430B2 publication Critical patent/JP6989430B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0567Liquid materials characterised by the additives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • 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.

リチウムイオン(lithium ion)二次電池等の非水電解質二次電池は、ノート型パソコン(note PC)又は携帯電話などのポータブル(portable)機器の電源として広く用いられている。また、リチウムイオン二次電池は、これらの用途に加え、電気自動車又はハイブリッド(hybrid)自動車等のxEV向けの電源としても注目されている。このため、近年、リチウムイオン二次電池の需要は、さらに活発に伸長するものと考えられる。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are widely used as a power source for portable devices such as notebook personal computers (note PCs) and mobile phones. In addition to these applications, lithium-ion secondary batteries are also attracting attention as a power source for xEVs such as electric vehicles and hybrid vehicles. Therefore, in recent years, the demand for lithium-ion secondary batteries is expected to grow even more actively.

ここで、xEV向けのリチウムイオン二次電池は、従来のガソリンエンジン(gasoline engine)車と同等の性能を確保するために、高容量及び長寿命が求められる。また、xEV向けのリチウムイオン二次電池では、ガソリンエンジン車の給油時間と同等の時間内に充電を完了するための急速充電特性(すなわち、高レートでの充放電特性)も強く求められている。 Here, the lithium ion secondary battery for xEV is required to have a high capacity and a long life in order to secure the same performance as a conventional gasoline engine (gasoline engine) vehicle. Further, in the lithium ion secondary battery for xEV, there is a strong demand for quick charging characteristics (that is, charging / discharging characteristics at a high rate) for completing charging within a time equivalent to the refueling time of a gasoline engine vehicle. ..

従来、下記の特許文献1〜3に開示されるように、特定の添加剤を電解液に含有させることで、リチウムイオン二次電池の充放電特性を改善する技術が知られている。 Conventionally, as disclosed in Patent Documents 1 to 3 below, there is known a technique for improving the charge / discharge characteristics of a lithium ion secondary battery by containing a specific additive in an electrolytic solution.

特開1998−189042号公報JP-A-1998-189042 特開2013−101968号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-101968 特開2013−229307号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-229307

ここで、近年のリチウムイオン二次電池の高容量化に伴い、黒鉛活物質を含む負極の充填密度はより高くなっている。また、充填密度を高くすることで低下しやすい急速充放電特性(すなわち、高レートでの充放電特性)を改善するために、負極に含まれる黒鉛活物質の結晶構造をより厳密に制御することが検討されている。 Here, as the capacity of the lithium ion secondary battery has increased in recent years, the packing density of the negative electrode containing the graphite active material has become higher. Further, in order to improve the rapid charge / discharge characteristics (that is, the charge / discharge characteristics at a high rate) that tend to decrease by increasing the filling density, the crystal structure of the graphite active material contained in the negative electrode should be controlled more strictly. Is being considered.

しかしながら、このように厳密に結晶構造が制御された黒鉛活物質と、上記の特許文献1〜3に記載されるような添加剤が負極表面に形成するSEI(Solid Electrolyte Interface)膜との相互作用については、従来、詳細な検討がされていなかった。そのため、負極に含まれる黒鉛活物質の結晶構造と、負極表面の状態とをより詳細に検討することにより、新たな知見を得られる可能性がある。 However, the interaction between the graphite active material whose crystal structure is strictly controlled in this way and the SEI (Solid Electrolyte Interface) film formed on the surface of the negative electrode by the additives as described in Patent Documents 1 to 3 above. Has not been examined in detail in the past. Therefore, new findings may be obtained by examining the crystal structure of the graphite active material contained in the negative electrode and the state of the surface of the negative electrode in more detail.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高レートにおける充放電特性を向上させることが可能な、新規かつ改良されたリチウムイオン二次電池を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is a new and improved lithium ion secondary battery capable of improving charge / discharge characteristics at a high rate. Is to provide.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、黒鉛活物質を含む負極を備え、前記負極のC(004)/C(110)で表される配向が20以下であり、かつ前記黒鉛活物質の粒子内空隙率は5%以上であり、前記負極の表面には、SO結合を構成する硫黄原子が存在する、リチウムイオン二次電池が提供される。 In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, a negative electrode containing a graphite active material is provided, and the orientation of the negative electrode represented by C (004) / C (110) is 20 or less, and the intraparticle porosity of the graphite active material is 5% or more, wherein the negative electrode surface, the presence of sulfur atom constituting the SO 4 binding is provided a lithium ion secondary battery.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池において、高レートでの充放電特性を向上させることができる。 According to this viewpoint, the charge / discharge characteristics at a high rate can be improved in the lithium ion secondary battery.

前記黒鉛活物質を含む負極合剤の厚みは、50μm以上であってもよい。 The thickness of the negative electrode mixture containing the graphite active material may be 50 μm or more.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池をより高容量化することができる。 According to this viewpoint, the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased.

前記黒鉛活物質を含む負極合剤の厚みは、60μm以上であってもよい。 The thickness of the negative electrode mixture containing the graphite active material may be 60 μm or more.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池をより高容量化することができる。 According to this viewpoint, the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased.

前記負極のC(004)/C(110)で示される配向は8以下であってもよい。 The orientation of the negative electrode represented by C (004) / C (110) may be 8 or less.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池において、高レートでの充放電特性をさらに向上させることができる。 According to this viewpoint, in the lithium ion secondary battery, the charge / discharge characteristics at a high rate can be further improved.

前記黒鉛活物質の粒子内空隙率は8%以上であってもよい。 The void ratio in the particles of the graphite active material may be 8% or more.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池において、高レートでの充放電特性をさらに向上させることができる。 According to this viewpoint, in the lithium ion secondary battery, the charge / discharge characteristics at a high rate can be further improved.

前記負極の表面における前記硫黄原子の存在割合は、1原子%以上であってもよい。 The abundance ratio of the sulfur atom on the surface of the negative electrode may be 1 atom% or more.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池において、高レートでの充放電特性をさらに向上させることができる。 According to this viewpoint, in the lithium ion secondary battery, the charge / discharge characteristics at a high rate can be further improved.

前記黒鉛活物質を含む負極合剤の充填密度は、1.5g/cm以上であってもよい。 The packing density of the negative electrode mixture containing the graphite active material may be 1.5 g / cm 3 or more.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池をより高容量化することができる。 According to this viewpoint, the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased.

前記リチウムイオン二次電池は、1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシドを含有する電解液をさらに備えてもよい。 The lithium ion secondary battery may further include an electrolytic solution containing 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide.

本観点によれば、リチウムイオン二次電池において、高レートでの充放電特性をさらに向上させることができる。 According to this viewpoint, in the lithium ion secondary battery, the charge / discharge characteristics at a high rate can be further improved.

以上説明したように本発明によれば、高レートにおける充放電特性が向上したリチウムイオン二次電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having improved charge / discharge characteristics at a high rate.

リチウムイオン二次電池の構成を概略的に示す側断面図である。It is a side sectional view schematically showing the structure of a lithium ion secondary battery.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

<1.リチウムイオン二次電池の構成>
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池10の構成について説明する。図1は、リチウムイオン二次電池の構成を概略的に示す側断面図である。
<1. Lithium-ion secondary battery configuration>
First, with reference to FIG. 1, the configuration of the lithium ion secondary battery 10 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a side sectional view schematically showing the configuration of a lithium ion secondary battery.

図1に示すように、リチウムイオン二次電池10は、正極20と、負極30と、セパレータ40と、電解液とを備える。なお、リチウムイオン二次電池10の形態は、特に限定されない。即ち、リチウムイオン二次電池10は、円筒形、角形、ラミネート(laminate)形又はボタン(button)形等のいずれの形態であってもよい。 As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 10 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, a separator 40, and an electrolytic solution. The form of the lithium ion secondary battery 10 is not particularly limited. That is, the lithium ion secondary battery 10 may be in any form such as a cylindrical shape, a square shape, a laminate type, or a button type.

(正極20)
正極20は、集電体21と、正極活物質層22とを備える。集電体21は、導電体であればどのようなものでも良い。集電体21は、例えば、アルミニウム(aluminium)、ステンレス(stainless)鋼、又はニッケルメッキ(nickel coated)鋼等で構成されてもよい。
(Positive electrode 20)
The positive electrode 20 includes a current collector 21 and a positive electrode active material layer 22. The current collector 21 may be any conductor as long as it is a conductor. The current collector 21 may be made of, for example, aluminum, stainless steel, nickel-coated steel, or the like.

正極活物質層22は、少なくとも正極活物質を含み、導電剤と、バインダとをさらに含んでもよい。なお、正極活物質、導電剤及びバインダの含有量の比率は、特に制限されず、一般的なリチウムイオン二次電池にて用いられる含有量の比率を使用することが可能である。 The positive electrode active material layer 22 contains at least the positive electrode active material, and may further contain a conductive agent and a binder. The ratio of the contents of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is not particularly limited, and the ratio of the contents used in a general lithium ion secondary battery can be used.

