JPWO2018110188A1 - Lithium ion secondary battery, its manufacturing method and lithium ion secondary battery precursor - Google Patents

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Abstract

高容量で充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池、その製造方法および前記リチウムイオン二次電池を構成するための前駆体を提供する。本発明のリチウムイオン二次電池の前駆体は、Liイオンをドープした負極活物質を含有する負極合剤層を有し、前記負極活物質が少なくともSiを含む材料Sを含有する負極と、Co、Mn、Mgおよび元素M1(M1は、Al、Ti、Sr、Zr、Nb、AgおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種)とを含有するリチウム含有金属酸化物(A)を含有する正極合剤層を有する正極と、セパレータとを備えていることを特徴とするものである。本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池の前駆体と非水電解液とで構成されたことを特徴とするものである。Provided are a lithium ion secondary battery having a high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics, a production method thereof, and a precursor for constituting the lithium ion secondary battery. The precursor of the lithium ion secondary battery of the present invention has a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material doped with Li ions, the negative electrode active material containing a material S containing at least Si, and Co , Mn, Mg, and element M1 (M1 is at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Sr, Zr, Nb, Ag, and Ba). A positive electrode having a positive electrode mixture layer and a separator are provided. The lithium ion secondary battery of the present invention is characterized by comprising the precursor of the lithium ion secondary battery of the present invention and a non-aqueous electrolyte.

Description

本発明は、高容量で充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池、その製造方法および前記リチウムイオン二次電池を構成するための前駆体に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery having high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics, a method for producing the lithium ion secondary battery, and a precursor for constituting the lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、高電圧・高容量であることから、その発展に対して大きな期待が寄せられている。こうした事情から、電池反応に関与する正極活物質や負極活物質、非水電解液、正極や負極で使用されるバインダなど、リチウムイオン二次電池に使用される種々の材料についての改良が行われている。   Lithium-ion secondary batteries have high voltage and high capacity, so there are great expectations for their development. Under these circumstances, various materials used in lithium ion secondary batteries, such as positive electrode active materials and negative electrode active materials involved in battery reactions, non-aqueous electrolytes, and binders used in positive and negative electrodes, have been improved. ing.

例えば、特許文献1には、高容量であるとともに充電時の上限電圧を高めても充放電サイクル特性に優れているリチウムニッケル酸化物を用いた正極活物質が提案されている。   For example, Patent Document 1 proposes a positive electrode active material using lithium nickel oxide that has a high capacity and is excellent in charge / discharge cycle characteristics even when the upper limit voltage during charging is increased.

また、特許文献2、3には、非可逆容量(不可逆容量)が大きいリチウムニッケル酸化物を正極活物質として用いる場合にも、追加投入される負極活物質の量を顕著に減少させて、二次電池の容量をより一層増大させるために、負極活物質として、シリコン、シリコン酸化物およびシリコン合金から選択される少なくともいずれか一つを使用する二次電池の提案がされている。   Further, in Patent Documents 2 and 3, even when lithium nickel oxide having a large irreversible capacity (irreversible capacity) is used as the positive electrode active material, the amount of the negative electrode active material additionally added is remarkably reduced. In order to further increase the capacity of the secondary battery, a secondary battery using at least one selected from silicon, silicon oxide, and silicon alloy as a negative electrode active material has been proposed.

特許文献2、3に記載されているような負極活物質は、従来からリチウムイオン二次電池の負極活物質として汎用されている黒鉛に比べて、より多くのLi(リチウム)を収容可能な材料であるが、このような高容量負極材料を用いて構成した電池では、一般に、充電によって正極から放出されたLiのうち、高容量負極材料に取り込まれて次の放電時に放出されずに残留するものの割合が大きく、電池が本来備えている容量を十分に引き出し得ないといった問題が生じやすい。   The negative electrode active material as described in Patent Documents 2 and 3 is a material that can accommodate more Li (lithium) than graphite, which has been conventionally used as a negative electrode active material for lithium ion secondary batteries. However, in a battery configured using such a high-capacity negative electrode material, generally, out of Li released from the positive electrode by charging, it is taken into the high-capacity negative electrode material and remains without being released at the next discharge. The ratio of things is large, and the problem that the capacity that the battery originally has cannot be drawn out easily tends to occur.

このような電池の不可逆容量を小さくするために、負極(負極合剤層中の負極活物質)にLiイオンをドープ(プレドープ)して、電池の充放電時に正極と負極との間を行き来できるLiの割合を高める技術も検討されている。こうした負極へのLiイオンのプレドープ技術としては、電池内で負極にLiイオンをプレドープ(以下、「系内プレドープ」という場合がある)する手段の他に、特許文献4、5に記載されているように、あらかじめLiイオンをプレドープした負極を用いて電池を組み立てる手段(以下、このような手段での負極へのLiイオンのプレドープを「系外プレドープ」という場合がある)も提案されている。   In order to reduce the irreversible capacity of such a battery, the negative electrode (the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer) can be doped (pre-doped) with Li ions, and can be moved back and forth between the positive electrode and the negative electrode during charge / discharge of the battery. Techniques for increasing the proportion of Li are also being studied. As a technique for pre-doping Li ions into such a negative electrode, in addition to means for pre-doping Li ions into the negative electrode in the battery (hereinafter sometimes referred to as “in-system pre-doping”), it is described in Patent Documents 4 and 5. Thus, means for assembling a battery using a negative electrode pre-doped with Li ions in advance (hereinafter, pre-doping of Li ions into the negative electrode by such means may be referred to as “outside pre-doping”) has also been proposed.

特開2016−24879号公報JP 2016-24879 A 特開2010−15986号公報JP 2010-15986 A 特開2016−100054号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-100054 特開平11−283670号公報JP-A-11-283670 特開2008−91191号公報JP 2008-91191 A

ところが、以上の公知例は、比較的長期の充放電サイクル特性ついての言及がなかったり、負極に少量のSiを添加するのみであったりするものであり、充放電サイクル特性や高容量化について更なる改善の余地を残していた。   However, in the above known examples, there is no mention of relatively long-term charge / discharge cycle characteristics, or only a small amount of Si is added to the negative electrode. There was room for improvement.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高容量で充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池、その製造方法および前記リチウムイオン二次電池を構成するための前駆体を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to configure a lithium-ion secondary battery having a high capacity and excellent charge / discharge cycle characteristics, a manufacturing method thereof, and the lithium-ion secondary battery. It is to provide a precursor.

前記目的を達成し得た本発明のリチウムイオン二次電池の前駆体は、負極活物質およびバインダを含有する負極合剤層を有する負極、および正極活物質およびバインダを含有する正極合剤層を有する正極およびセパレータが外装体内に収容されてなり、前記負極合剤層は、Liイオンをドープした負極活物質を少なくとも含有し、前記負極活物質は少なくともSiを含む材料Sを含有しており、前記正極合剤層は、前記正極活物質として、下記一般式(1)で表されるリチウム含有金属酸化物(A)を含有していることを特徴とするものである。   The precursor of the lithium ion secondary battery of the present invention that has achieved the above object includes a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder, and a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a binder. The negative electrode mixture layer contains at least a negative electrode active material doped with Li ions, and the negative electrode active material contains a material S containing at least Si. The positive electrode mixture layer includes a lithium-containing metal oxide (A) represented by the following general formula (1) as the positive electrode active material.

LiNi1−b−c−dCoMn Mg (1)Li a Ni 1- bcd Cob Mn c M 1 d Mg e O 2 (1)

前記一般式(1)中、Mは、Al、Ti、Sr、Zr、Nb、AgおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有し、0.9≦a≦1.10、0.1≦b≦0.5、0≦c≦0.5、0.1≦b+c≦0.9、0.003≦d≦0.06、および0≦e≦0.003である。In the general formula (1), M 1 contains at least one element selected from the group consisting of Al, Ti, Sr, Zr, Nb, Ag, and Ba, and 0.9 ≦ a ≦ 1.10. 0.1 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.5, 0.1 ≦ b + c ≦ 0.9, 0.003 ≦ d ≦ 0.06, and 0 ≦ e ≦ 0.003.

また、本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池の前駆体と、非水電解液とで構成されたことを特徴とするものである。   Moreover, the lithium ion secondary battery of the present invention is characterized by comprising the precursor of the lithium ion secondary battery of the present invention and a non-aqueous electrolyte.

本発明のリチウムイオン二次電池は、負極活物質とバインダとを含有する負極合剤層を有する負極の、前記負極活物質にLiイオンをドープする工程と、前記工程を経て得られた負極を用いてリチウムイオン二次電池の前駆体を組み立てる工程と、前記リチウムイオン二次電池の前駆体と非水電解液とを用いてリチウムイオン二次電池を形成する工程とを有する本発明の製造方法(1)によって製造することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder, a step of doping the negative electrode active material with Li ions, and a negative electrode obtained through the step. And a process for assembling a precursor of a lithium ion secondary battery, and a step of forming a lithium ion secondary battery using the precursor of the lithium ion secondary battery and a non-aqueous electrolyte. It can be manufactured by (1).

また、本発明のリチウムイオン二次電池は、少なくとも一部にLiイオンがドープされている負極活物質とバインダとを用いた負極合剤層を有する負極を作製する工程と、前記工程により得られた前記負極を用いてリチウムイオン二次電池の前駆体を組み立てる工程と、前記リチウムイオン二次電池の前駆体と非水電解液とを用いてリチウムイオン二次電池を形成する工程とを有する本発明の製造方法(2)によっても製造することができる。   Further, the lithium ion secondary battery of the present invention is obtained by the steps of producing a negative electrode having a negative electrode mixture layer using a negative electrode active material doped with Li ions at least in part and a binder, and the above steps. A step of assembling a precursor of a lithium ion secondary battery using the negative electrode and a step of forming a lithium ion secondary battery using the precursor of the lithium ion secondary battery and a non-aqueous electrolyte. It can also be produced by the production method (2) of the invention.

本発明によれば、高容量で充放電サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池、その製造方法および前記リチウムイオン二次電池を構成するための前駆体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the precursor for comprising the lithium ion secondary battery which was high capacity | capacitance and excellent in charging / discharging cycling characteristics, its manufacturing method, and the said lithium ion secondary battery can be provided.

ロール・トゥ・ロール法によって負極の負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープする工程の説明図である。It is explanatory drawing of the process of doping Li ion to the negative electrode active material in the negative mix layer of a negative electrode by the roll-to-roll method. 本発明のリチウムイオン二次電池の一例を模式的に表す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which represents typically an example of the lithium ion secondary battery of this invention.

本発明のリチウムイオン二次電池は、負極活物質およびバインダを含有する負極合剤層を有する負極、正極活物質およびバインダなどを含有する正極合剤層を有する正極、セパレータおよび非水電解液が外装体内に収容されてなるものである。そして、負極には、Liイオンをドープした負極活物質を少なくとも含有し、かつ前記負極活物質として少なくともSiを含む材料Sを含有するものを使用し、また、正極には、正極活物質として、前記一般式(1)で表されるリチウム含有金属酸化物(A)を含有する正極合剤層を有するものを使用する。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder, a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a binder, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution. It is housed in the exterior body. The negative electrode contains at least a negative electrode active material doped with Li ions, and the negative electrode active material contains a material S containing at least Si, and the positive electrode has a positive electrode active material, What has a positive mix layer containing the lithium containing metal oxide (A) represented by the said General formula (1) is used.

リチウムイオン二次電池に係る正極は、正極活物質およびバインダを含有する正極合剤層を有しており、例えば、前記正極合剤層が集電体の片面または両面に形成された構造を有している。   A positive electrode according to a lithium ion secondary battery has a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a binder. For example, the positive electrode mixture layer has a structure in which the positive electrode mixture layer is formed on one side or both sides of a current collector. is doing.

正極には、正極活物質として、前記一般式(1)で表されるリチウム含有金属酸化物(A)を使用する。前記一般式(1)で表されるリチウム含有金属酸化物は、これを用いた電池を、例えば4.3V以上の高電圧で充電する方法で使用しても、優れた可逆性を示す。よって、本発明のリチウムイオン二次電池は、充電の上限電圧を従来の4.2Vよりも高い4.3V以上と高めることで高容量化を図っても、リチウム含有金属酸化物(A)による前記作用と、負極におけるLiイオンのプレドープによる作用(詳しくは後述する)とが相俟って、優れた充放電サイクル特性〔特に高温(40〜60℃程度)下での充放電サイクル特性〕を発揮することができる。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウム含有金属酸化物(A)の作用によって、充放電サイクル後の電池膨れも抑制できる。   For the positive electrode, the lithium-containing metal oxide (A) represented by the general formula (1) is used as the positive electrode active material. The lithium-containing metal oxide represented by the general formula (1) exhibits excellent reversibility even when a battery using the lithium-containing metal oxide is used in a method of charging at a high voltage of, for example, 4.3 V or higher. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention is based on the lithium-containing metal oxide (A) even if the upper limit voltage for charging is increased to 4.3 V or higher, which is higher than the conventional 4.2 V, even if the capacity is increased. Combined with the above-mentioned action and the action of Li ion pre-doping in the negative electrode (details will be described later), excellent charge / discharge cycle characteristics [particularly charge / discharge cycle characteristics at high temperature (about 40 to 60 ° C.)] It can be demonstrated. Moreover, the lithium ion secondary battery of this invention can also suppress the battery swelling after a charging / discharging cycle by the effect | action of a lithium containing metal oxide (A).

リチウム含有金属酸化物(A)は、Ni、Co、Mnおよび元素Mの全元素量を1としたときに、Coの割合bおよびMnの割合cを、それぞれ、0.1≦b≦0.5、0≦c≦0.5とし、かつ0.1≦b+c≦0.9として、その結晶格子中に、Coを存在させるか、または、CoおよびMnを存在させている。これにより、Liの脱離および挿入によってリチウム含有金属酸化物(A)の相転移が起こる際に、構造変化による不可逆反応がCoやMnの作用によって緩和されることから、空間群R3−mとして表されるリチウム含有金属酸化物(A)の層状の結晶構造の可逆性が向上する。Lithium-containing metal oxide (A) is, Ni, Co, when set to 1 all elements of Mn and the element M 1, the ratio c of the ratio b and Mn of Co, respectively, 0.1 ≦ b ≦ 0 .5, 0 ≦ c ≦ 0.5, and 0.1 ≦ b + c ≦ 0.9, Co is present or Co and Mn are present in the crystal lattice. Thereby, when the phase transition of the lithium-containing metal oxide (A) occurs due to the elimination and insertion of Li, the irreversible reaction due to the structural change is alleviated by the action of Co and Mn. The reversibility of the layered crystal structure of the lithium-containing metal oxide (A) represented is improved.

また、リチウム含有金属酸化物(A)において、Coは、特に上限電圧を4.3V以上とする充電時において高温下での充放電サイクル特性向上に寄与する成分である。前記一般式(1)において、Coの量bは、前記の各効果を良好に確保する観点から、0.1以上、好ましくは0.12以上である。ただし、リチウム含有金属酸化物(A)中のCoの量が多すぎると、他の元素の量が少なくなって、これらによる効果を良好に確保し得ないため、前記一般式(1)におけるCoの量bは、0.5以下である。   In the lithium-containing metal oxide (A), Co is a component that contributes to improvement of charge / discharge cycle characteristics at high temperatures, particularly during charging with an upper limit voltage of 4.3 V or higher. In the general formula (1), the amount b of Co is 0.1 or more, preferably 0.12 or more, from the viewpoint of ensuring the above-described effects satisfactorily. However, if the amount of Co in the lithium-containing metal oxide (A) is too large, the amount of other elements decreases, and the effects of these cannot be ensured satisfactorily, so Co in the general formula (1) The amount b is 0.5 or less.

更に、リチウム含有金属酸化物(A)にはMnを含有させなくてもよいが、含有させる場合には、前記の効果を良好に確保する観点から、前記一般式(1)におけるMnの量cは、0.005以上であることが好ましい。ただし、リチウム含有金属酸化物(A)中のMnの量が多すぎると、他の元素の量が少なくなって、これらによる効果を良好に確保し得ないため、前記一般式(1)におけるMnの量bは、0.5以下であり、0.2以下であることが好ましく、0.15以下であることがより好ましい。   Furthermore, the lithium-containing metal oxide (A) does not need to contain Mn, but when it is contained, the amount c of Mn in the general formula (1) from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect satisfactorily. Is preferably 0.005 or more. However, if the amount of Mn in the lithium-containing metal oxide (A) is too large, the amount of other elements decreases and the effects of these cannot be ensured satisfactorily. Therefore, Mn in the general formula (1) The amount b is 0.5 or less, preferably 0.2 or less, and more preferably 0.15 or less.

また、リチウム含有金属酸化物(A)は、元素Mとして、Al、Ti、Sr、Zr、Nb、AgおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有しており、これらの元素を含有することによっても、その安定性を高めて、充放電サイクル特性や安全性が高い電池を構成可能な正極を得ることができる。これらの中でもAlは、上述の効果を発揮しやすく、かつ汎用性も高いので好ましい。元素Mによるこのような効果を良好に確保する観点から、前記一般式(1)における元素Mの量dは、0.003以上、好ましくは0.01以上である。ただし、リチウム含有金属酸化物(A)中の元素Mの量が多すぎると、他の元素の量が少なくなって、これらによる効果を良好に確保し得ないため、前記一般式(1)における元素Mの量dは、0.06以下であり、0.04以下であることが好ましい。Further, the lithium-containing metal oxide (A) as the element M 1, Al, Ti, Sr , Zr, Nb, contains at least one element selected from the group consisting of Ag and Ba, of Also by containing an element, the stability can be improved and a positive electrode capable of constituting a battery having high charge / discharge cycle characteristics and high safety can be obtained. Among these, Al is preferable because it easily exhibits the above-described effects and has high versatility. Such effect element M 1 from the viewpoint of satisfactorily ensuring the amount d of the element M 1 in the general formula (1) is 0.003 or more, preferably 0.01 or more. However, if the amount of the element M 1 in the lithium-containing metal oxide (A) is too large, the amount of other elements decreases, and the effects of these cannot be secured satisfactorily. Therefore, the general formula (1) The amount d of the element M 1 in is 0.06 or less, and preferably 0.04 or less.

更に、リチウム含有金属酸化物(A)は、Niを含有している。リチウム含有金属酸化物(A)の結晶格子中にNiを存在させると、電池の充放電でのLiの脱離および挿入がしやすくなり、リチウム含有金属酸化物(A)の容量を高めることができる。   Furthermore, the lithium-containing metal oxide (A) contains Ni. When Ni is present in the crystal lattice of the lithium-containing metal oxide (A), Li is easily removed and inserted during charge / discharge of the battery, and the capacity of the lithium-containing metal oxide (A) can be increased. it can.

リチウム含有金属酸化物(A)を表す前記一般式(1)において、Niの量は、Coの量b、Mnの量cおよび元素Mの量dを用いて「1−b−c−d」で表されるが、このNiの量「1−b−c−d」は、具体的には、0.69以上であることが好ましく、また、0.897以下であることが好ましい。In the general formula (1) representing the lithium-containing metal oxide (A), the amount of Ni is “1-bcd” using the amount b of Co, the amount c of Mn, and the amount d of the element M 1. Specifically, the amount of Ni “1-bcd” is preferably 0.69 or more, and preferably 0.897 or less.

また、リチウム含有金属酸化物(A)はMgを含有していてもよいが、Mgはリチウム含有金属酸化物(A)の容量減少を引き起こす作用が他の金属元素よりも強いため、その量を制限することが好ましい。具体的には、リチウム含有金属酸化物(A)を表す前記一般式(1)において、Mgの量eは、0.003以下であり、0.002以下であることが好ましい。また、リチウム含有金属酸化物(A)はMgを含有していなくてもよいため、前記一般式(1)におけるMgの量eの下限値は0である。   Further, the lithium-containing metal oxide (A) may contain Mg, but since Mg has a stronger action than other metal elements to cause a decrease in capacity of the lithium-containing metal oxide (A), the amount thereof is It is preferable to limit. Specifically, in the general formula (1) representing the lithium-containing metal oxide (A), the amount e of Mg is 0.003 or less, and preferably 0.002 or less. Moreover, since the lithium-containing metal oxide (A) may not contain Mg, the lower limit of the amount e of Mg in the general formula (1) is zero.

リチウム含有金属酸化物(A)は、特に化学量論比に近い組成のときに、真密度と可逆性とを高めて、より高容量の材料とすることが可能となる。よって、リチウム含有金属酸化物(A)を表す前記一般式(1)において、Liの量aは、0.9以上1.10以下であり、これにより、リチウム含有金属酸化物(A)の真密度と可逆性とを高めることができる。   When the lithium-containing metal oxide (A) has a composition close to the stoichiometric ratio, it is possible to increase the true density and the reversibility and to obtain a higher capacity material. Therefore, in the general formula (1) representing the lithium-containing metal oxide (A), the amount of Li a is 0.9 or more and 1.10 or less, and thus the true value of the lithium-containing metal oxide (A). Density and reversibility can be increased.

正極合剤層中に存在するリチウム含有金属酸化物(A)は、一次粒子径が0.5μm以上の粒子を含んでいることが好ましく、具体的には、前記粒子の割合が、その全量100質量%中に、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、100質量%であることが特に好ましい。一次粒子径が前記のように比較的大きな粒子を前記の量で含むリチウム含有金属酸化物(A)を使用することで、電池の高温下での充放電サイクル特性をより高めることができる。なお、リチウム含有金属酸化物(A)は、一次粒子径が0.5μm以上の粒子を前記特定量で含んでいれば、一次粒子の状態であってもよく、一次粒子が凝集した二次粒子の状態であってもよく、一次粒子と二次粒子とが混在した状態であってもよい。   The lithium-containing metal oxide (A) present in the positive electrode mixture layer preferably contains particles having a primary particle size of 0.5 μm or more. Specifically, the proportion of the particles is 100 in total. It is preferable that it is 50 mass% or more in mass%, It is more preferable that it is 70 mass% or more, It is especially preferable that it is 100 mass%. By using the lithium-containing metal oxide (A) containing the particles having a relatively large primary particle size in the above-mentioned amount, the charge / discharge cycle characteristics of the battery at a high temperature can be further improved. The lithium-containing metal oxide (A) may be in a primary particle state as long as it contains particles having a primary particle diameter of 0.5 μm or more in the above-mentioned amount, and secondary particles in which primary particles are aggregated. The primary particle and the secondary particle may be mixed.

