JP7040353B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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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.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの非水電解質二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, there is an urgent need to reduce the amount of carbon dioxide in order to cope with global warming. In the automobile industry, expectations are high for the reduction of carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and non-water batteries such as secondary batteries for driving motors, which hold the key to their practical application. The development of secondary electrolyte batteries is being actively carried out.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、及び高いエネルギーを有することが求められている。したがって、現実的な全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 The secondary battery for driving a motor is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in mobile phones, notebook computers and the like. Therefore, lithium-ion secondary batteries, which have the highest theoretical energy among all realistic batteries, are attracting attention and are currently being rapidly developed.

リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質等を含む正極活物質スラリーを正極集電体の表面に塗布した正極と、負極活物質等を含む負極活物質スラリーを負極集電体の表面に塗布した負極とが、電解質層(電解液を保持したセパレータ)を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。 In a lithium ion secondary battery, a positive electrode containing a positive electrode active material slurry containing a positive electrode active material or the like is generally applied to the surface of a positive electrode current collector, and a negative electrode active material slurry containing a negative electrode active material or the like is applied to the surface of the negative electrode current collector. The coated negative electrode is connected via an electrolyte layer (separator holding an electrolytic solution) and has a configuration of being housed in a battery case.

従来のリチウムイオン二次電池において、電解液は、有機溶媒にLiPF、CFSOLi、(CFSONLi等のリチウム塩が概ね1mol/Lの濃度で溶解されているのが一般的であった。しかしながら、近年、リチウム塩をより高濃度で含む電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開発されている。高濃度の電解液を用いることで、電解液中のリチウムイオン輸送速度の向上、電極と電解液界面の反応速度の向上、ハイレート充放電時に起こる電解液の塩濃度の偏在の緩和、電気二重層容量の増大などにより、電池の高性能化が期待されている。 In a conventional lithium ion secondary battery, in the electrolytic solution, lithium salts such as LiPF 6 , CF 3 SO 3 Li, and (CF 3 SO 2 ) 2 NLi are dissolved in an organic solvent at a concentration of approximately 1 mol / L. Was common. However, in recent years, lithium ion secondary batteries using an electrolytic solution containing a higher concentration of lithium salt have been developed. By using a high-concentration electrolytic solution, the lithium ion transport rate in the electrolytic solution is improved, the reaction rate at the interface between the electrode and the electrolytic solution is improved, the uneven distribution of the salt concentration of the electrolytic solution that occurs during high-rate charging / discharging is alleviated, and the electric double layer is used. It is expected that the performance of batteries will be improved due to the increase in capacity.

一方で、高濃度の電解液は、粘度が高いことから、セパレータへの電解液の浸透性が低く、十分な電池性能が発揮できないという問題点を有していた。この問題を解決するために、特許文献1では、セパレータの保水倍率を0.1以上とすることを提案している。 On the other hand, since the high-concentration electrolytic solution has a high viscosity, there is a problem that the permeability of the electrolytic solution into the separator is low and sufficient battery performance cannot be exhibited. In order to solve this problem, Patent Document 1 proposes that the water retention ratio of the separator is 0.1 or more.

特開2015-195166号公報JP-A-2015-195166

引用文献1によると、セパレータの保水倍率を高める要因の1つは、セパレータの親水性であるとしている。そして、セパレータの材質を親水性材料としたり、疎水性材料からなるセパレータの表面を親水化処理したりすることによって、所望の保水倍率を有するセパレータが得られるとしている。 According to Cited Document 1, one of the factors for increasing the water retention ratio of the separator is the hydrophilicity of the separator. Then, by using a hydrophilic material as the material of the separator or by hydrophilizing the surface of the separator made of a hydrophobic material, it is said that a separator having a desired water retention ratio can be obtained.

しかしながら、親水性材料からなるセパレータを用いたリチウムイオン二次電池では、発熱に伴うシャットダウン機能を有しない場合や、突刺強度が低く負極表面からのデンドライト形成により内部短絡が起こりやすくなる場合があり、安全性の低下が懸念される。また、ポリオレフィンなどの疎水性材料からなるセパレータの表面を親水化処理する場合、コストが高くなるという問題点を有する。 However, a lithium ion secondary battery using a separator made of a hydrophilic material may not have a shutdown function due to heat generation, or may have low puncture strength and may easily cause an internal short circuit due to dendrite formation from the negative electrode surface. There is concern about a decrease in safety. Further, when the surface of a separator made of a hydrophobic material such as polyolefin is hydrophilized, there is a problem that the cost is high.

そこで本発明は、高粘度電解液を用いたリチウムイオン二次電池において、安全性の高いポリオレフィン系セパレータを適用するための手法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for applying a highly safe polyolefin-based separator in a lithium ion secondary battery using a high-viscosity electrolytic solution.

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、セパレータの材料としてポリプロピレンを用い、かつ、当該セパレータの透気度を特定の範囲に制御することによって、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have conducted diligent research in order to solve the above problems. As a result, they have found that the above problems can be solved by using polypropylene as the material of the separator and controlling the air permeability of the separator within a specific range, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、正極と、負極と、正極及び負極の間に介在し、電解液がセパレータに保持されてなる電解質層とを含む発電要素を有するリチウムイオン二次電池に関する。そして、電解液の粘度は26mPa・s以上であり、セパレータはポリプロピレンを含み、かつ、セパレータのガーレー法により測定された透気度は120sec/dl以上240sec/dl以下であることを特徴とする。 That is, the present invention relates to a lithium ion secondary battery having a power generation element including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode and holding an electrolytic solution in a separator. The viscosity of the electrolytic solution is 26 mPa · s or more, the separator contains polypropylene, and the air permeability measured by the Garley method of the separator is 120 sec / dl or more and 240 sec / dl or less.

本発明によれば、高粘度電解液を用いたリチウムイオン二次電池において、安全性の高いポリオレフィン系セパレータを適用することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to apply a highly safe polyolefin-based separator in a lithium ion secondary battery using a high-viscosity electrolytic solution.

本発明に係るリチウムイオン二次電池の一実施形態である、積層型(扁平型)の非双極型(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池の基本構成を示す断面概略図である。It is sectional drawing which shows the basic structure of the laminated type (flat type) non-bipolar type (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery which is one Embodiment of the lithium ion secondary battery which concerns on this invention. 本発明に係るリチウムイオン二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。It is a perspective view which showed the appearance of the flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of the lithium ion secondary battery which concerns on this invention.

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書において、範囲を示す「X~Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作及び物性等の測定は室温25℃、相対湿度40~50%RH、常圧の条件で行う。また、「リチウムイオン二次電池」を単に「電池」とも称する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, in this specification, "X to Y" indicating a range means "X or more and Y or less". Unless otherwise specified, the operation and physical properties are measured under the conditions of room temperature of 25 ° C., relative humidity of 40 to 50% RH, and normal pressure. Further, the "lithium ion secondary battery" is also simply referred to as a "battery".

本発明に係るリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、正極及び負極の間に介在し、電解液がセパレータに保持されてなる電解質層とを含む発電要素を有する。そして、電解液の粘度は26mPa・s以上であり、セパレータはポリプロピレンを含み、かつ、セパレータのガーレー法により測定された透気度は120sec/dl以上240sec/dl以下であることを特徴とする。かかる構成を有することにより、高粘度電解液を用いたリチウムイオン二次電池において、安全性の高いポリオレフィン系セパレータ適用することが可能となる。 The lithium ion secondary battery according to the present invention has a power generation element including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode and holding an electrolytic solution in a separator. The viscosity of the electrolytic solution is 26 mPa · s or more, the separator contains polypropylene, and the air permeability measured by the Garley method of the separator is 120 sec / dl or more and 240 sec / dl or less. Having such a configuration makes it possible to apply a highly safe polyolefin-based separator in a lithium ion secondary battery using a high-viscosity electrolytic solution.

まず、本発明に係るリチウムイオン二次電池の基本的な構成を説明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池は、高粘度(高濃度)電解液を用いることにより、リチウムイオン輸送速度や充放電反応速度の向上などの効果が期待される。そのため、高エネルギー密度、高出力密度が求められる、車両の駆動電源用や補助電源用として優れている。その結果、車両の駆動電源用等のリチウムイオン二次電池として好適に利用できる。このほかにも、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン二次電池にも十分に適用可能である。 First, the basic configuration of the lithium ion secondary battery according to the present invention will be described. The lithium ion secondary battery according to the present invention is expected to have effects such as improvement of the lithium ion transport rate and the charge / discharge reaction rate by using a high viscosity (high concentration) electrolytic solution. Therefore, it is excellent for a vehicle drive power source and an auxiliary power source, which require high energy density and high output density. As a result, it can be suitably used as a lithium ion secondary battery for driving a vehicle. In addition, it is fully applicable to lithium-ion secondary batteries for mobile devices such as mobile phones.

リチウムイオン二次電池を形態・構造で区別した場合には、例えば、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。 When the lithium ion secondary battery is distinguished by its form and structure, it can be applied to any conventionally known form and structure such as a laminated type (flat type) battery and a wound type (cylindrical type) battery. Is. By adopting a laminated (flat type) battery structure, long-term reliability can be ensured by simple thermocompression bonding and other sealing technologies, which is advantageous in terms of cost and workability.

また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池及び双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用しうるものである。 Further, when viewed in terms of the electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery, it can be applied to both non-bipolar type (internal parallel connection type) batteries and bipolar type (internal series connection type) batteries. It is a thing.