正極活物質は、例えばリチウムを含む固溶体酸化物である。ただし、正極活物質は、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質であれば特に制限されない。固溶体酸化物は、例えば、LiMnCoNi(1.150≦a≦1.430、0.45≦x≦0.6、0.10≦y≦0.15、0.20≦z≦0.28)、LiMnCoNi(0.3≦x≦0.85、0.10≦y≦0.3、0.10≦z≦0.3)、又はLiMn1.5Ni0.5などであってもよい。 The positive electrode active material is, for example, a solid solution oxide containing lithium. However, the positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a substance that can electrochemically occlude and release lithium ions. Solid solution oxides, for example, Li a Mn x Co y Ni z O 2 (1.150 ≦ a ≦ 1.430,0.45 ≦ x ≦ 0.6,0.10 ≦ y ≦ 0.15,0. 20 ≦ z ≦ 0.28), LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3 ≦ x ≦ 0.85,0.10 ≦ y ≦ 0.3,0.10 ≦ z ≦ 0.3), or It may be LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 or the like.

導電剤は、例えば、ケッチェンブラック(ketjen black)若しくはアセチレンブラック(acetylene black)等のカーボンブラック(carbon black)、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ(carbon nanotubes)、グラフェン(graphene)若しくはカーボンナノファイバ(carbon nanofibers)等の繊維状炭素、又はこれら繊維状炭素とカーボンブラック(carbon black)との複合体等を用いることができる。ただし、導電剤は、正極の導電性を高めるためのものであれば特に制限されない。 The conductive agent is, for example, carbon black such as ketjen black or acetylene black, natural graphite, artificial graphite, carbon nanotubes, graphene or carbon nanofibers. Fibrous carbon such as (carbon nanofibers), or a composite of these fibrous carbon and carbon black (carbon black) or the like can be used. However, the conductive agent is not particularly limited as long as it is for increasing the conductivity of the positive electrode.

バインダは、例えばポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride)、エチレンプロピレンジエン(ethylene−propylene−diene)三元共重合体、スチレンブタジエンゴム(Styrene−butadiene rubber)、アクリロニトリルブタジエンゴム(acrylonitrile−butadiene rubber)、フッ素ゴム(fluororubber)、ポリ酢酸ビニル(polyvinyl acetate)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate)、ポリエチレン(polyethylene)、又はニトロセルロース(cellulose nitrate)等である。ただし、バインダは、正極活物質及び導電剤を集電体21上に結着させることができるものであれば、特に制限されない。 The binder is, for example, polyvinylidene fluoride, ethylene propylene diene (ethylene-polyethylene-diene) ternary copolymer, styrene butadiene rubber (Stylene-butadiene rubber), acrylonitrile butadiene rubber (acrylloburi). (Fluororubber), polyvinyl acetate, polymethylmethacrylate, polyethylene, nitrocellulose, and the like. However, the binder is not particularly limited as long as it can bind the positive electrode active material and the conductive agent onto the current collector 21.

(負極30)
負極30は、集電体31と、負極活物質層32とを含む。集電体31は、導電体であればどのようなものでも良い。集電体31は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス鋼又はニッケルメッキ鋼等であってもよい。
(Negative electrode 30)
The negative electrode 30 includes a current collector 31 and a negative electrode active material layer 32. The current collector 31 may be any conductor. The current collector 31 may be, for example, copper, a copper alloy, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, or the like.

負極活物質層32は、少なくとも負極活物質を含み、導電剤と、バインダとをさらに含んでいてもよい。なお、負極活物質、導電剤及びバインダの含有量の比率は、特に制限されず、一般的なリチウムイオン二次電池にて用いられる含有量の比率を使用することが可能である。 The negative electrode active material layer 32 contains at least the negative electrode active material, and may further contain a conductive agent and a binder. The ratio of the contents of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is not particularly limited, and the ratio of the contents used in a general lithium ion secondary battery can be used.

負極活物質は、少なくとも黒鉛活物質を含む。黒鉛活物質は、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、又は人造黒鉛で被覆した天然黒鉛などであってもよい。また、負極活物質は、黒鉛活物質に加えて、ケイ素(Si)若しくはスズ(Sn)系活物質、又は酸化チタン(TiO)系活物質等を含んでもよい。ケイ素若しくはスズ系活物質は、例えば、ケイ素若しくはスズの微粒子、ケイ素若しくはスズの酸化物の微粒子、又はケイ素若しくはスズの合金などであり、酸化チタン系活物質は、例えば、LiTi12等である。 The negative electrode active material contains at least a graphite active material. The graphite active material may be, for example, artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, or natural graphite coated with artificial graphite. Further, the negative electrode active material may contain a silicon (Si) or tin (Sn) -based active material, a titanium oxide (TiO x ) -based active material, or the like, in addition to the graphite active material. The silicon or tin-based active material is, for example, fine particles of silicon or tin, fine particles of an oxide of silicon or tin, or an alloy of silicon or tin, and the titanium oxide-based active material is, for example, Li 4 Ti 5 O 12. And so on.

導電剤は、正極活物質層22で用いた導電剤と同様のものが使用可能である。 As the conductive agent, the same conductive agent as that used in the positive electrode active material layer 22 can be used.

バインダは、例えば、スチレンブタジエンゴム(Styrene−Butadiene Rubber:SBR)などを用いることができる。ただし、バインダは、負極活物質及び導電剤を集電体31上に結着させることができるものであれば、特に制限されない。 As the binder, for example, styrene-butadiene rubber (Stylene-Butagene Rubber: SBR) or the like can be used. However, the binder is not particularly limited as long as it can bind the negative electrode active material and the conductive agent onto the current collector 31.

本実施形態に係る負極30は、負極活物質として黒鉛活物質を含み、黒鉛の(004)面のX線回折ピーク強度と、黒鉛の(110)面のX線回折ピーク強度との比C(004)/C(110)が20以下、好ましくは8以下となる。ここで、C(004)/C(110)で表されるX線回折ピーク強度の比は、黒鉛の結晶の配向の程度を示す。C(004)/C(110)の値が大きい程、黒鉛の層が測定面に対して、より平行に配向していることを示す。 The negative electrode 30 according to the present embodiment contains a graphite active material as the negative electrode active material, and the ratio C (ratio) of the X-ray diffraction peak intensity of the (004) plane of graphite to the X-ray diffraction peak intensity of the (110) plane of graphite ( 004) / C (110) is 20 or less, preferably 8 or less. Here, the ratio of the X-ray diffraction peak intensities represented by C (004) / C (110) indicates the degree of orientation of the graphite crystals. The larger the value of C (004) / C (110), the more parallel the graphite layer is to the measurement plane.

黒鉛の層の配向性が高い場合、黒鉛の層は、より規則的により隙間なく積層されることになるため、リチウムイオンが黒鉛の結晶構造の内部に挿入又は脱離されにくくなる。このため、C(004)/C(110)で表されるX線回折ピーク強度の比が大きくなる程、特に高レートにおける充放電特性が低下してしまう。したがって、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、負極30のX線回折ピーク強度の比C(004)/C(110)を20以下に制限し、好ましくは8以下に制限する。なお、負極30のX線回折ピーク強度の比C(004)/C(110)の下限値は、特に限定されないが、黒鉛の結晶構造上、下限値は、例えば7としてもよい。 When the graphite layer is highly oriented, the graphite layers are more regularly and more tightly laminated, making it difficult for lithium ions to be inserted or removed from inside the graphite crystal structure. Therefore, the larger the ratio of the X-ray diffraction peak intensities represented by C (004) / C (110), the lower the charge / discharge characteristics, especially at high rates. Therefore, in the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment, the ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode 30 is limited to 20 or less, preferably 8 or less. The lower limit of the ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode 30 is not particularly limited, but the lower limit may be, for example, 7 due to the crystal structure of graphite.

なお、上述した負極30のX線回折ピーク強度の比C(004)/C(110)は、リチウムイオン二次電池10の初期充放電後の満充電時の測定値であり、負極30の作製時の測定値ではない。負極30に含まれる黒鉛活物質は、リチウムイオンの吸蔵又は放出によって結晶構造が変化し得る。そのため、上記の初期充放電後の満充電時に測定したC(004)/C(110)の値は、例えば、負極30の作製時に測定した値と直接比較はできないことに留意する必要がある。 The ratio C (004) / C (110) of the X-ray diffraction peak intensity of the negative electrode 30 described above is a measured value at the time of full charge after the initial charge / discharge of the lithium ion secondary battery 10, and the negative electrode 30 is manufactured. Not a measured value at the time. The crystal structure of the graphite active material contained in the negative electrode 30 may change due to occlusion or release of lithium ions. Therefore, it should be noted that the value of C (004) / C (110) measured at the time of full charge after the initial charge / discharge cannot be directly compared with the value measured at the time of manufacturing the negative electrode 30, for example.