ただし、リチウム含有金属酸化物(A)の一次粒子径が大きすぎると、負荷特性が悪くなり、容量が低下する虞があることから、リチウム含有金属酸化物(A)中に含まれる粒子(一次粒子)のうちの、粒子径の最大値(一次粒子径の最大値)は、5μmであることが好ましい。   However, if the primary particle diameter of the lithium-containing metal oxide (A) is too large, the load characteristics are deteriorated and the capacity may be reduced. Therefore, particles contained in the lithium-containing metal oxide (A) (primary Among the particles, the maximum value of the particle diameter (maximum value of the primary particle diameter) is preferably 5 μm.

本明細書でいうリチウム含有金属酸化物(A)の一次粒子径は、以下の方法(a)によって測定される値である。   The primary particle diameter of the lithium-containing metal oxide (A) referred to in the present specification is a value measured by the following method (a).

(a)正極合剤層内に存在するリチウム含有金属酸化物(A)の一次粒子径の測定方法
イオンミリングによって加工した正極(正極合剤層)の断面について、EDX装置を備えた走査型電子顕微鏡を用い、観察倍率500倍の条件でEDX装置によりマッピングを行い、Ni濃度の高い粒子について、更に元素分析によってリチウム含有金属酸化物(A)であることを特定する。そして、その視野に存在するリチウム含有金属酸化物(A)の粒子について、倍率5000倍の条件で拡大したときに、一次粒子の短径(一次粒子中の最大径となる部分に直交する部分の径)の長さを測定することによって一次粒子径を求める。ここで、リチウム含有金属酸化物(A)中の一次粒子径が0.5μm以上である粒子の割合は、前述の方法で測定したリチウム含有金属酸化物(A)の0.5μm以上の粒子の個数を、視野中の一次粒子の総個数で割ったものを百分率で表わして求め、また、一次粒子径の最大値は、その中で最も大きい一次粒子の径とする。なお、後述する実施例では、前記の走査型電子顕微鏡として日立ハイテクノロジーズ社製「S−3400N型走査電子顕微鏡」を用い、マッピング時の加速電圧を15kVとし、視野中のリチウム含有金属酸化物(A)の粒子の倍率5000倍での観察時の加速電圧を2kVとして、正極合剤層中のリチウム含有金属酸化物(A)の一次粒子径を求めた。
(A) Method for measuring primary particle diameter of lithium-containing metal oxide (A) present in positive electrode mixture layer Scanning electron equipped with EDX device for cross section of positive electrode (positive electrode mixture layer) processed by ion milling Using a microscope, mapping is performed with an EDX apparatus under the condition of an observation magnification of 500 times, and the particles having a high Ni concentration are further identified as lithium-containing metal oxide (A) by elemental analysis. And about the particle | grains of the lithium containing metal oxide (A) which exists in the visual field, when enlarging on the conditions of 5000 times magnification, the short diameter of a primary particle (the part orthogonal to the part used as the largest diameter in a primary particle) The primary particle diameter is obtained by measuring the length of (diameter). Here, the ratio of the particles having a primary particle diameter of 0.5 μm or more in the lithium-containing metal oxide (A) is that of the particles of 0.5 μm or more of the lithium-containing metal oxide (A) measured by the above-described method. The number is obtained by dividing the number by the total number of primary particles in the field of view, and the maximum primary particle diameter is the largest primary particle diameter among them. In the examples described later, an “S-3400N scanning electron microscope” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used as the scanning electron microscope, the acceleration voltage during mapping was 15 kV, and the lithium-containing metal oxide ( The primary particle size of the lithium-containing metal oxide (A) in the positive electrode mixture layer was determined by setting the acceleration voltage during observation at a magnification of 5000 times of the particles of A) to 2 kV.

一次粒子径が0.5μm以上の粒子を50質量%以上含むリチウム含有金属酸化物(A)や、更には一次粒子径の最大値が前記好適値を満たすリチウム含有金属酸化物(A)を含有する正極合剤層は、下記(b)の方法により測定される一次粒子径が0.5μm以上の粒子を50質量%以上含むリチウム含有金属酸化物(A)や、更には下記(b)の方法により測定される一次粒子径の最大値が前記好適値を満たすリチウム含有金属酸化物(A)を使用することで、形成することができる。   Contains a lithium-containing metal oxide (A) containing 50% by mass or more of particles having a primary particle size of 0.5 μm or more, and further includes a lithium-containing metal oxide (A) in which the maximum primary particle size satisfies the preferred value. The positive electrode material mixture layer includes a lithium-containing metal oxide (A) containing 50% by mass or more of particles having a primary particle size of 0.5 μm or more measured by the method (b) below, It can form by using the lithium containing metal oxide (A) in which the maximum value of the primary particle diameter measured by the method satisfies the above preferred value.

(b)正極合剤層の形成に使用するリチウム含有金属酸化物(A)の一次粒子径の測定方法
リチウム含有金属酸化物(A)の粉体を一次粒子になるまで解砕し、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定することにより、正極合剤層の形成に使用するリチウム含有金属酸化物(A)中の一次粒子径が0.5μm以上である粒子の割合、およびリチウム含有金属酸化物(A)の一次粒子径の最大値を求める。なお、後述する実施例では、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置として日機装社製の「マイクロトラックHRA」を使用し、リチウム含有金属酸化物(A)の粉体の解砕回数は、誤差を低減するために20回とした。
(B) Method for measuring primary particle diameter of lithium-containing metal oxide (A) used for forming positive electrode mixture layer Lithium-containing metal oxide (A) powder is pulverized to primary particles, and laser diffraction is performed. By measuring the particle size distribution using a scattering particle size distribution analyzer, the proportion of particles having a primary particle size of 0.5 μm or more in the lithium-containing metal oxide (A) used for forming the positive electrode mixture layer, And the maximum primary particle diameter of the lithium-containing metal oxide (A) is determined. In Examples described later, “Microtrack HRA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. is used as a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device, and the number of times the powder of the lithium-containing metal oxide (A) is crushed reduces errors. In order to do this, it was set to 20 times.

リチウム含有金属酸化物(A)は、Li含有化合物(水酸化リチウムなど)、Ni含有化合物(硫酸ニッケルなど)、Co含有化合物(硫酸コバルトなど)、Mn含有化合物(硫酸マンガンなど)、元素MやMgを含有する化合物(酸化物、水酸化物、硫酸塩など)を混合し、この原料混合物を焼成するなどして製造することができる。The lithium-containing metal oxide (A) includes a Li-containing compound (such as lithium hydroxide), a Ni-containing compound (such as nickel sulfate), a Co-containing compound (such as cobalt sulfate), a Mn-containing compound (such as manganese sulfate), and the element M 1. And a compound containing Mg (oxide, hydroxide, sulfate, etc.) can be mixed, and this raw material mixture can be fired.

なお、より高い純度でリチウム含有金属酸化物(A)を合成するには、Ni、Co、Mn、元素MおよびMgのうちの複数の元素を含む複合化合物(水酸化物、酸化物など)と、他の原料化合物(Li含有化合物など)とを混合し、この原料混合物を焼成することが好ましい。Incidentally, the synthesized lithium-containing metal oxide (A) at a higher purity, Ni, Co, Mn, complex compound containing a plurality of elements selected from the elements M 1 and Mg (hydroxides, such as an oxide) And other raw material compounds (such as Li-containing compounds) are preferably mixed and the raw material mixture is fired.

リチウム含有金属酸化物(A)を合成するための原料混合物の焼成条件は、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。   The firing conditions of the raw material mixture for synthesizing the lithium-containing metal oxide (A) can be, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, but once lower than the firing temperature (for example, 250 to It is preferable to carry out preliminary heating by heating to 850 ° C. and holding at that temperature, and then proceed to the reaction by raising the temperature to the firing temperature. Although there is no restriction | limiting in particular about the time of preheating, Usually, what is necessary is just about 0.5 to 30 hours. The atmosphere during firing can be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (such as argon, helium, or nitrogen) and oxygen gas, or an oxygen gas atmosphere. The oxygen concentration (volume basis) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more.

リチウムイオン二次電池に係る正極には、正極活物質として、リチウム含有金属酸化物(A)のみを用いてもよく、リチウム含有金属酸化物(A)と他の正極活物質とを併用してもよい。ただし、リチウム含有金属酸化物(A)の使用による前記の効果を良好に確保する観点から、正極合剤層が含有する正極活物質の全量を100質量%としたとき、リチウム含有金属酸化物(A)の含有量は、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。   For the positive electrode related to the lithium ion secondary battery, only the lithium-containing metal oxide (A) may be used as the positive electrode active material, and the lithium-containing metal oxide (A) and another positive electrode active material are used in combination. Also good. However, from the viewpoint of ensuring the above-described effects due to the use of the lithium-containing metal oxide (A), when the total amount of the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer is 100% by mass, the lithium-containing metal oxide ( The content of A) is preferably 5% by mass or more, and more preferably 10% by mass or more.

正極において、リチウム含有金属酸化物(A)と併用する正極活物質としては、LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMnOなどのリチウムマンガン酸化物;リチウムニッケル酸化物〔前記一般式(1)で表されるもの、および前記一般式(1)で表されるものと、Ni含有量が同等以上のものを除く〕;LiMn、Li4/3Ti5/3などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePOなどのオリビン構造のリチウム含有金属酸化物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物;などが挙げられる。In the positive electrode, the positive electrode active material used in combination with the lithium-containing metal oxide (A) includes lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 ; lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and Li 2 MnO 3 ; Excluding those represented by the formula (1) and those represented by the general formula (1) and those having an Ni content equal to or higher than that]; LiMn 2 O 4 , Li 4/3 Ti 5/3 O Examples include lithium-containing composite oxides having a spinel structure such as 4 ; lithium-containing metal oxides having an olivine structure such as LiFePO 4 ; oxides having the above-described oxide as a basic composition and substituted with various elements.

リチウム含有金属酸化物(A)と併用する正極活物質としてリチウムコバルト酸化物を用いる場合、そのリチウムコバルト酸化物としては、例えば下記一般式(2)で表されるリチウム含有金属酸化物(B)が挙げられる。リチウム含有金属酸化物(B)は、上限電圧を4.3V以上とした高電圧下での充放電サイクル特性が良好である。よって、リチウム含有金属酸化物(A)と他の正極活物質とを併用する場合には、前記他の正極活物質としてリチウム含有金属酸化物(B)を使用することが望ましい。   When lithium cobalt oxide is used as the positive electrode active material used in combination with the lithium-containing metal oxide (A), as the lithium cobalt oxide, for example, a lithium-containing metal oxide (B) represented by the following general formula (2) Is mentioned. The lithium-containing metal oxide (B) has good charge / discharge cycle characteristics under a high voltage where the upper limit voltage is 4.3 V or higher. Therefore, when using together lithium-containing metal oxide (A) and another positive electrode active material, it is desirable to use lithium-containing metal oxide (B) as said other positive electrode active material.

LiCo1−g−h (2) Li f Co 1-g-h M 2 g M 3 h O 2 (2)

前記一般式(2)中、Mは、Al、MgおよびErよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Mは、Zr、Ti、Ni、Mn、Na、Bi、Ca、F、P、Sr、W、Ba、Mo、V、Sn、Ta、NbおよびZnよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.9≦f≦1.10、0.010≦g≦0.1、0≦h≦0.05、g+h≦0.12である。In the general formula (2), M 2 is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, and Er, and M 3 is Zr, Ti, Ni, Mn, Na, Bi, Ca, F , P, Sr, W, Ba, Mo, V, Sn, Ta, Nb and at least one element selected from the group consisting of Zn, 0.9 ≦ f ≦ 1.10, 0.010 ≦ g ≦ 0.1, 0 ≦ h ≦ 0.05, g + h ≦ 0.12.

リチウム含有金属酸化物(B)において、元素MであるAl、MgおよびErは、電池の充放電に伴うCoの溶出を抑制して、特に上限電圧を4.3V以上とする充電時において高温下での充放電サイクル特性向上に寄与する成分である。リチウム含有金属酸化物(B)は、元素MとしてAl、MgおよびErのうちの少なくとも1種を含有していればよいが、複数種含有していてもよい。In the lithium-containing metal oxide (B), an element M 2 Al, Mg and Er are hot during charging to suppress the elution of Co due to the charge and discharge of the battery, especially the upper limit voltage 4.3V or more It is a component that contributes to improving the charge / discharge cycle characteristics below. Lithium-containing metal oxide (B) is, Al as the element M 2, it is sufficient only to contain at least one of Mg and Er, may contain plural kinds.

元素Mによる前記の効果を良好に確保する観点から、前記一般式(2)における元素Mの量gは、0.010以上であることが好ましく、0.014以上であることがより好ましい。ただし、リチウム含有金属酸化物(B)中の元素Mの量が多すぎると、他の元素の量が少なくなって、これらによる効果を良好に確保し得ないため、前記一般式(2)における元素Mの量gは、0.1以下であることが好ましく、0.05以下であることがより好ましい。The effect of the by elements M 2 from the viewpoint of satisfactorily ensuring the amount g of elements M 2 in the formula (2) is preferably 0.010 or more, and more preferably 0.014 or more . However, if the amount of the element M 2 in the lithium-containing metal oxide (B) is too large, the amount of other elements decreases, and the effects of these cannot be secured satisfactorily. Therefore, the general formula (2) The amount g of the element M 2 in is preferably 0.1 or less, and more preferably 0.05 or less.

また、リチウム含有金属酸化物(B)には、元素Mとして、Zr、Ti、Ni、Mn、Na、Bi、Ca、F、P、Sr、W、Ba、Mo、V、Sn、Ta、NbおよびZnよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有させることもできる。これらの元素Mも、特に上限電圧を4.3V以上とする充電時において高温下での充放電サイクル特性向上に寄与する。Further, the lithium-containing metal oxide (B), as the element M 3, Zr, Ti, Ni , Mn, Na, Bi, Ca, F, P, Sr, W, Ba, Mo, V, Sn, Ta, At least one element selected from the group consisting of Nb and Zn may also be included. These elements M 3 also contributes to the charge-discharge cycle characteristics improve at a high temperature, particularly in the time of charging to the upper limit voltage or 4.3 V.

ただし、リチウム含有金属酸化物(B)中の元素Mの量が多すぎると、他の元素の量が少なくなって、これらによる効果を良好に確保し得ないため、前記一般式(2)における元素Mの量hは、0.05以下であることが好ましく、0.01以下であることがより好ましい。なお、リチウム含有金属酸化物(B)は元素Mを含有していなくてもよいが、これらを含有させる場合には、元素Mによる前記の効果をより良好に確保する観点からは、前記一般式(2)における元素Mの量hは、0.0005以上であることが好ましい。However, if the amount of the element M 3 in the lithium-containing metal oxide (B) is too large, the amount of other elements decreases, and the effects of these cannot be secured satisfactorily. Therefore, the general formula (2) The amount h of the element M 3 in is preferably 0.05 or less, and more preferably 0.01 or less. Note that the lithium-containing metal oxide (B) may not contain the element M 3 , but in the case of containing these, from the viewpoint of better securing the above-described effect by the element M 3 , The amount h of the element M 3 in the general formula (2) is preferably 0.0005 or more.

また、リチウム含有金属酸化物(B)において、Coは容量向上に寄与する成分であるため、元素Mや元素Mの量を制限し十分な量のCoを含有できるようにして、リチウム含有金属酸化物(B)の容量を大きく保つ観点から、前記一般式(2)における元素Mの量gと元素Mの量hとの合計g+hは、0.12以下であることが好ましい。Further, in the lithium-containing metal oxide (B), since Co is a component that contributes to an increase in capacity, the amount of element M 2 or element M 3 is limited so that a sufficient amount of Co can be contained. From the viewpoint of maintaining a large capacity of the metal oxide (B), the total g + h of the amount g of the element M 2 and the amount h of the element M 3 in the general formula (2) is preferably 0.12 or less.

リチウム含有金属酸化物(B)もリチウム含有金属酸化物(A)と同様に、特に化学量論比に近い組成のときに、真密度と可逆性とを高めて、より高容量の材料とすることが可能となる。よって、リチウム含有金属酸化物(B)を表す前記一般式(2)において、Liの量fは、0.9以上1.10以下であることが好ましく、これにより、リチウム含有金属酸化物(B)の真密度と可逆性とを高めることができる。   Similarly to the lithium-containing metal oxide (A), the lithium-containing metal oxide (B) increases the true density and reversibility, particularly when the composition is close to the stoichiometric ratio, thereby making a higher-capacity material. It becomes possible. Therefore, in the general formula (2) representing the lithium-containing metal oxide (B), the amount f of Li is preferably 0.9 or more and 1.10 or less, whereby the lithium-containing metal oxide (B ) True density and reversibility.

リチウム含有金属酸化物(B)は、Li含有化合物(水酸化リチウムなど)、Co含有化合物(硫酸コバルトなど)、および元素Mや元素Mを含有する化合物(酸化物、水酸化物、硫酸塩など)を混合し、この原料混合物を焼成するなどして製造することができる。Lithium-containing metal oxide (B) is, Li-containing compound (lithium hydroxide, etc.), Co-containing compound (such as cobalt sulfate), and the element M 2 and the element M 3 compounds containing (oxides, hydroxides, sulfate Salt) and the like, and the raw material mixture is fired.

なお、より高い純度でリチウム含有金属酸化物(B)を合成するには、Co、元素Mおよび元素Mのうちの複数の元素を含む複合化合物(水酸化物、酸化物など)と、他の原料化合物(Li含有化合物など)とを混合し、この原料混合物を焼成することが好ましい。In order to synthesize lithium-containing metal oxide (B) with higher purity, a composite compound (hydroxide, oxide, etc.) containing a plurality of elements of Co, element M 2 and element M 3 , It is preferable to mix other raw material compounds (such as Li-containing compounds) and to fire this raw material mixture.

リチウム含有金属酸化物(B)を合成するための原料混合物の焼成条件は、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。   The firing conditions of the raw material mixture for synthesizing the lithium-containing metal oxide (B) can be, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, but once lower than the firing temperature (for example, 250 to It is preferable to carry out preliminary heating by heating to 850 ° C. and holding at that temperature, and then proceed to the reaction by raising the temperature to the firing temperature. Although there is no restriction | limiting in particular about the time of preheating, Usually, what is necessary is just to be about 0.5 to 30 hours. The atmosphere during firing can be an atmosphere containing oxygen (that is, in the air), a mixed atmosphere of an inert gas (such as argon, helium, or nitrogen) and oxygen gas, or an oxygen gas atmosphere. The oxygen concentration (volume basis) is preferably 15% or more, and more preferably 18% or more.

正極合剤層における正極活物質の含有量は、94〜98質量%であることが好ましい。   The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is preferably 94 to 98% by mass.

正極合剤層には、通常、導電助剤を含有させる。導電助剤には、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などのグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック類;炭素繊維;などの炭素材料を用いることが好ましく、また、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;アルミニウムなどの金属粉末類;酸化亜鉛;チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などを用いることもできる。   The positive electrode mixture layer usually contains a conductive additive. Examples of the conductive assistant include graphites such as natural graphite (flaky graphite and the like) and artificial graphite; carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black; It is preferable to use carbon materials such as carbon fibers; conductive fibers such as metal fibers; carbon fluoride; metal powders such as aluminum; zinc oxide; conductive whiskers such as potassium titanate; Conductive metal oxides such as; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives;

正極合剤層における導電助剤の含有量は、充電時における正極でのリチウムイオンの脱離スピードを抑制して、負極でのリチウムイオンの受け入れスピードとのバランスをより良好にし、電池の充放電に伴う負極表面でのリチウムデンドライトの発生を高度に抑制して、電池の充放電サイクル特性をより高める観点から、2.0質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以下であることがより好ましい。ただし、正極合剤層中の導電助剤の量が少なすぎると、正極合剤層中の導電性が低下して、電池の容量低下などを引き起こす虞があることから、正極合剤層における導電助剤の含有量は、0.5質量%を超えていることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましい。   The content of the conductive additive in the positive electrode mixture layer suppresses the lithium ion desorption speed at the positive electrode during charging, improves the balance with the lithium ion acceptance speed at the negative electrode, and charges and discharges the battery. From the viewpoint of highly suppressing the generation of lithium dendrite on the negative electrode surface and further improving the charge / discharge cycle characteristics of the battery, it is preferably 2.0% by mass or less, and 1.5% by mass or less. Is more preferable. However, if the amount of the conductive additive in the positive electrode mixture layer is too small, the conductivity in the positive electrode mixture layer may be reduced, leading to a decrease in battery capacity. The content of the auxiliary agent is preferably more than 0.5% by mass, and more preferably 1.0% by mass or more.

