JP7163010B2 - Positive electrode active material, positive electrode, and secondary battery - Google Patents

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Description

本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置または電子機器、またはそれらの製造方法に関する。特に、二次電池に用いることのできる正極活物質、二次電池、および二次電池を有する電子機器に関する。 One aspect of the present invention relates to an article, method, or manufacturing method. Alternatively, the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition of matter. One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a lighting device, an electronic device, or a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a positive electrode active material that can be used for a secondary battery, a secondary battery, and an electronic device having the secondary battery.

なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電池(二次電池ともいう)、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。 Note that in this specification, a power storage device generally refers to elements and devices having a power storage function. For example, storage batteries such as lithium ion secondary batteries (also referred to as secondary batteries), lithium ion capacitors, electric double layer capacitors, and the like are included.

また、本明細書中において電子機器とは、蓄電装置を有する装置全般を指し、蓄電装置を有する電気光学装置、蓄電装置を有する情報端末装置などは全て電子機器である。 In this specification, electronic equipment refers to all devices having a power storage device, and electro-optical devices having a power storage device, information terminal devices having a power storage device, and the like are all electronic devices.

近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、もしくはプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。 In recent years, various power storage devices such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, and air batteries have been actively developed. In particular, lithium-ion secondary batteries, which have high output and high energy density, are used in portable information terminals such as mobile phones, smart phones, tablets, or notebook computers, portable music players, digital cameras, medical equipment, or hybrid vehicles (HEV). , electric vehicles (EV), and next-generation clean energy vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHEV). It has become an indispensable part of the modernized society.

リチウムイオン二次電池に要求されている特性としては、さらなる高エネルギー密度化、サイクル特性の向上及び様々な動作環境での安全性、長期信頼性の向上などがある。 Characteristics required for lithium-ion secondary batteries include further increase in energy density, improvement in cycle characteristics, safety in various operating environments, and improvement in long-term reliability.

高エネルギー密度化には、正極における正極活物質の担持量を増やすことが有効である。たとえば下記特許文献1乃至特許文献4のような試みが行われている。 To increase the energy density, it is effective to increase the amount of the positive electrode active material supported on the positive electrode. For example, attempts have been made as described in Patent Documents 1 to 4 below.

特開2003-217582号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-217582 特開2005-276609号公報JP 2005-276609 A 特開2006-318926号公報JP-A-2006-318926 特開2013-214493号公報JP 2013-214493 A

本発明の一態様は、充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極を提供することを目的の一とする。または、エネルギー密度の高い二次電池を提供することを目的の一とする。または、充放電特性の優れた二次電池を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、安全性又は信頼性の高い二次電池を提供することを目的の一とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a positive electrode for a lithium-ion secondary battery that has excellent charge-discharge cycle characteristics. Another object is to provide a secondary battery with high energy density. Another object is to provide a secondary battery with excellent charge/discharge characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a secondary battery with high safety or reliability.

上記目的を達成するために、本発明の一態様では、表面が平滑な略球状の正極活物質を用いて正極を作製する。表面が平滑な略球状の正極活物質は、充放電に伴い体積が変化しても応力集中が起こりにくい。そのためクラックや破断が生じにくい。該正極活物質を用いることでサイクル特性の良好な二次電池を提供することができる。また、粒径の異なる粒子を混合して正極に用いると、担持量を増大させることができ、エネルギー密度の高い二次電池を提供することができる。 To achieve the above object, in one embodiment of the present invention, a positive electrode is manufactured using a substantially spherical positive electrode active material with a smooth surface. A substantially spherical positive electrode active material with a smooth surface is less susceptible to stress concentration even if its volume changes during charging and discharging. Therefore, cracks and breaks are less likely to occur. By using the positive electrode active material, a secondary battery with good cycle characteristics can be provided. In addition, when particles having different particle diameters are mixed and used for the positive electrode, the supported amount can be increased, and a secondary battery with high energy density can be provided.

本発明の一態様は、正極活物質と、集電体と、を有し、正極活物質は略球状であり、かつ表面がなめらかであり、作製工程中に加圧してもクラックが生じにくく、または放電および放電を繰り返してもクラックが生じにくく、集電体上に正極活物質を高密度に配列可能であり、正極活物質は、表層部にフッ化リチウムを有し、作製工程中に加熱しても隣り合う粒子同士が焼結しにくく、または焼結した場合でも解砕が容易である、正極である。 One embodiment of the present invention includes a positive electrode active material and a current collector, the positive electrode active material has a substantially spherical shape, has a smooth surface, and is less likely to crack even when pressurized during a manufacturing process, Alternatively, cracks are unlikely to occur even after repeated discharge and discharge, and the positive electrode active material can be arranged at high density on the current collector, and the positive electrode active material has lithium fluoride in the surface layer and is heated during the manufacturing process. Adjacent particles are not easily sintered even when sintered, or even if sintered, they are easily pulverized.

上記において、正極活物質は、算術平均粒径の標準偏差が0.2以下の大きさのそろった正極活物質であることが好ましい。 In the above, the positive electrode active material is preferably a positive electrode active material having a uniform size with a standard deviation of the arithmetic mean particle size of 0.2 or less.

また上記において、正極活物質は、メディアン径D50から求めた理想的な比表面積Aと、実際の比表面積Aの比A/Aが2以下の表面のなめらかな正極活物質であることが好ましい。 In the above, the positive electrode active material is a positive electrode active material having a smooth surface in which the ratio AR / Ai of the ideal specific surface area Ai obtained from the median diameter D50 and the actual specific surface area AR is 2 or less. is preferred.

また上記において、正極活物質は、X線光電子分光で測定される、表面のフッ素の結合エネルギーのピーク位置が、684.4eVを超え686.0eV未満であることが好ましい。 In the above, the positive electrode active material preferably has a surface fluorine binding energy peak position of more than 684.4 eV and less than 686.0 eV as measured by X-ray photoelectron spectroscopy.

また上記において、正極活物質は、第1の粒子と、第2の粒子と、を有し、第2の粒子のメディアン径は、第1の粒子のメディアン径の0.66倍以下であることが好ましい。 In the above, the positive electrode active material has first particles and second particles, and the median diameter of the second particles is 0.66 times or less the median diameter of the first particles. is preferred.

また本発明の別の一態様は、正極活物質の作製方法であって、作製方法は、少なくとも第1の工程、第2の工程および第3の工程を有し、第1の工程は、遷移金属の酸化物または遷移金属の水酸化物を略球状に加工して第1の材料を作製する工程であり、第2の工程は、第1の材料と、リチウム源と、を混合して第1の混合物を作製する工程であり、第3の工程は、第1の混合物を加熱する工程である、正極活物質の作製方法である Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a positive electrode active material, the method including at least a first step, a second step, and a third step, wherein the first step includes transition It is a step of processing a metal oxide or a transition metal hydroxide into a substantially spherical shape to produce a first material, and a second step is a step of mixing the first material and a lithium source to form a first material. 1 is a step of preparing the mixture, and the third step is a step of heating the first mixture.

上記において、第2の工程における加熱温度は、700℃以上900℃以下であることが好ましい。 In the above, the heating temperature in the second step is preferably 700° C. or higher and 900° C. or lower.

また本発明の別の一態様は、正極活物質であって、算術平均粒径の標準偏差が0.2以下であり、メディアン径D50から求めた理想的な比表面積Aと、実際の比表面積Aの比A/Aが2以下であり、X線光電子分光で測定される、表面のフッ素の結合エネルギーのピーク位置が、684.4eVを超え686.0eV未満である、正極活物質である。 Another aspect of the present invention is a positive electrode active material, wherein the standard deviation of the arithmetic mean particle diameter is 0.2 or less, and the ideal specific surface area A i obtained from the median diameter D50 and the actual ratio The positive electrode active material has a surface area A R ratio of A R /A i of 2 or less, and a surface fluorine binding energy peak position of more than 684.4 eV and less than 686.0 eV as measured by X-ray photoelectron spectroscopy. It is matter.

また本発明の別の一態様は、上記の正極と、負極と、を有する二次電池である。 Another embodiment of the present invention is a secondary battery including the above positive electrode and negative electrode.

本発明の一態様により、充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極を提供することができる。または、エネルギー密度の高い二次電池を提供することができる。または、充放電特性の優れた二次電池を提供することができる。または、安全性又は信頼性の高い二次電池を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a positive electrode for a lithium ion secondary battery with excellent charge-discharge cycle characteristics. Alternatively, a secondary battery with high energy density can be provided. Alternatively, a secondary battery with excellent charge/discharge characteristics can be provided. Alternatively, a secondary battery with high safety or reliability can be provided.

本発明の一態様の正極の断面図。1A and 1B are cross-sectional views of a positive electrode of one embodiment of the present invention; 本発明の一態様の正極活物質の模式図。1A and 1B are schematic diagrams of a positive electrode active material of one embodiment of the present invention; 本発明の一態様の正極活物質の作製方法を説明する図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a positive electrode active material of one embodiment of the present invention; 二次電池の充電方法を説明する図。4A and 4B are diagrams for explaining a charging method of a secondary battery; FIG. 二次電池の充電方法を説明する図。4A and 4B are diagrams for explaining a charging method of a secondary battery; FIG. 二次電池の放電方法を説明する図。4A and 4B are diagrams for explaining a method of discharging a secondary battery; FIG. コイン型二次電池を説明する図。4A and 4B illustrate a coin-type secondary battery; 円筒型二次電池を説明する図。FIG. 3 is a diagram for explaining a cylindrical secondary battery; 二次電池モジュールおよび車両を説明する図。The figure explaining a secondary battery module and a vehicle. 二次電池パックの例を説明する図。4A and 4B are diagrams for explaining an example of a secondary battery pack; FIG. 二次電池パックの例を説明する図。4A and 4B are diagrams for explaining an example of a secondary battery pack; FIG. 電子機器の例を説明する図。1A and 1B illustrate examples of electronic devices; 電子機器および蓄電システムの例を説明する図。1A and 1B are diagrams illustrating examples of an electronic device and a power storage system;

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that the forms and details thereof can be variously changed. Moreover, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments shown below.

本明細書等において、活物質等の粒子の表層部とは、表面から10nm程度までの領域をいう。ひびやクラックにより生じた面も表面といってよい。また表層部より深い領域を、内部という。 In this specification and the like, the surface layer portion of a particle such as an active material refers to a region from the surface to about 10 nm. A surface caused by a crack or crack can also be called a surface. A region deeper than the surface layer is called the inside.

なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。 In the configuration of the invention to be described below, the same reference numerals are used in common for the same parts or parts having similar functions in different drawings, and repeated description thereof will be omitted. Moreover, when referring to similar functions, the hatch patterns may be the same and no particular reference numerals may be attached.

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。 In each drawing described in this specification, the size, layer thickness, or region of each configuration may be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale.

なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。 Note that ordinal numbers such as “first” and “second” in this specification and the like are used to avoid confusion of constituent elements, and are not numerically limited.

トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、IGFET(Insulated Gate Field Effect Transistor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を含む。 A transistor is a type of semiconductor element, and can achieve current or voltage amplification, switching operation for controlling conduction or non-conduction, and the like. A transistor in this specification includes an IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor) and a thin film transistor (TFT).

本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OS FETと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。 In this specification and the like, a metal oxide is a metal oxide in broad terms. Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OSs), and the like. For example, when a metal oxide is used for a semiconductor layer of a transistor, the metal oxide is sometimes called an oxide semiconductor. That is, when a metal oxide has at least one of an amplifying action, a rectifying action, and a switching action, the metal oxide can be called a metal oxide semiconductor, abbreviated as an OS. In the case of describing an OS FET, it can also be referred to as a transistor including a metal oxide or an oxide semiconductor.

(実施の形態1)
[正極および正極活物質]
図1乃至図3を用いて、本発明の一態様である正極活物質100および正極活物質100を有する正極120の一例について説明する。
(Embodiment 1)
[Positive electrode and positive electrode active material]
An example of a positive electrode active material 100 and a positive electrode 120 including the positive electrode active material 100, which is one embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS.

図1(A)は正極120の断面図である。また図1(B)は、図1(A)中の破線部分の拡大図である。正極120は、正極活物質100と、集電体110と、を有する。さらに正極120は、正極活物質100同士を結着するバインダ(図示しない)、および導電助剤111を有することが好ましい。 FIG. 1A is a cross-sectional view of the positive electrode 120. FIG. Further, FIG. 1B is an enlarged view of the dashed line portion in FIG. 1A. The positive electrode 120 has a positive electrode active material 100 and a current collector 110 . Furthermore, the positive electrode 120 preferably has a binder (not shown) that binds the positive electrode active materials 100 together and a conductive aid 111 .

正極120はたとえば図1(C)に示すように、集電体110上に枠121を設け、その中に正極活物質100、バインダおよび導電助剤111を有するスラリーを流し込むことで作製することができる。 For example, as shown in FIG. 1C, the positive electrode 120 can be manufactured by providing a frame 121 over a current collector 110 and pouring a slurry containing a positive electrode active material 100, a binder, and a conductive aid 111 into the frame. can.

正極活物質100は、一次粒子のメディアン径D50が500nm以上50μm以下の略球状であることが好ましく、1μm以上30μm以下であることがより好ましい。ここでいう略球状とは、必ずしも理想的な球である必要はなく、楕円球状、一部が欠けた球状、歪んだ球状、表面に凹凸を有する球状を含む。 The positive electrode active material 100 preferably has a substantially spherical shape with a primary particle median diameter D50 of 500 nm or more and 50 μm or less, more preferably 1 μm or more and 30 μm or less. The term "substantially spherical" as used herein does not necessarily mean an ideal sphere, and includes an elliptical sphere, a partially chipped sphere, a distorted sphere, and a sphere with an uneven surface.

また、正極活物質100の算術平均径の標準偏差は0.2以下が好ましく、0.19以下がより好ましい。このように粒径の揃った略球状とすると、充電および放電を繰り返しても応力集中が起こりにくい。また作製工程中に正極120を加圧しても圧力が集中しにくい。そのため、正極活物質100が割れにくい。 Moreover, the standard deviation of the arithmetic mean diameter of the positive electrode active material 100 is preferably 0.2 or less, more preferably 0.19 or less. Such a substantially spherical shape with a uniform particle diameter makes it difficult for stress concentration to occur even if charging and discharging are repeated. In addition, even if the positive electrode 120 is pressurized during the manufacturing process, the pressure is less likely to be concentrated. Therefore, the positive electrode active material 100 is less likely to crack.

正極活物質100が割れると、過剰に表面積が増大するため、電解液の分解が進む、または正極活物質が有する酸素または遷移金属が失われる、等の劣化が進む原因となる。そのため割れにくい正極活物質100を用いることで、サイクル特性の優れた二次電池にすることができる。また略球状は摩擦の少ない形状であるため、流動性に富み、作製工程において高い圧力を加えなくても担持量を増やしやすく好ましい。 When the positive electrode active material 100 is cracked, the surface area is excessively increased, which causes deterioration such as decomposition of the electrolyte solution or loss of oxygen or transition metal contained in the positive electrode active material. Therefore, by using the positive electrode active material 100 that is hard to break, a secondary battery with excellent cycle characteristics can be obtained. In addition, since the substantially spherical shape is a shape with little friction, it is highly fluid and is preferable because it facilitates an increase in the supported amount without applying high pressure in the production process.

また正極活物質100は、表面がなめらかであることが好ましい。表面のなめらかな正極活物質100はクラックが少ないため、充放電に伴い体積が変化しても割れにくい。なめらかさの指標としてはたとえば、定容法によるガス吸着法にて測定した実際の比表面積Aと、理想的な比表面積Aとの比を用いることができる。理想的な比表面積Aは、すべての粒子の直径がD50と同じであり、重量が同じであり、形状は理想的な球であるとして計算して求める。A/Aは2以下であることが好ましい。 Moreover, the positive electrode active material 100 preferably has a smooth surface. Since the positive electrode active material 100 with a smooth surface has few cracks, it is less likely to crack even if its volume changes due to charging and discharging. As an index of smoothness, for example, the ratio of the actual specific surface area A R measured by the constant volume gas adsorption method to the ideal specific surface area A i can be used. The ideal specific surface area A i is obtained by calculation assuming that all particles have the same diameter as D50, the same weight, and an ideal sphere shape. A R /A i is preferably 2 or less.

メディアン径D50は、レーザ回折・散乱法を用いた粒度分布計等によって測定することができる。比表面積は、たとえば定容法によるガス吸着法を用いた比表面積測定装置等によって測定することができる。 The median diameter D50 can be measured with a particle size distribution meter or the like using a laser diffraction/scattering method. The specific surface area can be measured, for example, by a specific surface area measuring device using a gas adsorption method based on a constant volume method.

また正極活物質100の粒子は、他の正極活物質100の粒子と複数点で接することが好ましい。正極活物質100が形状および粒径の揃った略球状であると、他の粒子と複数点で接することがより容易となる。正極活物質100の粒子が他の正極活物質100の粒子と接していると、図2(A)のように導電助剤111を少なくしても正極活物質100の粒子同士の導電性を保つことができるため、正極120における正極活物質100の担持量を増やすことができる。 In addition, the particles of the positive electrode active material 100 are preferably in contact with other particles of the positive electrode active material 100 at a plurality of points. When the positive electrode active material 100 is substantially spherical with uniform shape and particle size, it becomes easier to contact other particles at a plurality of points. When the particles of the positive electrode active material 100 are in contact with the particles of the other positive electrode active material 100, the conductivity between the particles of the positive electrode active material 100 can be maintained even if the conductive additive 111 is reduced as shown in FIG. Therefore, the amount of the positive electrode active material 100 supported on the positive electrode 120 can be increased.