本実施形態に係る負極30では、含有される黒鉛活物質の粒子内空隙率が5%以上であり、好ましくは8%以上である。上述したように、本実施形態に係る負極30は、含有する黒鉛活物質の配向を低く制御することで、黒鉛活物質の内部にリチウムイオンを挿入容易な空隙を設けるものである。特に、本実施形態に係る負極30は、黒鉛活物質の粒子間の空隙ではなく、黒鉛活物質の粒子内の空隙をより多く設けることで、高レートでの充放電を繰り返した場合でもリチウムイオン二次電池10の容量低下を抑制することができる。これは、黒鉛活物質の粒子間の空隙は、充放電に伴う黒鉛活物質の膨張又は収縮に起因する粒子間の滑りによって潰れやすい一方で、粒子内の空隙は、潰れにくいためであると考えられる。したがって、黒鉛活物質の粒子内空隙率が5%未満である場合、高レートでの充放電特性が低下するため好ましくない。なお、黒鉛活物質の粒子内空隙率の上限値は、特に限定されないが、黒鉛活物質の結晶構造上、上限値は、例えば20%としてもよい。 In the negative electrode 30 according to the present embodiment, the void ratio in the particles of the graphite active material contained is 5% or more, preferably 8% or more. As described above, the negative electrode 30 according to the present embodiment is provided with voids in which lithium ions can be easily inserted inside the graphite active material by controlling the orientation of the graphite active material contained therein to be low. In particular, the negative electrode 30 according to the present embodiment is provided with more voids in the particles of the graphite active material instead of voids between the particles of the graphite active material, so that lithium ions are formed even when charging and discharging at a high rate are repeated. It is possible to suppress a decrease in the capacity of the secondary battery 10. It is considered that this is because the voids between the particles of the graphite active material are easily crushed by the slip between the particles due to the expansion or contraction of the graphite active material due to charge and discharge, while the voids in the particles are not easily crushed. Be done. Therefore, when the void ratio in the particles of the graphite active material is less than 5%, the charge / discharge characteristics at a high rate are deteriorated, which is not preferable. The upper limit of the void ratio in the particles of the graphite active material is not particularly limited, but the upper limit may be, for example, 20% due to the crystal structure of the graphite active material.

黒鉛活物質の粒子内空隙率は、例えば、初期充電後に満充電したリチウムイオン二次電池10を解体して負極30を取り出し、取り出した負極30の負極合剤の断面をSEM(Scanning Electron Microscope)等で観察した画像を画像解析することで算出することができる。具体的には、黒鉛活物質の粒子内空隙率は、SEM画像にて観察される黒鉛活物質の粒子内の中空領域の断面積を、粒子内の中実領域の断面積で除算することで、算出することができる。 For the void ratio in the particles of the graphite active material, for example, the lithium ion secondary battery 10 fully charged after the initial charge is disassembled, the negative electrode 30 is taken out, and the cross section of the negative electrode mixture of the taken out negative electrode 30 is SEM (Scanning Electron Microscope). It can be calculated by analyzing the image observed in the above. Specifically, the in-particle void ratio of the graphite active material is obtained by dividing the cross-sectional area of the hollow region in the particles of the graphite active material observed in the SEM image by the cross-sectional area of the solid region in the particles. , Can be calculated.

負極30上の負極合剤の厚みは、50μm以上が好ましく、60μm以上がより好ましい。負極合剤の厚みを上述した範囲とすることによって、リチウムイオン二次電池10は、さらなる高容量を実現することができる。 The thickness of the negative electrode mixture on the negative electrode 30 is preferably 50 μm or more, more preferably 60 μm or more. By setting the thickness of the negative electrode mixture within the above range, the lithium ion secondary battery 10 can realize a higher capacity.

ただし、負極合剤の厚みを増大させた場合、リチウムイオン二次電池10の容量を増大させることができるものの、一方で、正極20、負極30及びセパレータ40を積層及び巻回して電極構造体を形成することが困難になる可能性がある。そのため、負極30上の負極合剤の厚みの上限値は、例えば、150μmとしてもよい。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、負極合剤の厚みを電極構造体の形成が困難にならない程度にしつつ、黒鉛活物質の配向及び粒子内空隙率を上記範囲に制御することによって、高容量と、高レートでの充放電特性とを両立させることができる。なお、上述した負極合剤の厚みは、負極30の片面当たりの厚みである。すなわち、上述した負極合剤の厚みは、集電体31の両面に負極活物質層32が設けられる場合には両面の負極活物質層32の合計値であり、集電体31の片面のみに負極活物質層32が設けられる場合には片面の負極活物質層32のみの値である。 However, when the thickness of the negative electrode mixture is increased, the capacity of the lithium ion secondary battery 10 can be increased, but on the other hand, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 40 are laminated and wound to form an electrode structure. It can be difficult to form. Therefore, the upper limit of the thickness of the negative electrode mixture on the negative electrode 30 may be, for example, 150 μm. In the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment, the orientation of the graphite active material and the void ratio in the particles are controlled within the above ranges while keeping the thickness of the negative electrode mixture to such that the formation of the electrode structure is not difficult. It is possible to achieve both high capacity and charge / discharge characteristics at a high rate. The thickness of the negative electrode mixture described above is the thickness per one side of the negative electrode 30. That is, the thickness of the above-mentioned negative electrode mixture is the total value of the negative electrode active material layers 32 on both sides when the negative electrode active material layers 32 are provided on both sides of the current collector 31, and is only on one side of the current collector 31. When the negative electrode active material layer 32 is provided, the value is only for the negative electrode active material layer 32 on one side.

負極30上の負極合剤の充填密度は、1.5g/cm以上が好ましい。黒鉛活物質を含む負極合剤の充填密度を上述した範囲とすることによって、リチウムイオン二次電池10は、さらなる高容量を実現することができる。ただし、負極合剤の充填密度を高めた場合、リチウムイオン二次電池10の容量を増大させることができるものの、一方で、リチウムイオン二次電池10の充放電特性が低下する可能性がある。しかしながら、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、黒鉛活物質の配向及び粒子内空隙率を制御することによって、高レートでの充放電特性を確保することができるため、負極合剤の充填密度を高めることが可能となる。これによれば、リチウムイオン二次電池10は、高容量と、高レートでの充放電特性とを両立させることができる。なお、黒鉛活物質の負極合剤の充填密度の上限値は、特に限定されないが、例えば、1.8g/cmとしてもよい。 The filling density of the negative electrode mixture on the negative electrode 30 is preferably 1.5 g / cm 3 or more. By setting the packing density of the negative electrode mixture containing the graphite active material within the above range, the lithium ion secondary battery 10 can realize a higher capacity. However, when the filling density of the negative electrode mixture is increased, the capacity of the lithium ion secondary battery 10 can be increased, but on the other hand, the charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery 10 may deteriorate. However, in the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment, the charge / discharge characteristics at a high rate can be ensured by controlling the orientation of the graphite active material and the void ratio in the particles. It is possible to increase the filling density. According to this, the lithium ion secondary battery 10 can achieve both high capacity and charge / discharge characteristics at a high rate. The upper limit of the packing density of the negative electrode mixture of the graphite active material is not particularly limited, but may be , for example, 1.8 g / cm 3.

さらに、本実施形態に係る負極30は、表面にSEI膜が形成され、SEI膜には、SO結合単位を構成する硫黄原子が含まれる。SEI膜は、初期充放電時に、負極30の表面で電解液が分解されることによって形成される極薄膜である。具体的には、SEI膜は、負極30を含浸する電解液及び該電解液の添加剤の分解物等によって形成される極薄膜である。SEI膜は、リチウムイオンが負極30中に挿入又は脱離することを支援する役割を果たしつつ、負極30上でのさらなる電解液の分解反応を抑制することができる。 Furthermore, the negative electrode 30 according to this embodiment, the SEI layer is formed on the surface, the SEI film, include sulfur atoms constituting the SO 4 binding units. The SEI film is an ultrathin film formed by decomposing the electrolytic solution on the surface of the negative electrode 30 at the time of initial charge / discharge. Specifically, the SEI film is an ultrathin film formed by an electrolytic solution impregnating the negative electrode 30 and a decomposition product of an additive of the electrolytic solution. The SEI film can suppress further decomposition reaction of the electrolytic solution on the negative electrode 30 while playing a role of supporting the insertion or desorption of lithium ions into the negative electrode 30.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、負極30のSEI膜にSO結合単位を構成する硫黄原子が含まれることによって、SOとリチウムイオンとの静電気的相互作用によって、負極30の近傍のリチウムイオン濃度を高くすることができる。これにより、負極30からのリチウムイオンの挿入又は脱離を容易にすることができるため、リチウムイオン二次電池10の高レートでの充放電特性を向上させることができる。 In the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment, by the inclusion of sulfur atom constituting the SO 4 binding units SEI film of the negative electrode 30, the electrostatic interaction between the SO 4 and the lithium ion, the negative electrode 30 The concentration of lithium ions in the vicinity can be increased. This makes it possible to facilitate the insertion or desorption of lithium ions from the negative electrode 30, so that the charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery 10 at a high rate can be improved.