正極合剤層は更にフィラーを含有していてもよい。正極合剤層がフィラーを含有することで正極活物質の触媒性が緩和され、活物質からのコバルトイオンの溶出や非水電解液と正極活物質または正極活物質に付着した導電助剤表面での非水電解液の分解反応を抑制することが可能となるからである。これらにより、コバルトイオンや非水電解液の分解生成物がセパレータおよび負極で析出するのを抑制することができ、負極やセパレータが受けるダメージが軽減されるので、充放電サイクル特性の劣化を抑制することができる。更に、非水電解液の分解反応を抑制することによりガスの発生を抑えることができるため、充放電サイクル後の電池の膨れを抑制することができる。   The positive electrode mixture layer may further contain a filler. When the positive electrode mixture layer contains a filler, the catalytic properties of the positive electrode active material are relaxed, and elution of cobalt ions from the active material and the surface of the conductive auxiliary agent attached to the non-aqueous electrolyte and the positive electrode active material or the positive electrode active material This is because the decomposition reaction of the nonaqueous electrolytic solution can be suppressed. By these, it can suppress that the decomposition product of cobalt ion and a nonaqueous electrolyte solution precipitates in a separator and a negative electrode, and since the damage which a negative electrode and a separator receive is reduced, it suppresses deterioration of charging / discharging cycling characteristics. be able to. Furthermore, since generation | occurrence | production of gas can be suppressed by suppressing the decomposition reaction of a non-aqueous electrolyte, the swelling of the battery after a charging / discharging cycle can be suppressed.

正極合剤層に含有させ得るフィラーとしては、耐酸化性が高いことや、非水電解液との反応性が低いことなどの理由から、無機フィラーが好ましく、特に、Mg、Al、Si、Ti、Mn、Zr、Nb、Sn、W、Er、BaおよびSrよりなる群から選択させる少なくとも1種類を含む酸化物または水和物が好ましい。例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどの酸化物;ベーマイトなどの水酸化酸化物;などが挙げられる。   The filler that can be contained in the positive electrode mixture layer is preferably an inorganic filler because of its high oxidation resistance and low reactivity with the non-aqueous electrolyte, and in particular, Mg, Al, Si, Ti An oxide or hydrate containing at least one selected from the group consisting of Mn, Zr, Nb, Sn, W, Er, Ba and Sr is preferred. For example, oxides such as alumina, zirconia, and titania; hydroxide oxides such as boehmite;

正極合剤層におけるフィラーの含有量は、前述の効果を良好に発揮させるために、0.1質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましい。ただし、正極合剤層中のフィラーの含有量は、高めすぎると負荷特性が悪化するため、3質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。   The filler content in the positive electrode mixture layer is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.3% by mass or more in order to satisfactorily exert the above-described effects. However, if the content of the filler in the positive electrode mixture layer is too high, the load characteristics deteriorate, and therefore it is preferably 3% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less.

前記フィラーの平均粒子径は、正極活物質表面に均一に分散させるためには大きすぎても小さすぎても不適であるため、0.001〜1.5μmの範囲で選択することが好ましい。   The average particle size of the filler is preferably selected in the range of 0.001 to 1.5 μm because it is unsuitable whether it is too large or too small for uniform dispersion on the surface of the positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池に係る正極のバインダには、公知のものを使用することができるが、一般には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)が用いられる。   A known binder can be used as the positive electrode binder for the lithium ion secondary battery, but in general, polyvinylidene fluoride (PVDF) is used.

ところで、リチウムイオン二次電池の正極は、正極活物質やバインダと溶媒とを含有するスラリーやペーストなどの正極合剤含有組成物を調製し、これを集電体に塗布し乾燥する工程を経て作製されることが一般的である。ところが、正極のバインダとしてPVDFを用い、正極活物質としてニッケルを含むリチウム含有金属酸化物を用いると、正極合剤含有組成物がゲル化しやすい。また、PVDFをバインダとする正極を有する電池を4.2Vを超える電圧まで充電すると、PVDF由来のフッ酸の脱離が起こりやすくなり、非水電解液の分解を促進することがある。そこで、リチウムイオン二次電池に係る正極においては、正極合剤層の全バインダ中のPVDFの割合を80質量%以下とすることが好ましい。   By the way, the positive electrode of the lithium ion secondary battery is prepared by preparing a positive electrode mixture-containing composition such as a positive electrode active material, a slurry and a paste containing a binder and a solvent, and applying this to a current collector and drying it. It is common to be made. However, when PVDF is used as the positive electrode binder and a lithium-containing metal oxide containing nickel is used as the positive electrode active material, the positive electrode mixture-containing composition is easily gelled. Further, when a battery having a positive electrode using PVDF as a binder is charged to a voltage exceeding 4.2 V, detachment of PVDF-derived hydrofluoric acid is likely to occur, and the decomposition of the non-aqueous electrolyte may be promoted. Therefore, in the positive electrode according to the lithium ion secondary battery, the ratio of PVDF in the total binder of the positive electrode mixture layer is preferably 80% by mass or less.

PVDF以外のバインダとしては、正極合剤含有組成物の溶媒に溶解可能なポリマーを使用することができる。PVDFと併用されるバインダは、正極合剤含有組成物内において、正極活物質粒子の表面に皮膜を形成する。この皮膜によって、正極合剤含有組成物のゲル化を抑制することができる。また、PVDFと併用されるバインダによって正極活物質粒子表面に形成された皮膜は、リチウムイオン二次電池の充電時における非水電解液中の分解反応の抑制にも寄与する。PVDFは正極のバインダとして必ずしも使用しなくてもよいので、正極合剤層の全バインダ中のPVDFの割合の下限値は0質量%である。   As the binder other than PVDF, a polymer that can be dissolved in the solvent of the positive electrode mixture-containing composition can be used. The binder used together with PVDF forms a film on the surface of the positive electrode active material particles in the positive electrode mixture-containing composition. This film can suppress gelation of the positive electrode mixture-containing composition. Moreover, the film formed on the surface of the positive electrode active material particles by the binder used in combination with PVDF contributes to the suppression of the decomposition reaction in the non-aqueous electrolyte during charging of the lithium ion secondary battery. Since PVDF does not necessarily need to be used as a binder for the positive electrode, the lower limit of the PVDF ratio in all the binders of the positive electrode mixture layer is 0% by mass.

正極合剤層を形成するための正極合剤含有組成物に使用する溶媒は、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)のような有機溶媒が好ましい。よって、正極に係るバインダ(PVDF以外のバインダ)には、このような溶媒に溶解可能なポリマー、具体的には、アクリロニトリル、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルよりなる群から選択される少なくとも1種のモノマーを含む2種以上のモノマーにより形成される共重合体;水素化ニトリルゴム;フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(VDF−CTFE)、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体(VDF−TFE)、またはフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体(VDF−HFP−TFE)などのフッ素樹脂;などを用いることが好ましい。前記溶媒に溶解可能なポリマーは、例えば前記の例示のもののうち1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The solvent used for the positive electrode mixture-containing composition for forming the positive electrode mixture layer is preferably an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Therefore, the binder related to the positive electrode (binder other than PVDF) includes at least one polymer selected from the group consisting of a polymer soluble in such a solvent, specifically, acrylonitrile, acrylic acid ester, and methacrylic acid ester. Copolymer formed by two or more monomers including monomers; Hydrogenated nitrile rubber; Vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer (VDF-CTFE), Vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer (VDF) -TFE) or a fluororesin such as vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer (VDF-HFP-TFE); As the polymer that can be dissolved in the solvent, for example, only one of the above-described examples may be used, or two or more may be used in combination.

正極合剤層におけるバインダの含有量は、正極合剤層における正極活物質や導電助剤を良好に結着できるようにして、これらの正極合剤層からの脱離を防止し、この正極が用いられる電池の信頼性をより良好に高める観点から、1質量%以上であることが好ましい。ただし、正極合剤層中のバインダの量が多すぎると、正極活物質の量や導電助剤の量が少なくなって、高容量化の効果が小さくなる虞がある。よって、正極合剤層におけるバインダの含有量は、1.6質量%以下であることが好ましい。   The content of the binder in the positive electrode mixture layer is such that the positive electrode active material and the conductive additive in the positive electrode mixture layer can be satisfactorily bound to prevent desorption from these positive electrode mixture layers. From the viewpoint of better improving the reliability of the battery used, it is preferably 1% by mass or more. However, if the amount of the binder in the positive electrode mixture layer is too large, the amount of the positive electrode active material and the amount of the conductive auxiliary agent are decreased, and the effect of increasing the capacity may be reduced. Therefore, the binder content in the positive electrode mixture layer is preferably 1.6% by mass or less.

正極を作製するにあたっては、前記の通り、リチウム含有金属酸化物(A)などの正極活物質およびバインダ、更には導電助剤などを含む正極合剤を、NMPなどの溶媒を用いて均一に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(バインダは溶媒に溶解していてもよい)、この組成物を正極集電体表面に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理により正極合剤層の厚みや密度を調整する方法が採用できる。ただし、正極の作製方法は前記の方法に限られず、他の方法を採用しても構わない。   In producing the positive electrode, as described above, the positive electrode active material such as the lithium-containing metal oxide (A) and the binder, and further the positive electrode mixture containing the conductive auxiliary agent are uniformly dispersed using a solvent such as NMP. A paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition is prepared (the binder may be dissolved in a solvent), this composition is applied to the surface of the positive electrode current collector and dried, and if necessary A method of adjusting the thickness and density of the positive electrode mixture layer by press treatment can be employed. However, the manufacturing method of the positive electrode is not limited to the above method, and other methods may be adopted.

正極集電体の材質は、電池内において化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂などの他に、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼の表面に炭素層またはチタン層を形成した複合材などを用いることができる。このような材質で構成される正極集電体の中でも、アルミニウムやアルミニウム合金で構成された箔、フィルムなどが好ましい。   The material of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it is an electron conductor that is chemically stable in the battery. For example, in addition to aluminum or aluminum alloy, stainless steel, nickel, titanium, carbon, conductive resin, etc., a composite material in which a carbon layer or a titanium layer is formed on the surface of aluminum, aluminum alloy, or stainless steel can be used. . Among the positive electrode current collectors made of such materials, foils, films, etc. made of aluminum or aluminum alloys are preferable.

正極集電体は、その厚みが、11μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。正極集電体を薄くすることで、リチウムイオン二次電池の内容積のうち、正極集電体によって占有される割合を可及的に小さくすることができるため、このような正極を用いて形成されるリチウムイオン二次電池では、例えば内部への非水電解液の導入量をより多くすることが可能となる。   The thickness of the positive electrode current collector is preferably 11 μm or less, and more preferably 10 μm or less. By making the positive electrode current collector thinner, the proportion occupied by the positive electrode current collector in the internal volume of the lithium ion secondary battery can be made as small as possible. In the lithium ion secondary battery to be used, for example, it is possible to increase the amount of nonaqueous electrolyte introduced into the interior.

充電の上限電圧を4.3V以上に設定することで高容量化を図った場合には、リチウムイオン二次電池が充電された状態での正極の電位が非常に高くなるため、非水電解液の酸化分解が起こり、正極中の非水電解液が不足することにより、正極中に含まれる正極活物質の表層に分解生成物が堆積したり、粒子間のイオン伝導経路が減少したりし、これらが電池の充放電サイクル特性の低下の原因となる虞がある。しかしながら、前記のような薄い正極集電体を使用し、リチウムイオン二次電池の内部への非水電解液の導入量を多くした場合には、前記の問題の発生を抑えて、この問題の発生に起因する充放電サイクル特性の低下を抑制することができることから、電池の充放電サイクル特性を更に高めることが可能となる。   When the capacity is increased by setting the upper limit voltage of charging to 4.3 V or higher, the potential of the positive electrode in a state where the lithium ion secondary battery is charged becomes very high. Oxidative decomposition of the positive electrode and the lack of non-aqueous electrolyte in the positive electrode may cause decomposition products to accumulate on the surface layer of the positive electrode active material contained in the positive electrode, or reduce the ion conduction path between particles, These may cause deterioration of charge / discharge cycle characteristics of the battery. However, when the thin positive electrode current collector as described above is used and the amount of the non-aqueous electrolyte introduced into the lithium ion secondary battery is increased, the occurrence of the above problem is suppressed, and this problem is prevented. Since the deterioration of the charge / discharge cycle characteristics due to the occurrence can be suppressed, the charge / discharge cycle characteristics of the battery can be further enhanced.

ただし、正極集電体が薄すぎると、強度が不足して正極や電池の生産性が損なわれる虞があることから、正極集電体の厚みは、6μm以上であることが好ましい。   However, if the positive electrode current collector is too thin, strength may be insufficient and productivity of the positive electrode or battery may be impaired. Therefore, the thickness of the positive electrode current collector is preferably 6 μm or more.

正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、30〜80μmであることが好ましい。また、正極合剤層においては、より高容量とする観点から、充填率が75%以上であることが好ましい。ただし、正極合剤層の充填率が高すぎると、正極合剤層中の空孔が少なくなりすぎて、正極合剤層中への非水電解質(非水電解液)の浸透性が低下する虞があることから、その充填率は、83%以下であることが好ましい。正極合剤層の充填率は、下記式により求められる。   The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably 30 to 80 μm per one side of the current collector. In the positive electrode mixture layer, the filling rate is preferably 75% or more from the viewpoint of higher capacity. However, when the filling rate of the positive electrode mixture layer is too high, the number of pores in the positive electrode mixture layer becomes too small, and the permeability of the nonaqueous electrolyte (nonaqueous electrolyte solution) into the positive electrode mixture layer decreases. Since there exists a possibility, it is preferable that the filling rate is 83% or less. The filling rate of the positive electrode mixture layer is determined by the following formula.

充填率(%) = 100×(正極合剤層の実密度/正極合剤層の理論密度)     Filling rate (%) = 100 × (actual density of positive electrode mixture layer / theoretical density of positive electrode mixture layer)

正極合剤層の充填率を算出するための前記式における「正極合剤層の理論密度」とは、正極合剤層の各構成成分の密度と含有量とから算出される密度(正極合剤層中に空孔が存在しないものとして求めた密度)であり、「正極合剤層の実密度」とは、以下の方法により測定されるものである。まず、正極を1cm×1cmの大きさに切り取り、マイクロメータで厚み(l)を、精密天秤で質量(m)を測定する。次に、正極合剤層を削り取り、集電体のみを取り出して、その集電体の厚み(l)と質量(m)を正極と同様に測定する。得られた厚みと質量から、以下の式によって正極合剤層の実密度(dca)を求める(前記の厚みの単位はcm、質量の単位はgである)。
ca=(m−m)/(l−l
The “theoretical density of the positive electrode mixture layer” in the above formula for calculating the filling rate of the positive electrode mixture layer is a density (positive electrode mixture) calculated from the density and content of each component of the positive electrode mixture layer. The density obtained by assuming that there are no vacancies in the layer), and the “actual density of the positive electrode mixture layer” is measured by the following method. First, it cuts a positive electrode to a size of 1 cm × 1 cm, a thickness micrometer (l 1), measuring the mass (m 1) a precision balance. Next, the positive electrode material mixture layer is scraped off, and only the current collector is taken out, and the thickness (l c ) and mass (m c ) of the current collector are measured in the same manner as the positive electrode. From the obtained thickness and mass, the actual density (d ca ) of the positive electrode mixture layer is determined by the following formula (the unit of thickness is cm, and the unit of mass is g).
d ca = (m 1 −m c ) / (l 1 −l c )

負極合剤層に使用する負極活物質としては、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素材料;SiまたはSnの単体;SiまたはSnを含む合金;SiまたはSnを含む酸化物;などが挙げられる。負極活物質には、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   As the negative electrode active material used for the negative electrode mixture layer, carbon materials such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon; Si or Sn simple substance; Si or Sn-containing alloy; Si or Sn-containing oxide; As the negative electrode active material, only one of these may be used, or two or more may be used in combination.

このような負極活物質の中でも、本発明による効果がより顕著となることから、例えば、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5。以下、この材料を「材料S」という場合がある。)を使用することが好ましい。   Among such negative electrode active materials, since the effect of the present invention becomes more remarkable, for example, a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5, hereinafter, it is preferable to use this material).

前記材料Sとしては、SiとOとを構成元素に含む一方でLiを構成元素に含まない材料、例えば、組成式SiO(0.5≦x≦1.5)で表されるものなどが挙げられる。Examples of the material S include materials containing Si and O as constituent elements and not containing Li as a constituent element, such as those represented by the composition formula SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5). Can be mentioned.

SiOは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOには、非晶質のSiOマトリックス中にSi(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiOと、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiOマトリックス中にSiが分散した構造で、SiOとSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。The SiO x may contain Si microcrystal or amorphous phase. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystal or amorphous phase Si. That is, the SiO x includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and is dispersed in the amorphous SiO 2 . In combination with Si, the atomic ratio x may satisfy 0.5 ≦ x ≦ 1.5. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, since x = 1, the structural formula is represented by SiO. . In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.

材料Sは、炭素材料と複合化した複合体を構成していることが好ましく、例えば、材料Sの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。通常、材料Sは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内における材料Sと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。材料Sを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単に材料Sと炭素材料などの導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。   The material S preferably constitutes a composite that is combined with a carbon material. For example, the surface of the material S is preferably covered with the carbon material. In general, since the material S has poor conductivity, when using it as a negative electrode active material, a conductive material (conductive aid) is used from the viewpoint of securing good battery characteristics, and the material S and the conductive material in the negative electrode are electrically conductive. It is necessary to form an excellent conductive network by making good mixing and dispersion with the conductive material. In the case of a composite in which the material S is combined with a carbon material, for example, the conductive network in the negative electrode is better than when a material obtained by simply mixing the material S and a conductive material such as a carbon material is used. Formed.

材料Sと炭素材料との複合体としては、前記のように、材料Sの表面を炭素材料で被覆したものの他、材料Sと炭素材料との造粒体などが挙げられる。   Examples of the composite of the material S and the carbon material include a granulated body of the material S and the carbon material as well as the material S whose surface is covered with the carbon material as described above.

材料Sとの複合体の形成に用い得る炭素材料としては、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などが好ましいものとして挙げられる。   As a carbon material that can be used for forming a complex with the material S, for example, low crystalline carbon, carbon nanotube, vapor grown carbon fiber, and the like are preferable.

炭素材料の詳細としては、繊維状またはコイル状の炭素材料、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む。)、人造黒鉛、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料が好ましい。繊維状またはコイル状の炭素材料は、導電ネットワークを形成しやすく、かつ表面積の大きい点において好ましい。カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む。)、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素は、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、更に、電池の充放電によって材料Sの粒子が膨張・収縮しても、その粒子との接触を保持しやすい性質を有している点において好ましい。   The details of the carbon material include at least one selected from the group consisting of fibrous or coiled carbon materials, carbon black (including acetylene black and ketjen black), artificial graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon. A seed material is preferred. A fibrous or coiled carbon material is preferable in that it easily forms a conductive network and has a large surface area. Carbon black (including acetylene black and ketjen black), graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon have high electrical conductivity and high liquid retention. Even if the particles expand and contract, it is preferable in that it has a property of easily maintaining contact with the particles.

前記例示の炭素材料の中でも、材料Sとの複合体が造粒体である場合に用いるものとしては、繊維状の炭素材料が特に好ましい。繊維状の炭素材料は、その形状が細い糸状であり柔軟性が高いために電池の充放電に伴う材料Sの膨張・収縮に追従でき、また、嵩密度が大きいために、材料Sの粒子と多くの接合点を持つことができるからである。繊維状の炭素としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられ、これらの何れを用いてもよい。   Among the carbon materials exemplified above, a fibrous carbon material is particularly preferable for use when the composite with the material S is a granulated body. The fibrous carbon material has a thin thread shape and high flexibility, so that it can follow the expansion and contraction of the material S that accompanies charging / discharging of the battery, and since the bulk density is large, This is because it can have many junctions. Examples of the fibrous carbon include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube, and any of these may be used.

材料Sと炭素材料との複合体において、材料Sと炭素材料との比率は、材料S:100質量部に対して、炭素材料が、3質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましく、7質量部以上であることが更に好ましく、また、20質量部以下であることが好ましく、17質量部以下であることがより好ましい。理由は定かではないが、Liイオンをドープした場合には、前記複合体における材料Sと炭素材料との比率を前記のように調整することで、電池の充放電サイクル特性を更に高めることが可能となる。   In the composite of the material S and the carbon material, the ratio of the material S to the carbon material is preferably 3 parts by mass or more of the carbon material with respect to 100 parts by mass of the material S: 5 parts by mass or more. More preferably, it is more preferably 7 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or less, and even more preferably 17 parts by mass or less. The reason is not clear, but when Li ions are doped, the charge / discharge cycle characteristics of the battery can be further improved by adjusting the ratio of the material S and the carbon material in the composite as described above. It becomes.

材料Sと炭素材料との複合体は、例えば下記の方法によって得ることができる。   A composite of the material S and the carbon material can be obtained, for example, by the following method.

材料Sの表面を炭素材料で被覆して複合体とする場合には、例えば、材料Sの粒子と炭化水素系ガスとを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させる。このように、気相成長(CVD)法によれば、炭化水素系ガスが材料Sの粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面に導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素材料被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によって材料Sの粒子に均一性よく導電性を付与できる。   When the surface of the material S is coated with a carbon material to form a composite, for example, the particles of the material S and the hydrocarbon gas are heated in the gas phase, and are generated by thermal decomposition of the hydrocarbon gas. Carbon is deposited on the surface of the particles. Thus, according to the vapor deposition (CVD) method, the hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the particle of the material S, and a thin and uniform film (carbon) containing a conductive carbon material on the particle surface. Since the material covering layer) can be formed, the conductivity of the particles of the material S can be imparted with good uniformity with a small amount of carbon material.

炭素材料で被覆された材料Sの製造において、CVD法の処理温度(雰囲気温度)については、炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であり、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。   In the production of the material S coated with the carbon material, the processing temperature (atmosphere temperature) of the CVD method varies depending on the type of hydrocarbon gas, but is usually 600 to 1200 ° C., and particularly 700 ° C. It is preferable that it is above, and it is still more preferable that it is 800 degreeC or more. This is because the higher the treatment temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.

炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレンなどを用いることができるが、取り扱いやすいトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやアセチレンガスなどを用いることもできる。   As the liquid source of the hydrocarbon-based gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, acetylene gas, etc. can also be used.