以下の説明では、リチウムイオン二次電池の例として、積層型(扁平型)の非双極型(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池について図面を用いてごく簡単に説明する。ただし、本発明に係るリチウムイオン二次電池の技術的範囲が、これらに制限されるべきではない。 In the following description, as an example of a lithium ion secondary battery, a laminated (flat type) non-bipolar type (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery will be described very briefly with reference to the drawings. However, the technical scope of the lithium ion secondary battery according to the present invention should not be limited to these.

図1は、本発明のリチウムイオン二次電池の代表的な一実施形態である、扁平型(積層型)の非双極型(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」とも称する)の全体構造を模式的に表した断面概略図である。 FIG. 1 shows a flat type (laminated type) non-bipolar type (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery (hereinafter, simply “laminated type), which is a typical embodiment of the lithium ion secondary battery of the present invention. It is a cross-sectional schematic diagram schematically showing the whole structure (also referred to as a battery).

図1に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体29であるラミネートシートの内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解液を含有するセパレータからなる電解質層17と、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層及び正極がこの順に積層されている。 As shown in FIG. 1, the laminated battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminated sheet which is an exterior body 29. .. Here, the power generation element 21 has a positive electrode having positive electrode active material layers 13 arranged on both sides of the positive electrode current collector 11, an electrolyte layer 17 composed of a separator containing an electrolytic solution, and negative electrodes on both sides of the negative electrode current collector 12. It has a structure in which a negative electrode on which the active material layer 15 is arranged is laminated. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are laminated in this order so that one positive electrode active material layer 13 and the negative electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other via the electrolyte layer 17. ..

これにより、隣接する正極、電解質層、及び負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層の正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極及び負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層の負極集電体が位置するようにし、該最外層の負極集電体の片面又は両面に負極活物質層が配置されるようにしてもよい。 As a result, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode form one cell cell layer 19. Therefore, it can be said that the laminated battery 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. Although the positive electrode active material layer 13 is arranged on only one side of the positive electrode current collectors of the outermost layers located on both outermost layers of the power generation element 21, active material layers may be provided on both sides. .. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer having an active material layer on only one side, a current collector having active material layers on both sides may be used as it is as a current collector for the outermost layer. Further, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode as in FIG. 1, the negative electrode current collector of the outermost layer is located on both outermost layers of the power generation element 21, and one side of the negative electrode current collector of the outermost layer or Negative electrode active material layers may be arranged on both sides.

本実施形態では、電解質層17中の電解液の粘度が26mPa・s以上である。また、セパレータは、その構成材料としてポリプロピレンを含み、セパレータの透気度が120sec/dl以上240sec/dl以下である。 In this embodiment, the viscosity of the electrolytic solution in the electrolyte layer 17 is 26 mPa · s or more. Further, the separator contains polypropylene as a constituent material thereof, and the air permeability of the separator is 120 sec / dl or more and 240 sec / dl or less.

正極集電体11及び負極集電体12には、各電極(正極及び負極)と導通される正極集電板25及び負極集電板27がそれぞれ取り付けられ、外装体29の端部に挟まれるようにして外装体29の外部に導出される構造を有している。正極集電板25及び負極集電板27は、それぞれ必要に応じて正極端子リード及び負極端子リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11及び負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 A positive electrode current collector plate 25 and a negative electrode current collector plate 27 that are conductive to each electrode (positive electrode and negative electrode) are attached to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12, respectively, and are sandwiched between the ends of the exterior body 29. It has a structure derived to the outside of the exterior body 29 in this way. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are superposed on the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 of each electrode via the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead (not shown), respectively, as necessary. It may be attached by sonic welding, resistance welding, or the like.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、電解質層に含まれる電解液及びセパレータの構成に特徴を有する。以下、当該電解液及びセパレータを含めた電池の主要な構成部材について説明する。 The lithium ion secondary battery according to the present embodiment is characterized by the configuration of the electrolytic solution and the separator contained in the electrolyte layer. Hereinafter, the main components of the battery including the electrolytic solution and the separator will be described.

[正極]
正極は、負極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。正極は、集電体及び正極活物質層を必須に含み、集電体の表面に正極活物質層が配置された構造を有する。
[Positive electrode]
The positive electrode has a function of generating electric energy by exchanging lithium ions together with the negative electrode. The positive electrode essentially includes a current collector and a positive electrode active material layer, and has a structure in which the positive electrode active material layer is arranged on the surface of the current collector.

(集電体)
集電体(11、12)は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。
(Current collector)
The current collectors (11, 12) are made of a conductive material. The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires high energy density, a current collector having a large area is used.

集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1~100μm程度である。 There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.

集電体の形状についても特に制限されない。図1に示す積層型電池10では、集電箔のほか、網目形状(エキスパンドグリッド等)等を用いることができる。 The shape of the current collector is also not particularly limited. In the laminated battery 10 shown in FIG. 1, in addition to the current collector foil, a mesh shape (expanded grid or the like) or the like can be used.

なお、負極活物質をスパッタ法等により薄膜合金を負極集電体12上に直接形成する場合には、集電箔を用いることが好ましい。 When a thin film alloy is directly formed on the negative electrode current collector 12 by a sputtering method or the like for the negative electrode active material, it is preferable to use a current collector foil.

集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。 There are no particular restrictions on the materials that make up the current collector. For example, a metal or a resin obtained by adding a conductive filler to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material can be adopted.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、又はこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specific examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Further, the foil may be a metal surface coated with aluminum. Of these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoints of electron conductivity, battery operating potential, adhesion of the negative electrode active material by sputtering to the current collector, and the like.

また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、及びポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化又は集電体の軽量化の点において有利である。 Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、又はポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性又は耐溶媒性を有しうる。 Examples of the non-conductive polymer material include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), and polyimide. (PI), Polyethyleneimide (PAI), Polyethylene (PA), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Styrene-butadiene rubber (SBR), Polyacrylonitrile (PAN), Polymethylacrylate (PMA), Polymethylmethacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polystyrene (PS) and the like. Such non-conductive polymer materials may have excellent potential or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料又は非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。 A conductive filler may be added to the above-mentioned conductive polymer material or non-conductive polymer material, if necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is composed of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably indispensable in order to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、又はリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属及び導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、及びKからなる群から選択される少なくとも1種の金属若しくはこれらの金属を含む合金又は金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、及びフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。 The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a conductive substance. For example, examples of the material having excellent conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking property include metals and conductive carbon. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or a metal thereof. It is preferable to contain an alloy or a metal oxide containing. Further, the conductive carbon is not particularly limited. Preferably, it is selected from the group consisting of acetylene black, vulcan (registered trademark), black pearl (registered trademark), carbon nanofiber, Ketjen black (registered trademark), carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It contains at least one species.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5~35質量%程度である。 The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

(正極活物質層)
正極活物質層13は正極活物質を必須に含み、これ以外に、必要に応じて、導電助剤、バインダ、リチウム塩(支持塩)、イオン伝導性ポリマーなどの添加剤をさらに含んでもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer 13 essentially contains the positive electrode active material, and may further contain additives such as a conductive auxiliary agent, a binder, a lithium salt (supporting salt), and an ionic conductive polymer, if necessary.

正極活物質
正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出できる機能を有する。正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni-Mn-Co)O及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム-遷移金属複合酸化物、リチウム-遷移金属リン酸化合物、リチウム-遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム-遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。より好ましくはリチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が用いられ、さらに好ましくはLi(Ni-Mn-Co)O及びこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、Ni及びCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれる。そのため、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。
Positive electrode active material The positive electrode active material has a function of occluding ions at the time of discharge and releasing ions at the time of charging. Examples of the positive electrode active material include LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni—Mn—Co) O 2 , and lithium such as those in which some of these transition metals are replaced by other elements. Examples thereof include transition metal composite oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, and lithium-transition metal sulfate compounds. In some cases, two or more kinds of positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. More preferably, a composite oxide containing lithium and nickel is used, and more preferably Li (Ni-Mn-Co) O 2 and a part of these transition metals are substituted with other elements (hereinafter,). Simply referred to as "NMC composite oxide") is used. The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni and Co are arranged in an orderly manner) atomic layer are alternately stacked via an oxygen atomic layer, and each atom of the transition metal M has a layered crystal structure. Contains one Li atom. Therefore, the amount of Li that can be taken out is twice that of the spinel-based lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、前述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。 As described above, the NMC composite oxide also includes a composite oxide in which a part of the transition metal element is replaced with another metal element. Other elements in that case include Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu. , Ag, Zn and the like, preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, and more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, It is Cr, and more preferably Ti, Zr, Al, Mg, and Cr from the viewpoint of improving cycle characteristics.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式:LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、上記一般式において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 Since the NMC composite oxide has a high theoretical discharge capacity, it is preferable that the general formula: Li a Ni b Mn c Code M x O 2 (where a, b, c, d, x are 0 in the formula. .9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, b + c + d = 1. M satisfies Ti, Zr. , Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, which is at least one kind). Here, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents the atomic ratio of M. Represents. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6 in the above general formula. The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)及びマンガン(Mn)は、材料の純度向上及び電子伝導性向上という観点から、容量及び出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に上記一般式において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr及びCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化される。その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。 Generally, nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of the material and improving the electron conductivity. Ti and the like partially replace the transition metal in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted with another metal element, and it is particularly preferable that 0 <x ≦ 0.3 in the above general formula. The crystal structure is stabilized by solid solution of at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr. As a result, it is considered that the capacity of the battery can be prevented from decreasing even if charging and discharging are repeated, and excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、上記一般式において、b、c及びdが、0.44≦b≦0.51、0.27≦c≦0.31、0.19≦d≦0.26であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位重量あたりの容量が大きく、エネルギー密度の向上が可能となる。よって、コンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しており、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1がより有利であるが、寿命特性に難がある。これに対し、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有しているのである。 As a more preferable embodiment, in the above general formula, b, c and d are 0.44 ≦ b ≦ 0.51, 0.27 ≦ c ≦ 0.31 and 0.19 ≦ d ≦ 0.26. This is preferable from the viewpoint of improving the balance between capacity and life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is LiCo O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , etc., which have been proven in general consumer batteries. Compared with, the capacity per unit weight is large, and the energy density can be improved. Therefore, it has the advantage of being able to manufacture a compact and high-capacity battery, which is also preferable from the viewpoint of cruising range. In addition, LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 is more advantageous in that it has a larger capacity, but it has a difficulty in life characteristics. On the other hand, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has excellent life characteristics comparable to LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .

場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム-遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 In some cases, two or more kinds of positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, a lithium-transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material from the viewpoint of capacity and output characteristics. Of course, a positive electrode active material other than the above may be used.

正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1~100μm、より好ましくは1~20μmである。なお、本明細書において、粒子の平均粒子径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径(D50)を採用するものとする。 The average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output. In this specification, the median diameter (D50) obtained by using the laser diffraction method is adopted as the average particle diameter of the particles.

正極活物質層に含まれる正極活物質の割合は、正極活物質層中の固形分の総質量に対して60~99質量%であることが好ましく、80~95質量%であることがより好ましく、80~85質量%であることがさらに好ましい。このような割合で正極活物質を含むことにより、高容量密度の電池が得られる。 The ratio of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is preferably 60 to 99% by mass, more preferably 80 to 95% by mass, based on the total mass of the solid content in the positive electrode active material layer. , 80-85% by mass, more preferably. By containing the positive electrode active material in such a ratio, a battery having a high capacity density can be obtained.

導電助剤
導電助剤とは、正極活物質層又は負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、ケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック等のカーボンブラックが挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
Conductive Auxiliary Agent A conductive additive refers to an additive compounded to improve the conductivity of a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon black such as Ketjen Black (registered trademark) and acetylene black. When the active material layer contains a conductive auxiliary agent, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to the improvement of the output characteristics of the battery.

正極活物質層における導電助剤の含有量は、好ましくは1~10質量%であり、より好ましくは1~8質量%である。導電助剤の配合比(含有量)を上記範囲内に規定することで以下の効果が発現される。すなわち、電極反応を阻害することなく、電子伝導性を十分に担保することができ、電極密度の低下によるエネルギー密度の低下を抑制でき、ひいては電極密度の向上によるエネルギー密度の向上を図ることができるのである。 The content of the conductive auxiliary agent in the positive electrode active material layer is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 1 to 8% by mass. The following effects are exhibited by defining the blending ratio (content) of the conductive auxiliary agent within the above range. That is, the electron conductivity can be sufficiently ensured without inhibiting the electrode reaction, the decrease in energy density due to the decrease in electrode density can be suppressed, and the energy density can be improved by improving the electrode density. It is.

バインダ
バインダは、活物質同士又は活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。正極活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)及びその塩、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物などの熱可塑性高分子、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)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのバインダは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Binder The binder is added for the purpose of binding the active materials to each other or the active material and the current collector to maintain the electrode structure. The binder used for the positive electrode active material layer is not particularly limited, and examples thereof include the following materials. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC) and its salts, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and its hydrogen additive, styrene / isoprene / styrene block copolymer and its hydrogen addition Thermoplastic polymers such as fluoropolymers, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) ), Fluororesin such as ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinylfluorovinyl (PVF), vinylidene fluoride -Hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluoropolymer Rubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber) and the like, vinylidene fluoride-based fluororubber, epoxy resin and the like can be mentioned. These binders may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質層におけるバインダの含有量は、好ましくは1~10質量%であり、より好ましくは1~8質量%である。 The binder content in the positive electrode active material layer is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 1 to 8% by mass.

その他の成分
リチウム塩(支持塩)としては、(FSONLi、(CFSONLi、(CSONLi、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。
Other Ingredients Lithium salts (supporting salts) include (FSO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系及びポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。 Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

正極活物質層は、通常のスラリーを塗布(コーティング)する方法のほか、混練法、スパッタ法、蒸着法、CVD法、PVD法、イオンプレーティング法及び溶射法のいずれかの方法によって形成することができる。 The positive electrode active material layer shall be formed by any of a kneading method, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, a PVD method, an ion plating method and a thermal spraying method, in addition to a method of applying (coating) a normal slurry. Can be done.

[負極]
負極は、正極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。負極は、集電体及び負極活物質層を必須に含み、集電体の表面に負極活物質層が配置された構造を有する。
[Negative electrode]
The negative electrode has a function of generating electric energy by exchanging lithium ions together with the positive electrode. The negative electrode essentially includes a current collector and a negative electrode active material layer, and has a structure in which the negative electrode active material layer is arranged on the surface of the current collector.

(集電体)
負極に用いられうる集電体は、正極に用いられうる集電体と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
(Current collector)
Since the current collector that can be used for the negative electrode is the same as the current collector that can be used for the positive electrode, detailed description thereof will be omitted here.

(負極活物質層)
負極活物質層15は負極活物質を必須に含み、これ以外に、必要に応じて、導電助剤、バインダ、リチウム塩(支持塩)、イオン伝導性ポリマーなどの添加剤をさらに含んでもよい。なお、負極活物質層に用いられうる負極活物質以外の材料や、負極活物質層の製造方法は、正極活物質層と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 15 essentially contains the negative electrode active material, and may further contain additives such as a conductive auxiliary agent, a binder, a lithium salt (supporting salt), and an ionic conductive polymer, if necessary. Since the materials other than the negative electrode active material that can be used for the negative electrode active material layer and the method for producing the negative electrode active material layer are the same as those for the positive electrode active material layer, detailed description thereof will be omitted here.

負極活物質
負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる機能を有する。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、若しくはハードカーボンなどの炭素系負極活物質、SiやSnなどの純金属やこれらの合金系活物質、あるいはTiO、Ti、TiO、若しくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3若しくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li-Pb系合金、Li-Al系合金、Liなどが挙げられる。なかでも、高いエネルギー密度を達成する観点から、ケイ素(Si)を含むケイ素系負極活物質を用いることが好ましい。
Negative electrode active material The negative electrode active material has a function of emitting ions at the time of discharging and occluding the ions at the time of charging. Negative negative active materials include carbon-based negative negative active materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated charcoal, carbon fiber, coke, soft carbon, or hard carbon, pure metals such as Si and Sn, and alloy-based active materials thereof. , Or metal oxides such as TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , or SiO 2 , SiO, SnO 2 , or composite oxidation of lithium and transition metal such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4 or Li 7 MnN. Examples thereof include Li-Pb-based alloys, Li-Al-based alloys, and Li. Above all, from the viewpoint of achieving high energy density, it is preferable to use a silicon-based negative electrode active material containing silicon (Si).

ケイ素系負極活物質としては、特に制限はないが、Si単体、SiO、及びSiOなどのケイ素酸化物、ケイ素含有合金などが挙げられる。なかでも高いサイクル耐久性の実現が可能なことから、下記化学式(1)の組成を有するケイ素含有合金を含むことが好ましい。 The silicon-based negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include Si alone, silicon oxides such as SiO 2 , and SiO, and silicon-containing alloys. Above all, it is preferable to contain a silicon-containing alloy having the composition of the following chemical formula (1) because high cycle durability can be realized.

Figure 0007040353000001
Figure 0007040353000001

式中、Aは、不可避不純物であり、Mは、少なくとも1種の遷移金属元素であり、x、y、z、及びaは、質量%の値を表し、この際、0<x<100、0<y<100、0<z<100、及び0≦a<0.5であり、x+y+z+a=100である。 In the formula, A is an unavoidable impurity, M is at least one transition metal element, and x, y, z, and a represent a value of% by mass, in which case 0 <x <100, 0 <y <100, 0 <z <100, and 0 ≦ a <0.5, and x + y + z + a = 100.

なお、本明細書において、「不可避不純物」とは、ケイ素含有合金において、原料中に存在したり、製造工程において不可避的に混入したりするものを意味する。当該不可避不純物は、本来は不要なものであるが、微量であり、ケイ素含有合金の特性に影響を及ぼさないため、許容されている不純物である。 In the present specification, the “unavoidable impurity” means a silicon-containing alloy that is present in the raw material or is inevitably mixed in the manufacturing process. Although the unavoidable impurities are originally unnecessary, they are acceptable impurities because they are in trace amounts and do not affect the characteristics of the silicon-containing alloy.

上記化学式(1)で表されるケイ素含有合金は、Si、Sn及びM(遷移金属)の少なくとも三元系である。このように、Si、Sn及びMの少なくとも三元系であることにより、優れたサイクル耐久性が発揮されうる。 The silicon-containing alloy represented by the chemical formula (1) is at least a ternary system of Si, Sn and M (transition metal). As described above, excellent cycle durability can be exhibited by having at least a ternary system of Si, Sn and M.