ただし、上述したSEI膜にSO結合単位を構成する硫黄原子を含有させることは、黒鉛活物質のC(004)/C(110)で示す配向が高い場合には、効果が低くなってしまう。これは、黒鉛活物質にリチウムイオンを挿入可能な空隙が少なければ、負極30の表面のリチウムイオン濃度を高めたとしても、黒鉛活物質へのリチウムイオンの挿入は促進されないためであると考えられる。一方で、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10のように、黒鉛活物質のC(004)/C(110)で示す配向が低い場合には、SEI膜にSO結合単位を構成する硫黄原子を含有させることは、より高い効果を発揮することが可能である。 However, the inclusion of sulfur atom constituting the SO 4 binding unit in SEI film described above, when the orientation indicated by the graphite active material C (004) / C (110 ) is high, the effect becomes low .. It is considered that this is because if there are few voids in which lithium ions can be inserted into the graphite active material, even if the lithium ion concentration on the surface of the negative electrode 30 is increased, the insertion of lithium ions into the graphite active material is not promoted. .. On the other hand, as the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment, when the orientation indicated by the graphite active material C (004) / C (110 ) is low, constituting SO 4 binding units SEI film It is possible to exert a higher effect by containing a sulfur atom.

なお、SO結合単位を構成する硫黄原子のSEI膜における存在割合は、1原子%以上であることが好ましい。このような場合、負極表面のSEI膜に、リチウムイオンを引き寄せるSOをより多く存在させることができるため、リチウムイオン二次電池10の高レートでの充放電特性をさらに向上させることができる。SEI膜における硫黄原子の存在割合の上限値は、特に限定されないが、例えば、10原子%であってもよい。 Incidentally, the existing ratio of the SEI film of the sulfur atom constituting the SO 4 binding units is preferably 1 atomic% or more. In such a case, since a larger amount of SO 4 that attracts lithium ions can be present in the SEI film on the surface of the negative electrode, the charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery 10 at a high rate can be further improved. The upper limit of the abundance ratio of sulfur atoms in the SEI film is not particularly limited, but may be, for example, 10 atom%.

(セパレータ40)
セパレータ40は、リチウムイオン二次電池のセパレータとして使用されるものであれば、特に制限されず使用することが可能である。セパレータは、優れた高率放電性能を示す多孔膜又は不織布等を、単独若しくは併用して用いることが好ましい。セパレータを構成する樹脂は、例えばポリエチレン(polyethylene),ポリプロピレン(polypropylene)等に代表されるポリオレフィン(polyolefin)系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate),ポリブチレンテレフタレート(polybutylene terephthalate)等に代表されるポリエステル(Polyester)系樹脂、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン(VDF)−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル(par fluorovinyl ether)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(trifluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン(fluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン(hexafluoroacetone)共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン(ethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン(propylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン(trifluoro propylene)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)−ヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropylene)共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン(ethylene)−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)共重合体等であってもよい。
(Separator 40)
The separator 40 can be used without particular limitation as long as it is used as a separator for a lithium ion secondary battery. As the separator, it is preferable to use a porous membrane or a non-woven fabric showing excellent high rate discharge performance alone or in combination. The resin constituting the separator is, for example, a polyolefin-based resin typified by polyethylene, polymer, or the like, a polyethylene terephthalate, a polybutylene terephthalate, or the like. Polymer) -based resin, polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride (VDF) -hexafluoropropylene (HFP) copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetra Fluoroethylene polymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene polymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetonee copolymer, Vinylidene fluoride-ethylene (ethylene) polymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene- Hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene-tetrafluoroethylene copolymer and the like may be used.

(電解液)
電解液は、リチウムイオン二次電池の電解液として用いられるものであれば、特に限定されず使用することが可能である。電解液は、非水溶媒に電解質塩を含有させた組成を有する。
(Electrolytic solution)
The electrolytic solution is not particularly limited as long as it is used as an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. The electrolytic solution has a composition in which an electrolyte salt is contained in a non-aqueous solvent.

非水溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート(propylene carbonate)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate)、ブチレンカーボネート(ethylene carbonate)、クロロエチレンカーボネート(chloroethylene carbonate)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate)等の環状炭酸エステル(ester)類;γ−ブチロラクトン(butyrolactone)、γ−バレロラクトン(valerolactone)等の環状エステル類;ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate)、ジエチルカーボネート(diethyl carbonate)、エチルメチルカーボネート(ethyl methyl carbonate)等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル(methyl formate)、酢酸メチル(methyl acetate)、酪酸メチル(butyric acid methyl)等の鎖状エステル類;テトラヒドロフラン(Tetrahydrofuran)又はその誘導体;1,3−ジオキサン(dioxane)、1,4−ジオキサン(dioxane)、1,2−ジメトキシエタン(dimethoxyethane)、1,4−ジブトキシエタン(dibutoxyethane)、メチルジグライム(methyl diglyme)等のエーテル(ether)類;アセトニトリル(acetonitrile)、ベンゾニトリル(benzonitrile)等のニトリル(nitrile)類;ジオキソラン(Dioxolane)又はその誘導体;エチレンスルフィド(ethylene sulfide)、スルホラン(sulfolane)、スルトン(sultone)又はその誘導体等を単独で若しくは2種以上混合して用いることができる。 Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate (propylene carbonate), ethylene carbonate (ethylene carbonate), butylene carbonate (ethylene carbononate), chloroethylene carbonate (chloroethylene carbonate), vinylene carbonate (vinylene carbonate), and the like. Kind: Cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; chains of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and the like. Chain esters such as methyl format, methyl acetate, butyric acid methyl; tetrahydrofuran (Tetrahydrofuran) or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4- Ethers such as dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dibutoxyethane, methyldilyme; acetonitrile (acetylene), benzonitrile (benez). ) Etc. nitriles; dioxolane or its derivatives; ethylene sulfide (estersulfide), sulfolane, sultone (sultone) or its derivatives, etc. may be used alone or in admixture of two or more. can.

電解質塩は、例えば、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF,LiPF6−x(C2n+1(但し、1<x<6,n=1or2),LiSCN,LiBr,LiI,LiSO,Li10Cl10,NaClO,NaI,NaSCN,NaBr,KClO,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)又はカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCFSO,LiN(CFSO,LiN(CSO,LiN(CFSO)(CSO),LiC(CFSO,LiC(CSO,(CHNBF,(CHNBr,(CNClO,(CNI,(CNBr,(n−CNClO,(n−CNI,(CN−maleate,(CN−benzoate,(CN−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム(stearyl sulfonic acid lithium)、オクチルスルホン酸リチウム(octyl sulfonic acid)、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム(dodecyl benzene sulphonic acid)等の有機イオン塩等であってもよい。電解質塩は、これらのイオン塩又はイオン性化合物を単独で若しくは2種以上混合して用いることができる。なお、電解質塩の濃度は、一般的なリチウムイオン二次電池で使用される濃度と同様の濃度(0.8mol/L〜2.0mol/L程度)を使用することができる。 The electrolyte salt, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6, LiPF 6, LiPF 6-x (C n F 2n + 1) x ( where, 1 <x <6, n = 1or2), LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr, KClO 4 , KSCN and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H 5 ) 4 N-malate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate, (C) 2 H 5 ) 4 N-phthalate, lithium sulphonic acid lithium, lithium sulphonic acid, lithium dodecylbenzene sulphonate, etc., organic salts, etc. May be good. The electrolyte salt can be used alone or in combination of two or more of these ionic salts or ionic compounds. The concentration of the electrolyte salt can be the same as the concentration used in a general lithium ion secondary battery (about 0.8 mol / L to 2.0 mol / L).