また、材料Sと炭素材料との造粒体を作製する場合には、材料Sが分散媒に分散した分散液を用意し、それを噴霧し乾燥して、複数の粒子を含む造粒体を作製する。分散媒としては、例えば、エタノールなどを用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。前記の方法以外にも、振動型や遊星型のボールミルやロッドミルなどを用いた機械的な方法による造粒方法においても、材料Sと炭素材料との造粒体を作製することができる。   In addition, when producing a granulated body of the material S and the carbon material, a dispersion liquid in which the material S is dispersed in a dispersion medium is prepared, sprayed and dried to obtain a granulated body including a plurality of particles. Make it. For example, ethanol or the like can be used as the dispersion medium. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. In addition to the above method, a granulated body of the material S and the carbon material can be produced also by a granulating method by a mechanical method using a vibration type or planetary type ball mill or rod mill.

材料Sの平均粒子径は、小さすぎると材料Sの分散性が低下して本発明の効果が十分に得られなくなる虞があることや、材料Sは電池の充放電に伴う体積変化が大きいため、平均粒子径が大きすぎると膨張・収縮による材料Sの崩壊が生じやすくなる(この現象は材料Sの容量劣化につながる)ことから、0.1μm以上10μm以下であることが好ましい。   If the average particle size of the material S is too small, the dispersibility of the material S may be reduced and the effects of the present invention may not be sufficiently obtained, and the material S has a large volume change associated with charging / discharging of the battery. If the average particle diameter is too large, the material S is likely to collapse due to expansion / contraction (this phenomenon leads to capacity degradation of the material S), and therefore it is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less.

負極合剤層が含有する負極活物質全量中の前記複合体の含有量は、例えば前記複合体を使用することによる電池の高容量化効果をより良好に確保する観点から、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上とすることが更に好ましい。なお、負極活物質には前記複合体のみを用いてもよいため、負極合剤層が含有する負極活物質全量中の前記複合体の含有量の好適上限値は100質量%である。   The content of the composite in the total amount of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer is, for example, 5% by mass or more from the viewpoint of better ensuring the effect of increasing the battery capacity by using the composite. It is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 50% by mass or more. In addition, since only the said composite may be used for a negative electrode active material, the suitable upper limit of content of the said composite in the negative electrode active material whole quantity which a negative mix layer contains is 100 mass%.

負極合剤層における負極活物質の含有量(全負極活物質の合計含有量)は、80〜99.5質量%であることが好ましい。   The negative electrode active material content (total content of all negative electrode active materials) in the negative electrode mixture layer is preferably 80 to 99.5% by mass.

負極合剤層に係るバインダには、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミドなどを用いることができるが、下記式(3)で表わされるユニットと下記式(4)で表わされるユニットとを有する共重合体〔以下、「共重合体(A)」という〕を使用することが好ましい。   As the binder for the negative electrode mixture layer, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyimide, polyamide, polyamideimide, or the like can be used. However, it is preferable to use a copolymer having a unit represented by the following formula (3) and a unit represented by the following formula (4) [hereinafter referred to as “copolymer (A)”].

Figure 2018110188
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前記式(4)中、Rは水素またはメチル基であり、M’はアルカリ金属元素である。   In the formula (4), R is hydrogen or a methyl group, and M ′ is an alkali metal element.

系外プレドープによって負極の負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープすると、通常、負極合剤層の硬度が増大して脆くなるため、系外プレドープの際に負極合剤層の欠陥が生じやすい。また、系外プレドープによってLiイオンをドープした負極活物質を用いて負極合剤層を形成した場合にも、負極合剤層が脆くなりやすく、負極の製造時や使用時の取り扱い性が低下する虞がある。ところが、共重合体(A)をバインダに用いた負極合剤層は、可撓性が高くなり、また、負極集電体との剥離強度も向上するため、系外プレドープによって負極の負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープしたり、Liイオンをドープした負極活物質を用いて負極合剤層を形成したりしても、負極合剤層の欠陥が生じ難く、その取扱い性が向上する。よって、負極合剤層のバインダに共重合体(A)を使用した場合には、負極の生産性がより向上する。また、負極を製造するにあたり、ロール・トゥ・ロール法によって系外プレドープを行った場合でも、欠陥部分が発生し難いため、これにより負極合剤層へLiイオンをドープする場合には更に負極の生産性を高めることができる。   When the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode is doped with Li ions by pre-doping outside the system, the hardness of the negative electrode mixture layer usually increases and becomes brittle. Is likely to occur. In addition, even when the negative electrode mixture layer is formed using a negative electrode active material doped with Li ions by pre-doping outside the system, the negative electrode mixture layer is likely to be brittle, and the handleability during production and use of the negative electrode is reduced. There is a fear. However, the negative electrode mixture layer using the copolymer (A) as a binder has high flexibility and also improves the peel strength from the negative electrode current collector. Even if the negative electrode active material in the layer is doped with Li ions, or a negative electrode mixture layer is formed using a negative electrode active material doped with Li ions, defects in the negative electrode mixture layer are unlikely to occur, and its handleability Will improve. Therefore, when a copolymer (A) is used for the binder of a negative mix layer, productivity of a negative electrode improves more. In addition, in manufacturing the negative electrode, even when the pre-doping by the roll-to-roll method is performed, the defect portion is hardly generated. Therefore, when the negative electrode mixture layer is doped with Li ions, the negative electrode Productivity can be increased.

また、負極合剤層のバインダに共重合体(A)を用いた場合には、リチウムイオン二次電池においても、充放電の繰り返しによる負極合剤層の劣化を抑制できるため、充放電サイクル特性が更に向上する。   Moreover, when a copolymer (A) is used for the binder of a negative mix layer, since it can suppress deterioration of the negative mix layer by repetition of charging / discharging also in a lithium ion secondary battery, charging / discharging cycling characteristics Is further improved.

更に、共重合体(A)を負極合剤層のバインダに使用することで、リチウムイオン二次電池の負荷特性も向上する。これは、共重合体(A)をバインダに使用した負極合剤層では、内部に非水電解液が良好に浸透するような構造が形成されているためではないかと考えている。また、共重合体(A)をバインダに使用することで、リチウムイオン二次電池の使用に伴って生じる虞がある負極表面でのLiの析出も、より高度に抑制できる。   Furthermore, the load characteristic of a lithium ion secondary battery is also improved by using a copolymer (A) for the binder of a negative mix layer. This is thought to be because the negative electrode mixture layer using the copolymer (A) as a binder has a structure in which the nonaqueous electrolytic solution penetrates well inside. In addition, by using the copolymer (A) as a binder, Li deposition on the negative electrode surface, which may occur with the use of a lithium ion secondary battery, can be further suppressed.

前記式(3)で表わされるユニットと前記式(4)で表わされるユニットとを有する共重合体(A)は、ビニルエステルと、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルのうちの少なくとも一方とをモノマーとして重合して得られる共重合体を、ケン化することにより得ることができる。   The copolymer (A) having the unit represented by the formula (3) and the unit represented by the formula (4) is a vinyl ester and at least one of an acrylate ester and a methacrylate ester as monomers. A copolymer obtained by polymerization can be obtained by saponification.

共重合体(A)を得るための前記ビニルエステルとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニルなどが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を用いることができる。これらのビニルエステルの中でも酢酸ビニルがより好ましい。   Examples of the vinyl ester for obtaining the copolymer (A) include vinyl acetate, vinyl propionate, and vinyl pivalate, and one or more of them can be used. Among these vinyl esters, vinyl acetate is more preferable.

また、共重合体(A)を得るためのビニルエステルとアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルのうちの少なくとも一方との共重合体は、ビニルエステル、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステル以外のモノマー由来のユニットを有していてもよい。   The copolymer of vinyl ester and at least one of acrylic acid ester and methacrylic acid ester for obtaining copolymer (A) is a unit derived from monomers other than vinyl ester, acrylic acid ester and methacrylic acid ester. You may have.

ビニルエステルとアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルのうちの少なくとも一方との共重合体は、例えば、重合触媒と分散剤とを含む水溶液中に、これらのモノマーを懸濁させた状態で重合を行う懸濁重合法によって重合することができる。この際の重合触媒には、ベンゾイルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイドなどの有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリルなどのアゾ化合物;などを使用することができる。また、懸濁重合の際の分散剤には、水溶性高分子〔ポリビニルアルコール、ポリ(メタ)アクリル酸またはその塩、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなど〕、無機化合物(リン酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなど)などを用いることができる。   The copolymer of vinyl ester and at least one of acrylic acid ester and methacrylic acid ester is a suspension in which polymerization is performed in a state where these monomers are suspended in an aqueous solution containing a polymerization catalyst and a dispersant, for example. Polymerization can be performed by a turbid polymerization method. As the polymerization catalyst at this time, organic peroxides such as benzoyl peroxide and lauryl peroxide; azo compounds such as azobisisobutyronitrile and azobisdimethylvaleronitrile; and the like can be used. In addition, the dispersant used in the suspension polymerization includes water-soluble polymers (polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylic acid or a salt thereof, polyvinyl pyrrolidone, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, etc.), inorganic compounds (Calcium phosphate, magnesium silicate, etc.) can be used.

懸濁重合を行う際の温度は、重合触媒の10時間半減期温度に対して−20〜+20℃程度とすればよく、重合時間は数時間〜数十時間とすればよい。   The temperature at which the suspension polymerization is performed may be about -20 to + 20 ° C with respect to the 10-hour half-life temperature of the polymerization catalyst, and the polymerization time may be several hours to several tens of hours.

ビニルエステルとアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルのうちの少なくとも一方との共重合体のケン化は、アルカリ金属を含有するアルカリ(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなど)を使用し、水性有機溶媒と水との混合溶媒中で行うことができる。このケン化によって、ビニルエステル由来のユニットが、共重合体の主鎖に水酸基が直接結合したユニット〔すなわち、前記式(3)で表わされるユニット〕となり、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルのうちの少なくとも一方のモノマー由来のユニットが、共重合体の主鎖にカルボキシル基のアルカリ金属塩(基)が直接結合したユニット〔すなわち、前記式(4)で表わされるユニット〕となる。よって、前記式(4)におけるM’は、ナトリウム、カリウム、リチウムなどが挙げられる。   Saponification of a copolymer of vinyl ester with at least one of acrylic acid ester and methacrylic acid ester uses an alkali (sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, etc.) containing an alkali metal, and is aqueous. It can be performed in a mixed solvent of an organic solvent and water. By this saponification, the unit derived from the vinyl ester becomes a unit in which a hydroxyl group is directly bonded to the main chain of the copolymer [that is, a unit represented by the above formula (3)]. The unit derived from at least one monomer is a unit in which an alkali metal salt (group) of a carboxyl group is directly bonded to the main chain of the copolymer [that is, a unit represented by the above formula (4)]. Therefore, M ′ in the formula (4) includes sodium, potassium, lithium and the like.

ケン化に使用する水性有機溶媒としては、低級アルコール(メタノール、エタノールなど)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などが挙げられる。水性有機溶媒と水との使用比率は、質量比で、3/7〜8/2であることが好ましい。   Examples of the aqueous organic solvent used for saponification include lower alcohols (such as methanol and ethanol) and ketones (such as acetone and methyl ethyl ketone). The use ratio of the aqueous organic solvent and water is preferably 3/7 to 8/2 in terms of mass ratio.

ケン化の際の温度は20〜60℃とすればよく、その際の時間は数時間程度とすればよい。   The temperature at the time of saponification should just be 20-60 degreeC, and the time in that case should just be about several hours.

ケン化後の共重合体は、反応液から取り出し、洗浄した後に乾燥すればよい。   The saponified copolymer may be taken out from the reaction solution, washed, and then dried.

前記のケン化を経て得られる共重合体(A)の有する前記式(3)で表されるユニットは、ビニルアルコールの不飽和結合が開いて重合したような構造を有しており、また、前記(4)で表されるユニットは、アクリル酸塩やメタクリル酸塩〔以下、両者を纏めて「(メタ)アクリル酸塩」といい、アクリル酸とメタアクリル酸とを纏めて「(メタ)アクリル酸」という〕の不飽和結合が開いて重合したような構造を有している。よって、共重合体(A)は、ビニルアルコールや(メタ)アクリル酸塩をモノマーに使用し、これらを共重合することで得られたものではなくても、便宜上、「ビニルアルコールと(メタ)アクリル酸塩〔(メタ)アクリル酸のアルカリ金属中和物〕との共重合体」と称される場合もある。   The unit represented by the formula (3) of the copolymer (A) obtained through the saponification has a structure in which an unsaturated bond of vinyl alcohol is opened and polymerized, The unit represented by the above (4) is an acrylate or methacrylate (hereinafter referred to as “(meth) acrylate” collectively, and acrylic acid and methacrylic acid together as “(meth) A structure in which an unsaturated bond of “acrylic acid” is polymerized by opening. Therefore, the copolymer (A) uses vinyl alcohol or (meth) acrylate as a monomer and is not obtained by copolymerizing these, but for convenience, “vinyl alcohol and (meth) It may also be referred to as an acrylate salt [a copolymer of (meth) acrylic acid alkali metal neutralized product].

共重合体(A)において、前記式(3)で表わされるユニットと前記式(4)で表わされるユニットとの組成比は、これらのユニットの合計を100mol%としたとき、前記式(3)で表わされるユニットの割合が、5mol%以上であることが好ましく、50mol%以上であることがより好ましく、60mol%以上であることが更に好ましく、また、95mol%以下であることが好ましく、90mol%以下であることがより好ましい。すなわち、前記式(3)で表わされるユニットと前記式(4)で表わされるユニットとの合計を100mol%としたとき、前記式(4)で表わされるユニットの割合が、5mol%以上であることが好ましく、10mol%以上であることがより好ましく、また、95mol%以下であることが好ましく、50mol%以下であることがより好ましく、40mol%以下であることが更に好ましい。   In the copolymer (A), the composition ratio of the unit represented by the formula (3) and the unit represented by the formula (4) is the formula (3) when the total of these units is 100 mol%. Is preferably 5 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, still more preferably 60 mol% or more, and preferably 95 mol% or less, and 90 mol%. The following is more preferable. That is, when the total of the unit represented by the formula (3) and the unit represented by the formula (4) is 100 mol%, the ratio of the unit represented by the formula (4) is 5 mol% or more. Is preferably 10 mol% or more, more preferably 95 mol% or less, more preferably 50 mol% or less, and still more preferably 40 mol% or less.

負極合剤層における共重合体(A)の含有量は、その使用による効果(電池の負荷特性を高める効果、および負極活物質の脱落や負極合剤層と集電体との剥離を抑制する効果)を良好に確保する観点から、2質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましい。ただし、負極合剤層中の共重合体(A)の量が多すぎると、負極合剤層の密度を後述する値に調整することが困難となり、また、電池の容量や負荷特性が低下する虞がある。よって、負極合剤層における共重合体(A)の含有量は、15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。   The content of the copolymer (A) in the negative electrode mixture layer suppresses the effects of its use (the effect of enhancing the load characteristics of the battery, the falling off of the negative electrode active material, and the peeling between the negative electrode mixture layer and the current collector). From the viewpoint of ensuring a good effect), the content is preferably 2% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more. However, if the amount of the copolymer (A) in the negative electrode mixture layer is too large, it becomes difficult to adjust the density of the negative electrode mixture layer to a value described later, and the capacity and load characteristics of the battery are reduced. There is a fear. Therefore, the content of the copolymer (A) in the negative electrode mixture layer is preferably 15% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less.

負極合剤層には、共重合体(A)と共に、通常のリチウムイオン二次電池の負極に係る負極合剤層で使用されているバインダ、例えば、SBR、CMC、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)なども使用することができる。ただし、負極合剤層が含有するバインダ全量中の、共重合体(A)以外のバインダの含有量は、50質量%以下とすることが好ましい。   In the negative electrode mixture layer, together with the copolymer (A), binders used in the negative electrode mixture layer related to the negative electrode of ordinary lithium ion secondary batteries, for example, SBR, CMC, polyvinylidene fluoride (PVDF), etc. Can also be used. However, the content of the binder other than the copolymer (A) in the total amount of binder contained in the negative electrode mixture layer is preferably 50% by mass or less.

負極合剤層には、必要に応じて導電助剤を含有させることもできる。負極合剤層に含有させる導電助剤としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などのグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック類;炭素繊維;などの炭素材料を用いることが好ましく、また、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;アルミニウムなどの金属粉末類;酸化亜鉛;チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などを用いることもできる。導電助剤には、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The negative electrode mixture layer may contain a conductive additive as necessary. Examples of conductive assistants to be included in the negative electrode mixture layer include graphites such as natural graphite (scaly graphite, etc.), artificial graphite and the like; acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black and the like. -It is preferable to use carbon materials such as bon blacks; carbon fibers; and conductive fibers such as metal fibers; carbon fluorides; metal powders such as aluminum; zinc oxide; conductivity such as potassium titanate. Whiskers; conductive metal oxides such as titanium oxide; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; and the like can also be used. As the conductive assistant, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

負極合剤層に導電助剤を含有させる場合には、負極合剤層における導電助剤の含有量を10質量%以下とすることが好ましい。   When the conductive additive is contained in the negative electrode mixture layer, the content of the conductive additive in the negative electrode mixture layer is preferably 10% by mass or less.

前記製造方法(1)によって本発明の負極を製造するために系外プレドープに供する負極(負極前駆体)は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤などを含有する負極合剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)や水などの溶剤に分散させてペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理などのプレス処理を施す工程を経て製造することができる。ただし、系外プレドープに供する負極は、前記の方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造したものであってもよい。   The negative electrode (negative electrode precursor) to be used for pre-doping outside the system in order to produce the negative electrode of the present invention by the production method (1) contains, for example, a negative electrode active material and a binder, and further, if necessary, a conductive aid. The negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water to prepare a paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition (however, the binder is dissolved in the solvent). Alternatively, after applying this to one or both sides of the current collector and drying, it can be produced through a step of applying a press treatment such as a calender treatment if necessary. However, the negative electrode to be used for pre-doping outside the system is not limited to those manufactured by the above method, but may be manufactured by other methods.

また、前記製造方法(2)によって本発明の負極を製造するに際しては、例えば、負極活物質(少なくとも一部には、系外プレドープによってLiイオンをドープした負極活物質を使用する)およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤などを含有する負極合剤を、NMPや水などの溶剤に分散させてペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理などのプレス処理を施すなどすればよい。   Further, when producing the negative electrode of the present invention by the production method (2), for example, a negative electrode active material (at least partly uses a negative electrode active material doped with Li ions by pre-doping outside the system) and a binder, Furthermore, if necessary, a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent is dispersed in a solvent such as NMP or water to prepare a paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition (however, the binder is added to the solvent). It may be dissolved), and this may be applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a pressing process such as a calendar process if necessary.

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 5 μm in order to ensure mechanical strength. Is desirable.

負極合剤層の厚み(集電体の両面に負極合剤層を有する場合には、片面あたりの厚み)は、10〜100μmであることが好ましい。   The thickness of the negative electrode mixture layer (in the case where the negative electrode mixture layer is provided on both sides of the current collector) is preferably 10 to 100 μm.

負極活物質の系外プレドープは、例えば、以下の(i)または(ii)によって行うことができる。   The extra-system pre-doping of the negative electrode active material can be performed, for example, by the following (i) or (ii).

系外プレドープ法(i)
Liイオンをドープしていない負極活物質を用いて製造した負極を使用し、その負極活物質にLiイオンをドープする。
In-system pre-doping method (i)
A negative electrode manufactured using a negative electrode active material not doped with Li ions is used, and the negative electrode active material is doped with Li ions.

系外プレドープ法(i)において、負極の負極合剤層中の負極活物質へのLiイオンのドープは、例えば、テトラヒドロフランやジエチルエーテルなどの溶媒に、ビフェニル、多環芳香族化合物(アントラセン、ナフタレンなど)、p−ベンゾキノン、金属Liなどを溶解させた溶液中に、負極を浸漬し、その後溶剤で洗浄および乾燥させることで実施することができる〔以下、系外プレドープ法(i−1)という〕。このときのLiイオンのドープ量は、前記溶液中の各成分量などの調整によって制御することができ、例えば後述するモル比Li/Mが後記の好適値を満たすように調節すればよい。   In the extra-system pre-doping method (i), the doping of Li ions into the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode is carried out, for example, in a solvent such as tetrahydrofuran or diethyl ether with biphenyl, polycyclic aromatic compounds (anthracene, naphthalene) Etc.), and the negative electrode is immersed in a solution in which p-benzoquinone, metal Li, etc. are dissolved, and then washed and dried with a solvent [hereinafter referred to as “out-of-system pre-doping method (i-1)”. ]. The doping amount of Li ions at this time can be controlled by adjusting the amount of each component in the solution. For example, the molar ratio Li / M described later may be adjusted so as to satisfy a preferable value described later.

また、系外プレドープ法(i)では、負極(作用極)とリチウム金属箔(対極。リチウム合金箔を含む。)とを非水電解液中に浸漬し、これらの間に通電する方法によっても、負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープすることができる〔以下、系外プレドープ法(i−2)という〕。非水電解液には、リチウムイオン二次電池用の非水電解液(詳しくは後述する)と同じものが使用できる。このときのLiイオンのドープ量は、負極(負極合剤層)の面積当たりの電流密度や、通電する電気量の調整によって制御することができ、例えば後述するモル比Li/Mが後記の好適値を満たすように調節すればよい。   Further, in the extra-system pre-doping method (i), a negative electrode (working electrode) and a lithium metal foil (counter electrode, including a lithium alloy foil) are immersed in a nonaqueous electrolytic solution, and a current is passed between them. The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer can be doped with Li ions (hereinafter referred to as “out-of-system pre-doping method (i-2)”). As the non-aqueous electrolyte, the same non-aqueous electrolyte for lithium ion secondary batteries (described in detail later) can be used. The doping amount of Li ions at this time can be controlled by adjusting the current density per area of the negative electrode (negative electrode mixture layer) and the amount of electricity to be applied. For example, the molar ratio Li / M described later is suitable as described later. Adjust to meet the value.