正極活物質100が有する粒子が、他の粒子と接していることは、断面SEM(走査型電子顕微鏡)、表面SEMまたは断面TEM(透過型電子顕微鏡)による観察等により判断することができる。 Whether or not the particles of the positive electrode active material 100 are in contact with other particles can be determined by cross-sectional SEM (scanning electron microscope), surface SEM, cross-sectional TEM (transmission electron microscope) observation, or the like.

また図2(B)のように導電助剤111と共に、または導電助剤111に代えてグラフェン112を用いてもよい。導電助剤111によく用いられるアセチレンブラックよりも、グラフェン112は導電性が高く二次元的な広がりを持つため、少ない量で導電性を確保することができる。そのため正極120における正極活物質100の担持量を増やすことができる。 Alternatively, graphene 112 may be used together with the conductive additive 111 or instead of the conductive additive 111 as shown in FIG. Since the graphene 112 has higher conductivity than acetylene black, which is often used as the conductive aid 111, and spreads two-dimensionally, the conductivity can be ensured with a small amount. Therefore, the amount of the positive electrode active material 100 supported on the positive electrode 120 can be increased.

さらに正極活物質100は、図2(C)に示す第1の粒子100aおよび第2の粒子100bのように、異なる大きさの粒子を有していてもよい。このとき、第2の粒子100bのメディアン径(D50)が第1の粒子のメディアン径(D50)の0.66倍以下であると、正極120における正極活物質100の担持量を増やすことができ好ましい。 Further, the positive electrode active material 100 may have particles with different sizes like the first particles 100a and the second particles 100b shown in FIG. 2C. At this time, when the median diameter (D50) of the second particles 100b is 0.66 times or less the median diameter (D50) of the first particles, the amount of the positive electrode active material 100 supported on the positive electrode 120 can be increased. preferable.

また図2(C)では2種の大きさの異なる粒子を有する例を示したが、3種以上の大きさの異なる粒子を有していてもよい。 In addition, although FIG. 2C shows an example in which two types of particles with different sizes are included, three or more types of particles with different sizes may be included.

さらに正極活物質100は、表層部に融点の低い材料、またはヤング率の低い材料を多く有することが好ましい。表層部に融点の低い材料またはヤング率の低いやわらかい材料を多く有すると、複数の粒子が凝集した場合、または隣り合う粒子が焼結した場合でも、解砕が容易である。なお正極活物質100の表層部のすべてが表層部に融点の低い材料、またはヤング率の低い材料であると、充放電の際の抵抗が増大する恐れがある。そのため正極活物質100の表層部は、融点の低い材料またはヤング率の低い材料と、内部と同じ材料と、が混合していることが好ましい。 Furthermore, the positive electrode active material 100 preferably has a large amount of material with a low melting point or a material with a low Young's modulus in the surface layer. When a large amount of material with a low melting point or a soft material with a low Young's modulus is present in the surface layer, even if a plurality of particles are aggregated or adjacent particles are sintered, crushing is easy. Note that if the entire surface layer of the positive electrode active material 100 is made of a material with a low melting point or a material with a low Young's modulus, the resistance during charging and discharging may increase. Therefore, it is preferable that the surface layer portion of the positive electrode active material 100 is a mixture of a material with a low melting point or a material with a low Young's modulus and the same material as the inside.

ここでいう融点が低い材料とは、正極活物質100の内部の材料よりも融点が低い材料である。たとえば正極活物質100の内部の材料がコバルト酸リチウム(融点約1140℃)の場合、これよりも融点の低い材料としては、フッ化リチウム(融点848℃)、炭酸リチウム(融点723℃)、フッ化ナトリウム(融点993℃)、塩化リチウム(融点613℃)、塩化ナトリウム(融点800℃)等がある。 The material having a low melting point here is a material having a melting point lower than that of the material inside the positive electrode active material 100 . For example, when the material inside the positive electrode active material 100 is lithium cobalt oxide (melting point: about 1140° C.), materials with a lower melting point include lithium fluoride (melting point: 848° C.), lithium carbonate (melting point: 723° C.), and fluoride. sodium chloride (melting point 993°C), lithium chloride (melting point 613°C), sodium chloride (melting point 800°C), and the like.

またここでいうヤング率の低い材料とは、正極活物質100の内部の材料よりもヤング率の低い材料である。たとえば正極活物質100の内部の材料がコバルト酸リチウム(ヤング率約100GPa)の場合、これよりヤング率の低い材料としては、フッ化リチウム(ヤング率65GPa)、フッ化ナトリウム(ヤング率79GPa)塩化ナトリウム(ヤング率40GPa)、等がある。 A material with a low Young's modulus here is a material with a lower Young's modulus than the material inside the positive electrode active material 100 . For example, when the material inside the positive electrode active material 100 is lithium cobalt oxide (Young's modulus of about 100 GPa), materials with a lower Young's modulus include lithium fluoride (Young's modulus of 65 GPa), sodium fluoride (Young's modulus of 79 GPa), chloride sodium (Young's modulus 40 GPa), and the like.

正極活物質100の表層部に融点の低い材料またはヤング率の低い材料が存在するか否かは、たとえばX線光電子分光(XPS)を用いた分析により判断できる。たとえば正極活物質100の表面のフッ素の結合エネルギーのピーク位置が684.4eVを超え686.0eV未満であると、表層部にフッ化リチウムを有することがわかる。そのため融点の低い材料またはヤング率の低い材料として、フッ化リチウムを用いていると判断できる。 Whether or not a material with a low melting point or a material with a low Young's modulus exists in the surface layer of the positive electrode active material 100 can be determined by analysis using, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). For example, when the peak position of fluorine binding energy on the surface of the positive electrode active material 100 exceeds 684.4 eV and is less than 686.0 eV, it is found that the surface layer portion has lithium fluoride. Therefore, it can be determined that lithium fluoride is used as a material with a low melting point or a low Young's modulus.

<正極活物質の材料>
正極活物質100の内部の材料として様々な複合酸化物を用いることができる。例えば、層状岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結晶構造を有する複合酸化物等を用いることができる。またポリアニオン系の正極材料を用いることができる。ポリアニオン系の正極材料としては例えば、オリビン型の結晶構造を有する材料、ナシコン型の材料、等が挙げられる。また複合酸化物に限られず、酸素を有さない材料、例えば硫黄を有する正極材料を用いてもよい。
<Material of positive electrode active material>
Various composite oxides can be used as the material inside the positive electrode active material 100 . For example, a composite oxide having a layered rock salt crystal structure, a spinel crystal structure, or the like can be used. A polyanionic positive electrode material can also be used. Examples of polyanionic positive electrode materials include materials having an olivine-type crystal structure, Nasicon-type materials, and the like. In addition, the material is not limited to the composite oxide, and a material containing no oxygen, such as a positive electrode material containing sulfur, may be used.

層状岩塩型の結晶構造を有する材料として例えば、LiMOで表される複合酸化物を用いることができる。元素Mは、Co、Ni、Mnより選ばれる一以上であることが好ましい。LiCoOは、容量が大きいこと、大気中で安定であること、熱的に比較的安定であること等の利点があり好ましい。さらに元素Mとして、Co、Ni、Mnより選ばれる一以上に加えて、Alを有してもよい。 For example, a composite oxide represented by LiMO 2 can be used as a material having a layered rock salt crystal structure. Element M is preferably one or more selected from Co, Ni, and Mn. LiCoO 2 is preferable because of its advantages such as large capacity, stability in the atmosphere, and relative thermal stability. Furthermore, as the element M, in addition to one or more selected from Co, Ni, and Mn, Al may be included.

例えば、LiNiMnCo(x、y、zおよびwはそれぞれ例えばx=y=z=1/3またはその近傍、w=2またはその近傍)を用いることができる。また、例えば、LiNiMnCo(x、y、zおよびwはそれぞれ例えばx=0.8またはその近傍、y=0.1またはその近傍、z=0.1またはその近傍、w=2またはその近傍)を用いることができる。また、例えば、LiNiMnCo(x、y、zおよびwはそれぞれ例えばx=0.5またはその近傍、y=0.3またはその近傍、z=0.2またはその近傍、w=2またはその近傍)を用いることができる。また、例えば、LiNiMnCo(x、y、zおよびwはそれぞれ例えばx=0.6またはその近傍、y=0.2またはその近傍、z=0.2またはその近傍、w=2またはその近傍)を用いることができる。また、例えば、LiNiMnCo(x、y、zおよびwはそれぞれ例えばx=0.4またはその近傍、y=0.4またはその近傍、z=0.2またはその近傍、w=2またはその近傍)を用いることができる。 For example, LiNixMnyCozOw (where x , y , z and w are, for example, x=y=z=1/3 or therearound, w=2 or thereabout) can be used. Also, for example, LiNixMnyCozOw ( x , y , z and w are each, for example, x=0.8 or its vicinity, y=0.1 or its vicinity, z=0.1 or its vicinity, w=2 or thereabouts) can be used. Also, for example, LiNixMnyCozOw (where x , y , z and w are each, for example, x=0.5 or its vicinity, y=0.3 or its vicinity, z=0.2 or its vicinity, w=2 or thereabouts) can be used. Further, for example, LiNixMnyCozOw ( x , y , z and w are each, for example, x=0.6 or its vicinity, y=0.2 or its vicinity, z=0.2 or its vicinity, w=2 or thereabouts) can be used. Further, for example, LiNixMnyCozOw ( x , y , z and w are each, for example, x=0.4 or its vicinity, y=0.4 or its vicinity, z=0.2 or its vicinity, w=2 or thereabouts) can be used.

近傍とは例えば、その値の0.9倍より大きく1.1倍より小さい値である。 A neighborhood is, for example, a value greater than 0.9 times and less than 1.1 times the value.

また正極活物質が有する遷移金属やリチウムの少なくとも一部をLi、Fe、Co、Ni、Cr、Al、Mgなどから選ばれる一以上の元素で置換した材料や、正極活物質にFe、Co、Ni、Cr、Al、Mgなどから選ばれる一以上の元素をドープした材料を正極活物質として使用してもよい。たとえばLiFeO、LiMnO等も用いることができる。 In addition, a material in which at least part of the transition metal or lithium contained in the positive electrode active material is replaced with one or more elements selected from Li, Fe, Co, Ni, Cr, Al, Mg, etc.; A material doped with one or more elements selected from Ni, Cr, Al, Mg, etc. may be used as the positive electrode active material. For example, LiFeO 2 , Li 2 MnO 3 and the like can also be used.

また、層状岩塩型の結晶構造を有する複合酸化物のうち、高電圧で充電したときに擬スピネル型結晶構造を有する材料を用いることが特に好ましい。このような正極活物質は、充電状態と放電状態における結晶構造の変化および体積の変化が抑制されているため、高電圧で充放電を繰り返しても結晶構造が崩れにくい。そのためサイクル特性の良好な正極活物質である。 Among composite oxides having a layered rocksalt crystal structure, it is particularly preferable to use a material having a pseudospinel crystal structure when charged at a high voltage. In such a positive electrode active material, changes in the crystal structure and volume between the charged state and the discharged state are suppressed, so that the crystal structure is less likely to collapse even when charging and discharging are repeated at high voltage. Therefore, it is a positive electrode active material with good cycle characteristics.

擬スピネル型の結晶構造とは、空間群R-3mであり、スピネル型結晶構造ではないものの、コバルト等の遷移金属が酸素6配位位置を占め、陽イオンの配列がスピネル型と似た対称性を有する結晶構造をいう。擬スピネル型結晶構造は、ユニットセルにおけるコバルトと酸素の座標を、Co(0,0,0.5)、O(0,0,x)、0.20≦x≦0.25の範囲内で示すことができる。また、擬スピネル型結晶構造を有する正極活物質を、CuKα1線による粉末XRDを用いて分析すると、2θ=19.30±0.20°(19.10°以上19.50°以下)、および2θ=45.55±0.10°(45.45°以上45.65°以下)に回折ピークが出現する。より詳しく述べれば、2θ=19.30±0.10°(19.20°以上19.40°以下)、および2θ=45.55±0.05°(45.50°以上45.60以下)に鋭い回折ピークが出現する。 The pseudo-spinel type crystal structure has a space group R-3m, and although it is not a spinel type crystal structure, a transition metal such as cobalt occupies six oxygen-coordinated positions, and the arrangement of cations is symmetrical similar to that of the spinel type. It refers to a crystal structure having properties. In the pseudo-spinel crystal structure, the coordinates of cobalt and oxygen in the unit cell are Co (0, 0, 0.5), O (0, 0, x), within the range of 0.20 ≤ x ≤ 0.25 can be shown. Further, when a positive electrode active material having a pseudospinel crystal structure is analyzed using powder XRD using CuKα1 rays, 2θ = 19.30 ± 0.20° (19.10° or more and 19.50° or less), and 2θ =45.55±0.10° (45.45° to 45.65°). More specifically, 2θ = 19.30 ± 0.10° (19.20° or more and 19.40° or less) and 2θ = 45.55 ± 0.05° (45.50° or more and 45.60° or less) A sharp diffraction peak appears at .

ここでいう高電圧での充電とは、たとえば電池電圧が4.6V(対極リチウムの場合)となるまで定電流充電し、その後電流値が0.01Cとなるまで定電圧充電することをいう。 Charging at a high voltage here means, for example, constant-current charging until the battery voltage reaches 4.6 V (in the case of counter electrode lithium), and then constant-voltage charging until the current value reaches 0.01C.

高電圧で充電したときに擬スピネル型結晶構造を有する複合酸化物は、たとえば不純物の少ない層状岩塩型の結晶構造を有する複合酸化物を合成した後で、フッ化リチウムおよびフッ化マグネシウム等のフッ素源およびマグネシウム源を混合し、適切な温度および時間で加熱することで作製することができる。適切な温度とは、たとえば600℃以上950℃以下、より好ましくは700℃以上900℃以下である。適切な時間とは、1時間以上100時間以下、より好ましくは2時間以上60時間以下である。 A composite oxide having a pseudospinel-type crystal structure when charged at a high voltage can be obtained, for example, by synthesizing a composite oxide having a layered rocksalt-type crystal structure with few impurities, followed by adding fluorine such as lithium fluoride and magnesium fluoride. It can be made by mixing the source and the magnesium source and heating at the appropriate temperature and time. The appropriate temperature is, for example, 600° C. or higher and 950° C. or lower, more preferably 700° C. or higher and 900° C. or lower. Appropriate time is 1 hour or more and 100 hours or less, more preferably 2 hours or more and 60 hours or less.

さらに複合酸化物を複数組み合わせた固溶体を正極材料として用いることができる。例えば、LiNiMnCo(x、y、z>0、x+y+z=1)とLiMnOの固溶体を正極活物質として用いることができる。 Furthermore, a solid solution obtained by combining a plurality of composite oxides can be used as the positive electrode material. For example, a solid solution of LiNixMnyCozO2 ( x , y , z >0, x+y+z= 1 ) and Li2MnO3 can be used as the positive electrode active material.

スピネル型の結晶構造を有する材料として例えば、LiMで表される複合酸化物を用いることができる。元素MとしてMnを有することが好ましい。例えば、LiMnを用いることができる。また元素Mとして、Mnに加えてNiを有することにより、二次電池の放電電圧が向上し、エネルギー密度が向上する場合があり、好ましい。また、LiMn等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料に、50モル%以下のニッケル酸リチウム(LiNiOやLiNi1-x(M=Co、Al等))を混合すると、二次電池の特性を向上させることができ好ましい。 For example, a composite oxide represented by LiM 2 O 4 can be used as the material having a spinel crystal structure. It is preferred to have Mn as the element M. For example, LiMn2O4 can be used. Further, by including Ni in addition to Mn as the element M, the discharge voltage of the secondary battery may be improved and the energy density may be improved, which is preferable. In addition, 50 mol % or less of lithium nickel oxide (LiNiO 2 or LiNi 1-x M x O 2 (M=Co, Al, etc.) is added to a lithium-containing material having a spinel-type crystal structure containing manganese such as LiMn 2 O 4 . )) is preferable because the characteristics of the secondary battery can be improved.