なお、電解液には、各種の添加剤が添加されてもよい。このような添加剤としては、負極作用添加剤、正極作用添加剤、エステル系添加剤、炭酸エステル系添加剤、硫酸エステル系添加剤、リン酸エステル系添加剤、ホウ酸エステル系添加剤、酸無水物系添加剤、又は電解質系添加剤等が挙げられる。これらのうちいずれか1種又は複数種類の添加剤が電解液に添加されてもよい。 Various additives may be added to the electrolytic solution. Examples of such additives include negative-negative action additives, positive-side action additives, ester-based additives, carbonic acid ester-based additives, sulfate ester-based additives, phosphate ester-based additives, borate ester-based additives, and acids. Examples thereof include an anhydride-based additive and an electrolyte-based additive. One or more of these additives may be added to the electrolytic solution.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池では、電解液は、添加剤として、1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)を含有することが好ましい。DTDは、環状の硫酸エステルであり、リチウムイオン二次電池10の初期充放電時に分解されて、負極30上にSEI膜を形成する。このとき、DTDは、主としてSO結合単位で分解されるため、DTDの分解物は、負極30の表面のSEI膜にSO結合単位として含有されることになる。したがって、電解液にDTDを含有させることによって、負極30の表面のSEI膜に、上述したSO結合単位を構成する硫黄原子を含有させることができる。特に、DTDは、SO結合単位で分解される可能性が高いため、負極30の表面のSEI膜にSO結合を構成する硫黄原子をより効率的に含有させることができる。 In the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the electrolytic solution preferably contains 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) as an additive. The DTD is a cyclic sulfate ester, which is decomposed during the initial charge / discharge of the lithium ion secondary battery 10 to form an SEI film on the negative electrode 30. In this case, the DTD, primarily because it is degraded in SO 4 linking unit, degradation of the DTD will be contained as SO 4 binding units SEI film on the surface of the negative electrode 30. Thus, by incorporating a DTD in the electrolytic solution, the SEI film on the surface of the negative electrode 30, may contain a sulfur atom constituting a SO 4 binding units described above. In particular, DTD has a high possibility of being decomposed by SO 4 binding units, may contain a sulfur atom constituting a SO 4 coupled to SEI film on the surface of the negative electrode 30 more efficiently.

なお、このような主としてSO結合単位で分解される添加剤としては、DTDの他にも、4−メチル−1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド、4−エチル−1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド、4−フルオロ−1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド、4−クロロ−1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド、及び4−フェニル−1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド等を例示することができる。 As the additives to be degraded in such a predominantly SO 4 binding units to other DTD, 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide, 4-ethyl-1,3, 2-Dioxathiolane 2,2-dioxide, 4-fluoro-1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide, 4-chloro-1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide, and 4-phenyl-1, Examples thereof include 3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide and the like.

<2.リチウムイオン二次電池の製造方法>
次に、リチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。
<2. Manufacturing method of lithium-ion secondary battery >
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 10 will be described.

正極20は、以下の方法にて作製される。まず、正極活物質、導電剤及びバインダを所定の割合で混合したものを、溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン)に分散させることでスラリー(slurry)を形成する。次に、スラリーを集電体21上に塗布し、乾燥させることで、正極活物質層22を形成する。なお、塗布の方法は、特に限定されない。塗布の方法としては、例えば、ナイフコーター(knife coater)法、グラビアコーター(gravure coater)法等を用いることができる。続いて、プレス(press)機により正極活物質層22を所定の密度となるように圧縮する。これにより、正極20が作製される。 The positive electrode 20 is manufactured by the following method. First, a slurry is formed by dispersing a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent and a binder in a predetermined ratio in a solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone). Next, the slurry is applied onto the current collector 21 and dried to form the positive electrode active material layer 22. The method of application is not particularly limited. As a method of coating, for example, a knife coater method, a gravure coater method, or the like can be used. Subsequently, the positive electrode active material layer 22 is compressed to a predetermined density by a press machine. As a result, the positive electrode 20 is manufactured.

負極30も、正極20と同様の方法にて作製される。まず、負極活物質、及びバインダを混合したものを、溶媒(例えば水)に分散させることでスラリーを形成する。次に、スラリーを集電体31上に塗布し、乾燥させることで、負極活物質層32を形成する。続いて、プレス機により負極活物質層32を所定の密度となるように圧縮する。これにより、負極30が作製される。 The negative electrode 30 is also manufactured by the same method as that of the positive electrode 20. First, a slurry is formed by dispersing a mixture of a negative electrode active material and a binder in a solvent (for example, water). Next, the slurry is applied onto the current collector 31 and dried to form the negative electrode active material layer 32. Subsequently, the negative electrode active material layer 32 is compressed to a predetermined density by a press machine. As a result, the negative electrode 30 is manufactured.

次に、セパレータ40を正極20及び負極30で挟むことで、電極構造体を作製する。続いて、作製した電極構造体を所望の形態(例えば、円筒形、角形、ラミネート形又はボタン形等)に加工し、該所望の形態の容器に挿入する。その後、容器内に電解液を注入することで、セパレータ40内の各気孔に電解液を含浸させる。これにより、リチウムイオン二次電池10が作製される。 Next, an electrode structure is manufactured by sandwiching the separator 40 between the positive electrode 20 and the negative electrode 30. Subsequently, the prepared electrode structure is processed into a desired shape (for example, cylindrical shape, square shape, laminated shape, button shape, etc.) and inserted into the container having the desired shape. Then, by injecting the electrolytic solution into the container, each pore in the separator 40 is impregnated with the electrolytic solution. As a result, the lithium ion secondary battery 10 is manufactured.

以下では、実施例及び比較例を参照しながら、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池の製造方法について具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも一例であって、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池の製造方法が下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, the lithium ion secondary battery and the method for manufacturing the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The examples shown below are merely examples, and the method for manufacturing the lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is not limited to the following examples.

(実施例1に係るリチウムイオン二次電池の作製)
正極活物質としてLiNi0.88Co0.1Al0.02で表されるリチウムニッケルコバルト酸化物を用い、導電剤として炭素粉末を用い、バインダとしてポリフッ化ビニリデンを用いた。正極活物質、導電剤、及びバインダを94:4:2の質量比になるように混合し、N−メチル−2−ピロリドンを加えて混練することで、正極スラリー(正極合剤)を調整した。
(Manufacturing of Lithium Ion Secondary Battery According to Example 1)
LiNi Nickel cobalt oxide represented by LiNi 0.88 Co 0.1 Al 0.02 O 2 was used as the positive electrode active material, carbon powder was used as the conductive agent, and polyvinylidene fluoride was used as the binder. The positive electrode slurry (positive electrode mixture) was prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder in a mass ratio of 94: 4: 2, and adding N-methyl-2-pyrrolidone and kneading. ..

次に、厚み12μm、長さ238mm及び幅29mmのアルミニウム箔からなる集電体に、上記の正極スラリーを集電体の一面に長さ222mm及び幅29mmで塗布し、集電体の一面と対向する他面に長さ172mm及び幅29mmで塗布した。正極スラリー塗布後の集電体を乾燥させた後、圧延し、正極極板を作製した。このとき、正極の厚みは、両面で125μmであり、集電体上の正極合剤の量は42.5mg/cmであり、正極合剤の充填密度は3.75g/cmであった。 Next, the above positive positive slurry is applied to one surface of the current collector having a length of 222 mm and a width of 29 mm on a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 12 μm, a length of 238 mm and a width of 29 mm, and faces one surface of the current collector. The other surface was coated with a length of 172 mm and a width of 29 mm. The current collector after applying the positive electrode slurry was dried and then rolled to prepare a positive electrode plate. At this time, the thickness of the positive electrode was 125 μm on both sides, the amount of the positive electrode mixture on the current collector was 42.5 mg / cm 2 , and the packing density of the positive electrode mixture was 3.75 g / cm 3 . ..

その後、上記の正極極板の正極合剤が塗布されていない部分に、厚み70μm、長さ40mm及び幅4mmのアルミニウム平板からなる集電タブを取り付けた。 Then, a current collecting tab made of an aluminum flat plate having a thickness of 70 μm, a length of 40 mm, and a width of 4 mm was attached to the portion of the positive electrode electrode plate to which the positive electrode mixture was not applied.

負極活物質として人造黒鉛及びシリコン含有炭素を用い、バインダとしてカルボキシメチルセルロース及びスチレンブタジエンゴムを用いた。人造黒鉛、シリコン含有炭素、カルボキシメチルセルロース、及びスチレンブタジエンゴムを92.2:5.3:1.0:1.5の質量比になるように混合し、水を加えて混練することで、負極スラリー(負極合剤)を調整した。 Artificial graphite and silicon-containing carbon were used as the negative electrode active material, and carboxymethyl cellulose and styrene-butadiene rubber were used as the binder. Artificial graphite, silicon-containing carbon, carboxymethyl cellulose, and styrene-butadiene rubber are mixed so as to have a mass ratio of 92.2: 5.3: 1.0: 1.5, and water is added and kneaded to obtain a negative electrode. The slurry (negative electrode mixture) was adjusted.