系外プレドープ法(i−2)を行う場合、ロールに巻回した負極を引き出して、非水電解液およびリチウム金属極を備えた電解液槽内に導入し、前記電解液槽内で前記負極と前記リチウム金属極との間に通電することで負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープし、その後の負極をロール状に巻き取るロール・トゥ・ロール法で実施することが好ましい。本発明の負極であれば、Liイオンのドープ後にロール状に巻き取っても負極合剤層に欠陥が生じ難いため、ロール・トゥ・ロール法の適用によって生産性をより高めることができる。   When performing the extra-system pre-doping method (i-2), the negative electrode wound around a roll is pulled out and introduced into an electrolyte bath provided with a non-aqueous electrolyte and a lithium metal electrode, and the negative electrode in the electrolyte bath It is preferable to carry out by a roll-to-roll method in which a negative electrode active material in a negative electrode mixture layer is doped with Li ions by energizing between the lithium metal electrode and the lithium metal electrode, and the subsequent negative electrode is wound into a roll shape. . If the negative electrode of the present invention is used, it is difficult for defects to occur in the negative electrode mixture layer even if it is wound into a roll after doping with Li ions. Therefore, productivity can be further improved by applying the roll-to-roll method.

図1に、ロール・トゥ・ロール法によって負極の負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープする工程の説明図を示す。まず、Liイオンのドープに供するための負極2aを巻き取ったロール20aから負極2aを引き出し、Liイオンをドープするための電解液槽101内へ導入する。電解液槽101は非水電解液(図示しない)とリチウム金属極102とを有しており、電解液槽101内を通過する負極2aとリチウム金属極102との間に、電源103によって通電できるように構成されている。そして、電解液槽101内を負極2aがリチウム金属層202と対向しつつ通過する際に、電源103によって負極2aとリチウム金属極102との間に通電することで、負極2aの負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープする。   FIG. 1 shows an explanatory diagram of a step of doping Li ions into the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode by a roll-to-roll method. First, the negative electrode 2a is pulled out from the roll 20a around which the negative electrode 2a for use in doping Li ions is wound, and introduced into the electrolytic solution tank 101 for doping Li ions. The electrolyte bath 101 has a non-aqueous electrolyte (not shown) and a lithium metal electrode 102, and can be energized by a power source 103 between the negative electrode 2 a passing through the electrolyte bath 101 and the lithium metal electrode 102. It is configured as follows. When the negative electrode 2a passes through the electrolytic solution tank 101 while facing the lithium metal layer 202, the negative electrode mixture layer of the negative electrode 2a is energized between the negative electrode 2a and the lithium metal electrode 102 by the power source 103. The negative electrode active material therein is doped with Li ions.

負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープし、電解液槽101内を通過させた後の負極2は、好ましくは洗浄した後、ロール20に巻き取る。負極2の洗浄は、例えば、図1に示すように、洗浄用の有機溶媒を満たした洗浄槽104に負極2を通過させることにより行うことができる。また、洗浄槽104を通過させた後の負極2は、乾燥手段105を通過させて乾燥させてからロール20に巻き取ることが好ましい。乾燥手段105での乾燥方法については、特に制限はなく、洗浄槽104で負極2に付着した有機溶媒を除去できればよいが、例えば、温風や赤外線ヒーターによる乾燥、乾燥状態の不活性ガス内を通過させる乾燥などの各種方法を適用することができる。   The negative electrode 2 after the Li-ion is doped into the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer and passed through the electrolyte bath 101 is preferably washed and wound on a roll 20. The negative electrode 2 can be cleaned, for example, by allowing the negative electrode 2 to pass through a cleaning tank 104 filled with a cleaning organic solvent, as shown in FIG. Moreover, it is preferable that the negative electrode 2 after passing through the cleaning tank 104 is wound around the roll 20 after passing through the drying means 105 and being dried. The drying method in the drying means 105 is not particularly limited as long as the organic solvent adhering to the negative electrode 2 can be removed in the cleaning tank 104. For example, drying with warm air or an infrared heater, or in a dry inert gas Various methods such as drying through can be applied.

なお、図1に示す電解液槽101は、負極集電体の両面に負極合剤層が形成されている負極について、その両面の負極合剤層に同時にLiイオンをドープできるように、リチウム金属極102を2つ備えているが、負極集電体の片面のみに負極合剤層を有する負極の負極合剤層へLiイオンをドープすることのみに使用される電解液槽の場合には、その負極合剤層と対向する箇所にだけ1つのリチウム金属極を備えていればよい。   In addition, the electrolytic solution tank 101 shown in FIG. 1 is lithium metal so that the negative electrode mixture layer formed on both surfaces of the negative electrode current collector can be doped with Li ions simultaneously on the negative electrode mixture layers on both surfaces. In the case of an electrolyte bath used only to dope Li ions into the negative electrode mixture layer of the negative electrode having a negative electrode mixture layer only on one side of the negative electrode current collector, although two electrodes 102 are provided. It is only necessary to provide one lithium metal electrode only at a location facing the negative electrode mixture layer.

系外プレドープ法(ii)
Liイオンをドープしていない負極活物質に、Liイオンを直接ドープする。この場合、系外プレドープ法(i−1)の説明で先に記載した負極を浸漬する前記溶液中に、負極に代えて負極活物質(Liイオンドープ前の負極活物質)を浸漬することで、負極活物質にLiイオンをドープすることができる。
Out-of-system pre-doping method (ii)
A negative electrode active material not doped with Li ions is directly doped with Li ions. In this case, by immersing a negative electrode active material (a negative electrode active material before Li ion doping) in place of the negative electrode in the solution in which the negative electrode described above in the description of the extra-system pre-doping method (i-1) is immersed. The negative electrode active material can be doped with Li ions.

この系外プレドープ法(ii)を採用する場合、負極の製造に使用する負極活物質には、その一部または全部に、系外プレドープ法(ii)によってLiイオンをドープしたものを使用することができる。負極の製造に使用する負極活物質中の、系外プレドープ法(ii)によってLiイオンをドープした負極活物質の割合や、負極活物質へのLiイオンのドープ量は、例えば後述するモル比Li/Mが後記の好適値を満たすように調節すればよい。   When this extra-system pre-doping method (ii) is adopted, a part or all of the negative electrode active material used for the production of the negative electrode is doped with Li ions by the extra-system pre-doping method (ii). Can do. The ratio of the negative electrode active material doped with Li ions by the extra-system pre-doping method (ii) in the negative electrode active material used for the production of the negative electrode and the doping amount of Li ions into the negative electrode active material are, for example, the molar ratio Li described later. Adjustment may be made so that / M satisfies a preferable value described later.

系外プレドープ法(ii)でLiイオンをドープさせる負極活物質は、Liイオンの受け入れ量が大きくかつ不可逆容量が大きいものが望ましく、例えば、SiとOとを構成元素に含む材料にLiイオンをドープすることが望ましい。   The negative electrode active material doped with Li ions by the extra-system pre-doping method (ii) preferably has a large acceptance amount of Li ions and a large irreversible capacity. For example, Li ions are added to a material containing Si and O as constituent elements. It is desirable to dope.

系外プレドープ法(i)によって負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープした後の負極や、系外プレドープ法(ii)によってLiイオンをドープした負極活物質などを用いて負極合剤層を形成して得られた負極は、必要なサイズに切断するなどして、リチウムイオン二次電池の製造に供される。また、負極には、必要に応じて、リチウムイオン二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。   Using a negative electrode after doping Li ions into the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer by the extra-system pre-doping method (i), a negative electrode active material doped with Li ions by the extra-system pre-doping method (ii), etc. The negative electrode obtained by forming the agent layer is cut into a required size and is used for the production of a lithium ion secondary battery. Moreover, you may form the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium ion secondary battery according to a conventional method to a negative electrode as needed.

リチウムイオン二次電池において、負極(系外プレドープによってLiイオンがドープされた負極活物質を含有する負極)と正極とは、セパレータを介して積層した積層体(積層電極体)や、この積層体を更に渦巻状に巻回した巻回体(巻回電極体)などの形態で使用される。   In a lithium ion secondary battery, a negative electrode (a negative electrode containing a negative electrode active material doped with Li ions by pre-doping outside the system) and a positive electrode are laminated body (laminated electrode body) laminated via a separator, or this laminated body. Is further used in the form of a wound body (wound electrode body) wound in a spiral shape.

セパレータは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステルなどのポリエステル;などで構成された多孔質膜であることが好ましい。なお、セパレータは、100〜140℃において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましい。そのため、セパレータは、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、100〜140℃の熱可塑性樹脂を成分とするものがより好ましく、ポリエチレンを主成分とする単層の多孔質膜であるか、ポリエチレンとポリプロピレンとを2〜5層積層した積層多孔質膜などの多孔質膜を構成要素とする積層多孔質膜であることが好ましい。ポリエチレンとポリプロピレンなどのポリエチレンより融点の高い樹脂を混合または積層して用いる場合には、多孔質膜を構成する樹脂としてポリエチレンが30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。   The separator is preferably a porous film composed of polyolefin such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer; polyester such as polyethylene terephthalate and copolymer polyester; In addition, it is preferable that a separator has the property (namely, shutdown function) which the hole obstruct | occludes in 100-140 degreeC. Therefore, the separator has a melting point, that is, a thermoplastic resin having a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) of 100 to 140 ° C. in accordance with JIS K 7121 as a component. Preferably, it is a single layer porous film mainly composed of polyethylene or a laminated porous film comprising a porous film such as a laminated porous film in which 2 to 5 layers of polyethylene and polypropylene are laminated. Is preferred. When a resin having a melting point higher than that of polyethylene such as polyethylene and polypropylene is used by mixing or laminating, it is preferable that polyethylene is 30% by mass or more, and 50% by mass or more as the resin constituting the porous membrane. More preferred.

このような樹脂多孔質膜としては、例えば、従来から知られているリチウムイオン二次電池などで使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された多孔質膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより作製されたイオン透過性の多孔質膜を用いることができる。   As such a resin porous membrane, for example, a porous membrane composed of the above-mentioned exemplified thermoplastic resin used in a conventionally known lithium ion secondary battery or the like, that is, a solvent extraction method, a dry type Alternatively, an ion-permeable porous film manufactured by a wet stretching method or the like can be used.

セパレータの平均孔径は、0.01μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましく、また、1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。   The average pore size of the separator is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, more preferably 1 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or less.

前記セパレータとして、熱可塑性樹脂を主体とする多孔質膜(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有する積層型のセパレータを使用してもよい。前記セパレータは、シャットダウン特性と耐熱性(耐熱収縮性)および高い機械的強度とを兼ね備えている。また、積層型セパレータを用いることで、電池の充放電サイクル特性が更に向上する。その理由は定かではないが、積層型セパレータが有する高い機械的強度が、電池の充放電サイクルに伴う負極の膨張・収縮に対して高い耐性を示し、セパレータのよれを抑制して負極−セパレータ−正極間の密着性を保つことができることが理由であると推測される。   As the separator, a laminated separator having a porous film (I) mainly composed of a thermoplastic resin and a porous layer (II) mainly including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher may be used. . The separator has both shutdown characteristics, heat resistance (heat shrinkage resistance), and high mechanical strength. Moreover, the charge / discharge cycle characteristics of the battery are further improved by using the laminated separator. The reason for this is not clear, but the high mechanical strength of the laminated separator shows high resistance to the expansion and contraction of the negative electrode accompanying the charge / discharge cycle of the battery. It is presumed that this is because the adhesion between the positive electrodes can be maintained.

本明細書において、「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。   In this specification, “heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” means that deformation such as softening is not observed at least at 150 ° C.

セパレータに係る多孔質膜(I)は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、電池が多孔質膜(I)の主体となる成分である熱可塑性樹脂の融点以上に達したときには、多孔質膜(I)に係る熱可塑性樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。   The porous membrane (I) according to the separator is mainly for ensuring a shutdown function, and when the battery reaches or exceeds the melting point of the thermoplastic resin, which is the main component of the porous membrane (I), The thermoplastic resin related to the porous membrane (I) melts and closes the pores of the separator, and a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction occurs.

多孔質膜(I)の主体となる熱可塑性樹脂としては、融点が140℃以下の樹脂が好ましく、具体的には、例えばポリエチレンが挙げられる。また、多孔質膜(I)の形態としては、電池用のセパレータとして通常用いられている微多孔膜や、不織布などの基材にポリエチレンの粒子を含む分散液を塗布し、乾燥するなどして得られるものなどのシート状物が挙げられる。ここで、多孔質膜(I)の構成成分の全体積中〔空孔部分を除く全体積。セパレータに係る多孔質膜(I)および多孔質層(II)の構成成分の体積含有率に関して、以下同じ。〕において、主体となる融点が140℃以下の樹脂の体積含有率は、50体積%以上であり、70体積%以上であることがより好ましい。なお、例えば多孔質膜(I)を前記ポリエチレンの微多孔膜で形成する場合は、融点が140℃以下の樹脂の体積含有率が100体積%となる。   The thermoplastic resin that is the main component of the porous membrane (I) is preferably a resin having a melting point of 140 ° C. or lower, and specifically includes polyethylene. In addition, as the form of the porous membrane (I), a microporous membrane usually used as a battery separator or a dispersion containing polyethylene particles is applied to a substrate such as a nonwoven fabric and dried. Examples thereof include sheet-like materials such as those obtained. Here, among the total volume of the constituent components of the porous membrane (I) [the total volume excluding the void portion. The same applies to the volume content of the constituent components of the porous membrane (I) and the porous layer (II) according to the separator. ], The volume content of the resin whose main melting point is 140 ° C. or lower is 50% by volume or more, and more preferably 70% by volume or more. For example, when the porous membrane (I) is formed of the polyethylene microporous membrane, the volume content of the resin having a melting point of 140 ° C. or lower is 100% by volume.

セパレータに係る多孔質層(II)は、電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、耐熱温度が150℃以上のフィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、たとえ多孔質膜(I)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(II)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することができる。また、この耐熱性の多孔質層(II)がセパレータの骨格として作用するため、多孔質膜(I)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。   The porous layer (II) according to the separator has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the battery rises, and has a heat resistance temperature of 150 ° C. or higher. The function is secured by. That is, when the battery becomes high temperature, even if the porous membrane (I) shrinks, the porous layer (II) which does not easily shrink can cause the positive and negative electrodes directly when the separator is thermally shrunk. It is possible to prevent a short circuit due to the contact. In addition, since the heat-resistant porous layer (II) acts as a skeleton of the separator, thermal contraction of the porous membrane (I), that is, thermal contraction of the entire separator itself can be suppressed.

多孔質層(II)に係るフィラーは、耐熱温度が150℃以上で、電池の有する非水電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元され難い電気化学的に安定なものであれば無機粒子でも有機粒子でもよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、また、無機酸化物粒子、より具体的には、アルミナ、シリカ、ベーマイトが好ましい。アルミナ、シリカ、ベーマイトは、耐酸化性が高く、粒径や形状を所望の数値などに調整することが可能であるため、多孔質層(II)の空孔率を精度よく制御することが容易となる。なお、耐熱温度が150℃以上のフィラーは、例えば前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The filler related to the porous layer (II) has a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, is stable with respect to the non-aqueous electrolyte of the battery, and is electrochemically stable that is difficult to be oxidized and reduced within the battery operating voltage range. Any inorganic particles or organic particles may be used as long as they are fine, but fine particles are preferable from the viewpoint of dispersion and the like, and inorganic oxide particles, more specifically, alumina, silica, and boehmite are preferable. Alumina, silica, and boehmite have high oxidation resistance, and the particle size and shape can be adjusted to the desired numerical values, making it easy to control the porosity of the porous layer (II) with high accuracy. It becomes. In addition, the filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more may use the thing of the said illustration individually by 1 type, and may use 2 or more types together, for example.

多孔質層(II)の「耐熱温度が150℃以上のフィラーを主成分として含む」とは、多孔質層(II)の構成成分の全体積中、前記フィラーを70体積%以上含むことを意味している。多孔質層(II)における前記フィラーの量は、多孔質層(II)の構成成分の全体積中、80体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。多孔質層(II)中の前記フィラーを前記のように高含有量とすることで、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制して、高い耐熱性を付与することができる。   The phrase “containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher as a main component” of the porous layer (II) means that 70% by volume or more of the filler is included in the total volume of the constituent components of the porous layer (II). is doing. The amount of the filler in the porous layer (II) is preferably 80% by volume or more and more preferably 90% by volume or more in the total volume of the constituent components of the porous layer (II). By making the said filler in porous layer (II) high content as mentioned above, the thermal contraction of the whole separator can be suppressed favorably and high heat resistance can be provided.

また、多孔質層(II)には、前記フィラー同士を結着したり多孔質層(II)と多孔質膜(I)とを結着したりするために有機バインダを含有させることが好ましく、このような観点から、多孔質層(II)における前記フィラー量の好適上限値は、例えば、多孔質層(II)の構成成分の全体積中、99体積%である。なお、多孔質層(II)における前記フィラーの量を70体積%未満とすると、例えば、多孔質層(II)中の有機バインダ量を多くする必要が生じるが、その場合には多孔質層(II)の空孔が有機バインダによって埋められてしまい、例えばセパレータとしての機能を喪失する虞がある。   The porous layer (II) preferably contains an organic binder to bind the fillers or bind the porous layer (II) and the porous membrane (I). From such a viewpoint, the suitable upper limit of the amount of the filler in the porous layer (II) is, for example, 99% by volume in the total volume of the constituent components of the porous layer (II). If the amount of the filler in the porous layer (II) is less than 70% by volume, for example, it is necessary to increase the amount of the organic binder in the porous layer (II). There is a possibility that the holes of II) are filled with the organic binder and the function as a separator is lost, for example.

多孔質層(II)に用いる有機バインダとしては、前記フィラー同士や多孔質層(II)と多孔質膜(I)とを良好に接着でき、電気化学的に安定で、かつリチウムイオン二次電池用の非水電解液に対して安定であれば特に制限はない。具体的には、フッ素樹脂(PVDFなど)、フッ素系ゴム、SBR、CMC、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリN−ビニルアセトアミド、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの有機バインダは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。   As the organic binder used for the porous layer (II), the above-mentioned fillers and the porous layer (II) and the porous membrane (I) can be favorably bonded, are electrochemically stable, and are a lithium ion secondary battery. If it is stable with respect to the nonaqueous electrolyte solution for use, there is no particular limitation. Specifically, fluororesin (such as PVDF), fluororubber, SBR, CMC, hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), poly N-vinylacetamide, Cross-linked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin and the like can be mentioned. These organic binders may be used alone or in combination of two or more.

前記積層型セパレータは、例えば、多孔質膜(I)に、前記フィラーや有機バインダなどと溶剤(水やケトン類などの有機溶剤など)とを含有する多孔質層(II)形成用組成物(スラリー、ペーストなど)を塗布した後、所定の温度で乾燥して多孔質層(II)を形成することによって製造することができる。   The laminated separator is, for example, a composition for forming a porous layer (II) containing, in the porous membrane (I), the filler, an organic binder, and the like, and a solvent (an organic solvent such as water and ketones) ( It can be manufactured by applying a slurry, paste, etc.) and then drying at a predetermined temperature to form the porous layer (II).

前記積層型セパレータは、多孔質膜(I)と多孔質層(II)とを、それぞれ1層ずつ有していてもよく、複数有していてもよい。具体的には、多孔質膜(I)の片面にのみ多孔質層(II)を配置して前記積層型セパレータとする他、例えば、多孔質膜(I)の両面に多孔質層(II)を配置して前記積層型セパレータとしてもよい。ただし、前記積層型セパレータの有する層数が多くなりすぎると、セパレータの厚みを増やして電池の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので好ましくなく、前記積層型セパレータ中の層数は5層以下であることが好ましい。   The laminated separator may have one or more porous membranes (I) and porous layers (II), respectively. Specifically, the porous layer (II) is disposed only on one side of the porous membrane (I) to form the laminated separator. For example, the porous layer (II) is formed on both sides of the porous membrane (I). May be used as the laminated separator. However, if the number of layers of the multilayer separator is too large, it is not preferable because the thickness of the separator is increased, which may increase the internal resistance of the battery or decrease the energy density. Is preferably 5 layers or less.

セパレータ(前記積層型セパレータおよびそれ以外のセパレータ)の厚みは、正極と負極とをより確実に隔離する観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。他方、セパレータが厚すぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまうことがあるため、その厚みは、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。   The thickness of the separator (the laminated separator and other separators) is preferably 6 μm or more and more preferably 10 μm or more from the viewpoint of more reliably separating the positive electrode and the negative electrode. On the other hand, if the separator is too thick, the energy density of the battery may be lowered. Therefore, the thickness is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

また、多孔質膜(I)の厚み〔多孔質膜(I)が複数存在する場合には、その総厚み〕は、5〜30μmであることが好ましい。更に、多孔質層(II)の厚み〔多孔質層(II)が複数存在する場合には、その総厚み〕は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることが更に好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、6μm以下であることが更に好ましい。   In addition, the thickness of the porous membrane (I) [the total thickness when a plurality of porous membranes (I) are present] is preferably 5 to 30 μm. Further, the thickness of the porous layer (II) [when there are a plurality of porous layers (II), the total thickness] is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and 4 μm or more. Further, it is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and further preferably 6 μm or less.

セパレータ(前記積層型セパレータおよびそれ以外のセパレータ)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。   The porosity of the separator (the laminated separator and other separators) is preferably 30 to 70%.