ポリアニオン系の正極材料として例えば、酸素と、元素Xと、金属Aと、金属Mと、を有する複合酸化物を用いることができる。金属MはFe、Mn、Co、Ni、Ti、V、Nbの一以上であり、金属AはLi、Na、Mgの一以上であり、元素XはS、P、Mo、W、As、Siの一以上である。 For example, a composite oxide containing oxygen, element X, metal A, and metal M can be used as the polyanionic positive electrode material. Metal M is one or more of Fe, Mn, Co, Ni, Ti, V, and Nb, Metal A is one or more of Li, Na, and Mg, and Element X is S, P, Mo, W, As, and Si. is one or more of

オリビン型の結晶構造を有する材料として例えば、複合材料(一般式LiMPO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))を用いることができる。一般式LiMPOの代表例としては、LiFePO、LiNiPO、LiCoPO、LiMnPO、LiFeNiPO、LiFeCoPO、LiFeMnPO、LiNiCoPO、LiNiMnPO(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、LiFeNiCoPO、LiFeNiMnPO、LiNiCoMnPO(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFeNiCoMnPO(f+g+h+iは1以下、0<f<1、0<g<1、0<h<1、0<i<1)等のリチウム化合物を用いることができる。 As a material having an olivine-type crystal structure, for example, a composite material (general formula LiMPO 4 (M is one or more of Fe(II), Mn(II), Co(II), and Ni(II))) can be used. can. Representative examples of the general formula LiMPO4 include LiFePO4 , LiNiPO4 , LiCoPO4 , LiMnPO4 , LiFeaNibPO4 , LiFeaCobPO4 , LiFeaMnbPO4 , LiNiaCobPO4 , LiNiaMnbPO4 ( a+ b is 1 or less, 0<a< 1 , 0 < b < 1 ) , LiFecNidCoePO4 , LiFecNidMnePO4 , LiNicCodMnePO 4 (c+d+e is 1 or less, 0<c<1, 0<d<1, 0<e<1), LiFefNigCohMniPO4 ( f + g + h + i is 1 or less, 0<f<1, 0< Lithium compounds such as g<1, 0<h<1, 0<i<1) can be used.

特にLiFePOは、安全性、安定性、高容量密度、初期酸化(充電)時に引き抜けるリチウムイオンの存在等、正極活物質に求められる事項をバランスよく満たしているため、好ましい。 In particular, LiFePO 4 is preferable because it satisfies well-balanced requirements for a positive electrode active material, such as safety, stability, high capacity density, and the presence of lithium ions that can be extracted during initial oxidation (charging).

また、一般式Li(2-j)MSiO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上、0≦j≦2)等の複合材料を用いることができる。一般式Li(2-j)MSiOの代表例としては、Li(2-j)FeSiO、Li(2-j)NiSiO、Li(2-j)CoSiO、Li(2-j)MnSiO、Li(2-j)FeNiSiO、Li(2-j)FeCoSiO、Li(2-j)FeMnSiO、Li(2-j)NiCoSiO、Li(2-j)NiMnSiO(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li(2-j)FeNiCoSiO、Li(2-j)FeNiMnSiO、Li(2-j)NiCoMnSiO(m+n+qは1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1)、Li(2-j)FeNiCoMnSiO(r+s+t+uは1以下、0<r<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1)等のリチウム化合物を材料として用いることができる。 In addition, a composite material of the general formula Li (2-j) MSiO 4 (M is one or more of Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II), 0≤j≤2), etc. can be used. Representative examples of the general formula Li (2-j) MSiO 4 include Li (2-j) FeSiO 4 , Li (2-j) NiSiO 4 , Li (2-j) CoSiO 4 , Li (2-j) MnSiO 4 , Li (2-j) Fek Ni l SiO 4 , Li (2-j) Fek Co l SiO 4 , Li (2-j) Fek Mn l SiO 4 , Li (2-j) Ni k Co l SiO 4 , Li (2-j) Ni k Mn l SiO 4 (k+l is 1 or less, 0 < k < 1, 0 < l < 1), Li (2-j) Fe m N in Co q SiO 4 , Li (2-j) Fe m N n Mn q SiO 4 , Li (2-j) Ni m Co n Mn q SiO 4 (m+n+q is 1 or less, 0<m<1, 0<n<1, 0<q <1), Li (2-j) FerNisCotMnuSiO4 ( r + s + t + u is 1 or less, 0<r<1, 0<s<1, 0<t<1, 0<u<1) Lithium compounds such as can be used as materials.

また、A(XO(A=Li、Na、Mg、M=Fe、Mn、Ti、V、Nb、X=S、P、Mo、W、As、Si)の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Fe(MnO、Fe(SO、LiFe(PO等がある。また、正極活物質の材料として、LiMPOF、LiMP、LiMO(M=Fe、Mn)の一般式で表される化合物を用いることができる。 Further, in the general formula of A x M 2 (XO 4 ) 3 (A = Li, Na, Mg, M = Fe, Mn, Ti, V, Nb, X = S, P, Mo, W, As, Si) Nasicon-type compounds represented can be used. Nasicon-type compounds include Fe 2 (MnO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 and the like. Further, compounds represented by the general formulas Li 2 MPO 4 F, Li 2 MP 2 O 7 and Li 5 MO 4 (M=Fe, Mn) can be used as materials for the positive electrode active material.

また、正極活物質の材料として、組成式LiMnで表すことができるリチウムマンガン複合酸化物を用いることができる。ここで、元素Mは、リチウム、マンガン以外から選ばれた金属元素、またはシリコン、リンを用いることが好ましく、ニッケルであることがさらに好ましい。また、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体を測定する場合、放電時に0<a/(b+c)<2、かつc>0、かつ0.26≦(b+c)/d<0.5を満たすことが好ましい。なお、高容量を発現させるために、表層部と中心部で、結晶構造、結晶方位または酸素含有量が異なる領域を有するリチウムマンガン複合酸化物とすることが好ましい。このようなリチウムマンガン複合酸化物とするためには例えば、1.6≦a≦1.848、0.19≦c/b≦0.935、2.5≦d≦3とすることが好ましい。さらに、Li1.68Mn0.8062Ni0.318の組成式であらわされるリチウムマンガン複合酸化物を用いることが特に好ましい。本明細書等において、Li1.68Mn0.8062Ni0.318の組成式であらわされるリチウムマンガン複合酸化物とは、原料材料の量の割合(モル比)を、LiCO:MnCO:NiO=0.84:0.8062:0.318とすることにより形成したリチウムマンガン複合酸化物をいう。そのため該リチウムマンガン複合酸化物は、組成式Li1.68Mn0.8062Ni0.318で表されるが、この組成からずれることもある。 Further, as a material for the positive electrode active material, a lithium-manganese composite oxide represented by the composition formula LiaMnbMcOd can be used . Here, the element M is preferably a metal element other than lithium and manganese, silicon, or phosphorus, and more preferably nickel. Further, when measuring the whole particles of the lithium-manganese composite oxide, it is possible to satisfy 0<a/(b+c)<2, c>0, and 0.26≦(b+c)/d<0.5 during discharge. preferable. In order to develop a high capacity, it is preferable to use a lithium-manganese composite oxide having regions in which the crystal structure, crystal orientation, or oxygen content differs between the surface layer portion and the central portion. In order to obtain such a lithium-manganese composite oxide, it is preferable to satisfy, for example, 1.6≦a≦1.848, 0.19≦c/b≦0.935, and 2.5≦d≦3. Furthermore, it is particularly preferable to use a lithium - manganese composite oxide represented by the composition formula Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3 . In this specification and the like, the lithium manganese composite oxide represented by the composition formula of Li 1.68 Mn 0.8062 Ni 0.318 O 3 means that the ratio (molar ratio) of the amount of the raw material is Li 2 CO 3 :MnCO 3 :NiO=0.84:0.8062:0.318. Therefore, the lithium - manganese composite oxide is represented by the compositional formula Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3 , but the composition may deviate from this formula.

また、正極材料として、NaFeF、FeF等のペロブスカイト型フッ化物、TiS、MoS等の金属カルコゲナイド(硫化物、セレン化物、テルル化物)、LiMVO等の逆スピネル型の結晶構造を有する酸化物、バナジウム酸化物系(V、V13、LiV等)、マンガン酸化物、有機硫黄化合物等の材料を用いることができる。 In addition, as positive electrode materials, perovskite type fluorides such as NaFeF3 and FeF3 , metal chalcogenides (sulfides, selenides, tellurides) such as TiS2 and MoS2, and inverse spinel crystal structures such as LiMVO4. Materials such as oxides, vanadium oxides ( V2O5 , V6O13 , LiV3O8 , etc.), manganese oxides, and organic sulfur compounds can be used.

また、正極材料として、リチウム含有金属硫化物を用いることができる。例えば、LiTiS、LiNbSなどが挙げられる。 Moreover, a lithium-containing metal sulfide can be used as the positive electrode material. Examples include Li 2 TiS 3 and Li 3 NbS 4 .

また、正極材料として、一般式LiMBO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II))で表されるホウ酸塩系正極材料を用いることができる。 As the positive electrode material, a borate-based positive electrode material represented by the general formula LiMBO 3 (M is Fe(II), Mn(II), Co(II)) can be used.

正極活物質の表面に炭素層などの導電性材料を設けてもよい。炭素層などの導電性材料を設けることで、電極の導電性を向上させることができる。例えば、正極活物質への炭素層の被覆は、正極活物質の焼成時にグルコース等の炭水化物を混合することで形成することができる。また、導電性材料として、グラフェン、マルチグラフェン、酸化グラフェン(GO:Graphene Oxide)又はRGO(Reduced Graphene Oxide)を用いることができる。ここで、RGOは例えば、酸化グラフェン(GO)を還元して得られる化合物を指す。 A conductive material such as a carbon layer may be provided on the surface of the positive electrode active material. By providing a conductive material such as a carbon layer, the conductivity of the electrode can be improved. For example, the coating of the carbon layer on the positive electrode active material can be formed by mixing a carbohydrate such as glucose when baking the positive electrode active material. Alternatively, graphene, multi-graphene, graphene oxide (GO), or reduced graphene oxide (RGO) can be used as the conductive material. Here, RGO refers to a compound obtained by reducing graphene oxide (GO), for example.

なお、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の金属、シリコン、リン等の組成は、例えばICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析計)を用いて測定することができる。またリチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の酸素の組成は、例えばEDX(エネルギー分散型X線分析法)を用いて測定することが可能である。また、ICP-MS分析と併用して、融解ガス分析、XAFS(X線吸収微細構造)分析の価数評価を用いることで求めることができる。なお、リチウムマンガン複合酸化物とは、少なくともリチウムとマンガンとを含む酸化物をいい、クロム、コバルト、アルミニウム、ニッケル、鉄、マグネシウム、モリブデン、亜鉛、インジウム、ガリウム、銅、チタン、ニオブ、シリコン、およびリンなどからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含んでいてもよい。 The composition of metal, silicon, phosphorus, etc. in the entire particles of the lithium-manganese composite oxide can be measured using, for example, an ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer). Also, the oxygen composition of the entire lithium-manganese composite oxide particles can be measured using, for example, EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). Further, it can be determined by using valence evaluation of molten gas analysis and XAFS (X-ray absorption fine structure) analysis in combination with ICP-MS analysis. The lithium-manganese composite oxide is an oxide containing at least lithium and manganese, and includes chromium, cobalt, aluminum, nickel, iron, magnesium, molybdenum, zinc, indium, gallium, copper, titanium, niobium, silicon, and at least one element selected from the group consisting of phosphorus and the like.

なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンや、アルカリ土類金属イオンの場合、正極活物質として、リチウムの代わりに、アルカリ金属(例えば、ナトリウムやカリウム等)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、マグネシウム等)を用いてもよい。例えばナトリウム含有層状酸化物を用いることができる。 When the carrier ions are alkali metal ions other than lithium ions or alkaline earth metal ions, the positive electrode active material may be alkali metals (e.g., sodium, potassium, etc.) or alkaline earth metals (e.g., sodium or potassium) instead of lithium. , calcium, strontium, barium, beryllium, magnesium, etc.) may be used. For example, a sodium-containing layered oxide can be used.

ナトリウムを有する材料として例えば、NaFeOや、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O、Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O、NaFe(SO、Na(PO、NaFePOF、NaVPOF、NaMPO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II))、NaFePOF、NaCo(PO、などのナトリウム含有酸化物を正極活物質の材料として用いることができる。 Examples of materials containing sodium include NaFeO 2 , Na 2/3 [Fe 1/2 Mn 1/2 ]O 2 , Na 2/3 [Ni 1/3 Mn 2/3 ]O 2 , Na 2 Fe 2 ( SO4 ) 3 , Na3V2 (PO4) 3 , Na2FePO4F , NaVPO4F , NaMPO4 ( M is Fe ( II ), Mn(II), Co(II), Ni(II) ), Na 2 FePO 4 F, Na 4 Co 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 , and other sodium-containing oxides can be used as materials for the positive electrode active material.

これらの正極活物質100の材料は、上述した方法、または公知の方法で合成することができる。 These materials for the positive electrode active material 100 can be synthesized by the methods described above or known methods.

[正極活物質の作製方法]
次に、正極活物質100の材料を、表面のなめらかな、形状および粒径の揃った球状に加工する方法の例について説明する。ここでいう球状化とは、略球状に加工することをいい、かならずしも理想的な球にまで加工しなくともよい。
[Method for preparing positive electrode active material]
Next, an example of a method of processing the material of the positive electrode active material 100 into a spherical shape having a smooth surface and having a uniform shape and particle diameter will be described. The term "spheroidizing" as used herein refers to processing into a substantially spherical shape, and does not necessarily have to be processed into an ideal sphere.

<物理研磨法>
まず図3を用いて、正極活物質の材料を物理的に研磨することで球状に加工する方法について説明する。この方法では、上述の正極活物質100の材料を、研磨装置を用いて研磨した後、粒子を大きさによって分けることのできる分級装置210を用いて分級し、略球状の正極活物質100を得る。
<Physical polishing method>
First, referring to FIG. 3, a method of physically polishing the material of the positive electrode active material to process it into a spherical shape will be described. In this method, the material of the positive electrode active material 100 described above is polished using a polishing device, and then classified using a classifier 210 capable of classifying particles according to their size to obtain a substantially spherical positive electrode active material 100. .

複数の研磨装置を用いると、より表面をなめらかにすることができ好ましい。たとえば図3に示すように粗研削する研磨装置201a、中研削する研磨装置201b、仕上げ研磨をする研磨装置201cを順に用いることが好ましい。研磨装置はそれぞれ、モーター202、第1のディスク203a、第2のディスク203bを有する。第1のディスク203aと第2のディスク203bの間に正極活物質の材料を投入し、第1のディスク203aと第2のディスク203bの一方または両方を回転させることで、正極活物質の材料を物理的に研磨する。 It is preferable to use a plurality of polishing devices because the surface can be made smoother. For example, as shown in FIG. 3, it is preferable to sequentially use a polishing device 201a for rough grinding, a polishing device 201b for intermediate grinding, and a polishing device 201c for final polishing. Each polishing device has a motor 202, a first disk 203a and a second disk 203b. The material of the positive electrode active material is put between the first disk 203a and the second disk 203b, and one or both of the first disk 203a and the second disk 203b are rotated, so that the material of the positive electrode active material Physically grind.

分級は、ふるい、乾式分級、湿式分級等により行うことができる。湿式サイクロン等の遠心力場による分級装置を用いると、高い分級精度が得られ好ましい。湿式サイクロンを用いる場合は、小さすぎる粒子221は集塵機220を用いて回収することが好ましい。 Classification can be performed by sieving, dry classification, wet classification, or the like. It is preferable to use a classifier using a centrifugal force field such as a wet cyclone because high classification accuracy can be obtained. If a wet cyclone is used, oversized particles 221 are preferably collected using dust collector 220 .

この物理研磨法は、小型設備で大量の処理が可能なため、生産性が高い。また後述する他の方法よりも温度上昇が少ない点も好ましい。 This physical polishing method is highly productive because it can process a large amount of material with small equipment. It is also preferable that the temperature rise is less than other methods described later.

<高周波誘導熱プラズマ法>
また、上述の正極活物質の材料を、熱プラズマにより加熱して球状化してもよい。たとえばプラズマ用ガスを高周波誘導により約1万度の熱プラズマにし、該プラズマ中に正極活物質の材料を導入する。熱プラズマ処理後の球状化された粒子を、湿式サイクロン等で分級してもよい。
<High frequency induction thermal plasma method>
Further, the material of the positive electrode active material described above may be heated with thermal plasma to be spherical. For example, plasma gas is converted to thermal plasma of about 10,000 degrees by high-frequency induction, and the positive electrode active material is introduced into the plasma. The spherical particles after the thermal plasma treatment may be classified with a wet cyclone or the like.

熱プラズマの高熱によりリチウム等の一部の元素が失われる場合は、熱プラズマ処理の後に失われた元素を有する材料と混合することが好ましい。たとえば高周波誘導熱プラズマ処理の後にフッ化リチウム、炭酸リチウム、塩化リチウム等のリチウム源と混合することが好ましい。このリチウム源に、融点の低い材料またはヤング率の低い材料を用いれば、正極活物質100の表層部に融点の低い材料またはヤング率の低い材料を多く含ませることができ、より好ましい。 If some elements such as lithium are lost due to the high heat of the thermal plasma, it is preferable to mix with the material having the lost elements after the thermal plasma treatment. For example, it is preferable to mix with a lithium source such as lithium fluoride, lithium carbonate, or lithium chloride after high-frequency induction thermal plasma treatment. If a material with a low melting point or a material with a low Young's modulus is used for the lithium source, the surface layer portion of the positive electrode active material 100 can contain a large amount of material with a low melting point or a low Young's modulus, which is more preferable.

この高周波誘導熱プラズマ法は、真球に近い正極活物質100を作製することができる点が好ましい。また、プラズマ用ガスによって、粒子を酸化、還元、窒化または炭化することが可能であるため、正極活物質100の表面修飾の工程を兼ねることができる。 This high-frequency induction thermal plasma method is preferable in that it can produce the positive electrode active material 100 that is nearly spherical. Moreover, since the particles can be oxidized, reduced, nitrided, or carbonized by the plasma gas, it can also serve as the surface modification step of the positive electrode active material 100 .