なかでも、添加元素(遷移金属元素M)としてTiを選択することで、Li合金化の際に、より一層アモルファス-結晶の相転移を抑制してサイクル寿命を向上させることができる。また、これによって、従来の負極活物質(例えば、炭素系負極活物質)よりも高容量のものとなる。したがって、本発明の好ましい実施形態によると、上記化学式(1)で表される組成において、Mがチタン(Ti)であることが好ましい。 Among them, by selecting Ti as the additive element (transition metal element M), it is possible to further suppress the phase transition of the amorphous-crystal during Li alloying and improve the cycle life. Further, this makes the capacity higher than that of the conventional negative electrode active material (for example, carbon-based negative electrode active material). Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that M is titanium (Ti) in the composition represented by the above chemical formula (1).

ここで、Li合金化の際にアモルファス-結晶の相転移を抑制することが好ましいのは、以下の理由による。Si材料は、充電時にSiとLiとが合金化する際、アモルファス状態から結晶状態へ転移し大きな体積変化(約4倍)を起こすため、活物質粒子自体が壊れてしまい、活物質としての機能が失われる。そのため、アモルファス-結晶の相転移を抑制することで、粒子自体の崩壊を抑制し、活物質としての機能(高容量)を保持することができ、その結果、サイクル寿命を向上させることが可能となるためである。かかる添加元素(遷移金属元素M)を選定することにより、高容量でサイクル特性に優れたケイ素含有合金とすることができる。 Here, it is preferable to suppress the phase transition of amorphous-crystal during Li alloying for the following reasons. When Si and Li are alloyed during charging, the Si material changes from an amorphous state to a crystalline state and causes a large volume change (about 4 times), so that the active material particles themselves are broken and function as an active material. Is lost. Therefore, by suppressing the phase transition of the amorphous-crystal, it is possible to suppress the disintegration of the particles themselves and maintain the function (high capacity) as an active material, and as a result, it is possible to improve the cycle life. This is to become. By selecting such an additive element (transition metal element M), a silicon-containing alloy having a high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

上記化学式(1)の組成において、遷移金属元素M(特にTi)の組成比zは、7<z<100であることが好ましく、10<z<100であることがより好ましく、15<z<100であることがさらに好ましく、20≦z<100であることが特に好ましい。遷移金属元素M(特にTi)の組成比zをこのような範囲とすることにより、サイクル特性をより一層向上させることができる。 In the composition of the above chemical formula (1), the composition ratio z of the transition metal element M (particularly Ti) is preferably 7 <z <100, more preferably 10 <z <100, and 15 <z <. It is more preferably 100, and particularly preferably 20 ≦ z <100. By setting the composition ratio z of the transition metal element M (particularly Ti) in such a range, the cycle characteristics can be further improved.

より好ましくは、化学式(1)における、前記x、y、及びzは、下記数式(1)又は(2): More preferably, the x, y, and z in the chemical formula (1) are the following formulas (1) or (2):

Figure 0007040353000002
Figure 0007040353000002

を満たすことが好ましい。各成分含有量が上記範囲内にあると、1000Ah/gを超える初期放電容量を得ることができ、サイクル寿命についても90%(50サイクル)を超えうる。 It is preferable to satisfy. When the content of each component is within the above range, an initial discharge capacity exceeding 1000 Ah / g can be obtained, and the cycle life can also exceed 90% (50 cycles).

なお、当該負極活物質の上記特性のさらなる向上を図る観点からは、遷移金属元素M(特にTi)の含有量は7質量%超の範囲とすることが望ましい。すなわち、前記x、y、及びzが、下記数式(3)又は(4): From the viewpoint of further improving the above-mentioned characteristics of the negative electrode active material, it is desirable that the content of the transition metal element M (particularly Ti) is in the range of more than 7% by mass. That is, the x, y, and z are the following mathematical formulas (3) or (4):

Figure 0007040353000003
Figure 0007040353000003

を満たすことが好ましい。これにより、サイクル特性をより一層向上させることが可能となる。 It is preferable to satisfy. This makes it possible to further improve the cycle characteristics.

そして、より良好なサイクル耐久性を確保する観点から、前記x、y、及びzが、下記数式(5)又は(6): Then, from the viewpoint of ensuring better cycle durability, the x, y, and z are the following mathematical formulas (5) or (6):

Figure 0007040353000004
Figure 0007040353000004

を満たすことが好ましい。 It is preferable to satisfy.

そして、初期放電容量及びサイクル耐久性の観点から、前記x、y、及びzが、下記数式(7): Then, from the viewpoint of the initial discharge capacity and the cycle durability, the x, y, and z are the following mathematical formulas (7):

Figure 0007040353000005
Figure 0007040353000005

を満たすことが好ましい。 It is preferable to satisfy.

Aは前述のように、原料や製法に由来する上記3成分以外の不純物(不可避不純物)である。前記a(すなわち、残部)は、0≦a<0.5であり、0≦a<0.1であることが好ましい。 As described above, A is an impurity (unavoidable impurity) other than the above three components derived from the raw material and the manufacturing method. The a (that is, the balance) is 0 ≦ a <0.5, and preferably 0 ≦ a <0.1.

なお、負極活物質(ケイ素含有合金)が上記化学式(1)の組成を有するか否かは、蛍光X線分析(XRF)による定性分析、及び誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法による定量分析により確認することが可能である。 Whether or not the negative electrode active material (silicon-containing alloy) has the composition of the above chemical formula (1) is determined by qualitative analysis by fluorescent X-ray analysis (XRF) and quantitative analysis by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry. It is possible to confirm.

ケイ素系負極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは0.1~100μm、より好ましくは0.1~20μm、さらに好ましくは0.2~10μmである。このような範囲であれば、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、ケイ素系負極活物質が二次粒子である場合には当該二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径が10nm~100μmの範囲であるのが望ましい。一次粒子の平均粒子径が10nm以上であると、負極活物質中の導電パスが良好に形成され、抵抗の上昇を抑えることができる。また、一次粒子の平均粒子径が100μm以下であると、過電圧による電池容量の低下を防ぐことができる。ただし、製造方法にもよるが、ケイ素系負極活物質が凝集、塊状などにより二次粒子化したものでなくてもよい。 The average particle size of the silicon-based negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 0.1 to 100 μm from the viewpoint of increasing the capacity of the negative electrode active material, reactivity, and cycle durability. It is 20 μm, more preferably 0.2 to 10 μm. Within such a range, an increase in the internal resistance of the battery during charging / discharging under high output conditions is suppressed, and a sufficient current can be taken out. When the silicon-based negative electrode active material is a secondary particle, it is desirable that the average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particle is in the range of 10 nm to 100 μm. When the average particle size of the primary particles is 10 nm or more, the conductive path in the negative electrode active material is satisfactorily formed, and an increase in resistance can be suppressed. Further, when the average particle diameter of the primary particles is 100 μm or less, it is possible to prevent a decrease in battery capacity due to overvoltage. However, although it depends on the production method, the silicon-based negative electrode active material may not be agglomerated or agglomerated into secondary particles.

ケイ素系負極活物質の形状は、その種類や製造方法などによって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。 The shape of the silicon-based negative electrode active material differs depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include spherical (powder), plate, needle, columnar, and square, but are limited to these. It is not a thing and can be used without any problem in any shape. Preferably, it is desirable to appropriately select the optimum shape that can improve the battery characteristics such as charge / discharge characteristics.

負極活物質スラリーに含まれる負極活物質の割合は、固形分の総質量に対して60~99質量%であることが好ましく、80~95質量%であることがより好ましく、80~85質量%であることがさらに好ましい。このような割合で負極活物質を含むことにより、高容量密度の電池が得られる。 The ratio of the negative electrode active material contained in the negative electrode active material slurry is preferably 60 to 99% by mass, more preferably 80 to 95% by mass, and 80 to 85% by mass with respect to the total mass of the solid content. Is more preferable. By containing the negative electrode active material in such a ratio, a battery having a high capacity density can be obtained.

[電解質層]
電解質層17は、電解液がセパレータに保持されてなる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer 17 is formed by holding the electrolytic solution in the separator.

(電解液)
電解液は、可塑剤である有機溶媒にリチウム塩(支持塩)が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、アセトニトリル、1,2-ジメトキシエタン、リン酸トリメチル、ジメチルスルホキシド、1,3-ジオキソランなどが例示さる。これらは単独で使用されてもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。特に高濃度のリチウム塩を溶解しても粘度が高くなりすぎないという観点から、鎖状カーボネートが好ましい。具体的には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート類が例示される。また、リチウム塩としては、(FSONLi、(CFSONLi、(CSONLi、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。なかでも、Liが電離しやすく、イオン伝導性に優れていることから、(FSONLi(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)を用いることが好ましい。電解液は、前述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2-ジビニルエチレンカーボネート、1-メチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-メチル-2-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-1-ビニルエチレンカーボネート、1-エチル-2-ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1-ジメチル-2-メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがさらに好ましい。これらのカーボネートは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
(Electrolytic solution)
The electrolytic solution has a form in which a lithium salt (supporting salt) is dissolved in an organic solvent which is a plasticizer. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, trimethyl phosphate, and dimethyl. Examples thereof include sulfoxide and 1,3-dioxolane. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, a chain carbonate is preferable from the viewpoint that the viscosity does not become too high even if a high concentration lithium salt is dissolved. Specific examples thereof include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). The lithium salts include (FSO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiCF. 3 A compound that can be added to the active material layer of the electrode such as SO 3 can be similarly adopted. Of these, (FSO 2 ) 2 NLi (lithium bis (fluorosulfonyl) imide) is preferably used because Li is easily ionized and has excellent ionic conductivity. The electrolytic solution may further contain additives other than the above-mentioned components. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, phenylvinylene carbonate, diphenylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, diethylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, 1,2-divinylethylene carbonate. , 1-Methyl-1-vinylethylene carbonate, 1-methyl-2-vinylethylenecarbonate, 1-ethyl-1-vinylethylenecarbonate, 1-ethyl-2-vinylethylenecarbonate, vinylvinylene carbonate, allylethylenecarbonate, vinyl Oxymethylethylene carbonate, allyloxymethylethylene carbonate, acrylicoxymethylethylene carbonate, methacryloxymethylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, propargylethylene carbonate, ethynyloxymethylethylene carbonate, propargyloxyethylene carbonate, methyleneethylene carbonate, 1,1- Examples thereof include dimethyl-2-methyleneethylene carbonate. Of these, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate and vinylethylene carbonate are more preferable, and vinylene carbonate and vinylethylene carbonate are even more preferable. Only one of these carbonates may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