また、セパレータ(前記積層型セパレータおよびそれ以外のセパレータ)は、その片面または両面に接着層を有していることが好ましい。積層電極体や巻回電極体の形成時に、セパレータの接着層によってセパレータと電極とを一体化させた場合には、このような電極体を用いた電池において充放電を繰り返しても、電極体の形状変化を抑制できるため、電池の充放電サイクル特性が更に向上する。横断面を扁平状に成形した扁平状巻回電極体を用いた電池の場合には、前記接着層による充放電サイクル特性の向上効果が特に顕著となる。   Moreover, it is preferable that the separator (the laminated separator and other separators) has an adhesive layer on one side or both sides thereof. When the separator and the electrode are integrated by the adhesive layer of the separator when forming the laminated electrode body or the wound electrode body, even if charging / discharging is repeated in a battery using such an electrode body, Since the shape change can be suppressed, the charge / discharge cycle characteristics of the battery are further improved. In the case of a battery using a flat wound electrode body having a flat cross section, the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics by the adhesive layer is particularly remarkable.

セパレータの接着層は、加熱することで接着性が発現する接着性樹脂を含有していることが好ましい。接着性樹脂を含有する接着層の場合は、電極体を加熱しながら押圧する工程(加熱プレス)を経ることでセパレータと電極とを一体化させることができる。接着性樹脂の接着性が発現する最低温度は、セパレータにおける接着層以外の層で、シャットダウンが発現する温度よりも低い温度である必要があるが、具体的には、60℃以上120℃以下であることが好ましい。また、セパレータが前記積層型セパレータである場合、接着性樹脂の接着性が発現する最低温度は、多孔質膜(I)の主成分である熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度である必要がある。   It is preferable that the adhesive layer of the separator contains an adhesive resin that exhibits adhesiveness when heated. In the case of an adhesive layer containing an adhesive resin, the separator and the electrode can be integrated by undergoing a step of pressing while heating the electrode body (heating press). The minimum temperature at which the adhesiveness of the adhesive resin is expressed needs to be lower than the temperature at which shutdown occurs in the layers other than the adhesive layer in the separator. Specifically, the temperature is from 60 ° C to 120 ° C. Preferably there is. Further, when the separator is the laminated separator, the minimum temperature at which the adhesive resin exhibits adhesiveness needs to be lower than the melting point of the thermoplastic resin that is the main component of the porous membrane (I). .

このような接着性樹脂を使用することで、セパレータと正極および/または負極とを加熱プレスして一体化する際に、セパレータの劣化を良好に抑制することができる。   By using such an adhesive resin, deterioration of the separator can be satisfactorily suppressed when the separator and the positive electrode and / or the negative electrode are integrated by hot pressing.

接着性樹脂は、その存在によって、電極体を構成する電極(例えば負極)とセパレータとの間の180°での剥離試験を実施した際に得られる剥離強度が、加熱プレス前の状態では、好ましくは0.05N/20mm以下、特に好ましくは0N/20mm(全く接着力のない状態)であり、60〜120℃の温度で加熱プレスした後の状態では0.2N/20mm以上となるディレードタック性を有していることが好ましい。   Due to the presence of the adhesive resin, the peel strength obtained when a peel test at 180 ° between the electrode (for example, the negative electrode) constituting the electrode body and the separator is carried out is preferable in the state before the hot press. Is 0.05 N / 20 mm or less, particularly preferably 0 N / 20 mm (a state having no adhesive force), and a delayed tack property of 0.2 N / 20 mm or more after being heated and pressed at a temperature of 60 to 120 ° C. It is preferable to have.

ただし、前記剥離強度が強すぎると、電極の合剤層(正極合剤層および負極合剤層)が電極の集電体から剥離して、導電性が低下する虞があることから、前記180°での剥離試験による剥離強度は、60〜120℃の温度で加熱プレスした後の状態で10N/20mm以下であることが好ましい。   However, if the peel strength is too strong, the electrode mixture layer (the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer) may peel from the current collector of the electrode, and the conductivity may be lowered. The peel strength by the peel test at ° is preferably 10 N / 20 mm or less after being hot-pressed at a temperature of 60 to 120 ° C.

なお、本明細書でいう電極とセパレータとの間の180°での剥離強度は、以下の方法により測定される値である。セパレータおよび電極を、それぞれ長さ5cm×幅2cmのサイズに切り出し、切り出したセパレータと電極と重ねる。加熱プレスした後の状態の剥離強度を求める場合には、片端から2cm×2cmの領域を加熱プレスして試験片を作製する。この試験片のセパレータと電極とを加熱プレスしていない側の端部を開き、セパレータと負極とを、これらの角度が180°になるように折り曲げる。その後、引張試験機を用い、試験片の180°に開いたセパレータの片端側と電極の片端側とを把持して、引張速度10mm/minで引っ張り、セパレータと電極とを加熱プレスした領域で両者が剥離したときの強度を測定する。また、セパレータと電極との加熱プレス前の状態での剥離強度は、前記のように切り出した各セパレータと電極とを重ね、加熱をせずにプレスする以外は前記と同様に試験片を作製し、前記と同じ方法で剥離試験を行う。   In addition, the peel strength at 180 ° between the electrode and the separator in the present specification is a value measured by the following method. The separator and the electrode are each cut into a size of 5 cm in length and 2 cm in width, and the cut-out separator and the electrode are overlapped. When obtaining the peel strength in the state after being hot-pressed, a test piece is prepared by hot-pressing a 2 cm × 2 cm region from one end. The end of the test piece on the side where the separator and electrode are not heated and pressed is opened, and the separator and the negative electrode are bent so that these angles are 180 °. Thereafter, using a tensile tester, both the one end side of the separator opened at 180 ° of the test piece and the one end side of the electrode are gripped and pulled at a pulling speed of 10 mm / min. Measure the strength when peeled off. In addition, the peel strength of the separator and the electrode before heating press was determined by preparing a test piece in the same manner as above except that the separator and electrode cut out as described above were stacked and pressed without heating. The peel test is performed in the same manner as described above.

よって、接着性樹脂は、室温(例えば25℃)では接着性(粘着性)が殆どなく、かつ接着性の発現する最低温度がセパレータのシャットダウンする温度未満、好ましくは60℃以上120℃以下といったディレードタック性を有するものが望ましい。なお、セパレータと電極とを一体化する際の加熱プレスの温度は、セパレータの熱収縮があまり顕著に生じない80℃以上100℃以下であることがより好ましく、接着性樹脂の接着性が発現する最低温度も、80℃以上100℃以下であることがより好ましい。   Therefore, the adhesive resin has almost no adhesiveness (stickiness) at room temperature (for example, 25 ° C), and the minimum temperature at which the adhesiveness is developed is less than the temperature at which the separator shuts down, preferably 60 ° C to 120 ° C. Those having tackiness are desirable. The temperature of the heating press when integrating the separator and the electrode is more preferably 80 ° C. or more and 100 ° C. or less at which the thermal contraction of the separator does not occur significantly, and the adhesiveness of the adhesive resin is exhibited. The minimum temperature is more preferably 80 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.

ディレードタック性を有する接着性樹脂としては、室温では流動性が殆どなく、加熱時に流動性を発揮し、プレスによって密着する特性を有する樹脂が好ましい。また、室温で固体であり、加熱することによって溶融し、化学反応によって接着性が発揮されるタイプの樹脂を接着性樹脂として用いることもできる。   As the adhesive resin having a delayed tack property, a resin that has almost no fluidity at room temperature, exhibits fluidity when heated, and has a property of being adhered by pressing is preferable. A resin of a type that is solid at room temperature, melts by heating, and exhibits adhesiveness by a chemical reaction can also be used as the adhesive resin.

接着性樹脂は、融点、ガラス転移点などを指標とする軟化点が60℃以上120℃以下の範囲内にあるものが好ましい。接着性樹脂の融点およびガラス転移点は、例えば、JIS K 7121に規定の方法によって、また、接着性樹脂の軟化点は、例えば、JIS K 7206に規定の方法によって、それぞれ測定することができる。   The adhesive resin preferably has a softening point in the range of 60 ° C. or higher and 120 ° C. or lower with the melting point, glass transition point and the like as indices. The melting point and glass transition point of the adhesive resin can be measured, for example, by a method prescribed in JIS K 7121, and the softening point of the adhesive resin can be measured, for example, by a method prescribed in JIS K 7206.

このような接着性樹脂の具体例としては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリ−α−オレフィン〔ポリプロピレン(PP)、ポリブテン−1など〕、ポリアクリル酸エステル、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−メチルアクリレート共重合体(EMA)、エチレン−エチルアクリレート共重合体(EEA)、エチレン−ブチルアクリレート共重合体(EBA)、エチレン−メチルメタクリレート共重合体(EMMA)、アイオノマー樹脂などが挙げられる。   Specific examples of such adhesive resins include, for example, low density polyethylene (LDPE), poly-α-olefin [polypropylene (PP), polybutene-1, etc.], polyacrylate ester, ethylene-vinyl acetate copolymer. (EVA), ethylene-methyl acrylate copolymer (EMA), ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA), ethylene-butyl acrylate copolymer (EBA), ethylene-methyl methacrylate copolymer (EMMA), ionomer resin Etc.

また、前記の各樹脂や、SBR、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム、エチレン−プロピレンゴムなどの室温で粘着性を示す樹脂をコアとし、融点や軟化点が60℃以上120℃以下の範囲内にある樹脂をシェルとしたコアシェル構造の樹脂を接着性樹脂として用いることもできる。この場合、シェルには、各種アクリル樹脂やポリウレタンなどを用いることができる。更に、接着性樹脂には、一液型のポリウレタンやエポキシ樹脂などで、60℃以上120℃以下の範囲内に接着性を示すものも用いることができる。   Each resin, or a resin having adhesiveness at room temperature such as SBR, nitrile rubber (NBR), fluorine rubber, or ethylene-propylene rubber is used as a core, and the melting point and softening point are within a range of 60 ° C to 120 ° C. It is also possible to use a resin having a core-shell structure with a resin as a shell as an adhesive resin. In this case, various acrylic resins and polyurethane can be used for the shell. Further, as the adhesive resin, one-pack type polyurethane, epoxy resin, or the like that exhibits adhesiveness in a range of 60 ° C. or higher and 120 ° C. or lower can be used.

接着性樹脂には、前記例示の樹脂を1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   As the adhesive resin, the above-exemplified resins may be used alone or in combination of two or more.

なお、接着性樹脂で構成される実質的に空孔を含有しない接着層を形成した場合には、セパレータと一体化した電極の表面に、電池の有する非水電解液が接触し難くなる虞があることから、正極、負極およびセパレータにおける接着性樹脂の存在面においては、接着性樹脂の存在する箇所と、存在しない箇所とが形成されていることが好ましい。具体的には、例えば、接着性樹脂の存在箇所と、存在しない箇所とが、溝状に交互に形成されていてもよく、また、平面視で円形などの接着性樹脂の存在箇所が、不連続に複数形成されていてもよい。これらの場合、接着性樹脂の存在箇所は、規則的に配置されていてもランダムに配置されていてもよい。   When an adhesive layer made of an adhesive resin and containing substantially no pores is formed, there is a risk that the non-aqueous electrolyte of the battery will be difficult to contact the surface of the electrode integrated with the separator. For this reason, it is preferable that a portion where the adhesive resin exists and a portion where the adhesive resin does not exist are formed on the surface where the adhesive resin exists in the positive electrode, the negative electrode, and the separator. Specifically, for example, the location where the adhesive resin is present and the location where the adhesive resin is not present may be alternately formed in a groove shape, and the location where the adhesive resin such as a circle is not present in a plan view is not present. A plurality may be formed continuously. In these cases, the locations where the adhesive resin is present may be regularly arranged or randomly arranged.

なお、正極、負極およびセパレータにおける接着性樹脂の存在面においては、接着性樹脂の存在する箇所と、存在しない箇所とを形成する場合、接着性樹脂の存在面における接着性樹脂の存在する箇所の面積(総面積)は、例えば、セパレータと電極とを加熱圧着した後のこれらの180°での剥離強度が、前記の値となるようにすればよく、使用する接着性樹脂の種類に応じて変動し得るが、具体的には、平面視で、接着性樹脂の存在面の面積のうち、10〜60%に、接着性樹脂が存在していることが好ましい。   In addition, in the presence surface of the adhesive resin in the positive electrode, the negative electrode, and the separator, when forming the location where the adhesive resin is present and the location where the adhesive resin is not present, The area (total area) may be such that, for example, the peel strength at 180 ° after thermocompression bonding of the separator and the electrode is the above value, and depending on the type of adhesive resin used Specifically, the adhesive resin is preferably present in 10 to 60% of the surface area of the adhesive resin in plan view.

また、接着性樹脂の存在面において、接着性樹脂の目付けは、電極との接着を良好にして、例えば、セパレータと電極とを加圧接着した後のこれらの180°での剥離強度を前記の値に調整するには、0.05g/m以上とすることが好ましく、0.1g/m以上とすることがより好ましい。ただし、接着性樹脂の存在面において、接着性樹脂の目付けが大きすぎると、電極体が厚くなりすぎたり、接着性樹脂がセパレータの空孔を塞ぎ、電池内部でのイオンの移動が阻害されたりする虞がある。よって、接着性樹脂の存在面において、接着性樹脂の目付けは、1g/m以下であることが好ましく、0.5g/m以下であることがより好ましい。Further, in the presence of the adhesive resin, the basis weight of the adhesive resin improves the adhesion with the electrode. For example, the peel strength at 180 ° after the pressure bonding between the separator and the electrode is performed as described above. to adjust the value is preferably to 0.05 g / m 2 or more, and more preferably set to 0.1 g / m 2 or more. However, if the basis weight of the adhesive resin is too large in the presence of the adhesive resin, the electrode body becomes too thick, or the adhesive resin blocks the pores of the separator, and the movement of ions inside the battery is hindered. There is a risk of doing. Therefore, the existing surface of the adhesive resin, the basis weight of the adhesive resin is preferably 1 g / m 2 or less, more preferably 0.5 g / m 2 or less.

接着層は、接着性樹脂および溶剤などを含む接着層形成用組成物(接着性樹脂の溶液またはエマルション)を、セパレータに使用する多孔質膜や、多孔質膜(I)と多孔質層(II)との積層体の片面または両面に塗布する工程を経て形成することができる。   The adhesive layer is composed of a porous film or a porous film (I) and a porous layer (II) using a composition for forming an adhesive layer (adhesive resin solution or emulsion) containing an adhesive resin and a solvent as a separator. ) And a step of applying to one side or both sides of the laminate.

リチウムイオン二次電池に係る非水電解液には、例えば、下記の非水系溶媒中に、リチウム塩を溶解させることで調製した溶液を用いることできる。   As the nonaqueous electrolytic solution according to the lithium ion secondary battery, for example, a solution prepared by dissolving a lithium salt in the following nonaqueous solvent can be used.

非水系溶媒には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を1種単独で、または2種以上を混合した混合溶媒として用いることができる。   Non-aqueous solvents include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ-butyrolactone (γ-BL ), 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide (DMF), dioxolane, acetonitrile, nitromethane, Methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, Aprotic organic solvents such as diethyl ether and 1,3-propane sultone can be used singly or as a mixed solvent in which two or more are mixed.

非水電解液に係るリチウム塩としては、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO3(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などのリチウム塩から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらのリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.6〜1.8mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.6mol/lとすることがより好ましい。The lithium salt according to the non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] At least one selected from the above. The concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.6 to 1.8 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.6 mol / l.

また、非水電解液には、電池の充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。   Non-aqueous electrolytes include vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, acid anhydride, sulfonic acid for the purpose of further improving the charge / discharge cycle characteristics of the battery and improving safety such as high temperature storage and overcharge prevention. Additives (including these derivatives) such as esters, dinitriles, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, and t-butylbenzene may be added as appropriate.

更に、非水電解液には、ポリマーなどの公知のゲル化剤を添加してゲル化したもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。   Further, as the non-aqueous electrolyte, a gel (gel electrolyte) obtained by adding a known gelling agent such as a polymer can be used.

リチウムイオン二次電池の形態については、特に制限はない。例えば、小型の円筒型、コイン形、ボタン形、扁平形、角形、電気自動車などに用いる大型のものなど、いずれであってもよい。   There is no restriction | limiting in particular about the form of a lithium ion secondary battery. For example, any of a small cylindrical shape, a coin shape, a button shape, a flat shape, a square shape, a large size used for an electric vehicle, and the like may be used.

リチウムイオン二次電池を組み立てるに際しては、Liイオンをドープした負極活物質を含有する負極と、正極と、セパレータとを外装体に収容したリチウムイオン二次電池の前駆体を組み立て、この前駆体の外装体内に非水電解液を入れてから、外装体を封止する方法を採用することができる。リチウムイオン二次電池の前駆体において、外装体内に収容する負極、正極およびセパレータは、あらかじめ前記の電極体としておくことができる。また、負極が含有する負極活物質へのLiイオンのドープは、前記の通り、例えば系外プレドープ(i)または(ii)によって行うことができる。   When assembling a lithium ion secondary battery, a negative electrode containing a negative electrode active material doped with Li ions, a positive electrode and a separator are assembled into a precursor of a lithium ion secondary battery. A method of sealing the exterior body after putting the non-aqueous electrolyte in the exterior body can be employed. In the precursor of the lithium ion secondary battery, the negative electrode, the positive electrode, and the separator that are accommodated in the outer package can be prepared in advance as the electrode body. Further, as described above, doping of Li ions into the negative electrode active material contained in the negative electrode can be performed by, for example, pre-doping (i) or (ii).

Liイオンをドープした負極活物質を含有する負極を有するリチウムイオン二次電池には、負極合剤層中の負極活物質へのLiイオンのドープを系内プレドープによって行うものもあり、この場合、例えば、正極および負極とは別にLi供給源を有する電極(第3電極)を使用して電池を組み立て、この第3電極に通電することで、電池内で前記Li供給源から負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープするものがある。よって、この種の電池では、Liイオンのドープが終了した時点においても、Li供給源の一部が残存するかまたは全部が消失した第3電極が電池内に残存しているが、本発明のリチウムイオン二次電池は、系外プレドープによってあらかじめLiイオンをドープした負極活物質を含有する負極を用いて組み立てるため、Liイオンのドープに利用される(または利用された)第3電極を内部に有しない。   Some lithium ion secondary batteries having a negative electrode containing a negative electrode active material doped with Li ions perform Li ion doping to the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer by in-system pre-doping. For example, by assembling a battery using an electrode (third electrode) having a Li supply source separately from the positive electrode and the negative electrode, and energizing the third electrode, the Li supply source in the negative electrode mixture layer in the battery Some negative electrode active materials are doped with Li ions. Therefore, in this type of battery, even when the doping of Li ions is completed, the third electrode in which a part of the Li supply source remains or all of it disappears remains in the battery. Since the lithium ion secondary battery is assembled using a negative electrode containing a negative electrode active material previously doped with Li ions by pre-doping outside the system, a third electrode used (or used) for doping Li ions is provided inside. I don't have it.

系内プレドープは、負極合剤層に金属リチウム箔を貼り付けたり、負極合剤層にLi蒸着層を形成したりするなどして、負極合剤層を形成した後にこの合剤層と面対向するようにLi源を配置し、電気化学的接触(短絡)させてLiイオンを導入する方法が一般的であった。ところが、合剤層と面対向させてLiイオンを導入させると、Li源と最も近い負極の負極合剤層は、負極集電体との接着状態を保てなくなって脱落してしまうことがある。これは、電気化学的接触によると短絡電流が高いため、Li源と最も近い負極の負極合剤層中の負極活物質へのLiイオンドープ反応が優先的に進行してしまい、Li源と最も近い負極の負極合剤層が最も多くのLiイオンを受け入れて大きく膨張しまうためと推測される。この負極合剤層へのダメージが電池とした場合の充放電サイクルなどの諸特性に悪影響するものと考えられる。   In-system pre-doping is performed by facing the mixture layer after forming the negative electrode mixture layer by attaching a metal lithium foil to the negative electrode mixture layer or forming a Li vapor deposition layer on the negative electrode mixture layer. In general, a method of introducing Li ions by arranging a Li source so as to perform electrochemical contact (short circuit) is generally used. However, when Li ions are introduced while facing the surface of the mixture layer, the negative electrode mixture layer of the negative electrode closest to the Li source may not maintain the adhesive state with the negative electrode current collector and may fall off. . This is because the short-circuit current is high according to the electrochemical contact, so that the Li ion doping reaction to the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode closest to the Li source proceeds preferentially, and the Li source is the most. It is presumed that the negative electrode mixture layer of the near negative electrode receives the most Li ions and expands greatly. It is considered that the damage to the negative electrode mixture layer adversely affects various characteristics such as a charge / discharge cycle when the battery is used.

なお、リチウムイオン二次電池において、負極の負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープしたものであることは、電池を0.1Cの放電電流レートで電圧が2.0Vに達するまで放電したときに、正極活物質に含まれるLiとLi以外の金属Mとのモル比(Li/M)によって把握することができる。リチウムイオン二次電池においては、モル比Li/Mが0.7以上1.05以下となるように負極合剤層中の負極活物質のLiイオンドープ量を調整した負極を用いることが好ましい。モル比Li/Mは、0.7以上0.9以下であることが更に好ましい。ちなみに、Liを含まない負極活物質を含有する負極合剤層中の負極活物質にLiイオンを系外プレドープ(および系内プレドープ)していない負極を有する電池においては、通常、モル比Li/Mが前記下限値よりも小さくなる。   In the lithium ion secondary battery, the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode is doped with Li ions until the voltage reaches 2.0 V at a discharge current rate of 0.1 C. When discharged, it can be grasped by the molar ratio (Li / M) between Li contained in the positive electrode active material and the metal M other than Li. In the lithium ion secondary battery, it is preferable to use a negative electrode in which the Li ion doping amount of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is adjusted so that the molar ratio Li / M is 0.7 or more and 1.05 or less. The molar ratio Li / M is more preferably 0.7 or more and 0.9 or less. Incidentally, in a battery having a negative electrode in which a negative electrode active material in a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material containing no Li is not pre-doped (and pre-doped) with Li ions, a molar ratio of Li / M becomes smaller than the lower limit value.