次に、厚み8μm、長さ271mm及び幅30mmのアルミニウム箔からなる集電体に、上記の負極スラリーを集電体の一面に長さ235mm及び幅30mmで塗布し、集電体の一面と対向する他面に長さ178mm及び幅30mmで塗布した。負極スラリー塗布後の集電体を乾燥させた後、圧延し、負極極板を作製した。このとき、負極の厚みは両面で148μmであり、集電体上の負極合剤の量は23.0mg/cmであり、負極合剤の充填密度は1.65g/cmであった。なお、圧延は、多段階にて行うことで、負極のC(004)/C(110)で表される配向の値が増加することを抑制した。さらに、上記の負極極板の負極合剤が塗布されていない部分に、厚み70μm、長さ40mm及び幅4mmのニッケル平板からなる集電タブを取り付けた。 Next, the above negative electrode slurry was applied to one surface of the current collector having a length of 235 mm and a width of 30 mm on a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 8 μm, a length of 271 mm and a width of 30 mm, and opposed to one surface of the current collector. The other surface was coated with a length of 178 mm and a width of 30 mm. The current collector after applying the negative electrode slurry was dried and then rolled to prepare a negative electrode electrode plate. At this time, the thickness of the negative electrode was 148 μm on both sides, the amount of the negative electrode mixture on the current collector was 23.0 mg / cm 2 , and the packing density of the negative electrode mixture was 1.65 g / cm 3 . By performing the rolling in multiple stages, it was possible to suppress an increase in the orientation value represented by C (004) / C (110) of the negative electrode. Further, a current collecting tab made of a nickel flat plate having a thickness of 70 μm, a length of 40 mm and a width of 4 mm was attached to the portion of the negative electrode electrode plate to which the negative electrode mixture was not applied.

エチレンカーボネート、メチルエチルカーボネート、及びジメチルカーボネートを20:40:40の体積比になるように混合することで、非水溶媒を作製した。作製した非水溶媒に、電解質塩としてLiPFを1.15mol/Lの濃度で溶解させ、電解液を作製した。さらに、作製した電解液に、ビニレンカーボネートを電解液の総質量に対して1.5質量%にて外添し、かつ1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシド(DTD)を電解液の総質量に対して1.0質量%にて外添した。 A non-aqueous solvent was prepared by mixing ethylene carbonate, methyl ethyl carbonate, and dimethyl carbonate in a volume ratio of 20:40:40. LiPF 6 as an electrolyte salt was dissolved in the prepared non-aqueous solvent at a concentration of 1.15 mol / L to prepare an electrolytic solution. Further, vinylene carbonate was externally added to the prepared electrolytic solution in an amount of 1.5% by mass based on the total mass of the electrolytic solution, and 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide (DTD) was added to the electrolytic solution. It was externally added at 1.0% by mass with respect to the total mass.

上記で作製した正極、負極及び電解液を用いてリチウム二次電池を作製した。正極及び負極はセパレータを介して対向するように配置し、これらを所定の位置で折り返して巻回した後、プレスすることで扁平型の電極組立体を作製した。なお、セパレータは、長さ350mm及び幅32mmのポリエチレン製多孔体からなるセパレータを2枚用いた。 A lithium secondary battery was manufactured using the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution prepared above. The positive electrode and the negative electrode were arranged so as to face each other via a separator, and these were folded back at a predetermined position, wound, and then pressed to prepare a flat electrode assembly. As the separator, two separators made of a polyethylene porous body having a length of 350 mm and a width of 32 mm were used.

作製した電極組立体をアルミラミネートにて構成される電池容器に収納し、電池容器に電解液を注入した。このとき、正極及び負極の集電タブを外部に取り出せるように配置した。作製したリチウムイオン二次電池の設計容量は480mAhである。 The prepared electrode assembly was housed in a battery container made of aluminum laminate, and an electrolytic solution was injected into the battery container. At this time, the current collecting tabs of the positive electrode and the negative electrode were arranged so that they could be taken out. The design capacity of the manufactured lithium ion secondary battery is 480 mAh.

(リチウムイオン二次電池の評価)
続いて、上記で作製したリチウムイオン二次電池の初期充放電を行った。具体的には、25℃の環境下において、リチウムイオン二次電池を48mAの定電流で4.3Vになるまで充電し、さらに4.3Vの定電圧で電流値が24mAになるまで充電した後、48mAの定電流で2.8Vになるまで放電を行った。このときの放電容量を初期容量Q1とした。
(Evaluation of lithium-ion secondary battery)
Subsequently, the lithium ion secondary battery produced above was initially charged and discharged. Specifically, in an environment of 25 ° C., the lithium ion secondary battery is charged with a constant current of 48 mA until it reaches 4.3 V, and then charged with a constant voltage of 4.3 V until the current value reaches 24 mA. , A constant current of 48 mA was discharged until it reached 2.8 V. The discharge capacity at this time was set to the initial capacity Q1.

次に、上記のように初期充放電を行ったリチウム二次電池について、25℃の環境下において、240mAの定電流で4.3Vになるまで充電し、さらに4.3Vの定電圧で電流値が24mAになるまで充電した。その後、充電後のリチウムイオン二次電池を解体し、負極極板を取り出した。取り出した負極極板について、広角X線回折プロファイルを測定した。なお、X線源はCuKαとし、出力は、45kVかつ200mAとした。得られたX線回折プロファイルについて、2θが48°〜56°付近に観測される黒鉛の(004)面、及び2θが76°〜79°付近に観測される黒鉛の(110)面の各々のピーク強度を測定した。そして、黒鉛の(004)面のピーク強度と、黒鉛の(110)面のピーク強度との比C(004)/C(110)を算出した。結果を下記の表1に示す。なお、比C(004)/C(110)が高いほど、黒鉛の層が測定面に対して、より平行に配向していることを表す。 Next, the lithium secondary battery that has been initially charged and discharged as described above is charged in an environment of 25 ° C. with a constant current of 240 mA until it reaches 4.3 V, and further, the current value is a constant voltage of 4.3 V. Was charged until the voltage reached 24 mA. Then, the charged lithium ion secondary battery was disassembled, and the negative electrode plate was taken out. The wide-angle X-ray diffraction profile of the removed negative electrode plate was measured. The X-ray source was CuKα, and the output was 45 kV and 200 mA. Regarding the obtained X-ray diffraction profile, each of the graphite (004) plane in which 2θ is observed in the vicinity of 48 ° to 56 ° and the graphite (110) plane in which 2θ is observed in the vicinity of 76 ° to 79 °. The peak intensity was measured. Then, the ratio C (004) / C (110) of the peak intensity of the (004) plane of graphite and the peak strength of the (110) plane of graphite was calculated. The results are shown in Table 1 below. The higher the ratio C (004) / C (110), the more parallel the graphite layer is to the measurement surface.

また、上記のように初期充放電を行ったリチウム二次電池について、25℃の環境下において、240mAの定電流で4.3Vになるまで充電し、さらに4.3Vの定電圧で電流値が24mAになるまで充電した。その後、充電後のリチウムイオン二次電池を解体し、負極極板を取り出した。取り出した負極極板について、Arイオンミリング(Ar ion milling)加工(クロスセクションポリッシャー:cross section polisher)法により、負極合剤の断面を作製し、作製した断面のSEM画像を取得した。取得したSEM画像について、画像処理によって黒鉛活物質の粒子と、粒子内空隙とを判別し、各々の断面積比を算出することで、黒鉛活物質の粒子内空隙率を算出した。結果を下記の表1に示す。 Further, the lithium secondary battery that has been initially charged and discharged as described above is charged in an environment of 25 ° C. with a constant current of 240 mA until it reaches 4.3 V, and further, the current value changes at a constant voltage of 4.3 V. It was charged until it reached 24 mA. Then, the charged lithium ion secondary battery was disassembled, and the negative electrode plate was taken out. A cross section of the negative electrode mixture was prepared from the taken-out negative electrode electrode plate by an Ar ion milling process (cross section polisher), and an SEM image of the prepared cross section was obtained. With respect to the acquired SEM image, the particles of the graphite active material and the voids in the particles were discriminated by image processing, and the cross-sectional area ratio of each was calculated to calculate the void ratio in the particles of the graphite active material. The results are shown in Table 1 below.

また、上記のように初期充放電を行ったリチウム二次電池について、25℃の環境下において、240mAの定電流で4.3Vになるまで充電し、さらに4.3Vの定電圧で電流値が24mAになるまで充電した。その後、充電後のリチウムイオン二次電池を解体し、負極極板を取り出した。取り出した負極極板の表面に形成されたSEI膜をX線光電子分光法にて解析した。なお、X線源は単色化AlKα(1486.6eV)とし、負極極板の解析領域は700μm×300μmとした。X線光電子分光法にて得られたスペクトルから、硫黄の組成率を原子%で算出した。結果を下記の表1に示す。 Further, the lithium secondary battery that has been initially charged and discharged as described above is charged in an environment of 25 ° C. with a constant current of 240 mA until it reaches 4.3 V, and further, the current value changes at a constant voltage of 4.3 V. It was charged until it reached 24 mA. Then, the charged lithium ion secondary battery was disassembled, and the negative electrode plate was taken out. The SEI film formed on the surface of the negative electrode plate taken out was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. The X-ray source was monochromatic AlKα (1486.6 eV), and the analysis area of the negative electrode plate was 700 μm × 300 μm. From the spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy, the composition ratio of sulfur was calculated in atomic%. The results are shown in Table 1 below.