なお、正極活物質の原料の一部、たとえば遷移金属の酸化物または水酸化物を、高周波誘導熱プラズマ法により球状に加工してもよい。たとえばコバルト酸リチウムの粒径は、原料の酸化コバルトまたは水酸化コバルトの粒径の影響を受けることが知られている。そのため、リチウム源と、高周波誘導熱プラズマ法により球状に加工された遷移金属の酸化物または水酸化物と、を混合し焼成することでも、略球状の正極活物質100を作製することができる場合がある。 A part of the raw material of the positive electrode active material, for example, a transition metal oxide or hydroxide may be processed into a spherical shape by a high-frequency induction thermal plasma method. For example, it is known that the particle size of lithium cobaltate is affected by the particle size of raw material cobalt oxide or cobalt hydroxide. Therefore, the substantially spherical positive electrode active material 100 can also be produced by mixing and baking a lithium source and a transition metal oxide or hydroxide processed into a spherical shape by a high-frequency induction thermal plasma method. There is

たとえば正極活物質の原料として酸化コバルト、リチウム源としてフッ化リチウムを用いる場合は、まず酸化コバルトを高周波誘導熱プラズマ法により球状に加工する。次に球状に加工された酸化コバルトと、フッ化リチウムと、を混合する。該混合物を、たとえば900℃以上1100℃以下、10時間焼成する。このような工程でも、略球状の正極活物質100を作製することができる場合がある。 For example, when cobalt oxide is used as the raw material of the positive electrode active material and lithium fluoride is used as the lithium source, cobalt oxide is first processed into a spherical shape by a high-frequency induction thermal plasma method. Next, spherically processed cobalt oxide and lithium fluoride are mixed. The mixture is fired at, for example, 900° C. or higher and 1100° C. or lower for 10 hours. In some cases, the approximately spherical positive electrode active material 100 can be produced through such a process as well.

<ガスバーナ法>
また、上述の正極活物質100の材料を、高温の酸素バーナ火炎中に投入して溶融させ、球状化してもよい。処理後の球状化された粒子を、湿式サイクロン等で分級してもよい。
<Gas burner method>
Alternatively, the material of the positive electrode active material 100 described above may be put into a high-temperature oxygen burner flame to be melted and spheroidized. The spheroidized particles after the treatment may be classified with a wet cyclone or the like.

このガスバーナ法も、真球に近い正極活物質100を作製することができる点が好ましい。 This gas burner method is also preferable in that it can produce the positive electrode active material 100 that is nearly spherical.

また酸素バーナ火炎の高熱によりリチウム等の一部の元素が失われる場合は、高周波誘導熱プラズマ法と同様に、失われた元素を有する材料と混合することが好ましい。 Also, when some elements such as lithium are lost due to the high heat of the oxygen burner flame, it is preferable to mix with a material having the lost elements, as in the high-frequency induction thermal plasma method.

さらに高周波誘導熱プラズマ法と同様に、正極活物質の原料の一部、たとえば遷移金属の酸化物または水酸化物をガスバーナ法により球状に加工してもよい。 Furthermore, like the high-frequency induction thermal plasma method, part of the raw material of the positive electrode active material, for example, transition metal oxides or hydroxides, may be processed into spheres by the gas burner method.

本実施の形態に記載の構成は、本実施の形態に記載の他の構成、または他の実施の形態に記載の構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any other structure described in this embodiment or any structure described in any other embodiment.

(実施の形態2)
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した正極活物質100を有する二次電池に用いることのできる材料の例について説明する。本実施の形態では、正極、負極および電解液が、外装体に包まれている二次電池を例にとって説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, examples of materials that can be used for a secondary battery including the positive electrode active material 100 described in the above embodiment will be described. In this embodiment, a secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution are wrapped in an outer package will be described as an example.

[正極]
正極は、正極活物質層および正極集電体を有する。
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector.

<正極活物質層>
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を有する。また、正極活物質層は、正極活物質に加えて、活物質表面の被膜、導電助剤またはバインダなどの他の物質を含んでもよい。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer has at least a positive electrode active material. In addition to the positive electrode active material, the positive electrode active material layer may also contain other substances such as a film on the surface of the active material, a conductive aid, or a binder.

正極活物質としては、先の実施の形態で説明した正極活物質100を用いることができる。先の実施の形態で説明した正極活物質100を用いることで、高容量でサイクル特性に優れた二次電池とすることができる。 As the positive electrode active material, the positive electrode active material 100 described in the previous embodiment can be used. By using the positive electrode active material 100 described in the above embodiment, a secondary battery with high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

導電助剤としては、炭素材料、金属材料、又は導電性セラミックス材料等を用いることができる。また、導電助剤として繊維状の材料を用いてもよい。活物質層の総量に対する導電助剤の含有量は、1wt%以上10wt%以下が好ましく、1wt%以上5wt%以下がより好ましい。 A carbon material, a metal material, a conductive ceramic material, or the like can be used as the conductive aid. A fibrous material may also be used as the conductive aid. The content of the conductive aid with respect to the total amount of the active material layer is preferably 1 wt % or more and 10 wt % or less, more preferably 1 wt % or more and 5 wt % or less.

導電助剤により、活物質層中に電気伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤により、正極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。活物質層中に導電助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する活物質層を実現することができる。 The conductive aid can form an electrically conductive network in the active material layer. The conductive aid can maintain the path of electrical conduction between the positive electrode active materials. By adding a conductive aid to the active material layer, an active material layer having high electrical conductivity can be realized.

導電助剤としては、例えば天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛、炭素繊維などを用いることができる。炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどを用いることができる。カーボンナノチューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。また、導電助剤として、例えばカーボンブラック(アセチレンブラック(AB)など)、グラファイト(黒鉛)粒子、グラフェン、フラーレンなどの炭素材料を用いることができる。また、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などの金属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等を用いることができる。 Examples of conductive aids that can be used include natural graphite, artificial graphite such as mesocarbon microbeads, and carbon fiber. As carbon fibers, for example, carbon fibers such as mesophase pitch-based carbon fibers and isotropic pitch-based carbon fibers can be used. As the carbon fiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, or the like can be used. Carbon nanotubes can be produced, for example, by vapor deposition. Further, as the conductive aid, carbon materials such as carbon black (acetylene black (AB), etc.), graphite (black lead) particles, graphene, fullerene, etc. can be used. Also, for example, powders of metals such as copper, nickel, aluminum, silver, and gold, metal fibers, conductive ceramics materials, and the like can be used.

また、導電助剤としてグラフェン化合物を用いてもよい。 Alternatively, a graphene compound may be used as the conductive aid.

グラフェン化合物は、高い導電性を有するという優れた電気特性と、高い柔軟性および高い機械的強度を有するという優れた物理特性と、を有する場合がある。また、グラフェン化合物は平面的な形状を有する。グラフェン化合物は、接触抵抗の低い面接触を可能とする。また、薄くても導電性が非常に高い場合があり、少ない量で効率よく活物質層内で導電パスを形成することができる。そのため、グラフェン化合物を導電助剤として用いることにより、活物質と導電助剤との接触面積を増大させることができるため好ましい。スプレードライ装置を用いることで、活物質の表面全体を覆って導電助剤であるグラフェン化合物を被膜として形成することが好ましい。また、電気的な抵抗を減少できる場合があるため好ましい。ここでグラフェン化合物として例えば、グラフェンまたはマルチグラフェンまたはRGOを用いることが特に好ましい。ここで、RGOは例えば、酸化グラフェン(graphene oxide:GO)を還元して得られる化合物を指す。 Graphene compounds may have excellent electrical properties of having high electrical conductivity and excellent physical properties of having high flexibility and high mechanical strength. Also, the graphene compound has a planar shape. Graphene compounds enable surface contact with low contact resistance. Moreover, even if it is thin, it may have very high conductivity, and a small amount can efficiently form a conductive path in the active material layer. Therefore, it is preferable to use a graphene compound as a conductive aid because the contact area between the active material and the conductive aid can be increased. By using a spray drying apparatus, it is preferable to form a film of a graphene compound, which is a conductive additive, covering the entire surface of the active material. Moreover, it is preferable because the electrical resistance can be reduced in some cases. Here, it is particularly preferable to use, for example, graphene or multi-graphene or RGO as the graphene compound. Here, RGO refers to a compound obtained by reducing graphene oxide (GO), for example.

粒径の小さい活物質、例えば1μm以下の活物質を用いる場合には、活物質の比表面積が大きく、活物質同士を繋ぐ導電パスがより多く必要となる。そのため導電助剤の量が多くなりがちであり、相対的に活物質の担持量が減少してしまう傾向がある。活物質の担持量が減少すると、二次電池の容量が減少してしまう。このような場合には、導電助剤としてグラフェン化合物を用いると、グラフェン化合物は少量でも効率よく導電パスを形成することができるため、活物質の担持量を減らさずに済み、特に好ましい。 When using an active material with a small particle size, for example, an active material with a particle size of 1 μm or less, the specific surface area of the active material is large, and more conductive paths connecting the active materials are required. Therefore, the amount of conductive aid tends to increase, and the amount of supported active material tends to decrease relatively. When the supported amount of the active material is reduced, the capacity of the secondary battery is reduced. In such a case, it is particularly preferable to use a graphene compound as a conductive aid, since even a small amount of the graphene compound can efficiently form a conductive path, so that the supported amount of the active material does not decrease.

また、予め、スプレードライ装置を用いることで、活物質の表面全体を覆って導電助剤であるグラフェン化合物を被膜として形成し、さらに活物質同士間をグラフェン化合物で導電パスを形成することもできる。 In addition, by using a spray drying apparatus in advance, the entire surface of the active material is covered with a graphene compound that is a conductive additive, and a conductive path can be formed with the graphene compound between the active materials. .

バインダとしては、例えば、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、スチレン-イソプレン-スチレンゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体などのゴム材料を用いることが好ましい。またバインダとして、フッ素ゴムを用いることができる。 As the binder, it is preferable to use rubber materials such as styrene-butadiene rubber (SBR), styrene-isoprene-styrene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber, and ethylene-propylene-diene copolymer. Fluororubber can also be used as the binder.

また、バインダとしては、例えば水溶性の高分子を用いることが好ましい。水溶性の高分子としては、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉などを用いることができる。また、これらの水溶性の高分子を、前述のゴム材料と併用して用いると、さらに好ましい。 Moreover, as a binder, it is preferable to use, for example, a water-soluble polymer. Polysaccharides, for example, can be used as the water-soluble polymer. As polysaccharides, cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, and regenerated cellulose, and starch can be used. Further, it is more preferable to use these water-soluble polymers in combination with the aforementioned rubber material.

または、バインダとしては、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、イソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース等の材料を用いることが好ましい。 Alternatively, binders include polystyrene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), sodium polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, polyimide, polyvinyl chloride, and polytetrafluoro. Using materials such as ethylene, polyethylene, polypropylene, isobutylene, polyethylene terephthalate, nylon, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, etc. is preferred.

バインダは上記のうち複数を組み合わせて使用してもよい。 You may use a binder combining two or more among the above.

例えば粘度調整効果の特に優れた材料と、他の材料とを組み合わせて使用してもよい。例えばゴム材料等は接着力や弾性力に優れる反面、溶媒に混合した場合に粘度調整が難しい場合がある。このような場合には例えば、粘度調整効果の特に優れた材料と混合することが好ましい。粘度調整効果の特に優れた材料としては、例えば水溶性高分子を用いるとよい。また、粘度調整効果に特に優れた水溶性高分子としては、前述の多糖類、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉を用いることができる。 For example, a material having a particularly excellent viscosity adjusting effect may be used in combination with another material. For example, although rubber materials and the like are excellent in adhesive strength and elasticity, it may be difficult to adjust the viscosity when they are mixed with a solvent. In such a case, for example, it is preferable to mix with a material having a particularly excellent viscosity-adjusting effect. For example, a water-soluble polymer may be used as a material having a particularly excellent viscosity-adjusting effect. Further, as the water-soluble polymer particularly excellent in the viscosity adjusting effect, the aforementioned polysaccharides such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose and diacetyl cellulose, cellulose derivatives such as regenerated cellulose, and starch are used. be able to.

なお、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体は、例えばカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩やアンモニウム塩などの塩とすることにより溶解度が上がり、粘度調整剤としての効果を発揮しやすくなる。溶解度が高くなることにより電極のスラリーを作製する際に活物質や他の構成要素との分散性を高めることもできる。本明細書においては、電極のバインダとして使用するセルロースおよびセルロース誘導体としては、それらの塩も含むものとする。 The solubility of cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose can be increased by using a salt such as a sodium salt or an ammonium salt of carboxymethyl cellulose, and the effect as a viscosity modifier can be easily exhibited. When the solubility is increased, the dispersibility with the active material and other constituents can be enhanced when the electrode slurry is prepared. In this specification, cellulose and cellulose derivatives used as binders for electrodes also include salts thereof.

水溶性高分子は水に溶解することにより混合と分散に適した粘度になり、活物質や、バインダとして組み合わせる他の材料、例えばスチレンブタジエンゴムなどを、水溶液中に均一に分散させることができる。また、官能基を有するために活物質表面に吸着しやすいことが期待される。また、例えばカルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体は、例えば水酸基やカルボキシル基などの官能基を有する材料が多く、官能基を有するために高分子同士が相互作用し、活物質表面を広く覆って存在することが期待される。 By dissolving the water-soluble polymer in water, it becomes a viscosity suitable for mixing and dispersion, and the active material and other materials combined as a binder, such as styrene-butadiene rubber, can be uniformly dispersed in the aqueous solution. Moreover, since it has a functional group, it is expected to be easily adsorbed on the surface of the active material. In addition, many cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose are materials having functional groups such as hydroxyl groups and carboxyl groups, and due to the presence of functional groups, the macromolecules interact with each other, and the surface of the active material is widely covered. There is expected.

活物質表面を覆う、または表面に接するバインダが膜を形成する場合には、不動態膜としての役割を果たして電解液の分解を抑える効果も期待される。ここで、不動態膜とは、電子の伝導性のない膜、または電気伝導性の極めて低い膜であり、例えば活物質の表面に不動態膜が形成された場合には、電池反応電位において、電解液の分解を抑制することができる。また、不動態膜は、電気の伝導性を抑えるとともに、リチウムイオンは伝導できるとさらに望ましい。 When the binder that covers or contacts the surface of the active material forms a film, it is expected to function as a passivation film to suppress the decomposition of the electrolytic solution. Here, the passive film is a film with no electron conductivity or a film with extremely low electrical conductivity. For example, when a passive film is formed on the surface of the active material, at the battery reaction potential Decomposition of the electrolytic solution can be suppressed. It is further desirable that the passivation film suppresses electrical conductivity and allows lithium ions to conduct.

<正極集電体>
正極集電体としては、ステンレス、金、白金、アルミニウム、チタン等の金属、及びこれらの合金など、導電性が高い材料を用いることができる。また正極集電体に用いる材料は、正極の電位で溶出しないことが好ましい。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。集電体は、箔状、板状(シート状)、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。集電体は、厚みが5μm以上30μm以下のものを用いるとよい。
<Positive collector>
As the positive electrode current collector, highly conductive materials such as metals such as stainless steel, gold, platinum, aluminum and titanium, and alloys thereof can be used. Moreover, it is preferable that the material used for the positive electrode current collector does not elute at the potential of the positive electrode. Alternatively, an aluminum alloy added with an element that improves heat resistance, such as silicon, titanium, neodymium, scandium, or molybdenum, can be used. Alternatively, a metal element that forms silicide by reacting with silicon may be used. Metal elements that react with silicon to form silicide include zirconium, titanium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, and nickel. The shape of the current collector may be foil, plate (sheet), mesh, punching metal, expanded metal, or the like. A current collector having a thickness of 5 μm or more and 30 μm or less is preferably used.

[負極]
負極は、負極活物質層および負極集電体を有する。また、負極活物質層は、導電助剤およびバインダを有していてもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode active material layer and a negative electrode current collector. Moreover, the negative electrode active material layer may have a conductive aid and a binder.

<負極活物質>
負極活物質としては、例えば合金系材料や炭素系材料等を用いることができる。
<Negative electrode active material>
As the negative electrode active material, for example, an alloy-based material, a carbon-based material, or the like can be used.

負極活物質として、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。また、これらの元素を有する化合物を用いてもよい。例えば、SiO、MgSi、MgGe、SnO、SnO、MgSn、SnS、VSn、FeSn、CoSn、NiSn、CuSn、AgSn、AgSb、NiMnSb、CeSb、LaSn、LaCoSn、CoSb、InSb、SbSn等がある。ここで、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素、および該元素を有する化合物等を合金系材料と呼ぶ場合がある。 As the negative electrode active material, an element capable of performing charge-discharge reaction by alloying/dealloying reaction with lithium can be used. For example, materials containing at least one of silicon, tin, gallium, aluminum, germanium, lead, antimony, bismuth, silver, zinc, cadmium, indium, etc. can be used. Such an element has a larger capacity than carbon, and silicon in particular has a high theoretical capacity of 4200 mAh/g. Therefore, it is preferable to use silicon for the negative electrode active material. Compounds containing these elements may also be used. For example, SiO, Mg2Si , Mg2Ge , SnO, SnO2 , Mg2Sn , SnS2 , V2Sn3 , FeSn2 , CoSn2 , Ni3Sn2 , Cu6Sn5 , Ag3Sn , Ag 3 Sb, Ni 2 MnSb, CeSb 3 , LaSn 3 , La 3 Co 2 Sn 7 , CoSb 3 , InSb, SbSn and the like. Here, elements capable of undergoing charge-discharge reactions by alloying/dealloying reactions with lithium, compounds containing such elements, and the like are sometimes referred to as alloy-based materials.