電池にした時のモル比Li/Mが0.7以上1.05以下となるように負極活物質に系外プレドープによってドープするLiイオンは、電池容量に換算すると、負極活物質の不可逆容量と同一かまたはそれより少ない量である。   Li-ion doped into the negative electrode active material by external pre-doping so that the molar ratio Li / M in the battery is 0.7 or more and 1.05 or less, when converted into battery capacity, Same or less.

0.1Cの放電電流レートで電圧が2.0Vに達するまで放電した時の正極活物質の組成分析は、ICP(Inductive Coupled Plasma)法を用いて以下のように行うことができる。まず、測定対象となる正極活物質を0.2g採取して100mL容器に入れる。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLを順に加えて加熱溶解し、冷却後に更に純水で25倍に希釈し、JARRELASH社製のICP分析装置「ICP−757」を用いて、検量線法により組成を分析する。得られた結果から、組成量を導くことができる。後述する実施例に記載のモル比Li/Mは、この方法によって求めた値である。   The composition analysis of the positive electrode active material when discharged at a discharge current rate of 0.1 C until the voltage reaches 2.0 V can be performed as follows using an ICP (Inductively Coupled Plasma) method. First, 0.2 g of a positive electrode active material to be measured is collected and placed in a 100 mL container. Thereafter, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water were added in order and dissolved by heating. After cooling, the sample was further diluted 25 times with pure water, and calibrated using an ICP analyzer “ICP-757” manufactured by JARRELASH. The composition is analyzed by the line method. The composition amount can be derived from the obtained results. The molar ratio Li / M described in the examples described later is a value determined by this method.

系外プレドープによって負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープした負極を有し、かつそのLiイオンのドープの程度を、正極活物質における前記モル比Li/Mが前記の範囲内となるように調整した負極を用いて組み立てた電池であれば、負極活物質の不可逆容量の低減に適正な量のLiイオンがドープされているため、例えばLiデンドライトの発生を抑制でき、この発生によって電池の微短絡が生じることを良好に抑えることができる。   The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer by the extra-system pre-doping has a negative electrode doped with Li ions, and the degree of doping of the Li ions is determined so that the molar ratio Li / M in the positive electrode active material is within the above range. In the case of a battery assembled using a negative electrode adjusted to be, since an appropriate amount of Li ions is doped to reduce the irreversible capacity of the negative electrode active material, for example, the generation of Li dendrite can be suppressed. It is possible to satisfactorily suppress the occurrence of a short circuit of the battery.

本発明のリチウムイオン二次電池は、通常のリチウムイオン二次電池と同様に、充電の上限電圧を4.2V程度に使用しても良好な電池特性を発揮し得るものであるが、充電の上限電圧を4.3V以上と高めても、優れた充放電サイクル特性を発揮できる。よって、本発明のリチウムイオン二次電池では、充電の上限電圧を通常よりも高く設定することで高容量化を図り、かつ長期にわたって繰り返し使用しても、安定して優れた特性を発揮できる。   The lithium ion secondary battery of the present invention can exhibit good battery characteristics even when used at a charging upper limit voltage of about 4.2 V, as in the case of a normal lithium ion secondary battery. Even if the upper limit voltage is increased to 4.3 V or more, excellent charge / discharge cycle characteristics can be exhibited. Therefore, in the lithium ion secondary battery of the present invention, the capacity can be increased by setting the upper limit voltage for charging higher than usual, and even if it is repeatedly used over a long period of time, it can stably exhibit excellent characteristics.

なお、リチウムイオン二次電池の充電の上限電圧は、4.7V以下であることが好ましい。   In addition, it is preferable that the upper limit voltage of charge of a lithium ion secondary battery is 4.7 V or less.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
<負極の作製>
前記式(3)で表わされるユニットおよび前記(4)式で表わされるユニットのみを有し、前記式(4)におけるRが水素でM’がカリウムであり、前記式(3)で表わされるユニットと前記式(4)で表わされるユニットとのモル比が6/4である共重合体(A)をイオン交換水に溶解し、共重合体(A)の濃度が8質量%である水溶液を調製した。この水溶液に、負極活物質であるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体Si−1(平均粒径が5μm、比表面積が8.8m/gで、複合体における炭素材料の量が、SiO:100質量部に対して10質量部)と、カーボンブラックとを加え、攪拌混合することで負極合剤含有ペーストを得た。なお、このペーストにおける負極活物質:カーボンブラック:共重合体(A)の組成比(質量比)は、90:2:8とした。
Example 1
<Production of negative electrode>
A unit represented by the above formula (3) and a unit represented by the above formula (4), wherein R is hydrogen and M 'is potassium in the above formula (4). A copolymer (A) having a molar ratio of 6/4 to the unit represented by the formula (4) is dissolved in ion-exchanged water, and an aqueous solution having a copolymer (A) concentration of 8% by mass is obtained. Prepared. In this aqueous solution, a composite Si-1 in which the surface of SiO serving as the negative electrode active material was coated with a carbon material (average particle diameter was 5 μm, specific surface area was 8.8 m 2 / g, and the amount of carbon material in the composite was SiO : 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass) and carbon black were added and mixed by stirring to obtain a negative electrode mixture-containing paste. The composition ratio (mass ratio) of negative electrode active material: carbon black: copolymer (A) in this paste was 90: 2: 8.

前記負極合剤含有ペーストを、厚みが10μmである銅箔を巻回したロールを巻出して銅箔の片面に連続塗布し乾燥を行って、銅箔の片面に負極合剤層を形成し、プレス処理を行って負極合剤層の密度を1.2g/cmに調整した後にロール状に巻き取って負極ロールを得た。The negative electrode mixture-containing paste is unwound from a roll wound with a copper foil having a thickness of 10 μm, continuously applied to one side of the copper foil and dried to form a negative electrode mixture layer on one side of the copper foil, The density of the negative electrode mixture layer was adjusted to 1.2 g / cm 3 by performing a press treatment, and then wound into a roll to obtain a negative electrode roll.

前記負極ロールから引き出した負極について、図1に示す方法(ロール・トゥ・ロール法)で負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープした。前記負極ロール20aから負極2aを引き出して、非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比30:70の混合溶媒に、LiPFを1mol/lの濃度で溶解させ、ビニレンカーボネート:4質量%、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:5質量%となる量で添加した溶液)およびリチウム金属極102を備えた電解液槽101内を通過させた。そして、この電解液槽101内で負極2aとリチウム金属極102との間に、負極の面積当たりにして0.2mA/cmの電流密度で、負極活物質質量当たり500mAh/gに相当する電気量を通電して負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープした。About the negative electrode pulled out from the said negative electrode roll, Li ion was doped to the negative electrode active material in a negative mix layer by the method (roll to roll method) shown in FIG. The negative electrode 2a is pulled out from the negative electrode roll 20a, LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1 mol / l in a non-aqueous electrolyte (a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 30:70), and vinylene carbonate: 4 mass. %, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: a solution added in an amount of 5% by mass) and the electrolyte bath 101 provided with the lithium metal electrode 102. In the electrolyte bath 101, an electric current corresponding to 500 mAh / g per mass of the negative electrode active material is obtained between the negative electrode 2a and the lithium metal electrode 102 at a current density of 0.2 mA / cm 2 per area of the negative electrode. The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer was doped with Li ions by applying an amount of electricity.

Liイオンドープ後の負極2は、電解液槽101の通過後にジエチルカーボネートを備えた洗浄槽104内で洗浄し、更にアルゴンガスを充填した乾燥槽105内で乾燥させた後に、ロール20に巻き取った。   The negative electrode 2 after Li ion doping is washed in a washing tank 104 equipped with diethyl carbonate after passing through the electrolytic solution tank 101, further dried in a drying tank 105 filled with argon gas, and then wound around a roll 20. It was.

<正極の作製>
正極活物質であるLiNi0.78Co0.20Al0.02〔リチウム含有金属酸化物(A)、前記(b)の測定方法で求めた一次粒子径が0.5μm以上の粒子の割合が50質量%で、最大の一次粒子の粒子径が2μm〕:96.8質量部、導電助剤(カーボンブラック):1.5質量部、アルミナフィラー(平均粒子径が0.7μm):0.5質量部およびバインダであるVDF−CTFE:1.2質量部を混合して正極合剤とし、この正極合剤に、溶剤であるNMPを加え、エム・テクニック社製の「クレアミックス CLM0.8(商品名)」を用いて、回転数:10000min−1で30分間処理を行い、ペースト状の混合物とした。この混合物に、溶剤であるNMPを更に加えて、回転数:10000min−1で15分間処理を行い、正極合剤含有組成物を調製した。
<Preparation of positive electrode>
LiNi 0.78 Co 0.20 Al 0.02 O 2 which is a positive electrode active material [lithium-containing metal oxide (A), particles having a primary particle diameter of 0.5 μm or more determined by the measurement method of (b) above The ratio is 50% by mass and the maximum primary particle size is 2 μm]: 96.8 parts by mass, conductive additive (carbon black): 1.5 parts by mass, alumina filler (average particle size is 0.7 μm): 0.5 parts by mass and VDF-CTFE as a binder: 1.2 parts by mass were mixed to form a positive electrode mixture. To this positive electrode mixture, NMP as a solvent was added, and “Claremix CLM0 manufactured by M Technique Co., Ltd.” was added. .8 (trade name) "was processed at a rotational speed of 10,000 min -1 for 30 minutes to obtain a paste-like mixture. NMP which is a solvent was further added to this mixture, and the mixture was treated at a rotational speed of 10000 min −1 for 15 minutes to prepare a positive electrode mixture-containing composition.

前記の正極合剤含有組成物を、集電体であるアルミニウム合金箔(厚み:10.0μm)の片面に塗布し、80℃で12時間真空乾燥を施し、更にプレス処理を施して、集電体の片面に、厚みが33μmの正極合剤層を有する正極を作製した。前記の方法によって求めたプレス処理後の正極合剤層の密度(実密度)は3.65g/cmであり、充填率は76.5%であった。The positive electrode mixture-containing composition is applied to one surface of an aluminum alloy foil (thickness: 10.0 μm) as a current collector, vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours, and further subjected to a press treatment to collect current. A positive electrode having a positive electrode mixture layer with a thickness of 33 μm on one side of the body was produced. The density (actual density) of the positive electrode mixture layer after the press treatment determined by the above method was 3.65 g / cm 3 and the filling rate was 76.5%.

<セパレータの作製>
変性ポリブチルアクリレートの樹脂バインダ:3質量部と、ベーマイト粉末(平均粒子径1μm):97質量部と、水:100質量部とを混合し、多孔質層(II)形成用スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ12μmのリチウムイオン電池用ポリエチレン製微多孔膜〔多孔質層(I)〕の片面に塗布、乾燥をした。多孔質層(I)の片面にベーマイトを主体とした多孔質層(II)を形成したセパレータを得た。なお、多孔質層(II)の厚みは3μmであった。
<Preparation of separator>
Modified polybutyl acrylate resin binder: 3 parts by mass, boehmite powder (average particle size: 1 μm): 97 parts by mass, and water: 100 parts by mass were mixed to prepare a slurry for forming a porous layer (II). This slurry was applied to one side of a polyethylene microporous membrane [porous layer (I)] having a thickness of 12 μm and dried. A separator in which a porous layer (II) mainly composed of boehmite was formed on one surface of the porous layer (I) was obtained. The thickness of the porous layer (II) was 3 μm.

<コイン形リチウムイオン二次電池の組み立て>
Liイオンドープ後の前記負極、前記正極および前記セパレータを、それぞれの直径が17mm、16mmおよび18mmとなるように打ち抜いた。打ち抜いた負極、正極およびセパレータを、非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比30:70の混合溶媒に、LiPFを1mol/lの濃度で溶解させ、ビニレンカーボネート:4質量%、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:5質量%、アジポニトリル:0.5質量%、および1,3−ジオキサン:0.5質量%となる量で添加した溶液)と共に電池容器内に封入して、直径20mm、厚み1.6mmで、図2に示す構造のコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
<Assembly of coin-type lithium ion secondary battery>
The negative electrode, the positive electrode, and the separator after Li ion doping were punched out so that their diameters were 17 mm, 16 mm, and 18 mm, respectively. Punched negative electrode, a positive electrode and the separator, the nonaqueous electrolytic solution (mixed at a volumetric ratio of 30:70 of ethylene carbonate and diethyl carbonate, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / l, vinylene carbonate: 4 mass%, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: 5% by mass, adiponitrile: 0.5% by mass, and 1,3-dioxane: 0.5% by mass of added solution) and battery container A coin-type lithium ion secondary battery having a diameter of 20 mm and a thickness of 1.6 mm and having a structure shown in FIG. 2 was produced.

ここで、図2について説明すると、図2は、実施例1のコイン形リチウムイオン二次電池を模式的に表す縦断面図である。リチウムイオン二次電池10においては、正極1が金属製の外装缶4の内側に収容され、その上にセパレータ3を介して負極2が配置されている。また、負極2は金属製の封口板5の内面と接触している。なお、図2では、正極1、負極2およびセパレータ3の各層を区別して示していないが、正極1と負極2とは、正極合剤層と負極合剤層とがセパレータ3を介して対向するように、かつセパレータ3は、その多孔質層(II)が正極1側となるように配置されている。更に、リチウムイオン二次電池10の内部には非水電解液(図示しない)が注入されている。   Here, FIG. 2 will be described. FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the coin-type lithium ion secondary battery of Example 1. FIG. In the lithium ion secondary battery 10, the positive electrode 1 is accommodated inside a metal outer can 4, and the negative electrode 2 is disposed thereon via a separator 3. The negative electrode 2 is in contact with the inner surface of the metal sealing plate 5. In FIG. 2, the layers of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3 are not shown separately, but the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are opposed to each other with the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer through the separator 3. Thus, the separator 3 is arranged so that the porous layer (II) is on the positive electrode 1 side. Further, a non-aqueous electrolyte (not shown) is injected into the lithium ion secondary battery 10.

リチウムイオン二次電池10において、外装缶4は正極端子を兼ねており、封口板5は負極端子を兼ねている。そして、外装缶4の開口部は、外装缶4の開口端部の内方への締め付けにより、封口板5の周縁部に配設した樹脂製で環状のパッキング6を押圧して封口板5の周縁部と外装缶4の開口端部の内周面とに圧接させて封口されている。すなわち、コイン形リチウムイオン電池10は、正極端子(外装缶4)と負極端子(封口板5)との間に樹脂製のパッキング6が介在しており、このパッキング6によって封止されている。   In the lithium ion secondary battery 10, the outer can 4 also serves as a positive electrode terminal, and the sealing plate 5 also serves as a negative electrode terminal. And the opening part of the armored can 4 presses the resin-made annular packing 6 arrange | positioned in the peripheral part of the sealing board 5 by the inward fastening of the opening edge part of the armored can 4, and the sealing plate 5 The peripheral edge and the inner peripheral surface of the opening end of the outer can 4 are pressed against each other and sealed. That is, in the coin-type lithium ion battery 10, a resin packing 6 is interposed between the positive electrode terminal (exterior can 4) and the negative electrode terminal (sealing plate 5), and is sealed by this packing 6.

(実施例2)
正極活物質としてLiNi0.82Co0.15Al0.03〔リチウム含有金属酸化物(A)、前記(b)の測定方法で求めた一次粒子径が0.5μm以上の粒子の割合が50質量%で、最大の一次粒子の粒子径が2μm〕を用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。そして、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 2)
LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 as a positive electrode active material [lithium-containing metal oxide (A), ratio of particles having a primary particle diameter of 0.5 μm or more determined by the measurement method of (b) Was used in the same manner as in Example 1, except that the maximum primary particle diameter was 2 μm]. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this positive electrode.

(実施例3)
正極活物質としてLiNi0.47Co0.5Al0.03〔リチウム含有金属酸化物(A)、前記(b)の測定方法で求めた一次粒子径が0.5μm以上の粒子の割合が50質量%で、最大の一次粒子の粒子径が2μm〕を用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。そして、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 3)
LiNi 0.47 Co 0.5 Al 0.03 O 2 as a positive electrode active material [lithium-containing metal oxide (A), ratio of particles having a primary particle diameter of 0.5 μm or more determined by the measurement method of (b) Was used in the same manner as in Example 1, except that the maximum primary particle diameter was 2 μm]. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this positive electrode.

(実施例4)
正極活物質としてLiNi0.82Co0.145Al0.03Ba0.005〔リチウム含有金属酸化物(A)、前記(b)の測定方法で求めた一次粒子径が0.5μm以上の粒子の割合が50質量%で、最大の一次粒子の粒子径が2μm〕を用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。そして、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4
LiNi 0.82 Co 0.145 Al 0.03 Ba 0.005 O 2 as the positive electrode active material [lithium-containing metal oxide (A), primary particle diameter determined by the measurement method of (b) above 0.5 μm A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the particles was 50% by mass and the maximum primary particle diameter was 2 μm. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this positive electrode.

(実施例5)
正極活物質としてLiNi0.80Co0.10Mn0.10Nb0.02〔リチウム含有金属酸化物(A)、前記(b)の測定方法で求めた一次粒子径が0.5μm以上の粒子の割合が50質量%で、最大の一次粒子の粒子径が2μm〕を用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。そして、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 5)
LiNi 0.80 Co 0.10 Mn 0.10 Nb 0.02 O 2 as a positive electrode active material [Lithium-containing metal oxide (A), primary particle diameter determined by the measurement method of (b) above 0.5 μm A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the particles was 50% by mass and the maximum primary particle diameter was 2 μm. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this positive electrode.

(実施例6)
正極活物質として、実施例1で用いたLiNi0.78Co0.20Al0.02とLiCo0.985Al0.008Mg0.006Zr0.001〔リチウム含有金属酸化物(B)〕との混合物(質量比80:20)を用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。そして、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 6)
As the positive electrode active material, LiNi 0.78 Co 0.20 Al 0.02 O 2 and LiCo 0.985 Al 0.008 Mg 0.006 Zr 0.001 O 2 used in Example 1 [lithium-containing metal oxide] A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that the mixture with (B)] (mass ratio 80:20) was used. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this positive electrode.

(実施例7)
平均粒子径が22μmの人造黒鉛:50質量%と、SiO表面を炭素材料で被覆した複合体Si−1(平均粒径が5μm、比表面積が8.8m/gで、複合体における炭素材料の量が、SiO:100質量部に対して10質量部):50質量%とを、V型ブレンダーで12時間混合して、負極活物質を得た。この負極活物質を用いた以外は実施例1と同様にして負極合剤含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを用いた以外は実施例1と同様にして負極ロールを得た。この負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり250mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 7)
Artificial graphite having an average particle diameter of 22 μm: 50% by mass, and a composite Si-1 having an SiO surface coated with a carbon material (average particle diameter of 5 μm, specific surface area of 8.8 m 2 / g, carbon material in the composite Was mixed with SiO: 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass): 50% by mass for 12 hours with a V-type blender to obtain a negative electrode active material. A negative electrode mixture-containing paste was prepared in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode active material was used, and a negative electrode roll was obtained in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode mixture-containing paste was used. The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode according to this negative electrode roll was doped with Li ions in the same manner as in Example 1 except that the amount of electricity passed was 250 mAh / g per negative electrode active material mass. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(実施例8)
平均粒子径が22μmの人造黒鉛:95質量%と、SiO表面を炭素材料で被覆した複合体Si−1(平均粒径が5μm、比表面積が8.8m/gで、複合体における炭素材料の量が、SiO:100質量部に対して10質量部):5質量%とを、V型ブレンダーで12時間混合し、負極活物質を得た。この負極活物質を用いた以外は実施例1と同様にして負極合剤含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを用いた以外は実施例1と同様にして負極ロールを得た。この負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり50mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 8)
Artificial graphite having an average particle diameter of 22 μm: 95% by mass, and composite Si-1 having an SiO surface coated with a carbon material (average particle diameter is 5 μm, specific surface area is 8.8 m 2 / g, carbon material in the composite The amount of SiO was 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass): 5% by mass for 12 hours with a V-type blender to obtain a negative electrode active material. A negative electrode mixture-containing paste was prepared in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode active material was used, and a negative electrode roll was obtained in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode mixture-containing paste was used. The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode related to the negative electrode roll was doped with Li ions in the same manner as in Example 1 except that the amount of electricity supplied was 50 mAh / g per mass of the negative electrode active material. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(実施例9)
鱗片状黒鉛粉末:97質量部とケイ素粉末:3質量部とを、圧縮力とせん断力とを伴う混合方法によって混合して混合物Aを得た。この混合物A:100質量部と非黒鉛質炭素材料:3質量部とを、圧縮力とせん断力とを伴う混合方法によって混合して混合物Bを調製した。前記の混合物Bを、非活性雰囲気下、1000℃で1時間加熱した後、解砕処理を施し、鱗片状黒鉛粒子間に挟み込まれたケイ素が非晶質炭素によって固定化された複合化粒子を得た。これを負極活物質とした以外は実施例1と同様にして負極合剤含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを用いた以外は実施例1と同様にして負極ロールを得た。この負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり100mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 9
Scale A graphite powder: 97 parts by mass and silicon powder: 3 parts by mass were mixed by a mixing method involving compressive force and shear force to obtain a mixture A. Mixture B was prepared by mixing 100 parts by mass of this mixture A and 3 parts by mass of non-graphitic carbon material by a mixing method involving compression force and shearing force. The mixture B is heated at 1000 ° C. for 1 hour in an inert atmosphere, and then crushed, and composite particles in which silicon sandwiched between the scaly graphite particles is fixed by amorphous carbon are obtained. Obtained. A negative electrode mixture-containing paste was prepared in the same manner as in Example 1 except that this was used as the negative electrode active material, and a negative electrode roll was obtained in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode mixture-containing paste was used. The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode related to the negative electrode roll was doped with Li ions in the same manner as in Example 1 except that the amount of electricity supplied was 100 mAh / g per mass of the negative electrode active material. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(実施例10)
平均粒子径が22μmの人造黒鉛:50質量%と、SiO表面を炭素材料で被覆していないSi−2(平均粒径が5μm、比表面積が6.8m/gで、複合体における炭素材料の量が、SiO:100質量部に対して10質量部):50質量%とを、V型ブレンダーで12時間混合して、負極活物質を得た。この負極活物質を用いた以外は実施例1と同様にして負極合剤含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを用いた以外は実施例1と同様にして負極ロールを得た。この負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり250mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 10)
Artificial graphite with an average particle size of 22 μm: 50 mass%, Si-2 whose SiO surface is not coated with a carbon material (average particle size is 5 μm, specific surface area is 6.8 m 2 / g, carbon material in the composite Was mixed with SiO: 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass): 50% by mass for 12 hours with a V-type blender to obtain a negative electrode active material. A negative electrode mixture-containing paste was prepared in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode active material was used, and a negative electrode roll was obtained in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode mixture-containing paste was used. The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode according to this negative electrode roll was doped with Li ions in the same manner as in Example 1 except that the amount of electricity passed was 250 mAh / g per negative electrode active material mass. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(実施例11)
負極を電解液層内に通過させたときの電気量を、負極の面積当たりにして0.2mA/cm、負極活物質質量当たり100mAh/gに相当する電気量を通電して負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。
(Example 11)
The amount of electricity when the negative electrode is passed through the electrolyte layer is 0.2 mA / cm 2 per area of the negative electrode, and an amount of electricity corresponding to 100 mAh / g per mass of the negative electrode active material is energized to negative electrode mixture layer A negative electrode after Li ion doping was obtained in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material therein was doped with Li ions.