本実施形態の電解液は、粘度が26mPa・s以上であることを特徴とする。粘度が26mPa・s以上である高粘度電解液は、一般にセパレータへの浸透性が低い。従来はセパレータを親水性とすることで浸透性の向上を図っていたが、本発明によると、後述のような、安全性の高いポリオレフィン系セパレータを適用することが可能となる。すなわち、本発明において、電解液の粘度は、本発明が解決すべき課題が生じるための前提条件としての位置づけを有する。 The electrolytic solution of the present embodiment is characterized by having a viscosity of 26 mPa · s or more. A high-viscosity electrolytic solution having a viscosity of 26 mPa · s or more generally has low permeability to a separator. Conventionally, the permeability has been improved by making the separator hydrophilic, but according to the present invention, it is possible to apply a highly safe polyolefin-based separator as described later. That is, in the present invention, the viscosity of the electrolytic solution has a position as a precondition for the problem to be solved by the present invention arises.

本実施形態において、電解液の粘度は、必須に26mPa・s以上であり、好ましくは50mPa・s以上であり、より好ましくは100mPa・s以上である。電解液の粘度が高いほど、本発明の効果がより一層顕著に発揮されるため好ましい。一方、電解液の粘度の上限値は特に制限されないが、電池を正常に作動させるためには、一般的には500mPa・s以下であり、好ましくは300mPa・s以下であり、より好ましくは150mPa・s以下である。なお、本明細書において、電解液の粘度は、後述の実施例に記載の、落球式粘度計(Lovis2000M、アントンパール社製)を用いた落球式粘度測定法により測定された値を採用するものとする。 In the present embodiment, the viscosity of the electrolytic solution is indispensably 26 mPa · s or more, preferably 50 mPa · s or more, and more preferably 100 mPa · s or more. The higher the viscosity of the electrolytic solution, the more remarkable the effect of the present invention is exhibited, which is preferable. On the other hand, the upper limit of the viscosity of the electrolytic solution is not particularly limited, but in order to operate the battery normally, it is generally 500 mPa · s or less, preferably 300 mPa · s or less, and more preferably 150 mPa · s. It is less than or equal to s. In this specification, the viscosity of the electrolytic solution adopts the value measured by the falling ball type viscosity measuring method using a falling ball type viscometer (Lovis2000M, manufactured by Anton Pearl Co., Ltd.) described in Examples described later. And.

本実施形態において、電解液におけるリチウム塩の濃度は、特に制限されない。ただし、電解液中のリチウムイオン輸送速度や、反応のばらつきの解消によりサイクル特性を向上させる観点から、リチウム塩の濃度は、好ましくは4mol/L超8mol/L以下であり、より好ましくは4.5mol/L以上6mol/L以下であり、さらに好ましくは4.7mol/L以上5.5mol/L以下である。なかでも、リチウム塩として(FSONLiを用いた場合に、(FSONLiを上記濃度範囲とすることが好ましい。 In the present embodiment, the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is not particularly limited. However, from the viewpoint of improving the cycle characteristics by eliminating the variation in the lithium ion transport rate in the electrolytic solution and the reaction, the concentration of the lithium salt is preferably more than 4 mol / L and 8 mol / L or less, more preferably 4. It is 5 mol / L or more and 6 mol / L or less, and more preferably 4.7 mol / L or more and 5.5 mol / L or less. Above all, when (FSO 2 ) 2 NLi is used as the lithium salt, it is preferable to set (FSO 2 ) 2 NLi in the above concentration range.

(セパレータ)
セパレータは、電解液を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、及び正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。
(Separator)
The separator has a function of holding an electrolytic solution and ensuring lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition wall between the positive electrode and the negative electrode.

本実施形態において、セパレータは、その構成材料としてポリプロピレン(PP)を含むことを必須とする。ポリプロピレンは、シャットダウン性能に優れることから、安全性が高いセパレータを構成することができる。 In the present embodiment, it is essential that the separator contains polypropylene (PP) as a constituent material thereof. Since polypropylene has excellent shutdown performance, it is possible to form a highly safe separator.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解液を吸収保持するポリマーや繊維からなる微多孔膜や不織布等を挙げることができる。 Examples of the form of the separator include a microporous membrane made of a polymer or fiber that absorbs and retains the electrolytic solution, a non-woven fabric, and the like.

微多孔膜セパレータとしては、例えば、PPからなる微多孔膜が挙げられる。また、PPとPEなどのポリオレフィンとの混合物からなる微多孔膜や、PPからなる微多孔膜にポリエチレン(PE)などのポリオレフィンからなる微多孔膜を組合せた積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)であってもよい。さらに、PPからなる微多孔膜に、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン(PVdF-HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔膜を組合せタ積層体などであってもよい。 Examples of the microporous membrane separator include a microporous membrane made of PP. Further, a laminated body (for example, PP / PE / PP) in which a microporous film made of a mixture of PP and a polyolefin such as PE or a microporous film made of PP and a microporous film made of a polyolefin such as polyethylene (PE) is combined. It may be a laminated body having a three-layer structure of the above). Further, a microporous film made of PP is combined with a microporous film made of a hydrocarbon resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, etc. to form a laminate. May be good.

不織布セパレータとしては、PPからなるもの不織布が挙げられる。また、PPに加えて、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知の材料とを混合した不織布が挙げられる。なお、不織布のかさ密度は、十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。 Examples of the non-woven fabric separator include non-woven fabric made of PP. Further, in addition to PP, a non-woven fabric obtained by mixing cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefin such as PE; polyimide, aramid and other conventionally known materials can be mentioned. The bulk density of the non-woven fabric may be any one as long as sufficient battery characteristics can be obtained, and should not be particularly limited.

本実施形態において、セパレータに含まれる樹脂のうちPPの含有割合が高い方が好ましい。具体的には、樹脂の総量に対するPPの割合は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは75質量%以上であり、さらに好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。PPの割合が高いほど、シャットダウン性能を発現させつつ、電池性能の向上を図ることが可能となる。 In the present embodiment, it is preferable that the content ratio of PP in the resin contained in the separator is high. Specifically, the ratio of PP to the total amount of the resin is preferably 50% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, further preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass or more. It is most preferably 100% by mass. The higher the ratio of PP, the more the battery performance can be improved while exhibiting the shutdown performance.

また、前述の微多孔膜や不織布に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であってもよい。耐熱絶縁層は、無機粒子及びバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点又は熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果及び機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。 Further, it may be a separator (separator with a heat-resistant insulating layer) in which a heat-resistant insulating layer is laminated on the above-mentioned microporous film or non-woven fabric. The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the separator with a heat-resistant insulating layer, a separator having a melting point or a thermal softening point of 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, having high heat resistance is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator, which increases when the temperature rises, is relaxed, so that the effect of suppressing heat shrinkage can be obtained. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise. Further, by having the heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the separator with the heat-resistant insulating layer is improved, and the film breakage of the separator is less likely to occur. Further, due to the effect of suppressing heat shrinkage and high mechanical strength, the separator is less likely to curl in the battery manufacturing process.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、及び窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)又はアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 Inorganic particles in the heat-resistant insulating layer contribute to the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer and the effect of suppressing heat shrinkage. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. Examples include silicon, aluminum, zirconium, titanium oxides (SiO 2 , Al 2O 3 , ZrO 2 , TiO 2 ), hydroxides, and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, and mica, or may be artificially produced. Further, only one kind of these inorganic particles may be used alone, or two or more kinds thereof may be used in combination. Of these, from the viewpoint of cost, it is preferable to use silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), and it is more preferable to use alumina (Al 2 O 3 ).

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5~15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat-resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2 . Within this range, sufficient ionic conductivity can be obtained and heat resistance is preferably maintained.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子や、無機粒子と微多孔膜又は不織布とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また微多孔膜又は不織布と、耐熱絶縁層との間の剥離を防止できる。 The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of adhering the inorganic particles or the inorganic particles to the microporous film or the non-woven fabric. The binder stably forms the heat-resistant insulating layer, and can prevent peeling between the microporous film or the non-woven fabric and the heat-resistant insulating layer.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、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)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、又はポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited, and is, for example, carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber. , Butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), methyl acrylate and the like can be used as the binder. Of these, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl acrylate, or polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferably used. Only one of these compounds may be used alone, or two or more of these compounds may be used in combination.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100質量%に対して、2~20質量%であることが好ましい。バインダの含有量が2質量%以上であると、耐熱絶縁層と微多孔膜又は不織布との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20質量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。 The content of the binder in the heat-resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the heat-resistant insulating layer. When the binder content is 2% by mass or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the microporous film or the non-woven fabric can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the binder content is 20% by mass or less, the gaps between the inorganic particles are appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be ensured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD(樹脂流れ方向)、TD(樹脂流れ直交方向)ともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、正極発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The heat shrinkage of the separator with a heat-resistant insulating layer is preferably 10% or less in both MD (resin flow direction) and TD (resin flow orthogonal direction) after holding for 1 hour under the conditions of 150 ° C. and 2 gf / cm 2 . By using such a highly heat-resistant material, it is possible to effectively prevent the separator from shrinking even when the amount of heat generated by the positive electrode increases and the internal temperature of the battery reaches 150 ° C. As a result, it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, so that the battery configuration is less likely to cause performance deterioration due to a temperature rise.