本明細書等において、SiOは例えば一酸化シリコンを指す。あるいはSiOは、SiOと表すこともできる。ここでxは1近傍の値を有することが好ましい。例えばxは、0.2以上1.5以下が好ましく、0.3以上1.2以下がより好ましい。 In this specification and the like, SiO refers to silicon monoxide, for example. Alternatively, SiO can be represented as SiO x . Here x preferably has a value close to one. For example, x is preferably 0.2 or more and 1.5 or less, more preferably 0.3 or more and 1.2 or less.

炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等を用いればよい。 As the carbon-based material, graphite, graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), carbon nanotube, graphene, carbon black, or the like may be used.

黒鉛としては、人造黒鉛や、天然黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛としては例えば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等が挙げられる。ここで人造黒鉛として、球状の形状を有する球状黒鉛を用いることができる。例えば、MCMBは球状の形状を有する場合があり、好ましい。また、MCMBはその表面積を小さくすることが比較的容易であり、好ましい場合がある。天然黒鉛としては例えば、鱗片状黒鉛、球状化天然黒鉛等が挙げられる。 Examples of graphite include artificial graphite and natural graphite. Examples of artificial graphite include mesocarbon microbeads (MCMB), coke-based artificial graphite, and pitch-based artificial graphite. Spherical graphite having a spherical shape can be used here as the artificial graphite. For example, MCMB may have a spherical shape and are preferred. MCMB is also relatively easy to reduce its surface area and may be preferred. Examples of natural graphite include flake graphite and spherical natural graphite.

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入されたとき(リチウム-黒鉛層間化合物の生成時)にリチウム金属と同程度に低い電位を示す(0.05V以上0.3V以下 vs.Li/Li)。これにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が比較的小さい、安価である、リチウム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。 Graphite exhibits a potential as low as lithium metal when lithium ions are intercalated into graphite (at the time of formation of a lithium-graphite intercalation compound) (0.05 V or more and 0.3 V or less vs. Li/Li + ). This allows the lithium ion secondary battery to exhibit a high operating voltage. Furthermore, graphite is preferable because it has advantages such as relatively high capacity per unit volume, relatively small volume expansion, low cost, and high safety compared to lithium metal.

また、負極活物質として、二酸化チタン(TiO)、リチウムチタン酸化物(LiTi12)、リチウム-黒鉛層間化合物(Li)、五酸化ニオブ(Nb)、酸化タングステン(WO)、酸化モリブデン(MoO)等の酸化物を用いることができる。 Further, as negative electrode active materials, titanium dioxide (TiO 2 ), lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium-graphite intercalation compound (Li x C 6 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), oxide Oxides such as tungsten (WO 2 ) and molybdenum oxide (MoO 2 ) can be used.

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、LiN型構造をもつLi3-xN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6Co0.4は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm)を示し好ましい。 Also, Li 3-x M x N (M=Co, Ni, Cu) having a Li 3 N-type structure, which is a composite nitride of lithium and a transition metal, can be used as the negative electrode active material. For example, Li 2.6 Co 0.4 N 3 exhibits a large charge/discharge capacity (900 mAh/g, 1890 mAh/cm 3 ) and is preferable.

リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、正極活物質としてリチウムイオンを含まないV、Cr等の材料と組み合わせることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極活物質としてリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。 When a composite nitride of lithium and a transition metal is used, lithium ions are contained in the negative electrode active material, so that it can be combined with materials such as V 2 O 5 and Cr 3 O 8 that do not contain lithium ions as the positive electrode active material, which is preferable. . Note that even when a material containing lithium ions is used as the positive electrode active material, a composite nitride of lithium and a transition metal can be used as the negative electrode active material by preliminarily desorbing the lithium ions contained in the positive electrode active material.

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウムとの合金を作らない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Fe、CuO、CuO、RuO、Cr等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn、CuN、Ge等の窒化物、NiP、FeP、CoP等のリン化物、FeF、BiF等のフッ化物でも起こる。 A material that causes a conversion reaction can also be used as the negative electrode active material. For example, transition metal oxides such as cobalt oxide (CoO), nickel oxide (NiO), and iron oxide (FeO) that do not form an alloy with lithium may be used as the negative electrode active material. Further, as materials in which a conversion reaction occurs, oxides such as Fe2O3 , CuO , Cu2O , RuO2 and Cr2O3 , sulfides such as CoS0.89 , NiS and CuS, and Zn3N2 , Cu 3 N, Ge 3 N 4 and other nitrides, NiP 2 , FeP 2 and CoP 3 and other phosphides, and FeF 3 and BiF 3 and other fluorides.

負極活物質層が有することのできる導電助剤およびバインダとしては、正極活物質層が有することのできる導電助剤およびバインダと同様の材料を用いることができる。 As the conductive aid and binder that the negative electrode active material layer can have, the same materials as the conductive aid and binder that the positive electrode active material layer can have can be used.

<負極集電体>
負極集電体には、正極集電体と同様の材料を用いることができる。なお負極集電体は、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用いることが好ましい。
<Negative electrode current collector>
A material similar to that of the positive electrode current collector can be used for the negative electrode current collector. For the negative electrode current collector, it is preferable to use a material that does not alloy with carrier ions such as lithium.

[電解液]
電解液は、溶媒と電解質を有する。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、ジメトキシエタン(DME)、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の1種、又はこれらのうちの2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。
[Electrolyte]
The electrolytic solution has a solvent and an electrolyte. As the solvent for the electrolytic solution, aprotic organic solvents are preferred, such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and dimethyl carbonate. (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, 1,3-dioxane, 1,4 - one of dioxane, dimethoxyethane (DME), dimethyl sulfoxide, diethyl ether, methyl diglyme, acetonitrile, benzonitrile, tetrahydrofuran, sulfolane, sultone, etc., or two or more of these in any combination and ratio be able to.

また、電解液の溶媒として、難燃性および難揮発性であるイオン液体(常温溶融塩)を一つ又は複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。イオン液体は、カチオンとアニオンからなり、有機カチオンとアニオンとを含む。電解液に用いる有機カチオンとして、四級アンモニウムカチオン、三級スルホニウムカチオン、および四級ホスホニウムカチオン等の脂肪族オニウムカチオンや、イミダゾリウムカチオンおよびピリジニウムカチオン等の芳香族カチオンが挙げられる。また、電解液に用いるアニオンとして、1価のアミド系アニオン、1価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレートアニオン、パーフルオロアルキルボレートアニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、またはパーフルオロアルキルホスフェートアニオン等が挙げられる。 In addition, by using one or more flame-retardant and non-volatile ionic liquids (room-temperature molten salts) as the solvent for the electrolyte, the internal temperature of the secondary battery rises due to internal short circuits, overcharging, etc. However, it is possible to prevent the secondary battery from exploding or catching fire. Ionic liquids consist of cations and anions, including organic cations and anions. Organic cations used in the electrolytic solution include aliphatic onium cations such as quaternary ammonium cations, tertiary sulfonium cations and quaternary phosphonium cations, and aromatic cations such as imidazolium cations and pyridinium cations. Anions used in the electrolytic solution include monovalent amide anions, monovalent methide anions, fluorosulfonate anions, perfluoroalkylsulfonate anions, tetrafluoroborate anions, perfluoroalkylborate anions, and hexafluorophosphate anions. , or perfluoroalkyl phosphate anions.

また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、例えばLiPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiAlCl、LiSCN、LiBr、LiI、LiSO、Li10Cl10、Li12Cl12、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSO、LiC(CSO、LiN(CFSO、LiN(CSO)(CFSO)、LiN(CSO等のリチウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。 Examples of electrolytes dissolved in the above solvents include LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiAlCl 4 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 and Li 2 B 12 . Cl12 , LiCF3SO3 , LiC4F9SO3 , LiC ( CF3SO2 ) 3 , LiC ( C2F5SO2 ) 3 , LiN ( CF3SO2 ) 2 , LiN ( C4F9 SO 2 )(CF 3 SO 2 ), LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 or the like can be used alone, or two or more of them can be used in any combination and ratio.

二次電池に用いる電解液は、粒状のごみや電解液の構成元素以外の元素(以下、単に「不純物」ともいう。)の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい。具体的には、電解液に対する不純物の重量比を1%以下、好ましくは0.1%以下、より好ましくは0.01%以下とすることが好ましい。 The electrolytic solution used in the secondary battery is preferably a highly purified electrolytic solution containing little particulate matter and elements other than constituent elements of the electrolytic solution (hereinafter also simply referred to as “impurities”). Specifically, the weight ratio of impurities to the electrolytic solution is preferably 1% or less, preferably 0.1% or less, and more preferably 0.01% or less.

また、電解液にビニレンカーボネート、プロパンスルトン(PS)、tert-ブチルベンゼン(TBB)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、LiBOB、またスクシノニトリル、アジポニトリル等のジニトリル化合物などの添加剤を添加してもよい。添加する材料の濃度は、例えば溶媒全体に対して0.1wt%以上5wt%以下とすればよい。 Additives such as vinylene carbonate, propanesultone (PS), tert-butylbenzene (TBB), fluoroethylene carbonate (FEC), LiBOB, and dinitrile compounds such as succinonitrile and adiponitrile may also be added to the electrolytic solution. good. The concentration of the material to be added may be, for example, 0.1 wt % or more and 5 wt % or less with respect to the entire solvent.

また、ポリマーを電解液で膨潤させたポリマーゲル電解質を用いてもよい。 A polymer gel electrolyte obtained by swelling a polymer with an electrolytic solution may also be used.

ポリマーゲル電解質を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、二次電池の薄型化および軽量化が可能である。 By using the polymer gel electrolyte, the safety against leakage and the like is enhanced. Also, the thickness and weight of the secondary battery can be reduced.

ゲル化されるポリマーとして、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーのゲル等を用いることができる。 As the polymer to be gelled, silicone gel, acrylic gel, acrylonitrile gel, polyethylene oxide gel, polypropylene oxide gel, fluorine polymer gel, and the like can be used.

ポリマーとしては、例えばポリエチレンオキシド(PEO)などのポリアルキレンオキシド構造を有するポリマーや、PVDF、およびポリアクリロニトリル等、およびそれらを含む共重合体等を用いることができる。例えばPVDFとヘキサフルオロプロピレン(HFP)の共重合体であるPVDF-HFPを用いることができる。また、形成されるポリマーは、多孔質形状を有してもよい。 As the polymer, for example, a polymer having a polyalkylene oxide structure such as polyethylene oxide (PEO), PVDF, polyacrylonitrile, etc., and a copolymer containing them can be used. For example, PVDF-HFP, which is a copolymer of PVDF and hexafluoropropylene (HFP), can be used. The polymer formed may also have a porous geometry.

また、電解液の代わりに、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、PEO(ポリエチレンオキシド)系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。 Further, instead of the electrolytic solution, a solid electrolyte containing an inorganic material such as a sulfide system or an oxide system, or a solid electrolyte containing a polymer material such as a PEO (polyethylene oxide) system can be used. When a solid electrolyte is used, installation of separators and spacers becomes unnecessary. In addition, since the entire battery can be made solid, the risk of liquid leakage is eliminated and safety is dramatically improved.

[セパレータ]
また二次電池は、セパレータを有することが好ましい。セパレータとしては、例えば、紙、不織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン(ポリアミド)、ビニロン(ポリビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。セパレータはエンベロープ状に加工し、正極または負極のいずれか一方を包むように配置することが好ましい。
[Separator]
Also, the secondary battery preferably has a separator. As the separator, for example, paper, non-woven fabric, glass fiber, ceramics, nylon (polyamide), vinylon (polyvinyl alcohol fiber), polyester, acrylic, polyolefin, synthetic fiber using polyurethane, etc. can be used. can be done. It is preferable that the separator is processed into an envelope shape and arranged so as to enclose either the positive electrode or the negative electrode.

セパレータは多層構造であってもよい。たとえばポリプロピレン、ポリエチレン等の有機材料フィルムに、セラミック系材料、フッ素系材料、ポリアミド系材料、またはこれらを混合したもの等をコートすることができる。セラミック系材料としては、たとえば酸化アルミニウム粒子、酸化シリコン粒子等を用いることができる。フッ素系材料としては、たとえばPVDF、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。ポリアミド系材料としては、たとえばナイロン、アラミド(メタ系アラミド、パラ系アラミド)等を用いることができる。 The separator may have a multilayer structure. For example, an organic material film such as polypropylene or polyethylene can be coated with a ceramic material, a fluorine material, a polyamide material, or a mixture thereof. As the ceramic material, for example, aluminum oxide particles, silicon oxide particles, or the like can be used. For example, PVDF, polytetrafluoroethylene, or the like can be used as the fluorine-based material. Examples of polyamide materials that can be used include nylon and aramid (meta-aramid and para-aramid).

セラミック系材料をコートすると耐酸化性が向上するため、高電圧充放電の際のセパレータの劣化を抑制し、二次電池の信頼性を向上させることができる。またフッ素系材料をコートするとセパレータと電極が密着しやすくなり、出力特性を向上させることができる。ポリアミド系材料、特にアラミドをコートすると、耐熱性が向上するため、二次電池の安全性を向上させることができる。 Coating with a ceramic-based material improves oxidation resistance, so deterioration of the separator during high-voltage charging and discharging can be suppressed, and the reliability of the secondary battery can be improved. In addition, when coated with a fluorine-based material, the separator and the electrode are more likely to adhere to each other, and the output characteristics can be improved. Coating with a polyamide-based material, particularly aramid, improves the heat resistance, so that the safety of the secondary battery can be improved.

たとえばポリプロピレンのフィルムの両面に酸化アルミニウムとアラミドの混合材料をコートしてもよい。また、ポリプロピレンのフィルムの、正極と接する面に酸化アルミニウムとアラミドの混合材料をコートし、負極と接する面にフッ素系材料をコートしてもよい。 For example, both sides of a polypropylene film may be coated with a mixed material of aluminum oxide and aramid. Alternatively, a polypropylene film may be coated with a mixed material of aluminum oxide and aramid on the surface thereof in contact with the positive electrode, and coated with a fluorine-based material on the surface thereof in contact with the negative electrode.

多層構造のセパレータを用いると、セパレータ全体の厚さが薄くても二次電池の安全性を保つことができるため、二次電池の体積あたりの容量を大きくすることができる。 When a separator having a multilayer structure is used, the safety of the secondary battery can be maintained even if the thickness of the entire separator is thin, so that the capacity per unit volume of the secondary battery can be increased.

[外装体]
二次電池が有する外装体としては、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることができる。また、フィルム状の外装体を用いることもできる。フィルムとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のフィルムを用いることができる。
[Exterior body]
For example, a metal material such as aluminum or a resin material can be used as an exterior body of the secondary battery. Moreover, a film-like exterior body can also be used. As a film, for example, a film made of a material such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, ionomer, polyamide, etc. is provided with a highly flexible metal thin film such as aluminum, stainless steel, copper, nickel, etc., and an exterior is provided on the metal thin film. A film having a three-layer structure provided with an insulating synthetic resin film such as a polyamide-based resin or a polyester-based resin can be used as the outer surface of the body.

[充放電方法]
二次電池の充放電は、たとえば下記のように行うことができる。
[Charging and discharging method]
Charging and discharging of the secondary battery can be performed, for example, as follows.

≪CC充電≫
まず、充電方法の1つとしてCC充電について説明する。CC充電は、充電期間のすべてで一定の電流を二次電池に流し、所定の電圧になったときに充電を停止する充電方法である。二次電池350を、図4(A)に示すように内部抵抗Rと二次電池容量Cの等価回路と仮定する。この場合、二次電池電圧Vは、内部抵抗Rにかかる電圧Vと二次電池容量Cにかかる電圧Vの和である。
≪CC charging≫
First, CC charging will be described as one of charging methods. CC charging is a charging method in which a constant current is passed through the secondary battery throughout the charging period and charging is stopped when a predetermined voltage is reached. Assume that the secondary battery 350 is an equivalent circuit of internal resistance R and secondary battery capacity C as shown in FIG. In this case, the secondary battery voltage VB is the sum of the voltage V R across the internal resistance R and the voltage V C across the secondary battery capacity C.

CC充電を行っている間は、図4(A)に示すように、スイッチがオンになり、一定の電流Iが二次電池350に流れる。この間、電流Iが一定であるため、V=R×Iのオームの法則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一定である。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。 During CC charging, the switch is turned on and a constant current I flows through the secondary battery 350, as shown in FIG. Since the current I is constant during this period, the voltage V R applied to the internal resistance R is also constant according to Ohm's law of V R =R×I. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with time. Therefore, the secondary battery voltage VB increases over time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.3Vになったときに、充電を停止する。CC充電を停止すると、図4(B)に示すように、スイッチがオフになり、電流I=0となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとなる。そのため、内部抵抗Rでの電圧降下がなくなった分、二次電池電圧Vが下降する。 Then, when the secondary battery voltage VB reaches a predetermined voltage, for example 4.3V, charging is stopped. When CC charging is stopped, the switch is turned off and current I=0 as shown in FIG. 4(B). Therefore, the voltage VR applied to the internal resistance R becomes 0V. Therefore, the voltage drop across the internal resistance R is eliminated, and the secondary battery voltage VB drops accordingly.