さらに、X線光電子分光法にて得られたスペクトルから、SEI膜に含まれる硫黄原子の状態解析を行った。硫黄の状態解析には、F(1s)ピーク及びS(2p)ピークを用いた。 Furthermore, the state of the sulfur atom contained in the SEI film was analyzed from the spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy. The F (1s) peak and the S (2p) peak were used for the sulfur state analysis.

例えば、非特許文献(Journal of the Electrochemical society,154(12)A1088−A1099(2007))によれば、F(1s)のピークは685.1eVに観測され、S(2p)のピークはSO及びSOの各々で168.4eV〜171.1eV、及び165.5eV〜167.5eVに観測される。したがって、F(1s)のピークと、S(2p)のピークとの差は、SOでは516.7eV〜514.0eVとなり、SOでは519.6eV〜517.6eVとなる。 For example, according to Non-Patent Document (Journal of the Electrochemical society, 154 (12) A1088-A1099 (2007)), the peak of F (1s) is observed 685.1EV, the peak of S (2p) is SO 4 And SO 3 are observed at 168.4 eV to 171.1 eV, and 165.5 eV to 167.5 eV, respectively. Therefore, the difference between the peak of F (1s) and the peak of S (2p) is 516.7 eV to 514.0 eV in SO 4 , and 519.6 eV to 517.6 eV in SO 3 .

ここで、X線光電子分光法にて測定されたF(1s)の低B.E.側のピークトップの値をLiFと仮定し、S(2p)の各々のピークの観測位置をピークトップ付近と仮定し、F(1s)のピークを基準とするピークシフト量によって硫黄の状態を判定した。 Here, the low B. of F (1s) measured by X-ray photoelectron spectroscopy. E. The value of the peak top on the side is assumed to be LiF, the observed position of each peak of S (2p) is assumed to be near the peak top, and the sulfur state is determined by the peak shift amount based on the peak of F (1s). did.

すなわち、実施例1に係る負極極板では、LiF(F(1s))ピークは681.7eVであり、S(2p)ピークは166.1eVであった。したがって、F(1s)ピーク及びS(2p)ピークの観測位置の差は515.6eVであった。これは、上記非特許文献によれば、F(1s)のピークと、SOのS(2p)のピークとの差に相当するため、実施例1に係る負極極板のSEI膜に含まれる硫黄原子の状態は、SOであることが確認された。 That is, in the negative electrode plate according to Example 1, the LiF (F (1s)) peak was 681.7 eV and the S (2p) peak was 166.1 eV. Therefore, the difference between the observed positions of the F (1s) peak and the S (2p) peak was 515.6 eV. This, according to Non-Patent Document, the peak of F (1s), for corresponding to a difference between the peak of SO 4 S (2p), is included in the SEI film negative electrode plate according to Example 1 state of the sulfur atom, it was confirmed that the SO 4.

続いて、上記のように初期充放電を行ったリチウム二次電池について、25℃の環境下において、240mAの定電流で4.3Vになるまで充電した後、4.3Vの定電圧で電流値が24mAになるまで充電し、さらに240mAの電流で2.8Vになるまで放電を行った。これを1サイクルとして、100サイクルの充放電を繰り返し行った。その後、初期容量Q1及び100サイクル目の放電容量Q[0.5C]から、以下の式を用いて、0.5Cサイクルにおける容量維持率を求めた。
0.5Cサイクルにおける容量維持率(%)=(Q[0.5C]/Q1)×100
Subsequently, the lithium secondary battery that was initially charged and discharged as described above was charged in an environment of 25 ° C. with a constant current of 240 mA until it reached 4.3 V, and then the current value was a constant voltage of 4.3 V. Was charged to 24 mA, and then discharged to 2.8 V with a current of 240 mA. With this as one cycle, 100 cycles of charging and discharging were repeated. Then, from the initial capacity Q1 and the discharge capacity Q [0.5C] at the 100th cycle, the capacity retention rate in the 0.5C cycle was determined using the following formula.
Capacity retention rate (%) in 0.5C cycle = (Q [0.5C] / Q1) × 100

また、上記のように初期充放電を行ったリチウム二次電池について、25℃の環境下において、960mAの定電流で4.3Vになるまで充電した後、4.3Vの定電圧で電流値が24mAになるまで充電し、さらに240mAの電流で2.8Vになるまで放電を行った。これを1サイクルとして、99サイクルの充放電を繰り返し行った。その後、100サイクル目に240mVの定電流で4.3Vになるまで充電し、4.3Vの定電圧で電流値が24mVになるまで充電した後、240mAの定電流で2.8Vになるまで放電を行った。初期容量Q1及び100サイクル目の放電容量Q[2C]から、以下の式を用いて、2.0Cサイクルにおける容量維持率を求めた。
2.0Cサイクルにおける容量維持率(%)=(Q[2C]/Q1)×100
Further, the lithium secondary battery that has been initially charged and discharged as described above is charged in an environment of 25 ° C. with a constant current of 960 mA until it reaches 4.3 V, and then the current value changes at a constant voltage of 4.3 V. The battery was charged to 24 mA and then discharged to 2.8 V with a current of 240 mA. With this as one cycle, 99 cycles of charging and discharging were repeated. Then, in the 100th cycle, the battery is charged with a constant current of 240 mV until it reaches 4.3 V, charged with a constant voltage of 4.3 V until the current value reaches 24 mV, and then discharged with a constant current of 240 mA until it reaches 2.8 V. Was done. From the initial capacity Q1 and the discharge capacity Q [2C] at the 100th cycle, the capacity retention rate in the 2.0C cycle was determined using the following formula.
Capacity retention rate (%) in 2.0C cycle = (Q [2C] / Q1) × 100

実施例及び比較例の各々の評価結果を下記の表1に示す。 The evaluation results of each of the examples and comparative examples are shown in Table 1 below.

なお、実施例2及び3、並びに比較例1は、実施例1よりも負極作製時の多段階プレスの回数を減少させることで、負極合剤の配向を制御したものである。また、実施例4及び5、並びに比較例3は、実施例1よりもDTDの添加量を減少させる、又はDTDを添加しないことで、負極表面の硫黄原子の存在割合を制御したものである。さらに、比較例2は、実施例1に対して、DTDに替えて1,3−プロパンスルトン(PS)を添加することで、負極表面の硫黄原子の結合状態をSOからSOに制御したものである。これらの実施例及び比較例の各々において、集電体上の正極合剤及び負極合剤の量は、同じである。 In Examples 2 and 3 and Comparative Example 1, the orientation of the negative electrode mixture was controlled by reducing the number of multi-step presses during the negative electrode production as compared with Example 1. Further, in Examples 4 and 5 and Comparative Example 3, the abundance ratio of sulfur atoms on the surface of the negative electrode was controlled by reducing the amount of DTD added or by not adding DTD as compared with Example 1. Further, in Comparative Example 2, the bonding state of the sulfur atom on the negative electrode surface was controlled from SO 4 to SO 3 by adding 1,3-propanesulton (PS) instead of DTD to Example 1. It is a thing. In each of these Examples and Comparative Examples, the amounts of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture on the current collector are the same.

Figure 0006989430
Figure 0006989430

表1を参照すると、実施例1〜5は、本実施形態に係る構成を備えるため、比較例1〜3に対して、2.0Cサイクルの容量維持率が向上していることがわかる。一方、比較例1は、C(004)/C(110)で表される配向及び粒子内空隙率が本実施形態に係る範囲を外れるため、2.0Cサイクルの容量維持率が低下していることがわかる。また、比較例2は、負極の表面の硫黄原子がSO結合単位を構成するものではないため、2.0Cサイクルの容量維持率が低下していることがわかる。さらに、比較例3は、負極の表面に硫黄原子が存在しないため、2.0Cサイクルの容量維持率が低下していることがわかる。 With reference to Table 1, it can be seen that since Examples 1 to 5 have the configuration according to the present embodiment, the capacity retention rate of 2.0 C cycle is improved as compared with Comparative Examples 1 to 3. On the other hand, in Comparative Example 1, since the orientation represented by C (004) / C (110) and the void ratio in the particles are out of the range according to the present embodiment, the capacity retention rate in the 2.0 C cycle is lowered. You can see that. In Comparative Example 2, since the sulfur atom of the surface of the negative electrode not constitute SO 4 binding unit, it can be seen that the capacity retention rate 2.0C cycle is reduced. Further, in Comparative Example 3, it can be seen that the capacity retention rate in the 2.0 C cycle is lowered because the sulfur atom is not present on the surface of the negative electrode.