本実施形態において、ガーレー法により測定されたセパレータの透気度が120sec/dl以上240sec/dl以下であることを特徴とする。透気度の上限値が240sec/dl超であると、高粘度電解液の浸透性が低くなり、十分な電池性能を発揮させることができない。透気度の上限値は、高粘度電解液の浸透性をより向上させる観点から、210sec/dl以下であることがより好ましい。一方、本発明者らの検討によると、透気度の下限値が120sec/dl未満であっても、十分な電池性能を発揮できない可能性があることが判明した。本発明者らは、デンドライト生成によってセパレータに微小短絡が生じることが、電池性能を低下させる要因であると推察している。同様の観点から、透気度の下限値は150sec/dl以上であることが好ましい。なお、本明細書において、セパレータの透気度は、後述の実施例に記載の、JIS P 8117:2009に準拠した測定方法(ガーレー法)により測定された値を採用するものとする。 The present embodiment is characterized in that the air permeability of the separator measured by the Garley method is 120 sec / dl or more and 240 sec / dl or less. If the upper limit of the air permeability is more than 240 sec / dl, the permeability of the high-viscosity electrolytic solution becomes low, and sufficient battery performance cannot be exhibited. The upper limit of the air permeability is more preferably 210 sec / dl or less from the viewpoint of further improving the permeability of the high-viscosity electrolytic solution. On the other hand, according to the studies by the present inventors, it has been found that even if the lower limit of the air permeability is less than 120 sec / dl, sufficient battery performance may not be exhibited. The present inventors presume that the occurrence of a minute short circuit in the separator due to the generation of dendrite is a factor that deteriorates the battery performance. From the same viewpoint, the lower limit of the air permeability is preferably 150 sec / dl or more. In this specification, the air permeability of the separator shall be the value measured by the measuring method (Garley method) based on JIS P 8117: 2009 described in Examples described later.

本実施形態において、セパレータの空孔率は特に制限されないが、好ましくは33~65%であり、より好ましくは35~62%であり、さらに好ましくは38~56%である。セパレータの空孔率が上記範囲内であると、発生するガスの放出性が向上し、長期サイクル特性がより良好な電池となり、また、セパレータとしての機能である短絡防止や機械的物性も十分なものとなる。なお、本明細書において、セパレータの空孔率は、後述の実施例に記載の、水銀ポロシメーターを使用した水銀圧入法により測定された値を採用するものとする。 In the present embodiment, the porosity of the separator is not particularly limited, but is preferably 33 to 65%, more preferably 35 to 62%, and even more preferably 38 to 56%. When the porosity of the separator is within the above range, the release of the generated gas is improved, the battery has better long-term cycle characteristics, and the short-circuit prevention and mechanical properties, which are the functions of the separator, are sufficient. It becomes a thing. In this specification, the porosity of the separator shall be the value measured by the mercury intrusion method using a mercury porosimeter described in Examples described later.

本実施形態において、セパレータの厚さは特に制限されないが、好ましくは6~20μmであり、より好ましくは6~18μmであり、特に好ましくは6~10μmである。セパレータの厚さが上記範囲内であると、セパレータとしての機能である短絡防止や機械的物性も十分なものとなる。 In the present embodiment, the thickness of the separator is not particularly limited, but is preferably 6 to 20 μm, more preferably 6 to 18 μm, and particularly preferably 6 to 10 μm. When the thickness of the separator is within the above range, short-circuit prevention and mechanical properties, which are functions as a separator, are sufficient.

[集電板(タブ)]
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板(タブ)が外装体であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
[Current collector plate (tab)]
In a lithium ion secondary battery, a current collector plate (tab) electrically connected to a current collector is taken out to the outside of a laminated film which is an exterior body for the purpose of taking out a current to the outside of the battery.

集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板(正極タブ)と負極集電板(負極タブ)とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。 The material constituting the current collector plate is not particularly limited, and a known highly conductive material conventionally used as a current collector plate for a lithium ion secondary battery can be used. As the constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. The same material may be used for the positive electrode current collector plate (positive electrode tab) and the negative electrode current collector plate (negative electrode tab), or different materials may be used.

また、図2に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図2に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン二次電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 Further, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 2 is not particularly limited. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of each and taken out from each side, as shown in FIG. It is not limited to. Further, in the winding type lithium ion secondary battery, the terminal may be formed by using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of the tab.

[シール部]
シール部は、双極型(内部直列接続タイプ)電池に特有の部材であり、電解質層の漏れを防止する機能を有する。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。
[Seal part]
The seal portion is a member peculiar to a bipolar type (internal series connection type) battery and has a function of preventing leakage of the electrolyte layer. In addition to this, it is also possible to prevent adjacent current collectors from coming into contact with each other in the battery and short-circuiting due to slight irregularities at the ends of the laminated electrodes.

シール部の構成材料としては、特に制限されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミド等が用いられうる。これらのうち、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。 The constituent material of the sealing portion is not particularly limited, but a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, an epoxy resin, rubber, polyimide and the like can be used. Of these, it is preferable to use a polyolefin resin from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, film forming property, economy and the like.

[正極端子リード及び負極端子リード]
正極及び負極端子リードの材料は、公知の積層型電池で用いられるリードを用いることができる。なお、外装体から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
[Positive terminal lead and negative electrode terminal lead]
As the material of the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead, the lead used in a known laminated battery can be used. The part taken out from the exterior body is heat-resistant and insulating heat so that it does not affect the product (for example, automobile parts, especially electronic devices) by contacting peripheral devices and wiring and causing electric leakage. It is preferable to cover with a shrink tube or the like.

[外装体;ラミネートフィルム]
外装体としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図1に示すようなラミネートフィルム22を外装体として用いて、発電要素21をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されうる。このようなラミネートフィルムを用いることにより、外装体の開封、容量回復材の添加、外装体の再封止を容易に行うことができる。
[Exterior body; Laminating film]
As the exterior body, a conventionally known metal can case can be used. In addition, the laminating film 22 as shown in FIG. 1 may be used as an exterior body to pack the power generation element 21. The laminating film can be configured as, for example, a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order. By using such a laminated film, it is possible to easily open the exterior body, add a capacity recovery material, and reseal the exterior body.

<リチウムイオン二次電池の製造方法>
リチウムイオン二次電池の製造方法は特に制限されず、公知の方法により製造されうる。具体的には、(1)電極の作製、(2)単電池層の作製、(3)発電要素の作製、及び(4)積層型電池の製造を含む。以下、リチウムイオン二次電池の製造方法について一例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
<Manufacturing method of lithium ion secondary battery>
The method for producing the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and the lithium ion secondary battery can be produced by a known method. Specifically, it includes (1) fabrication of electrodes, (2) fabrication of a cell cell layer, (3) fabrication of a power generation element, and (4) fabrication of a laminated battery. Hereinafter, a method for manufacturing a lithium ion secondary battery will be described with an example, but the present invention is not limited thereto.

(1)電極(正極及び負極)の作製
電極(正極又は負極)は、例えば、活物質スラリー(正極活物質スラリー又は負極活物質スラリー)を調製し、当該活物質スラリーを集電体上に塗布、乾燥し、次いでプレスすることにより作製されうる。前記活物質スラリーは、前述した活物質(固溶体正極活物質又はSi含有合金負極活物質)、バインダ、導電助剤及び溶媒を含む。
(1) Preparation of Electrode (Positive Electrode and Negative Electrode) For the electrode (positive electrode or negative electrode), for example, an active material slurry (positive electrode active material slurry or negative electrode active material slurry) is prepared, and the active material slurry is applied onto the current collector. It can be made by drying, then pressing. The active material slurry contains the above-mentioned active material (solid solution positive electrode active material or Si-containing alloy negative electrode active material), a binder, a conductive auxiliary agent, and a solvent.

前記溶媒としては、特に制限されず、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサン、水等が用いられうる。 The solvent is not particularly limited, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylformamide, cyclohexane, hexane, water and the like can be used.

活物質スラリーの集電体への塗布方法としては、特に制限されず、スクリーン印刷法、スプレーコート法、静電スプレーコート法、インクジェット法、ドクターブレード法等が挙げられる。 The method for applying the active material slurry to the current collector is not particularly limited, and examples thereof include a screen printing method, a spray coating method, an electrostatic spray coating method, an inkjet method, and a doctor blade method.