この負極を用いた以外は実施例1と同様にしてコイン型リチウムイオン二次電池を作成した。   A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

(実施例12)
負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり100mAh/gに相当する電気量を通電してLiイオンをドープした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。
Example 12
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode was doped with Li ions by applying a current corresponding to 100 mAh / g of the amount of electricity to the negative electrode active material. A negative electrode after ion doping was obtained.

この負極を用いた以外は、実施例2と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。   A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that this negative electrode was used.

(実施例13)
負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり200mAh/gに相当する電気量を通電してLiイオンをドープした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。
(Example 13)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode was doped with Li ions by supplying a current corresponding to 200 mAh / g of the amount of electricity to the negative electrode active material. A negative electrode after ion doping was obtained.

この負極を用いた以外は、実施例3と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。   A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 3 except that this negative electrode was used.

(実施例14)
負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり200mAh/gに相当する電気量を通電してLiイオンをドープした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。
(Example 14)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode was doped with Li ions by supplying a current corresponding to 200 mAh / g of the amount of electricity to the negative electrode active material. A negative electrode after ion doping was obtained.

この負極を用いた以外は、実施例4と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。   A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that this negative electrode was used.

(実施例15)
負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり200mAh/gに相当する電気量を通電してLiイオンをドープした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。
(Example 15)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode was doped with Li ions by supplying a current corresponding to 200 mAh / g of the amount of electricity to the negative electrode active material. A negative electrode after ion doping was obtained.

この負極を用いた以外は、実施例5と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。   A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 5 except that this negative electrode was used.

(実施例16)
負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり150mAh/gに相当する電気量を通電してLiイオンをドープした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。
(Example 16)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode was doped with Li ions by supplying a current corresponding to 150 mAh / g of the amount of electricity to the negative electrode active material. A negative electrode after ion doping was obtained.

この負極を用いた以外は、実施例6と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。   A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 6 except that this negative electrode was used.

(実施例17)
実施例7と同様にして得られた負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり100mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 17)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode according to the negative electrode roll obtained in the same manner as in Example 7 was changed to a current carrying amount of 100 mAh / g per mass of the negative electrode active material. Thus, a negative electrode after Li ion doping was obtained. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(実施例18)
実施例8と同様にして得られた負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり20mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 18)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that, in the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode related to the negative electrode roll obtained in the same manner as in Example 8, the amount of electricity was 20 mAh / g per mass of the negative electrode active material. And doped with Li ions. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(実施例19)
実施例9と同様にして得られた負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり50mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 19
The same procedure as in Example 1 was conducted except that, in the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode obtained in the same manner as in Example 9, the amount of electricity was 50 mAh / g per negative electrode active material mass. And doped with Li ions. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(実施例20)
実施例10と同様にして得られた負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり20mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 20)
Except for the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode related to the negative electrode roll obtained in the same manner as in Example 10, the amount of electricity supplied was 20 mAh / g per mass of the negative electrode active material. And doped with Li ions. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(比較例1)
実施例1で作製したものと同じ負極(負極合剤層中の負極活物質へのLiイオンのドープ前の負極)を、そのまま負極として用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
Coin-type lithium in the same manner as in Example 1 except that the same negative electrode as prepared in Example 1 (negative electrode before doping Li ions to the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer) was used as it was. An ion secondary battery was produced.

(比較例2)
正極活物質としてLiNi0.91Co0.03Mn0.02Al0.02Mg0.02〔前記(b)の測定方法で求めた一次粒子径が0.5μm以上の粒子の割合が50質量%で、最大の一次粒子の粒子径が2μm〕を用いた以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。そして、この正極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
LiNi 0.91 Co 0.03 Mn 0.02 Al 0.02 Mg 0.02 O 2 as the positive electrode active material [the proportion of particles having a primary particle size of 0.5 μm or more determined by the measurement method of (b) above A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that 50% by mass and the maximum primary particle size was 2 μm. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this positive electrode.

(比較例3)
平均粒子径が22μmの人造黒鉛を負極活物質として用いた以外は実施例1と同様にして負極合剤含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを用いた以外は実施例1と同様にして負極ロールを得た。この負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり30mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 3)
A negative electrode mixture-containing paste was prepared in the same manner as in Example 1 except that artificial graphite having an average particle size of 22 μm was used as the negative electrode active material, and the same procedure as in Example 1 was conducted except that this negative electrode mixture-containing paste was used. Thus, a negative electrode roll was obtained. The negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode related to the negative electrode roll was doped with Li ions in the same manner as in Example 1 except that the amount of electricity passed was 30 mAh / g per mass of the negative electrode active material. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

(比較例4)
実施例1で作製したものと同じ負極(負極合剤層へのLiイオンのドープ前の負極)を、直径が17mmとなるように打ち抜いた。この負極の中央部に、負極活物質質量当たり500mAh/gの電気量に相当する分の金属Li箔(厚み50μm)を貼付した。この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
The same negative electrode as prepared in Example 1 (negative electrode before doping Li ions into the negative electrode mixture layer) was punched out so as to have a diameter of 17 mm. A metal Li foil (thickness: 50 μm) corresponding to an amount of electricity of 500 mAh / g per mass of the negative electrode active material was attached to the center of the negative electrode. A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

(比較例5)
負極を電解液層内に通過させたときの電気量を、負極の面積当たりにして0.2mA/cm、負極活物質質量当たり100mAh/gに相当する電気量を通電して負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープした以外は実施例1と同様にしてLiイオンドープ後の負極を得た。
(Comparative Example 5)
The amount of electricity when the negative electrode is passed through the electrolyte layer is 0.2 mA / cm 2 per area of the negative electrode, and an amount of electricity corresponding to 100 mAh / g per mass of the negative electrode active material is energized to negative electrode mixture layer A negative electrode after Li ion doping was obtained in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material therein was doped with Li ions.

この負極を用いた以外は、比較例2と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。   A coin-type lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 2 except that this negative electrode was used.

(比較例6)
比較例3と同様にして得られた負極ロールに係る負極の負極合剤層中の負極活物質に、通電電気量を負極活物質質量当たり10mAh/gとした以外は、実施例1と同様にしてLiイオンをドープした。そして、この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン形リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 6)
Except for the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode relating to the negative electrode roll obtained in the same manner as in Comparative Example 3, the amount of electricity was 10 mAh / g per negative electrode active material mass, and the same as in Example 1. And doped with Li ions. And the coin-type lithium ion secondary battery was produced like Example 1 except having used this negative electrode.

実施例および比較例の充放電サイクル特性について、以下の放電容量測定および充放電サイクル特性評価を行った。   Regarding the charge / discharge cycle characteristics of the examples and comparative examples, the following discharge capacity measurement and charge / discharge cycle characteristics evaluation were performed.

<放電容量測定>
実施例および比較例のリチウムイオン二次電池の各5個を、0.5Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vの一定電圧で電流値が0.02Cに到達するまで充電した。その後、0.2Cの定電流で2.0Vまで放電を行って、初回放電容量を求め、これを各電池の放電容量とした。
<Discharge capacity measurement>
Five lithium ion secondary batteries of Examples and Comparative Examples were each charged with a constant current of up to 4.4 V at a current value of 0.5 C, and subsequently reached a current value of 0.02 C at a constant voltage of 4.4 V. Charged until Then, it discharged to 2.0V with the constant current of 0.2C, calculated | required the initial discharge capacity, and made this into the discharge capacity of each battery.

<充放電サイクル特性評価>
初回放電容量測定後のリチウムイオン二次電池(各5個)を、0.5Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vの一定電圧で電流値が0.02Cに到達するまで充電した。その後、0.2Cの定電流で2.0Vまで放電を行って、初回放電容量を求めた。次に、各電池について、1Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vの定電圧で電流値が0.05Cになるまで充電した後に、1Cの電流値で2.0Vまで放電する一連の操作を1サイクルとして、これを500回サイクル実施した。そして、各電池について、初回放電容量測定時と同じ条件で定電流−定電圧充電および定電流放電を行って、放電容量を求めた。そして、これらの放電容量を初回放電容量で除した値を百分率で表して容量維持率を求め、それぞれ5個の平均値を算出した。
<Charge / discharge cycle characteristics evaluation>
After the initial discharge capacity measurement, the lithium ion secondary batteries (5 each) were charged at a constant current of up to 4.4V at a current value of 0.5C, and subsequently the current value was set at 0.02C at a constant voltage of 4.4V. Charged until it reached. Then, it discharged to 2.0V with the constant current of 0.2C, and calculated | required the initial discharge capacity. Next, each battery was charged with a constant current up to 4.4 V at a current value of 1 C, subsequently charged with a constant voltage of 4.4 V until the current value reached 0.05 C, and then 2. with a current value of 1 C. A series of operations for discharging to 0 V was taken as one cycle, and this was repeated 500 times. And about each battery, the constant current-constant voltage charge and the constant current discharge were performed on the same conditions as the time of first time discharge capacity measurement, and the discharge capacity was calculated | required. Then, a value obtained by dividing these discharge capacities by the initial discharge capacities was expressed as a percentage to obtain a capacity maintenance ratio, and an average value of 5 pieces was calculated for each.

実施例および比較例のリチウムイオン二次電池の構成を表1〜表6に示し、前記の各評価結果を表7〜表9に示す。なお、比較例2および比較例5で使用したLiNi0.91Co0.03Mn0.02Al0.02Mg0.02は、前記一般式(1)を満たしておらず、リチウム含有金属酸化物(A)に該当しないが、表1〜表3では、これを「リチウム含有金属酸化物(A)」の欄に記載している。また、表4〜表6における負極活物質の欄の「複合化粒子」は、鱗片状黒鉛粒子間に挟み込まれたケイ素が非晶質炭素によって固定化された複合化粒子を意味している。更に、表4〜表6の「負極活物質へのLiイオンのドープの有無」における比較例4の欄に記載の「あり(系内)」とは、電池内にLi供給源となるLi箔を導入することで、電池内で負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープ(系内プレドープ)したことを意味している。また、表7〜表9では、放電容量および充放電サイクル特性評価時の容量維持率は、比較例1の電池の値を100としたときの相対値で示す。The structure of the lithium ion secondary battery of an Example and a comparative example is shown in Tables 1-6, and each said evaluation result is shown in Tables 7-9. The LiNi 0.91 Co 0.03 Mn 0.02 Al 0.02 Mg 0.02 O 2 used in Comparative Example 2 and Comparative Example 5 does not satisfy the general formula (1) and contains lithium. Although not corresponding to the metal oxide (A), in Tables 1 to 3, this is described in the column of “lithium-containing metal oxide (A)”. Further, “composite particles” in the column of negative electrode active material in Tables 4 to 6 mean composite particles in which silicon sandwiched between scaly graphite particles is fixed by amorphous carbon. Furthermore, “present (in system)” in the column of Comparative Example 4 in “Non-doping presence / absence of Li ion doping in negative electrode active material” in Tables 4 to 6 means Li foil serving as a Li supply source in the battery. This means that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer was doped with Li ions (in-system pre-doping) in the battery. In Tables 7 to 9, the discharge capacity and the capacity retention rate at the time of charge / discharge cycle characteristics evaluation are shown as relative values when the value of the battery of Comparative Example 1 is 100.

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表1〜表9に示す通り、材料Sを負極活物質とし、かつ系外プレドープによって負極合剤層にLiイオンをドープした負極と、リチウム含有金属酸化物(A)を正極活物質とする正極とを有する実施例1〜20のリチウムイオン二次電池は、負極合剤層にLiをドープしていない負極を用いた比較例1の電池に比べて、容量が大きく、また、充放電サイクル特性評価時の容量維持率が高く、優れた充放電サイクル特性を有していた。   As shown in Tables 1 to 9, a negative electrode in which the material S is a negative electrode active material and a negative electrode mixture layer is doped with Li ions by pre-doping outside the system, and a positive electrode having a lithium-containing metal oxide (A) as a positive electrode active material The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 20 having a large capacity and charge / discharge cycle characteristics compared to the battery of Comparative Example 1 using a negative electrode in which the negative electrode mixture layer is not doped with Li. The capacity maintenance rate at the time of evaluation was high, and it had excellent charge / discharge cycle characteristics.

一方、Niの含有量が多すぎてCoの量が少なすぎるリチウム含有金属酸化物を正極活物質に用いた比較例2、5の電池、および系内プレドープによって負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープした負極を有する比較例4の電池は、実施例の電池に比べて充放電サイクル特性評価時の容量維持率が低く、充放電サイクル特性が劣っていた。また、黒鉛のみを負極活物質に用いた比較例3、6の電池は、実施例の電池に比べて容量が小さかった。   On the other hand, the batteries of Comparative Examples 2 and 5 using a lithium-containing metal oxide with too much Ni and too little Co as the cathode active material, and the anode active material in the anode mixture layer by pre-doping in the system The battery of Comparative Example 4 having a negative electrode doped with Li ions in the battery had a lower capacity retention rate at the time of evaluation of charge / discharge cycle characteristics than the battery of the example, and was inferior in charge / discharge cycle characteristics. The batteries of Comparative Examples 3 and 6 using only graphite as the negative electrode active material had a smaller capacity than the batteries of the examples.

また、実施例の各電池おいて、モル比Li/Mの値が違う以外は同じ構成とした電池同士(実施例1と実施例11、実施例2と実施例12、実施例3と実施例13、実施例4と実施例14、実施例5と実施例15、実施例6と実施例16、実施例7と実施例17、実施例8と実施例18、実施例9と実施例19、実施例10と実施例20)を比較すると、モル比Li/Mの値がより好適な実施例11〜20の電池の方が、充放電サイクル特性評価時の容量維持率が高く、より充放電サイクル特性が優れていた。   Moreover, in each battery of the examples, the batteries having the same configuration except that the molar ratio Li / M is different (Example 1 and Example 11, Example 2 and Example 12, Example 3 and Example 13, Example 4 and Example 14, Example 5 and Example 15, Example 6 and Example 16, Example 7 and Example 17, Example 8 and Example 18, Example 9 and Example 19, When Example 10 and Example 20) are compared, the batteries of Examples 11 to 20 having a more preferable molar ratio Li / M have a higher capacity retention rate at the time of charge / discharge cycle characteristic evaluation, and are more charged / discharged. Cycle characteristics were excellent.

〔系外プレドープ法(ii)によってLiイオンをドープした負極活物質を含有する負極を有するリチウムイオン二次電池の実験例〕
実施例1で用いたものと同じ複合体Si−1に系外プレドープ法(ii)によってLiイオンをドープしたものを負極活物質とした以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。そして、この負極を、系外プレドープ法(i)によるプレドープを行うことなく用いた以外は、実施例1と同様にすることで、コイン形リチウムイオン二次電池を良好に作製することができた。
[Experimental example of a lithium ion secondary battery having a negative electrode containing a negative electrode active material doped with Li ions by an out-of-system pre-doping method (ii)]
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the same composite Si-1 as used in Example 1 was doped with Li ions by the extra-system pre-doping method (ii) to make the negative electrode active material. A coin-type lithium ion secondary battery could be satisfactorily produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used without pre-doping by the extra-system pre-doping method (i). .

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、前記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、本発明は、これらの実施形態には限定されない。本発明の範囲は、前記の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれる。   The present invention can be implemented in other forms without departing from the spirit of the present invention. The embodiments disclosed in the present application are examples, and the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is construed in preference to the description of the appended claims rather than the description of the above specification, and all modifications within the scope equivalent to the claims are construed in the scope of the claims. included.

本発明のリチウムイオン二次電池は、従来から知られているリチウムイオン二次電池の用途と同じ用途に適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention can be applied to the same use as that of a conventionally known lithium ion secondary battery.

1 正極
2 負極
2a Liドープ前の負極
3 セパレータ
4 外装缶
5 封口板
6 樹脂製のパッキング
10 リチウムイオン二次電池
20 負極2を巻き取ったロール
20a 負極2aを巻き取ったロール
101 電解液槽
102 リチウム金属極
103 電源
104 洗浄槽
105 乾燥手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 2a Negative electrode before Li dope 3 Separator 4 Outer can 5 Sealing plate 6 Resin packing 10 Lithium ion secondary battery 20 Roll which wound negative electrode 2 20a Roll 101 which wound negative electrode 2a Electrolyte tank 102 Lithium metal electrode 103 Power supply 104 Cleaning tank 105 Drying means

Claims (7)

負極活物質およびバインダを含有する負極合剤層を有する負極、正極活物質およびバインダを含有する正極合剤層を有する正極およびセパレータが外装体内に収容されてなるリチウムイオン二次電池の前駆体であって、
前記負極合剤層は、Liイオンをドープした負極活物質を少なくとも含有し、
前記負極活物質は少なくともSiを含む材料Sを含有しており、
前記正極合剤層は、前記正極活物質として、下記一般式(1)
LiNi1−b−c−dCoMn Mg (1)
〔前記一般式(1)中、Mは、Al、Ti、Sr、Zr、Nb、AgおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有し、0.9≦a≦1.10、0.1≦b≦0.5、0≦c≦0.5、0.1≦b+c≦0.9、0.003≦d≦0.06、および0≦e≦0.003である〕で表されるリチウム含有金属酸化物(A)を含有していることを特徴とするリチウムイオン二次電池の前駆体。
A precursor of a lithium ion secondary battery in which a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder, a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material and a binder, and a separator are housed in an exterior body. There,
The negative electrode mixture layer contains at least a negative electrode active material doped with Li ions,
The negative electrode active material contains a material S containing at least Si,
The positive electrode mixture layer has the following general formula (1) as the positive electrode active material.
Li a Ni 1- bcd Cob Mn c M 1 d Mg e O 2 (1)
[In the general formula (1), M 1 contains at least one element selected from the group consisting of Al, Ti, Sr, Zr, Nb, Ag, and Ba, and 0.9 ≦ a ≦ 1. 10, 0.1 ≦ b ≦ 0.5, 0 ≦ c ≦ 0.5, 0.1 ≦ b + c ≦ 0.9, 0.003 ≦ d ≦ 0.06, and 0 ≦ e ≦ 0.003. ] The lithium ion secondary battery precursor characterized by containing the lithium containing metal oxide (A) represented by these.
前記材料Sとして、SiO(ただし、0.5≦x≦1.5)を含有している請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の前駆体。The precursor of the lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the material S contains SiO x (where 0.5 ≦ x ≦ 1.5). 前記SiOは炭素材料と複合体を構成している請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池の前駆体。The precursor of a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the SiO x forms a composite with a carbon material. 前記負極合剤層が含有する負極活物質全量中における前記複合体の含有量が、5質量%以上である請求項3に記載のリチウムイオン二次電池の前駆体。   The precursor of the lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the content of the composite in the total amount of the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer is 5% by mass or more. 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池の前駆体と、非水電解液とで構成されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery precursor according to claim 1 and a non-aqueous electrolyte. 請求項5に記載のリチウムイオン二次電池を製造する方法であって、
負極活物質とバインダとを含有する負極合剤層を有する負極の、前記負極活物質にLiイオンをドープする工程と、
前記工程を経て得られた負極を用いてリチウムイオン二次電池の前駆体を組み立てる工程と、
前記リチウムイオン二次電池の前駆体と非水電解液とを用いてリチウムイオン二次電池を形成する工程とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
A method for manufacturing the lithium ion secondary battery according to claim 5, comprising:
A step of doping the negative electrode active material with Li ions of a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder;
Assembling a precursor of a lithium ion secondary battery using the negative electrode obtained through the above steps;
And a step of forming a lithium ion secondary battery using the precursor of the lithium ion secondary battery and a non-aqueous electrolyte.
請求項5に記載のリチウムイオン二次電池を製造する方法であって、
少なくとも一部にLiイオンがドープされている負極活物質とバインダとを用いた負極合剤層を有する負極を作製する工程と、
前記工程により得られた前記負極を用いてリチウムイオン二次電池の前駆体を組み立てる工程と、
前記リチウムイオン二次電池の前駆体と非水電解液とを用いてリチウムイオン二次電池を形成する工程とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
A method for manufacturing the lithium ion secondary battery according to claim 5, comprising:
Producing a negative electrode having a negative electrode mixture layer using a negative electrode active material doped with Li ions at least partially and a binder;
Assembling a precursor of a lithium ion secondary battery using the negative electrode obtained by the step;
And a step of forming a lithium ion secondary battery using the precursor of the lithium ion secondary battery and a non-aqueous electrolyte.
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