CC充電を行っている間と、CC充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充電電流の例を図4(C)に示す。CC充電を行っている間は上昇していた二次電池電圧Vが、CC充電を停止してから若干低下する様子が示されている。 FIG. 4C shows an example of the secondary battery voltage VB and charging current during CC charging and after CC charging is stopped. It shows that the secondary battery voltage VB , which increased during CC charging, slightly drops after CC charging is stopped.

≪CCCV充電≫
次に、上記と異なる充電方法であるCCCV充電について説明する。CCCV充電は、まずCC充電にて所定の電圧まで充電を行い、その後CV(定電圧)充電にて流れる電流が少なくなるまで、具体的には終止電流値になるまで充電を行う充電方法である。
≪CCCV charging≫
Next, CCCV charging, which is a different charging method from the above, will be described. CCCV charging is a charging method in which the battery is first charged to a predetermined voltage by CC charging, and then charged by CV (constant voltage) charging until the flowing current decreases, specifically until the terminal current value is reached. .

CC充電を行っている間は、図5(A)に示すように、定電流電源351のスイッチがオン、定電圧電源352のスイッチがオフになり、一定の電流Iが二次電池に流れる。この間、電流Iが一定であるため、V=R×Iのオームの法則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一定である。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。 During CC charging, as shown in FIG. 5A, the switch of the constant current power supply 351 is turned on, the switch of the constant voltage power supply 352 is turned off, and a constant current I flows through the secondary battery. Since the current I is constant during this period, the voltage V R applied to the internal resistance R is also constant according to Ohm's law of V R =R×I. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with time. Therefore, the secondary battery voltage VB increases over time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.3Vになったときに、CC充電からCV充電に切り替える。CV充電を行っている間は、図5(B)に示すように、定電圧電源のスイッチがオン、定電流電源のスイッチがオフになり、二次電池電圧Vが一定となる。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。V=V+Vであるため、内部抵抗Rにかかる電圧Vは、時間の経過とともに小さくなる。内部抵抗Rにかかる電圧Vが小さくなるに従い、V=R×Iのオームの法則により、二次電池に流れる電流Iも小さくなる。 Then, when the secondary battery voltage VB reaches a predetermined voltage, for example, 4.3 V, the CC charging is switched to the CV charging. During CV charging, as shown in FIG. 5B , the switch of the constant-voltage power supply is turned on, the switch of the constant-current power supply is turned off, and the secondary battery voltage VB becomes constant. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C rises with time. Since V B =V R +V C , the voltage V R across the internal resistance R decreases over time. As the voltage V R applied to the internal resistance R decreases, the current I flowing through the secondary battery also decreases according to Ohm's law of V R =R×I.

そして二次電池に流れる電流Iが所定の電流、例えば0.01C相当の電流となったとき、全てのスイッチをオフにして充電を停止する。CCCV充電を停止すると、図5(C)に示すように、電流I=0となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとなる。しかし、CV充電により内部抵抗Rにかかる電圧Vが十分に小さくなっているため、内部抵抗Rでの電圧降下がなくなっても、二次電池電圧Vはほとんど降下しない。 Then, when the current I flowing through the secondary battery reaches a predetermined current, for example, a current corresponding to 0.01 C, all the switches are turned off to stop charging. When CCCV charging is stopped, the current I becomes 0 as shown in FIG. 5(C). Therefore, the voltage VR applied to the internal resistance R becomes 0V. However, since the voltage VR applied to the internal resistance R is sufficiently reduced by CV charging, the secondary battery voltage VB hardly drops even if the voltage drop across the internal resistance R disappears.

CCCV充電を行っている間と、CCCV充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充電電流の例を図5(D)に示す。CCCV充電を停止しても、二次電池電圧Vがほとんど降下しない様子が示されている。 FIG. 5D shows an example of the secondary battery voltage VB and charging current during CCCV charging and after CCCV charging is stopped. It shows that the secondary battery voltage VB hardly drops even if the CCCV charging is stopped.

≪CC放電≫
次に、放電方法の1つであるCC放電について説明する。CC放電は、放電期間のすべてで一定の電流を二次電池から流し、二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば2.5Vになったときに放電を停止する放電方法である。
≪CC Discharge≫
Next, CC discharge, which is one of the discharge methods, will be described. CC discharge is a discharge method in which a constant current is supplied from the secondary battery throughout the discharge period, and discharge is stopped when the secondary battery voltage VB reaches a predetermined voltage, for example, 2.5V.

CC放電を行っている間の二次電池電圧Vと放電電流の例を図6に示す。放電が進むに従い、二次電池電圧Vが降下していく様子が示されている。 FIG. 6 shows an example of the secondary battery voltage VB and the discharge current during CC discharge. It shows how the secondary battery voltage VB drops as the discharge progresses.

次に、放電レート及び充電レートについて説明する。放電レートとは、電池容量に対する放電時の電流の相対的な比率であり、単位Cで表される。定格容量X(Ah)の電池において、1C相当の電流は、X(A)である。2X(A)の電流で放電させた場合は、2Cで放電させたといい、X/5(A)の電流で放電させた場合は、0.2Cで放電させたという。また、充電レートも同様であり、2X(A)の電流で充電させた場合は、2Cで充電させたといい、X/5(A)の電流で充電させた場合は、0.2Cで充電させたという。 Next, the discharge rate and charge rate will be explained. Discharge rate is the relative ratio of current during discharge to battery capacity and is expressed in units of C. In a battery with a rated capacity of X (Ah), the current corresponding to 1C is X (A). When discharged at a current of 2X (A), it is said to be discharged at 2C, and when discharged at a current of X/5 (A), it is said to be discharged at 0.2C. In addition, the charging rate is the same. When charging at a current of 2X (A), it is said to charge at 2C, and when charging at a current of X/5 (A), it is said to charge at 0.2C. It is said that

(実施の形態3)
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した正極活物質100を有する二次電池の形状の例について説明する。本実施の形態で説明する二次電池に用いる材料は、先の実施の形態の記載を参酌することができる。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of the shape of a secondary battery including the positive electrode active material 100 described in the above embodiment will be described. The description of the above embodiment can be referred to for materials used for the secondary battery described in this embodiment.

[コイン型二次電池]
まずコイン型の二次電池の一例について説明する。図7(A)はコイン型(単層偏平型)の二次電池の外観図であり、図7(B)は、その断面図である。
[Coin-type secondary battery]
First, an example of a coin-type secondary battery will be described. FIG. 7A is an external view of a coin-type (single-layer flat type) secondary battery, and FIG. 7B is a cross-sectional view thereof.

コイン型の二次電池300は、正極端子を兼ねた正極缶301と負極端子を兼ねた負極缶302とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット303で絶縁シールされている。正極304は、正極集電体305と、これと接するように設けられた正極活物質層306により形成される。また、負極307は、負極集電体308と、これに接するように設けられた負極活物質層309により形成される。 In a coin-type secondary battery 300, a positive electrode can 301, which also functions as a positive electrode terminal, and a negative electrode can 302, which also functions as a negative electrode terminal, are insulated and sealed with a gasket 303 made of polypropylene or the like. The positive electrode 304 is formed of a positive electrode current collector 305 and a positive electrode active material layer 306 provided so as to be in contact therewith. Further, the negative electrode 307 is formed of a negative electrode current collector 308 and a negative electrode active material layer 309 provided so as to be in contact therewith.

なお、コイン型の二次電池300に用いる正極304および負極307は、それぞれ活物質層は片面のみに形成すればよい。 Note that the active material layers of the positive electrode 304 and the negative electrode 307 used in the coin-type secondary battery 300 may be formed only on one side.

正極缶301、負極缶302には、電解液に対して耐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えばステンレス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。正極缶301は正極304と、負極缶302は負極307とそれぞれ電気的に接続する。 For the positive electrode can 301 and the negative electrode can 302, metals such as nickel, aluminum, and titanium that are corrosion resistant to the electrolyte, alloys thereof, and alloys of these and other metals (for example, stainless steel) can be used. can. Also, in order to prevent corrosion due to the electrolyte, it is preferable to coat with nickel, aluminum, or the like. The positive electrode can 301 and the negative electrode can 302 are electrically connected to the positive electrode 304 and the negative electrode 307, respectively.

これら負極307、正極304およびセパレータ310を電解質に含浸させ、図7(B)に示すように、正極缶301を下にして正極304、セパレータ310、負極307、負極缶302をこの順で積層し、正極缶301と負極缶302とをガスケット303を介して圧着してコイン形の二次電池300を製造する。 The negative electrode 307, the positive electrode 304, and the separator 310 are impregnated with an electrolyte, and as shown in FIG. , the positive electrode can 301 and the negative electrode can 302 are pressure-bonded via a gasket 303 to manufacture a coin-shaped secondary battery 300 .

正極304に、先の実施の形態で説明した正極活物質を用いることで、高容量でサイクル特性に優れたコイン型の二次電池300とすることができる。 By using the positive electrode active material described in the above embodiment for the positive electrode 304, the coin-shaped secondary battery 300 with high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

ここで図7(C)を用いて二次電池の充電時の電流の流れを説明する。リチウムを用いた二次電池を一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向きになる。なお、リチウムを用いた二次電池では、充電と放電でアノード(陽極)とカソード(陰極)が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応電位が高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書においては、充電中であっても、放電中であっても、正極は「正極」または「+極(プラス極)」と呼び、負極は「負極」または「-極(マイナス極)」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連したアノード(陽極)やカソード(陰極)という用語を用いると、充電時と放電時とでは、逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード(陽極)やカソード(陰極)という用語は、本明細書においては用いていない。 Here, the flow of current during charging of the secondary battery will be described with reference to FIG. When a secondary battery using lithium is regarded as one closed circuit, the movement of lithium ions and the flow of current are in the same direction. In secondary batteries using lithium, the anode (anode) and the cathode (cathode) are switched between charging and discharging, and the oxidation reaction and the reduction reaction are switched, so the electrode with a high reaction potential is called a positive electrode. An electrode with a low reaction potential is called a negative electrode. Therefore, in this specification, the positive electrode is referred to as the “positive electrode” or the “+ electrode (positive electrode)”, and the negative electrode is referred to as the “negative electrode” or the “− electrode (minus pole)”. The use of the terms anode and cathode in relation to oxidation and reduction reactions can be confusing as they are reversed during charging and discharging. Accordingly, the terms anode and cathode are not used herein.

図7(C)に示す2つの端子には充電器が接続され、二次電池300が充電される。二次電池300の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。 A charger is connected to two terminals shown in FIG. 7C to charge the secondary battery 300 . As the charging of the secondary battery 300 progresses, the potential difference between the electrodes increases.

[円筒型二次電池]
次に円筒型の二次電池の例について図8を参照して説明する。円筒型の二次電池400は、図8(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)401を有し、側面および底面に電池缶(外装缶)402を有している。これら正極キャップ401と電池缶(外装缶)402とは、ガスケット(絶縁パッキン)410によって絶縁されている。
[Cylindrical secondary battery]
Next, an example of a cylindrical secondary battery will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8A, a cylindrical secondary battery 400 has a positive electrode cap (battery cover) 401 on its top surface and battery cans (armor cans) 402 on its side and bottom surfaces. The positive electrode cap 401 and the battery can (outer can) 402 are insulated by a gasket (insulating packing) 410 .

図8(B)は、円筒型の二次電池400の断面を模式的に示した図である。内部構造を説明するために電池缶402は底面のみ示している。中空円柱状の電池缶402の内側には、帯状の正極404と負極406とがセパレータ405を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。電池缶402には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えば、ステンレス鋼等)を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。また、電池素子が設けられた電池缶402の内部は、非水電解液(図示せず)が注入されている。非水電解液は、コイン型の二次電池と同様のものを用いることができる。 FIG. 8B is a diagram schematically showing a cross section of a cylindrical secondary battery 400. FIG. Only the bottom surface of the battery can 402 is shown for explaining the internal structure. A battery element in which a strip-shaped positive electrode 404 and a strip-shaped negative electrode 406 are wound with a separator 405 interposed therebetween is provided inside a hollow columnar battery can 402 . The battery can 402 can be made of metals such as nickel, aluminum, titanium, etc., which are corrosion-resistant to the electrolyte, alloys thereof, and alloys of these and other metals (for example, stainless steel). . Also, in order to prevent corrosion due to the electrolyte, it is preferable to coat with nickel, aluminum, or the like. A non-aqueous electrolyte (not shown) is filled inside the battery can 402 in which the battery element is provided. The same non-aqueous electrolyte as used in coin-type secondary batteries can be used.

円筒型の二次電池に用いる正極および負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成することが好ましい。正極404には正極端子(正極集電リード)403が接続され、負極406には負極端子(負極集電リード)407が接続される。正極端子403および負極端子407は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。負極端子407は電池缶402の底に溶接される。正極端子403は導電板419に溶接され、防爆板412およびPTC素子(Positive Temperature Coefficient)411を介して正極キャップ401と電気的に接続されている。PTC素子411は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。PTC素子には、チタン酸バリウム(BaTiO)系半導体セラミックス等を用いることができる。 Since the positive electrode and the negative electrode used in a cylindrical secondary battery are wound, it is preferable to form the active material on both sides of the current collector. A positive electrode terminal (positive collector lead) 403 is connected to the positive electrode 404 , and a negative electrode terminal (negative collector lead) 407 is connected to the negative electrode 406 . A metal material such as aluminum can be used for both the positive terminal 403 and the negative terminal 407 . A negative terminal 407 is welded to the bottom of the battery can 402 . Positive electrode terminal 403 is welded to conductive plate 419 and electrically connected to positive electrode cap 401 via explosion-proof plate 412 and PTC element (Positive Temperature Coefficient) 411 . The PTC element 411 is a thermal resistance element whose resistance increases when the temperature rises, and the increase in resistance limits the amount of current to prevent abnormal heat generation. Barium titanate (BaTiO 3 ) semiconductor ceramics or the like can be used for the PTC element.

また、図8(C)のように複数の二次電池400を、導電板413および導電板414の間に挟んでモジュール415を構成してもよい。複数の二次電池400は、ワイヤ416により導電板413および導電板414と電気的に接続される。複数の二次電池400は、並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列に接続された後さらに直列に接続されていてもよい。複数の二次電池400を有するモジュール415を構成することで、大きな電力を取り出すことができる。 Alternatively, a module 415 may be formed by sandwiching a plurality of secondary batteries 400 between conductive plates 413 and 414 as shown in FIG. 8C. Multiple secondary batteries 400 are electrically connected to conductive plate 413 and conductive plate 414 by wires 416 . The plurality of secondary batteries 400 may be connected in parallel, may be connected in series, or may be connected in series after being connected in parallel. A large amount of electric power can be extracted by configuring the module 415 having a plurality of secondary batteries 400 .

図8(D)はモジュール415の上面図である。図を明瞭にするために導電板413を点線で示した。図8(D)に示すように、複数の二次電池400の間に温度制御装置417を有していてもよい。二次電池400が過熱されたときは、温度制御装置417により冷却し、二次電池400が冷えすぎているときは温度制御装置417により加熱することができる。そのためモジュール415の性能が外気温に影響されにくくなる。また、複数の二次電池400同士の間、および温度制御装置417と二次電池400との間に、緩衝材418を設けることができる。緩衝材418を設けることで、二次電池400同士が接触、または温度制御装置417と二次電池400が接触して、電池缶402および温度制御装置417等に傷がつくことを防止できる。 FIG. 8D is a top view of the module 415. FIG. The conductive plate 413 is shown in dashed lines for clarity of illustration. A temperature control device 417 may be provided between a plurality of secondary batteries 400 as shown in FIG. 8D. When the secondary battery 400 is overheated, it can be cooled by the temperature control device 417, and when the secondary battery 400 is too cold, it can be heated by the temperature control device 417. FIG. Therefore, the performance of the module 415 is less affected by the outside temperature. A buffer material 418 can be provided between the plurality of secondary batteries 400 and between the temperature control device 417 and the secondary battery 400 . By providing the buffer material 418 , it is possible to prevent the secondary batteries 400 from contacting each other or the temperature control device 417 and the secondary battery 400 from contacting each other and damaging the battery can 402 , the temperature control device 417 , and the like.

正極404に、先の実施の形態で説明した正極活物質を用いることで、高容量でサイクル特性に優れた円筒型の二次電池400とすることができる。 By using the positive electrode active material described in the above embodiment for the positive electrode 404, the cylindrical secondary battery 400 with high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

図8(C)および図8(D)では、24個の二次電池400を有するモジュール415の例について説明したが、図9(A)に示すようにより多くの二次電池400を有するモジュール420としてもよい。モジュール420が有する複数の二次電池400、導電板413および導電板414は筐体423の中に配置されることが好ましい。またモジュール420は、導電板413または導電板414と電気的に接続される正極端子421および負極端子422を有することが好ましい。また、温度制御装置417および緩衝材418を有することが好ましい。 8(C) and 8(D) described an example of a module 415 having 24 secondary batteries 400, but a module 420 having more secondary batteries 400 as shown in FIG. 9(A) may be A plurality of secondary batteries 400 , conductive plate 413 and conductive plate 414 included in module 420 are preferably arranged in housing 423 . Module 420 also preferably has a positive terminal 421 and a negative terminal 422 electrically connected to conductive plate 413 or conductive plate 414 . It also preferably has a temperature control device 417 and a cushioning material 418 .