集電体の表面に形成された塗膜の乾燥方法としては、特に制限されず、塗膜中の溶媒の少なくとも一部が除去されればよい。当該乾燥方法としては、加熱が挙げられる。乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、適用する活物質スラリーに含有される溶媒の揮発速度、活物質スラリーの塗布量等に応じて適宜設定されうる。なお、溶媒は一部が残存していてもよい。残存した溶媒は、後述のプレス工程等で除去されうる。 The method for drying the coating film formed on the surface of the current collector is not particularly limited, and at least a part of the solvent in the coating film may be removed. Examples of the drying method include heating. The drying conditions (drying time, drying temperature, etc.) can be appropriately set according to the volatilization rate of the solvent contained in the active material slurry to be applied, the coating amount of the active material slurry, and the like. A part of the solvent may remain. The remaining solvent can be removed by a pressing step or the like described later.

プレス手段としては、特に限定されず、例えば、カレンダーロール、平板プレス等が用いられうる。 The pressing means is not particularly limited, and for example, a calendar roll, a flat plate press, or the like can be used.

(2)単電池層の作製
単電池層は、(1)で作製した電極(正極及び負極)を、電解質層を介して積層させることにより作製されうる。
(2) Preparation of Single Battery Layer The single battery layer can be manufactured by laminating the electrodes (positive electrode and negative electrode) prepared in (1) via the electrolyte layer.

(3)発電要素の作製
発電要素は、単電池層の出力及び容量、電池として必要とする出力及び容量等を適宜考慮し、前記単電池層を積層して作製されうる。
(3) Manufacture of Power Generation Element The power generation element can be manufactured by laminating the cell cell layers in consideration of the output and capacity of the cell cell layer, the output and capacity required as a battery, and the like.

(4)積層型電池の製造
電池の構成としては、角形、ペーパー型、積層型、円筒型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。また構成部品の集電体や絶縁板等は特に限定されるものではなく、上記の形状に応じて選定すればよい。積層型電池は、上記で得られた発電要素の集電体にリードを接合し、これらの正極端子リード又は負極端子リードを、正極タブ又は負極タブに接合する。そして、正極タブ及び負極タブが電池外部に露出するように、発電要素をラミネートシート中に入れ、注液機により高粘度電解液を注液してから真空で封止することにより積層型電池が製造されうる。
(4) Manufacture of laminated battery As the battery configuration, various shapes such as a square type, a paper type, a laminated type, a cylindrical type, and a coin type can be adopted. Further, the current collector, the insulating plate, and the like of the constituent parts are not particularly limited, and may be selected according to the above-mentioned shape. In the laminated battery, leads are bonded to the current collector of the power generation element obtained above, and these positive electrode terminal leads or negative electrode terminal leads are bonded to the positive electrode tab or the negative electrode tab. Then, the power generation element is put in a laminated sheet so that the positive electrode tab and the negative electrode tab are exposed to the outside of the battery, the high-viscosity electrolytic solution is injected by a liquid injection machine, and then the laminated battery is sealed with a vacuum. Can be manufactured.

本実施形態においては、必要に応じて高粘度電解液をセパレータに十分に浸透させるための含浸工程を設けたあとに、初回の充電を行うことが好ましい。具体的には、封止後に加圧下、又は、大気圧条件下で、電池を25~55℃、好ましくは35~50℃、より好ましくは40~47℃となるように電池を静置等して高粘度電解液のセパレータへの浸透を促進させる。当該含浸工程の時間は、好ましくは3時間、より好ましくは6時間以上、さらに好ましくは8時間以上である。上限値は特に制限されないが、工程の簡略化の観点から、好ましくは48時間以下、より好ましくは36時間以下、さらに好ましくは24時間以下である。 In the present embodiment, it is preferable to perform the initial charging after providing an impregnation step for sufficiently infiltrating the separator with the high-viscosity electrolytic solution, if necessary. Specifically, the battery is allowed to stand at 25 to 55 ° C., preferably 35 to 50 ° C., more preferably 40 to 47 ° C. under pressure or atmospheric pressure after sealing. To promote the penetration of the high-viscosity electrolytic solution into the separator. The time of the impregnation step is preferably 3 hours, more preferably 6 hours or more, still more preferably 8 hours or more. The upper limit is not particularly limited, but from the viewpoint of simplifying the process, it is preferably 48 hours or less, more preferably 36 hours or less, still more preferably 24 hours or less.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成したものである。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量及び電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery set]
The assembled battery is configured by connecting a plurality of batteries. More specifically, it is composed of serialization, parallelization, or both by using at least two or more. By serializing and parallelizing, the capacity and voltage can be freely adjusted.

電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 It is also possible to connect a plurality of batteries in series or in parallel to form a small assembled battery that can be attached / detached. Then, by connecting a plurality of small detachable batteries in series or in parallel, a large capacity and a large capacity suitable for a vehicle drive power source or an auxiliary power source that require a high volume energy density and a high volume output density. It is also possible to form an assembled battery with an output. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many stages of small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) to be mounted. It may be decided according to the output.

[車両]
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池をはじめとした本発明の電気デバイスは、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、高い安全性と長寿命化が必要となる。したがって、上記リチウムイオン二次電池(電気デバイス)は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The electric device of the present invention, such as the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, maintains the discharge capacity even after long-term use and has good cycle characteristics. In addition, the volumetric energy density is high. Vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles are required to have higher capacity and larger size than electric and portable electronic devices, as well as high safety and long life. Is required. Therefore, the lithium ion secondary battery (electric device) can be suitably used as a power source for a vehicle, for example, a vehicle drive power source or an auxiliary power source.

具体的には、電池又はこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、高い安全性と長期信頼性及び出力特性とに優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池又はこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。 Specifically, a battery or a combined battery formed by combining a plurality of batteries can be mounted on the vehicle. In the present invention, a long-life battery with excellent safety, long-term reliability, and output characteristics can be configured. Therefore, when such a battery is installed, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage or a long one-charge mileage can be installed. Can configure an electric vehicle. In addition to hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (passenger vehicles, trucks, commercial vehicles such as buses, light vehicles, etc.)) This is because it becomes a highly reliable automobile with a long life by using it for two-wheeled vehicles (including motorcycles) and three-wheeled vehicles. However, the application is not limited to automobiles, and can be applied to various power sources of other vehicles, for example, moving objects such as trains, and power supplies for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use it as.

以下、実施例及び比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明が以下の実施例のみに限定されるわけではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[リチウムイオン二次電池の製造]
(電解液の調製)
グローブボックス内で、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド((FSONLi;LiFSI)又はLiPFを、ジメチルカーボネート(DMC)単独、又は、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)を3:6:1(体積比)で混合した混合溶液に、それぞれ下記表1又は表2に記載の濃度で溶解し、電解液を調製した。
[Manufacturing of lithium-ion secondary batteries]
(Preparation of electrolyte)
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide ((FSO 2 ) 2 NLi; LiFSI) or LiPF 6 in the glove box, dimethyl carbonate (DMC) alone, or ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) and ethylmethyl. An electrolytic solution was prepared by dissolving carbonate (EMC) in a mixed solution mixed at a ratio of 3: 6: 1 (volume ratio) at the concentrations shown in Table 1 or Table 2 below, respectively.

なお、表1に示す電解液の粘度は、落球式粘度計(Lovis2000M、アントンパール社製)を用いた落球式粘度測定法により測定した。 The viscosity of the electrolytic solution shown in Table 1 was measured by a falling ball type viscosity measuring method using a falling ball type viscometer (Lovis2000M, manufactured by Anton Pearl Co., Ltd.).

(セパレータ)
下記表1に示す、厚さ、空孔率及び透気度を有するセパレータ(材質:PP、又は、PPとPEとの積層体、サイズ:50mm×50mm)を準備した。
(Separator)
Separators having thickness, porosity and air permeability (material: PP or a laminate of PP and PE, size: 50 mm × 50 mm) shown in Table 1 below were prepared.

なお、セパレータの空孔率は、水銀ポロシメーターを使用した水銀圧入法により測定した。 The porosity of the separator was measured by a mercury intrusion method using a mercury porosimeter.

セパレータの透気度は、JIS P 8117:2009に準拠した測定方法により、吹き出し口の露点が-60℃、気温が25℃に設定されたドライルーム内に設置した透気度測定装置(安田精機製作所製)を用いて測定した。 The air permeability of the separator is measured by a measurement method based on JIS P 8117: 2009, and is an air permeability measuring device (Yasuda Seiki) installed in a dry room where the dew point of the outlet is set to -60 ° C and the temperature is set to 25 ° C. It was measured using (manufactured by Mfg. Co., Ltd.).

(正極・負極)
正極及び負極として、それぞれ電気自動車用バッテリーで使用される市販品を使用した。なお、正極に含まれる正極活物質はスピネル構造を有するLi1.1Mn1.9と、リチウム・ニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム(Ni/Liモル比0.7)との混合物であり、バインダはポリフッ化ビニリデンであり、導電助剤はカーボンブラック粉末とであった。負極に含まれる負極活物質は黒鉛であった。また、正極活物質層及び負極活物質層の空孔率及び空孔径は、本技術分野において一般的な値であった。正極及び負極の集電体の一方の面側の活物質層を剥がし、29mm×40mmのサイズに切り抜いて使用した。
(Positive electrode / Negative electrode)
As the positive electrode and the negative electrode, commercially available products used in electric vehicle batteries were used. The positive electrode active material contained in the positive electrode is a mixture of Li 1.1 Mn 1.9 O 4 having a spinel structure and lithium, nickel, cobalt, and lithium manganate (Ni / Li molar ratio 0.7). The binder was polyvinylidene fluoride, and the conductive additive was carbon black powder. The negative electrode active material contained in the negative electrode was graphite. The porosity and the pore diameter of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer were general values in the present technical field. The active material layer on one side of the current collector of the positive electrode and the negative electrode was peeled off, and the active material layer was cut out to a size of 29 mm × 40 mm and used.