また、実施例1は、実施例2及び3に対して、C(004)/C(110)で表される配向及び粒子内空隙率が本実施形態に係る好ましい範囲に含まれるため、2.0Cサイクルの容量維持率がより高くなっていることがわかる。さらに、実施例1は、実施例4及び5に対して、負極の表面の硫黄原子の存在割合が本実施形態に係る好ましい範囲に含まれるため、2.0Cサイクルの容量維持率がより高くなっていることがわかる。 Further, in Example 1, the orientation represented by C (004) / C (110) and the void ratio in the particles are included in the preferable ranges according to the present embodiment with respect to Examples 2 and 3. It can be seen that the capacity retention rate of the 0C cycle is higher. Further, in Example 1, since the abundance ratio of sulfur atoms on the surface of the negative electrode is included in the preferable range according to the present embodiment with respect to Examples 4 and 5, the capacity retention rate in the 2.0 C cycle is higher. You can see that.

ここで、上記の実施例1〜5及び比較例1〜3に係るリチウムイオン二次電池において、100サイクル後の電池膨れの程度を評価した。具体的には、初期充放電後のリチウムイオン二次電池の厚みと、2.0Cサイクルを100サイクル行った後のリチウムイオン二次電池の厚みとの変化割合を測定した。なお、リチウムイオン二次電池の厚みは、いずれも満充電状態で測定した。 Here, in the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 above, the degree of battery swelling after 100 cycles was evaluated. Specifically, the rate of change between the thickness of the lithium ion secondary battery after the initial charge and discharge and the thickness of the lithium ion secondary battery after 100 cycles of 2.0 C cycles was measured. The thickness of the lithium ion secondary battery was measured in a fully charged state.

初期充放電後のリチウムイオン二次電池の厚みを基準とした場合の100サイクル後のリチウムイオン二次電池の厚みの増加割合を以下の表2に示す。 Table 2 below shows the rate of increase in the thickness of the lithium-ion secondary battery after 100 cycles when the thickness of the lithium-ion secondary battery after the initial charge and discharge is used as a reference.

Figure 0006989430
Figure 0006989430

表2を参照すると、本実施形態に係る構成を備える実施例1〜5は、比較例1〜3に対して、電池膨れが抑制されていることがわかる。すなわち、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、高レートでの充放電による電池膨れを抑制することができることがわかる。また、実施例1は、実施例2〜5に対して、C(004)/C(110)で表される配向及び粒子内空隙率、又は負極の表面の硫黄原子の存在割合のいずれかが本実施形態に係る好ましい範囲に含まれるため、電池膨れがさらに抑制されていることがわかる。 With reference to Table 2, it can be seen that in Examples 1 to 5 having the configuration according to the present embodiment, battery swelling is suppressed as compared with Comparative Examples 1 to 3. That is, it can be seen that the lithium ion secondary battery according to the present embodiment can suppress battery swelling due to charging and discharging at a high rate. Further, in Example 1, either the orientation represented by C (004) / C (110) and the void ratio in the particles, or the abundance ratio of sulfur atoms on the surface of the negative electrode is higher than that of Examples 2 to 5. Since it is included in the preferable range according to the present embodiment, it can be seen that the battery swelling is further suppressed.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.

10 リチウムイオン二次電池
20 正極
21 集電体
22 正極活物質層
30 負極
31 集電体
32 負極活物質層
40 セパレータ
10 Lithium-ion secondary battery 20 Positive electrode 21 Current collector 22 Positive electrode active material layer 30 Negative electrode 31 Current collector 32 Negative electrode active material layer 40 Separator

Claims (8)

黒鉛活物質を含む負極
を備え、
前記負極のC(004)/C(110)で表される配向が20以下であり、かつ前記黒鉛活物質の粒子内空隙率は5%以上であり、
前記負極の表面には、SO結合を構成する硫黄原子が存在する、リチウムイオン二次電池。
Equipped with a negative electrode containing graphite active material,
The orientation of the negative electrode represented by C (004) / C (110) is 20 or less, and the void ratio in the particles of the graphite active material is 5% or more.
Wherein the negative electrode surface, the presence of sulfur atom constituting the SO 4 binding, a lithium ion secondary battery.
前記黒鉛活物質を含む負極合剤の厚みは、50μm以上である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the thickness of the negative electrode mixture containing the graphite active material is 50 μm or more. 前記黒鉛活物質を含む負極合剤の厚みは、60μm以上である、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the thickness of the negative electrode mixture containing the graphite active material is 60 μm or more. 前記負極のC(004)/C(110)で示される配向は8以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the orientation of the negative electrode represented by C (004) / C (110) is 8 or less. 前記黒鉛活物質の粒子内空隙率は8%以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the graphite active material has an intraparticle void ratio of 8% or more. 前記負極の表面における前記硫黄原子の存在割合は、1原子%以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the abundance ratio of the sulfur atom on the surface of the negative electrode is 1 atom% or more. 前記黒鉛活物質を含む負極合剤の充填密度は、1.5g/cm以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the filling density of the negative electrode mixture containing the graphite active material is 1.5 g / cm 3 or more. 1,3,2−ジオキサチオラン2,2−ジオキシドを含有する電解液をさらに備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, further comprising an electrolytic solution containing 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide.
JP2018063227A 2018-03-28 2018-03-28 Lithium ion secondary battery Active JP6989430B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018063227A JP6989430B2 (en) 2018-03-28 2018-03-28 Lithium ion secondary battery
KR1020190014090A KR20190113541A (en) 2018-03-28 2019-02-01 Lithium ion rechargeable battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018063227A JP6989430B2 (en) 2018-03-28 2018-03-28 Lithium ion secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019175712A JP2019175712A (en) 2019-10-10
JP6989430B2 true JP6989430B2 (en) 2022-01-05

Family

ID=68169616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018063227A Active JP6989430B2 (en) 2018-03-28 2018-03-28 Lithium ion secondary battery

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6989430B2 (en)
KR (1) KR20190113541A (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114730862A (en) * 2019-11-27 2022-07-08 三洋电机株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
CN114830391A (en) * 2019-12-13 2022-07-29 松下知识产权经营株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
EP3913718B1 (en) * 2019-12-24 2022-12-28 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Secondary battery and device containing same
KR20220115812A (en) * 2020-01-02 2022-08-18 닝더 엠프렉스 테크놀로지 리미티드 Cathode and Electrochemical Device Containing Same
CN116190663B (en) * 2023-04-18 2023-07-21 蔚来电池科技(安徽)有限公司 Secondary battery and device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3760540B2 (en) * 1996-12-25 2006-03-29 三菱化学株式会社 Electrolyte for lithium secondary battery
JP4168492B2 (en) * 1997-09-19 2008-10-22 松下電器産業株式会社 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and battery using the same
JP2004185931A (en) * 2002-12-02 2004-07-02 Japan Storage Battery Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5754098B2 (en) * 2009-09-15 2015-07-22 三菱化学株式会社 Carbon material for lithium ion secondary battery
JP2011243567A (en) * 2010-04-20 2011-12-01 Jfe Chemical Corp Negative electrode material for lithium ion secondary battery and method of manufacturing the same, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019175712A (en) 2019-10-10
KR20190113541A (en) 2019-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6989430B2 (en) Lithium ion secondary battery
KR102434887B1 (en) Negative electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery
KR20140137660A (en) Electrode for secondary battery and secondary battery comprising the same
JP5263683B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR101834113B1 (en) Lithium ion battery and method for manufacturing the same
JP6493409B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6304746B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6978234B2 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR20160069996A (en) Rechargeable lithium battery
JP5370102B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2018120706A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
US11444328B2 (en) Non-aqueous electrolyte for secondary battery, secondary battery having the same and method of manufacturing the same
EP3567668B1 (en) Non-aqueous electrolyte for secondary battery and secondary battery having the same
JP2021096928A (en) Composite material, method for producing composite material, method for manufacturing electrode, positive electrode and lithium ion secondary battery
JP7068851B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6763144B2 (en) Non-aqueous electrolyte Non-aqueous electrolyte for secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries
JP2018200838A (en) Cathode active material layer and lithium ion secondary battery
KR20140008957A (en) Anode having enhanced adhesive force and rate capability, and lithium secondary battery comprising the same
JP7048345B2 (en) Lithium ion secondary battery
CN115004405A (en) Method for manufacturing secondary battery
KR20200018148A (en) Anode For Lithium Secondary Battery, Method Of Making The Same and Lithium Secondary Battery comprising the Same
KR102356639B1 (en) Non-aqueous electrolyte solutions for rechargeable battery, non-aqueous electrolyte rechargeable battery having the same
JP6931986B2 (en) Negative electrode for secondary battery and secondary battery
JP2017130418A (en) Nonaqueous electrolyte, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method of manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2016085887A (en) Sodium ion secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20190422

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20190422

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201223

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211011

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: 20211108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211202

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6989430

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150