なお、図9(A)では円筒形の二次電池400を有するモジュール420について説明したが、これに限られず、たとえば短冊状の正極および負極をそれぞれ複数枚重ねた二次電池を有するモジュールとしてもよい。 Although the module 420 having the cylindrical secondary battery 400 has been described with reference to FIG. 9A, the module is not limited to this. good.

さらに図9(B)に示すように、複数のモジュール420を有する、より大きなモジュール430としてもよい。モジュール430を、たとえば図9(C)に示すように車両440に搭載することで、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、又はプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。 Further, as shown in FIG. 9B, a larger module 430 having multiple modules 420 may be provided. By installing the module 430 in a vehicle 440 as shown in FIG. 9C, for example, a next-generation clean energy vehicle such as a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), or a plug-in hybrid vehicle (PHEV) can be realized. realizable.

図9(C)に示す車両440は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。 A vehicle 440 shown in FIG. 9C is an electric vehicle that uses an electric motor as a power source for running. Alternatively, it is a hybrid vehicle in which an electric motor and an engine can be appropriately selected and used as power sources for running. By using one aspect of the present invention, a vehicle with a long cruising range can be realized.

二次電池は電気モーター(図示せず)を駆動するだけでなく、ヘッドライトやルームライトなどの発光装置に電力を供給することができる。また、二次電池は、車両440が有するスピードメーター、タコメーター、ナビゲーションシステムなどの表示装置および半導体装置に電力を供給することができる。 The secondary battery can not only drive an electric motor (not shown), but also can supply power to light-emitting devices such as headlights and room lights. In addition, the secondary battery can supply power to a display device such as a speedometer, a tachometer, a navigation system, etc., and a semiconductor device of the vehicle 440 .

車両440は、モジュール430が有する二次電池にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図9(C)は地上設置型の充電装置451から、ケーブル452を介して充電している状態を示している。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はCHAdeMO(登録商標)やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置451は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により車両440に搭載されたモジュール430を充電することができる。充電は、ACDCコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。 The vehicle 440 can charge the secondary battery of the module 430 by receiving power from an external charging facility by a plug-in system, a contactless power supply system, or the like. FIG. 9C shows a state in which charging is performed via a cable 452 from a charging device 451 installed on the ground. When charging, the charging method, the standard of the connector, etc. may be appropriately performed by a predetermined method such as CHAdeMO (registered trademark) or Combo. The charging device 451 may be a charging station provided in a commercial facility, or may be a household power source. For example, plug-in technology allows the module 430 mounted on the vehicle 440 to be charged by an external power supply. Charging can be performed by converting AC power into DC power via a conversion device such as an ACDC converter.

また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に二次電池の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。 Also, although not shown, the power receiving device can be mounted on a vehicle, and power can be supplied from a power transmission device on the ground in a non-contact manner for charging. In the case of this non-contact power supply system, it is possible to charge the battery not only while the vehicle is stopped but also while the vehicle is running by installing a power transmission device on the road or on the outer wall. In addition, electric power may be transmitted and received between vehicles using this contactless power supply method. Furthermore, a solar battery may be provided on the exterior of the vehicle to charge the secondary battery while the vehicle is stopped or running. An electromagnetic induction method or a magnetic resonance method can be used for such contactless power supply.

また図9(D)は、本発明の一態様の二次電池を用いた二輪の車両の例である。図9(D)示すスクータ460は、二次電池462、サイドミラー461、方向指示灯464を備える。二次電池462は、モーター(図示せず)、前照灯(図示せず)、方向指示灯464等に電気を供給することができる。 FIG. 9D illustrates an example of a two-wheeled vehicle using the secondary battery of one embodiment of the present invention. A scooter 460 shown in FIG. The secondary battery 462 can supply electricity to a motor (not shown), headlights (not shown), turn signal lights 464, and the like.

スクータ460は、座席下収納に二次電池462を収納することができる。二次電池462は高エネルギー密度であるため座席下収納のスペースが小さくても収納可能である。二次電池462は取り外し可能となっており、充電時には二次電池462を屋内に持って運び、充電し、走行する前に収納すればよい。 The scooter 460 can store a secondary battery 462 in the under-seat storage. Since the secondary battery 462 has a high energy density, it can be stored even if the storage space under the seat is small. The secondary battery 462 is removable, and when charging, the secondary battery 462 can be carried indoors, charged, and stored before traveling.

本発明の一態様によれば、二次電池のサイクル特性が良好となり、二次電池の容量を大きくすることができる。よって、二次電池自体を小型軽量化することができる。二次電池自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭載した二次電池を車両以外の電力供給源として用いることもできる。この場合、例えば電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避できれば、省エネルギー、および二酸化炭素の排出の削減に寄与することができる。また、サイクル特性が良好であれば二次電池を長期に渡って使用できるため、コバルトをはじめとする希少金属の使用量を減らすことができる。 According to one embodiment of the present invention, the cycle characteristics of the secondary battery are improved, and the capacity of the secondary battery can be increased. Therefore, the size and weight of the secondary battery itself can be reduced. If the size and weight of the secondary battery itself can be reduced, the cruising distance can be improved because it contributes to the weight reduction of the vehicle. A secondary battery mounted on a vehicle can also be used as a power supply source other than the vehicle. In this case, for example, it is possible to avoid using a commercial power source during peak power demand. If it is possible to avoid using a commercial power supply during peak power demand, it can contribute to energy conservation and reduction of carbon dioxide emissions. Moreover, if the cycle characteristics are good, the secondary battery can be used for a long period of time, so the amount of rare metals such as cobalt used can be reduced.

[二次電池パック]
次に二次電池と、該二次電池を保護または制御する機能と、を有する電池パックの例について、図10および図11を用いて説明する。
[Secondary battery pack]
Next, an example of a battery pack having a secondary battery and a function of protecting or controlling the secondary battery will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG.

図10(A)は、二次電池パック530の外観を示す図である。図10(B)は二次電池パック530の構成を説明する図である。二次電池パック530は、回路基板500と、二次電池513と、を有する。二次電池513には、ラベル510が貼られている。回路基板500は、シール515により固定されている。また二次電池パック530は、アンテナ514を有する。 FIG. 10A is a diagram showing the appearance of the secondary battery pack 530. FIG. FIG. 10B is a diagram illustrating the configuration of the secondary battery pack 530. FIG. The secondary battery pack 530 has a circuit board 500 and secondary batteries 513 . A label 510 is attached to the secondary battery 513 . Circuit board 500 is secured by seal 515 . The secondary battery pack 530 also has an antenna 514 .

回路基板500は二次電池513を保護または制御する機能を有する回路512を有する。また回路基板500は、端子511と電気的に接続されている。また回路基板500は、アンテナ514、二次電池513の正極リードおよび負極リードの一方551、正極リードおよび負極リードの他方552と電気的に接続される。 A circuit board 500 has a circuit 512 having a function of protecting or controlling a secondary battery 513 . Circuit board 500 is also electrically connected to terminal 511 . Circuit board 500 is also electrically connected to antenna 514 , one of positive and negative leads 551 and the other of positive and negative leads 552 of secondary battery 513 .

なお、アンテナ514はコイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、EHアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ914は、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する2つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ914を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。 Note that the antenna 514 is not limited to a coil shape, and may have a linear shape or a plate shape, for example. Further, antennas such as planar antennas, aperture antennas, traveling wave antennas, EH antennas, magnetic field antennas, and dielectric antennas may be used. Alternatively, antenna 914 may be a planar conductor. This flat conductor can function as one of conductors for electric field coupling. In other words, the antenna 914 may function as one of the two conductors of the capacitor. As a result, electric power can be exchanged not only by electromagnetic fields and magnetic fields, but also by electric fields.

二次電池パック530は、アンテナ514と、二次電池513との間に層516を有する。層516は、例えば二次電池513による電磁界への影響を防止することができる機能を有する。層516としては、例えば磁性体を用いることができる。 Secondary battery pack 530 has layer 516 between antenna 514 and secondary battery 513 . The layer 516 has a function of preventing the influence of the secondary battery 513 on the electromagnetic field, for example. A magnetic material, for example, can be used as the layer 516 .

二次電池513は、図10(C)に示すような捲回された電池素子593を有する。電池素子593は、負極594と、正極595と、セパレータ596と、を有する。電池素子593は、セパレータ596を挟んで負極594と、正極595とが重なり合って積層され、該積層シートを捲回したものである。 The secondary battery 513 has a wound battery element 593 as shown in FIG. 10C. The battery element 593 has a negative electrode 594 , a positive electrode 595 and a separator 596 . A battery element 593 is obtained by laminating a negative electrode 594 and a positive electrode 595 with a separator 596 interposed therebetween, and winding the laminated sheet.

なお、二次電池の構造は、図10に限定されない。 Note that the structure of the secondary battery is not limited to that shown in FIG.

例えば、図11(A-1)及び図11(A-2)に示すように二次電池パック530の対向する一対の面のそれぞれにアンテナを設けてもよい。図11(A-1)は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図11(A-2)は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。 For example, as shown in FIGS. 11A-1 and 11A-2, antennas may be provided on each of a pair of opposing surfaces of the secondary battery pack 530 . FIG. 11A-1 is an external view of the pair of surfaces viewed from one side, and FIG. 11A-2 is an external view of the pair of surfaces viewed from the other side.

図11(A-1)に示すように、二次電池パック530の一対の面の一方に層516を挟んでアンテナ514が設けられ、図11(A-2)に示すように、一対の面の他方に層517を挟んでアンテナ518が設けられる。層517は、例えば二次電池513による電磁界への影響を防止することができる機能を有する。層517としては、例えば磁性体を用いることができる。 As shown in FIG. 11A-1, an antenna 514 is provided on one of a pair of surfaces of a secondary battery pack 530 with a layer 516 interposed therebetween, and as shown in FIG. An antenna 518 is provided on the other side of the layer 517 . The layer 517 has a function of preventing the influence of the secondary battery 513 on the electromagnetic field, for example. A magnetic material, for example, can be used as the layer 517 .

上記構造にすることにより、アンテナ514及びアンテナ518の両方のサイズを大きくすることができる。アンテナ518は、例えば、外部機器とのデータ通信を行うことができる機能を有する。アンテナ518には、例えばアンテナ514に適用可能な形状のアンテナを適用することができる。アンテナ518を介した二次電池と他の機器との通信方式としては、NFCなど、二次電池と他の機器との間で用いることができる応答方式などを適用することができる。 With the above structure, the size of both antenna 514 and antenna 518 can be increased. The antenna 518 has a function of performing data communication with an external device, for example. For the antenna 518, for example, an antenna having a shape applicable to the antenna 514 can be applied. As a communication method between the secondary battery and another device via the antenna 518, a response method such as NFC that can be used between the secondary battery and another device can be applied.

又は、図11(B-1)に示すように、二次電池パック530に表示装置520を設けてもよい。表示装置520は、端子511に電気的に接続される。なお、表示装置520が設けられる部分にラベル510を設けなくてもよい。 Alternatively, the display device 520 may be provided in the secondary battery pack 530 as illustrated in FIG. 11B-1. The display device 520 is electrically connected to the terminals 511 . Note that the label 510 may not be provided in the portion where the display device 520 is provided.

表示装置520には、例えば充電中であるか否かを示す画像、蓄電量を示す画像などを表示してもよい。表示装置520としては、例えば電子ペーパー、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス(ELともいう)表示装置などを用いることができる。例えば、電子ペーパーを用いることにより表示装置520の消費電力を低減することができる。 The display device 520 may display, for example, an image indicating whether or not the battery is being charged, an image indicating the amount of stored electricity, and the like. As the display device 520, electronic paper, a liquid crystal display device, an electroluminescence (also referred to as EL) display device, or the like can be used, for example. For example, by using electronic paper, power consumption of the display device 520 can be reduced.

又は、図11(B-2)に示すように、二次電池パック530にセンサ521を設けてもよい。センサ521は、端子522を介して端子911に電気的に接続される。 Alternatively, a sensor 521 may be provided in the secondary battery pack 530 as illustrated in FIG. 11B-2. Sensor 521 is electrically connected to terminal 911 via terminal 522 .

センサ521としては、例えば、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい、又は赤外線を測定することができる機能を有すればよい。センサ521を設けることにより、例えば、二次電池が置かれている環境を示すデータ(温度など)を検出し、回路512内のメモリに記憶しておくこともできる。 Sensors 521 include, for example, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, number of revolutions, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substances, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate , humidity, gradient, vibration, smell, or infrared rays. By providing the sensor 521 , for example, data (such as temperature) indicating the environment in which the secondary battery is placed can be detected and stored in the memory within the circuit 512 .

[電子機器]
次に図12および図13を用いて、本発明の一態様である二次電池を電子機器に実装する例について説明する。
[Electronics]
Next, an example of mounting a secondary battery that is one embodiment of the present invention in an electronic device will be described with reference to FIGS.

図12(A)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機600は、筐体601に組み込まれた表示部602の他、操作ボタン603、外部接続ポート604、スピーカ605、マイク606などを備えている。なお、携帯電話機600は、二次電池607を有している。上記の二次電池607に本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な携帯電話機を提供できる。 FIG. 12A shows an example of a mobile phone. A mobile phone 600 includes a display unit 602 incorporated in a housing 601, operation buttons 603, an external connection port 604, a speaker 605, a microphone 606, and the like. Note that the mobile phone 600 has a secondary battery 607 . By using the secondary battery of one embodiment of the present invention for the secondary battery 607, a lightweight mobile phone with a long life can be provided.

携帯電話機600は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。 The mobile phone 600 can run various applications such as mobile phone, e-mail, text reading and writing, music playback, Internet communication, computer games, and the like.

操作ボタン603は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯電話機600に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン603の機能を自由に設定することもできる。 The operation button 603 can have various functions such as time setting, power on/off operation, wireless communication on/off operation, manner mode execution/cancellation, and power saving mode execution/cancellation. . For example, the operating system installed in the mobile phone 600 can freely set the functions of the operation buttons 603 .

また、携帯電話機600は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。 In addition, mobile phone 600 is capable of performing short-range wireless communication that conforms to communication standards. For example, by intercommunicating with a headset capable of wireless communication, hands-free communication is also possible.

また、携帯電話機600は外部接続ポート604を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また外部接続ポート604を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は外部接続ポート604を介さずに無線給電により行ってもよい。 Also, the mobile phone 600 has an external connection port 604 and can directly exchange data with another information terminal via a connector. Also, charging can be performed via the external connection port 604 . Note that the charging operation may be performed by wireless power supply without using the external connection port 604 .

携帯電話機600はセンサを有することが好ましい。センサとして例えば、指紋センサ、脈拍センサ、体温センサ等の人体センサや、タッチセンサ、加圧センサ、加速度センサ、等が搭載されることが好ましい。 Mobile phone 600 preferably has a sensor. As sensors, for example, it is preferable to mount a human body sensor such as a fingerprint sensor, a pulse sensor, a body temperature sensor, a touch sensor, a pressure sensor, an acceleration sensor, and the like.

図12(B1)および図12(B2)は、折りたたみ可能な表示部を有する電子機器の一例を示している。電子機器610は、筐体612に組み込まれた、折りたたみ可能な表示部611の他、外部接続ポート613、外部接続ポート614、二次電池615を有している。上記の二次電池615に本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な電子機器を提供できる。 FIGS. 12B1 and 12B2 illustrate examples of electronic devices having foldable display portions. An electronic device 610 has a foldable display unit 611 incorporated in a housing 612 , an external connection port 613 , an external connection port 614 , and a secondary battery 615 . By using the secondary battery of one embodiment of the present invention as the secondary battery 615, a lightweight and long-life electronic device can be provided.

折りたたみ可能な表示部611を有することで、広い表示部による視認性向上と携帯性向上を両立させることができる。表示部611としては、たとえばEL表示装置を用いることができる。表示部611の少なくとも一部はタッチパネルの機能を有する。 By including the foldable display portion 611, it is possible to achieve both improved visibility and improved portability due to the wide display portion. As the display unit 611, for example, an EL display device can be used. At least part of the display unit 611 has a touch panel function.

また電子機器610は、図12(B2)に示すように表示部611の裏面にも、表示部616を有していてもよい。 The electronic device 610 may also have a display portion 616 on the back surface of the display portion 611 as illustrated in FIG. 12B2.

図12(C)は電子書籍端末の一例を示している。電子書籍端末620は、表示部621、回路基板622、二次電池623、電源ボタン624、操作ボタン625を有する。操作ボタン625を押すことで、ページめくり等の操作を行うことができる。上記の二次電池623に本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な電子書籍端末を提供できる。 FIG. 12C shows an example of an electronic book terminal. The electronic book terminal 620 has a display unit 621 , a circuit board 622 , a secondary battery 623 , a power button 624 and operation buttons 625 . By pressing the operation button 625, operations such as page turning can be performed. By using the secondary battery of one embodiment of the present invention for the secondary battery 623, a lightweight and long-life e-book reader can be provided.