(ラミネート型電池の作製)
正極の正極集電体部分にアルミニウムの正極タブ(正極集電板)を溶接した。また、負極の負極集電体部分に電解銅の負極タブ(負極集電板)を溶接した。これらタブを溶接した正極の正極活物質層と負極の負極活物質層とを対向させ、間にセパレータを挟んで1つの単電池層からなる発電要素を作製した。次いで、アルミラミネートフィルム製外装材(60mm×60mm)で発電要素の両側を挟み込み、3辺を熱圧着封止して発電要素を収納した。この発電要素に、真空含浸装置(TOSPACK V-307GII、東静電気株式会社製)を用いて電解液500μlを注入して、残りの1辺を熱圧着で真空封止した。その後、45℃で8時間静置してセパレータに電解液を浸透させ、ラミネート型電池を作製した。
(Making laminated batteries)
An aluminum positive electrode tab (positive electrode current collector plate) was welded to the positive electrode current collector portion of the positive electrode. Further, a negative electrode tab (negative electrode current collector plate) of electrolytic copper was welded to the negative electrode current collector portion of the negative electrode. The positive electrode active material layer of the positive electrode and the negative electrode active material layer of the negative electrode to which these tabs were welded were opposed to each other, and a separator was sandwiched between them to prepare a power generation element composed of one cell cell layer. Next, both sides of the power generation element were sandwiched between aluminum laminated film exterior materials (60 mm × 60 mm), and the three sides were thermocompression-bonded to house the power generation element. 500 μl of an electrolytic solution was injected into this power generation element using a vacuum impregnation device (TOSPACK V-307GII, manufactured by Tohoku Denshi Co., Ltd.), and the remaining one side was vacuum-sealed by thermocompression bonding. Then, the battery was allowed to stand at 45 ° C. for 8 hours to allow the electrolytic solution to permeate the separator to prepare a laminated battery.

(初期充放電特性の評価)
上記で作製した各ラミネート型電池について以下の充放電試験条件に従って3回の充放電を行い、初期充放電特性の評価を行った。
(Evaluation of initial charge / discharge characteristics)
Each laminated battery produced above was charged / discharged three times according to the following charge / discharge test conditions, and the initial charge / discharge characteristics were evaluated.

<充放電試験条件>
1)充放電試験機:TOSCAT-3000(東洋システム株式会社製)
2)恒温槽:LU-113(エスペック株式会社製)を用いて25℃に設定
3)充放電条件
[充電過程]4.2V、0.1C(1回目)又は0.2C(2及び3回目)(定電流・定電圧モード)、40時間、カットオフ I<1.5%
[放電過程]2.7V、0.1C(1回目)又は0.2C(2及び3回目)(定電流モード)。
<Charging / discharging test conditions>
1) Charge / discharge tester: TOSCAT-3000 (manufactured by Toyo System Co., Ltd.)
2) Constant temperature bath: set to 25 ° C using LU-113 (manufactured by Espec Co., Ltd.) 3) Charging / discharging conditions [Charging process] 4.2V, 0.1C (1st time) or 0.2C (2nd and 3rd time) ) (Constant current / constant voltage mode), 40 hours, cutoff I <1.5%
[Discharge process] 2.7V, 0.1C (1st time) or 0.2C (2nd and 3rd time) (constant current mode).

上記の3回の充放電(放電後10分間休止した後に次のサイクルの充電を開始)において、設計容量通りの容量を示すものを○、過電圧が大きすぎて設計容量±10%を示さない、若しくは電池として作動しないものを×として評価した。結果を下記表1に示す。 In the above three charge / discharge (pause for 10 minutes after discharge and then start charging in the next cycle), the one showing the capacity according to the design capacity is ○, and the overvoltage is too large to show the design capacity ± 10%. Alternatively, those that do not operate as batteries were evaluated as x. The results are shown in Table 1 below.

Figure 0007040353000006
Figure 0007040353000006

表1の結果より、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、粘度が26mPa・s以上である電解液を用いた場合であっても、十分な充放電性能が発揮されることが示された。 From the results in Table 1, it was shown that the lithium ion secondary battery according to the present invention exhibits sufficient charge / discharge performance even when an electrolytic solution having a viscosity of 26 mPa · s or more is used. ..

なお、透気度が25sec/dlであるセパレータIを用いたリチウムイオン二次電池は、充電容量が設計容量以上の値となり、明らかな副反応が起こる挙動を示した。本発明者らは、当該電池では、デンドライト生成による微小短絡が生じたと推測している。 The lithium ion secondary battery using the separator I having an air permeability of 25 sec / dl showed a behavior in which the charge capacity became a value equal to or larger than the design capacity and an obvious side reaction occurred. The present inventors presume that the battery has a minute short circuit due to the generation of dendrites.

(サイクル耐久性の評価)
セパレータC及びHを用いたラミネート型電池について以下の充放電試験条件に従って充放電を行い、サイクル耐久性の評価を行った。
(Evaluation of cycle durability)
The laminated battery using the separators C and H was charged and discharged according to the following charge / discharge test conditions, and the cycle durability was evaluated.

<充放電試験条件>
1)充放電試験機:TOSCAT-3000(東洋システム株式会社製)
2)恒温槽:LU-113(エスペック株式会社製)を用いて25℃に設定
3)充放電条件
[充電過程]4.2V、2.0C(定電流・定電圧モード)、40時間、25℃
[放電過程]2.7V、0.5C(定電流モード)。
<Charging / discharging test conditions>
1) Charge / discharge tester: TOSCAT-3000 (manufactured by Toyo System Co., Ltd.)
2) Constant temperature bath: set to 25 ° C using LU-113 (manufactured by Espec Co., Ltd.) 3) Charging / discharging conditions [Charging process] 4.2V, 2.0C (constant current / constant voltage mode), 40 hours, 25 ℃
[Discharge process] 2.7V, 0.5C (constant current mode).

上記の充放電を100回行い、1回目の充放電における放電容量及び100回目の充放電における放電容量を求め、放電容量維持率(100回目の放電容量÷1回目の放電容量×100(%))を算出した。なお、放電容量を確認する際は、充電条件を4.2V、0.5C(定電流・定電圧モード)、放電条件を2.7V、0.5C(定電流モード)とした。結果を下記表2に示す。 The above charge / discharge is performed 100 times, the discharge capacity in the first charge / discharge and the discharge capacity in the 100th charge / discharge are obtained, and the discharge capacity retention rate (100th discharge capacity ÷ 1st discharge capacity × 100 (%)). ) Was calculated. When checking the discharge capacity, the charging conditions were set to 4.2V and 0.5C (constant current / constant voltage mode), and the discharge conditions were set to 2.7V and 0.5C (constant current mode). The results are shown in Table 2 below.

Figure 0007040353000007
Figure 0007040353000007

表2の結果より、高粘度電解液にセパレータHを適用したリチウムイオン二次電池では、高い放電容量維持率が得られることが示された。 From the results in Table 2, it was shown that a high discharge capacity retention rate can be obtained in the lithium ion secondary battery in which the separator H is applied to the high-viscosity electrolytic solution.

10、50 リチウムイオン二次電池、
11 正極集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 セパレータ、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29、52 外装体、
58 正極タブ、
59 負極タブ。
10,50 Lithium-ion secondary battery,
11 Positive electrode current collector,
12 Negative electrode current collector,
13 Positive electrode active material layer,
15 Negative electrode active material layer,
17 Separator,
19 Single battery layer,
21,57 Power generation element,
25 Positive electrode current collector plate,
27 Negative current collector plate,
29, 52 exterior body,
58 Positive tab,
59 Negative electrode tab.

Claims (7)

正極と、
負極と、
前記正極及び前記負極の間に介在し、電解液がセパレータに保持されてなる電解質層と、
を含む発電要素を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記電解液の粘度は26mPa・s以上であり、
前記セパレータはポリプロピレンを含み、
前記セパレータのガーレー法により測定された透気度は120sec/dl以上240sec/dl以下である、リチウムイオン二次電池。
With the positive electrode
With the negative electrode
An electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode and the electrolytic solution being held by the separator.
A lithium-ion secondary battery having a power generation element including
The viscosity of the electrolytic solution is 26 mPa · s or more, and the viscosity is 26 mPa · s or more.
The separator contains polypropylene and
A lithium ion secondary battery having an air permeability measured by the Garley method of the separator of 120 sec / dl or more and 240 sec / dl or less.
前記電解液の粘度は50mPa・s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 electrolytic solution has a viscosity of 50 mPa · s or more. 前記電解液の粘度は150mPa・s以下である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the electrolytic solution has a viscosity of 150 mPa · s or less. 前記セパレータのガーレー法により測定された透気度は150sec/dl以上210sec/dl以下である、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。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the air permeability of the separator measured by the Garley method is 150 sec / dl or more and 210 sec / dl or less. 前記セパレータの厚さは6μm以上18μm以下である、請求項1~4のいずれか1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 separator has a thickness of 6 μm or more and 18 μm or less. 前記電解液は鎖状カーボネートからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1~5のいずれか1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 electrolytic solution contains at least one selected from the group consisting of chain carbonate. 前記電解液はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを4mol/L超8mol/L以下の濃度で含む、請求項1~6のいずれか1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 electrolytic solution contains lithium bis (fluorosulfonyl) imide at a concentration of more than 4 mol / L and 8 mol / L or less.
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