回路基板622は、制御回路およびメモリを有する。制御回路およびメモリには、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタを適用することができる。金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはオフ電流が極めて低いため、消費電力の低い電子書籍端末620とすることができる。 Circuit board 622 has control circuitry and memory. A transistor in which a metal oxide is used for a channel formation region can be applied to the control circuit and the memory. Since a transistor using a metal oxide for a channel formation region has extremely low off-state current, the e-book reader 620 can have low power consumption.

回路基板622、二次電池623等の主な部品を電子書籍端末620の中央からずらして配置することで、重心が一方に寄り、片手でも持ちやすい電子書籍端末620とすることができる。 By arranging main parts such as the circuit board 622 and the secondary battery 623 off the center of the electronic book terminal 620, the center of gravity is shifted to one side, and the electronic book terminal 620 can be easily held with one hand.

図13(A1)および図13(A2)はイヤホン型コンピュータの一例を示す図である。イヤホン型コンピュータは、左右の耳に装着するために2つのデバイス、たとえば第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bを有することが好ましい。第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bはいずれもスピーカ651、制御回路652、二次電池653およびマイク654を有する。また、第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bはいずれも加速度センサおよび通信アンテナを有することが好ましい。またGPSを搭載することが好ましい。 FIGS. 13A1 and 13A2 are diagrams showing an example of an earphone type computer. The earbud computer preferably has two devices, eg, a first device 650a and a second device 650b, for wearing on the left and right ears. Both the first device 650 a and the second device 650 b have a speaker 651 , a control circuit 652 , a secondary battery 653 and a microphone 654 . Also, both the first device 650a and the second device 650b preferably have an acceleration sensor and a communication antenna. Moreover, it is preferable to carry GPS.

第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bは、たとえばマイク654で音を電気信号に変換し、該信号を制御回路7602で分析し、音声である場合は音声認識する。そして該音声の言語がユーザの指定した言語でない場合は、ユーザの指定した言語に翻訳し、翻訳結果をスピーカ651から出力することができる。 The first device 650a and the second device 650b, for example, convert sound into an electrical signal with the microphone 654, analyze the signal with the control circuit 7602, and recognize the voice if it is voice. If the language of the voice is not the language specified by the user, it can be translated into the language specified by the user, and the translation result can be output from the speaker 651 .

制御回路652には、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタを適用することができる。金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはオフ電流が極めて低いため、消費電力の低い第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bとすることができる。 A transistor including a metal oxide for a channel formation region can be used for the control circuit 652 . Since a transistor in which a metal oxide is used for a channel formation region has extremely low off-state current, the first device 650a and the second device 650b with low power consumption can be obtained.

また制御回路652が有する音声認識機能および翻訳機能は、たとえばRNN(回帰型ニューラルネットワーク)をはじめとするニューラルネットワークの手法を用いて学習した結果を用いることができる。 The voice recognition function and translation function of control circuit 652 can use the result of learning using a neural network technique such as RNN (Recurrent Neural Network), for example.

また第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bがGPSおよび通信アンテナを有すると、位置情報を取得でき、ランニングをはじめとするスポーツに活用することができる。 In addition, if the first device 650a and the second device 650b have GPS and communication antennas, position information can be acquired, which can be used for sports such as running.

さらに、第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bと、他の電子機器を、無線通信を介して連携して使用してもよい。たとえば携帯電話のハンズフリー機能と連携して、第1のデバイス650aまたは第2のデバイス650bのスピーカ651から通話音声を出力することができる。 Further, first device 650a and second device 650b may be used in cooperation with other electronic devices via wireless communication. For example, in cooperation with the hands-free function of the mobile phone, call sound can be output from the speaker 651 of the first device 650a or the second device 650b.

第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bを収納可能なケース655は、二次電池656、および表示部657を有することが好ましい。二次電池7611を有することで、第1のデバイス650aおよび第2のデバイス650bが有する二次電池653を充電することができる。また表示部657には、第1のデバイス650a、第2のデバイス650bおよびケース655の充電状態を表示することができる。また、連携した他の電子機器でより詳細な充電状態を確認してもよい。 A case 655 that can accommodate the first device 650 a and the second device 650 b preferably has a secondary battery 656 and a display section 657 . With the secondary battery 7611, the secondary batteries 653 included in the first device 650a and the second device 650b can be charged. The display unit 657 can display the charging states of the first device 650a, the second device 650b, and the case 655. FIG. Moreover, you may confirm a more detailed charge state with other electronic devices linked.

日用電子機器に二次電池として本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な製品を提供できる。例えば、日用電子機器として、電動歯ブラシ、電気シェーバー、電動美容機器などが挙げられ、それらの製品の二次電池としては、使用者の持ちやすさを考え、形状をスティック状とし、小型、軽量、且つ、大容量の二次電池が望まれている。 By using the secondary battery of one embodiment of the present invention as a secondary battery in a daily electronic device, a product that is lightweight and has a long life can be provided. For example, daily electronic devices include electric toothbrushes, electric shavers, electric beauty devices, and the like, and secondary batteries for these products are stick-shaped, compact, and lightweight, in consideration of ease of holding by the user. , and a large-capacity secondary battery is desired.

図13(B)はタバコ収容喫煙装置(電子タバコ)とも呼ばれる装置の斜視図である。図13(H)において電子タバコ640は、加熱素子を含むアトマイザ641と、アトマイザに電力を供給する二次電池644と、液体供給ボトルやセンサなどを含むカートリッジ642で構成されている。安全性を高めるため、二次電池644の過充電や過放電を防ぐ保護回路を二次電池644に電気的に接続してもよい。図13(B)に示した二次電池644は、充電機器と接続できるように外部端子を有している。二次電池644は持った場合に先端部分となるため、トータルの長さが短く、且つ、重量が軽いことが望ましい。本発明の一態様の二次電池は高容量、良好なサイクル特性を有するため、長期間に渡って長時間の使用ができる小型であり、且つ、軽量の電子タバコ640を提供できる。 FIG. 13(B) is a perspective view of a device also called a cigarette containing smoking device (electronic cigarette). In FIG. 13(H), an electronic cigarette 640 is composed of an atomizer 641 including a heating element, a secondary battery 644 for supplying power to the atomizer, and a cartridge 642 including a liquid supply bottle, sensor and the like. In order to improve safety, a protection circuit that prevents overcharging and overdischarging of the secondary battery 644 may be electrically connected to the secondary battery 644 . A secondary battery 644 illustrated in FIG. 13B has an external terminal so that it can be connected to a charging device. Since the secondary battery 644 becomes a tip part when held, it is desirable that the total length is short and the weight is light. Since the secondary battery of one embodiment of the present invention has high capacity and good cycle characteristics, a small and lightweight electronic cigarette 640 that can be used for a long time can be provided.

図13(C)は蓄電システム700を説明する図である。蓄電システム700は、発電装置702と、蓄電装置701と、を有する。発電装置としては、太陽光発電、風力発電、波力発電、海流発電、潮力発電等を利用した発電装置を用いることができる。蓄電装置701に本発明の一態様の二次電池を用いることで、高容量で長寿命な蓄電装置701とすることができる。 FIG. 13C is a diagram illustrating the power storage system 700. FIG. The power storage system 700 has a power generation device 702 and a power storage device 701 . As the power generator, a power generator using solar power, wind power, wave power, ocean current power, tidal power, or the like can be used. By using the secondary battery of one embodiment of the present invention for the power storage device 701, the power storage device 701 can have high capacity and a long life.

本実施の形態に記載の構成は、本実施の形態に記載の他の構成、または他の実施の形態に記載の構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any other structure described in this embodiment or any structure described in any other embodiment.

100 正極活物質
100a 粒子
100b 粒子
110 集電体
111 導電助剤
112 グラフェン
120 正極
121 枠
201a 研磨装置
201b 研磨装置
201c 研磨装置
210 分級装置
220 集塵機
221 粒子
300 二次電池
301 正極缶
302 負極缶
303 ガスケット
304 正極
305 正極集電体
306 正極活物質層
307 負極
308 負極集電体
309 負極活物質層
350 二次電池
351 定電流電源
352 定電圧電源
310 セパレータ
400 二次電池
401 正極キャップ
402 電池缶
403 正極端子
404 正極
405 セパレータ
406 負極
407 負極端子
411 PTC素子
412 防爆板
413 導電板
414 導電板
415 モジュール
416 ワイヤ
417 温度制御装置
418 緩衝材
419 導電板
420 モジュール
421 正極端子
422 負極端子
423 筐体
430 モジュール
440 車両
451 充電装置
452 ケーブル
460 スクータ
461 サイドミラー
462 二次電池
464 方向指示灯
500 回路基板
510 ラベル
511 端子
512 回路
513 二次電池
514 アンテナ
515 シール
516 層
517 層
518 アンテナ
520 表示装置
521 センサ
522 端子
530 二次電池パック
551 一方
552 他方
593 電池素子
594 負極
595 正極
596 セパレータ
600 携帯電話機
601 筐体
602 表示部
603 操作ボタン
604 外部接続ポート
605 スピーカ
606 マイク
607 二次電池
610 電子機器
611 表示部
612 筐体
613 外部接続ポート
614 外部接続ポート
615 二次電池
616 表示部
620 電子書籍端末
621 表示部
622 回路基板
623 二次電池
624 電源ボタン
625 操作ボタン
640 電子タバコ
641 アトマイザ
642 カートリッジ
644 二次電池
650a デバイス
650b デバイス
651 スピーカ
652 制御回路
653 二次電池
654 マイク
655 ケース
656 二次電池
657 表示部
700 蓄電システム
701 蓄電装置
702 発電装置
911 端子
914 アンテナ
7602 制御回路
7611 二次電池
100 Positive electrode active material 100a Particles 100b Particles 110 Current collector 111 Conductive agent 112 Graphene 120 Positive electrode 121 Frame 201a Polishing device 201b Polishing device 201c Polishing device 210 Classifying device 220 Dust collector 221 Particles 300 Secondary battery 301 Positive electrode can 302 Negative electrode can 303 Gasket 304 Positive electrode 305 Positive electrode current collector 306 Positive electrode active material layer 307 Negative electrode 308 Negative electrode current collector 309 Negative electrode active material layer 350 Secondary battery 351 Constant current power supply 352 Constant voltage power supply 310 Separator 400 Secondary battery 401 Positive electrode cap 402 Battery can 403 Positive electrode Terminal 404 Positive electrode 405 Separator 406 Negative electrode 407 Negative electrode terminal 411 PTC element 412 Explosion-proof plate 413 Conductive plate 414 Conductive plate 415 Module 416 Wire 417 Temperature controller 418 Cushioning material 419 Conductive plate 420 Module 421 Positive electrode terminal 422 Negative terminal 423 Housing 430 Module 440 Vehicle 451 Charging Device 452 Cable 460 Scooter 461 Side Mirror 462 Secondary Battery 464 Turn Signal Light 500 Circuit Board 510 Label 511 Terminal 512 Circuit 513 Secondary Battery 514 Antenna 515 Seal 516 Layer 517 Layer 518 Antenna 520 Display Device 521 Sensor 522 Terminal 530 Secondary battery pack 551 One side 552 Other side 593 Battery element 594 Negative electrode 595 Positive electrode 596 Separator 600 Mobile phone 601 Case 602 Display unit 603 Operation button 604 External connection port 605 Speaker 606 Microphone 607 Secondary battery 610 Electronic device 611 Display unit 612 Case 613 External connection port 614 External connection port 615 Secondary battery 616 Display unit 620 Electronic book terminal 621 Display unit 622 Circuit board 623 Secondary battery 624 Power button 625 Operation button 640 Electronic cigarette 641 Atomizer 642 Cartridge 644 Secondary battery 650a Device 650b Device 651 speaker 652 control circuit 653 secondary battery 654 microphone 655 case 656 secondary battery 657 display unit 700 power storage system 701 power storage device 702 power generation device 911 terminal 914 antenna 7602 control circuit 7611 secondary battery

Claims (7)

正極活物質と、集電体と、を有し、
前記正極活物質は略球状であり、かつメディアン径D50から求めた理想的な比表面積Aと、実際の比表面積Aの比A/Aが2以下の表面のなめらかな正極活物質であり、
作製工程中に加圧してもクラックが生じにくく、または放電および放電を繰り返してもクラックが生じにくく、
前記集電体上に前記正極活物質を高密度に配列可能であり、
前記正極活物質は、表層部にフッ化リチウムを有し、
前記正極活物質は、マグネシウムを有し、
作製工程中に加熱しても隣り合う粒子同士が焼結しにくく、または焼結した場合でも解砕が容易であり、
前記正極活物質は、層状岩塩型の結晶構造を有する複合酸化物であって、電池電圧が4.6V(対極リチウムの場合)となるまで定電流充電し、その後電流値が0.01Cとなるまで定電圧充電したときに擬スピネル型結晶構造を有し、
前記擬スピネル型結晶構造は、空間群R-3mの結晶構造を示し、且つ、CuKα1線による粉末XRDを用いて分析したとき、2θ=19.30±0.20°、及び2θ=45.55±0.10°に回折ピークを有する、正極。
having a positive electrode active material and a current collector,
The positive electrode active material has a substantially spherical shape and has a smooth surface such that the ratio AR / Ai of the ideal specific surface area Ai obtained from the median diameter D50 to the actual specific surface area AR is 2 or less. and
Cracks are less likely to occur even if pressure is applied during the manufacturing process, or cracks are less likely to occur even if discharge and discharge are repeated,
The positive electrode active material can be arranged at high density on the current collector,
The positive electrode active material has lithium fluoride in the surface layer,
The positive electrode active material contains magnesium,
Adjacent particles are difficult to sinter even when heated during the production process, and even if sintered, they are easily crushed,
The positive electrode active material is a composite oxide having a layered rock salt crystal structure, and is charged at a constant current until the battery voltage reaches 4.6 V (in the case of lithium as the counter electrode), and then the current value reaches 0.01C. It has a pseudo-spinel crystal structure when charged at a constant voltage up to
The pseudospinel crystal structure exhibits a crystal structure of space group R-3m, and when analyzed using powder XRD with CuKα1 radiation, 2θ=19.30±0.20° and 2θ=45. A positive electrode having a diffraction peak at 55±0.10° .
請求項1において、
前記正極活物質は、算術平均粒径の標準偏差が0.2以下の大きさのそろった正極活物質である、正極。
In claim 1,
The positive electrode, wherein the positive electrode active material is a positive electrode active material with a standard deviation of an arithmetic mean particle size of 0.2 or less.
請求項1または請求項2のいずれか一において、
前記正極活物質は、X線光電子分光で測定される、表面のフッ素の結合エネルギーのピーク位置が、684.4eVを超え686.0eV未満である、正極。
In either claim 1 or claim 2,
The positive electrode active material has a surface fluorine binding energy peak position of more than 684.4 eV and less than 686.0 eV as measured by X-ray photoelectron spectroscopy.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記正極活物質は、第1の粒子と、第2の粒子と、を有し、
前記第2の粒子のメディアン径は、前記第1の粒子のメディアン径の0.66倍以下である、正極。
In any one of claims 1 to 3,
The positive electrode active material has first particles and second particles,
The positive electrode, wherein the median diameter of the second particles is 0.66 times or less the median diameter of the first particles.
請求項1乃至請求項に記載の正極と、
負極と、を有する二次電池。
A positive electrode according to any one of claims 1 to 4 ;
A secondary battery having a negative electrode.
正極活物質であって、前記正極活物質は、
算術平均粒径の標準偏差が0.2以下であり、
メディアン径D50から求めた理想的な比表面積Aと、実際の比表面積Aの比A/Aが2以下であり、
X線光電子分光で測定される、表面のフッ素の結合エネルギーのピーク位置が、684.4eVを超え686.0eV未満であり、
表層部にフッ化リチウムを有し、
マグネシウムを有し、
前記正極活物質は、層状岩塩型の結晶構造を有する複合酸化物であって、電池電圧が4.6V(対極リチウムの場合)となるまで定電流充電し、その後電流値が0.01Cとなるまで定電圧充電したときに擬スピネル型結晶構造を有し、
前記擬スピネル型結晶構造は、空間群R-3mの結晶構造を示し、且つ、CuKα1線による粉末XRDを用いて分析したとき、2θ=19.30±0.20°、及び2θ=45.55±0.10°に回折ピークを有する、、正極活物質。
A positive electrode active material, the positive electrode active material comprising:
The standard deviation of the arithmetic mean particle size is 0.2 or less,
A ratio A R /A i between the ideal specific surface area A i obtained from the median diameter D50 and the actual specific surface area A R is 2 or less,
The peak position of the binding energy of fluorine on the surface, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy, is greater than 684.4 eV and less than 686.0 eV,
It has lithium fluoride on the surface layer,
has magnesium,
The positive electrode active material is a composite oxide having a layered rock salt crystal structure, and is charged at a constant current until the battery voltage reaches 4.6 V (in the case of lithium as the counter electrode), and then the current value reaches 0.01C. It has a pseudo-spinel crystal structure when charged at a constant voltage up to
The pseudospinel crystal structure exhibits a crystal structure of space group R-3m, and when analyzed using powder XRD with CuKα1 radiation, 2θ=19.30±0.20° and 2θ=45. A cathode active material having a diffraction peak at 55±0.10° .
請求項に記載の正極活物質と、導電助剤と、集電体と、を有する正極と、
負極と、
を有する二次電池。
A positive electrode having the positive electrode active material according to claim 6 , a conductive aid, and a current collector;
a negative electrode;
A secondary battery having
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