JPWO2019177055A1 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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明秀 田中
奥村 壮文
壮文 奥村
純 川治
純 川治
敦史 飯島
敦史 飯島
篤 宇根本
篤 宇根本
克 上田
克 上田
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Abstract

正極集電体及び正極集電体上に設けられた正極合剤層を有する正極、電解質層、並びに負極集電体及び負極集電体上に設けられた負極合剤層を有する負極を備える電極群と、電極群を収容する外装体と、を備え、電極群が、溶媒及びリチウム塩を含むイオン伝導材を含有し、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が、0.12〜0.35g/cmであり、溶媒が、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒を含み、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量が、溶媒の総物質量を基準として、85モル%以上である、リチウムイオン二次電池が開示される。
An electrode including a positive electrode having a positive electrode mixture layer provided on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector, an electrolyte layer, and a negative electrode having a negative electrode mixture layer provided on the negative electrode current collector and the negative electrode current collector. A group and an outer body accommodating the electrode group are provided, the electrode group contains an ionic conductive material containing a solvent and a lithium salt, and the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the outer body is 0.12. ~ 0.35 g / cm 3 , the solvent contains a solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C., and the content of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. is based on the total amount of the solvent. Disclosed as a lithium ion secondary battery, which is 85 mol% or more.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

近年、リチウムイオン二次電池の開発が盛んに進められている。特に電気自動車に用いられる電池の開発が進められており、リチウムイオン二次電池にはさらなる高容量化が求められている。 In recent years, the development of lithium-ion secondary batteries has been actively promoted. In particular, the development of batteries used in electric vehicles is underway, and lithium ion secondary batteries are required to have even higher capacities.

一方、リチウムイオン二次電池の高容量化を実現するには、電池内の安全性も高める必要がある。特に、コントローラー等が異常を起こし、電池電圧が通常使用される電圧より高くなった場合の安全性(過充電時の安全性)を確保することが求められる。 On the other hand, in order to realize a high capacity of the lithium ion secondary battery, it is necessary to improve the safety inside the battery. In particular, it is required to ensure safety (safety at the time of overcharging) when the controller or the like causes an abnormality and the battery voltage becomes higher than the voltage normally used.

このような安全性を高める方法としては、例えば、リチウムイオン二次電池に用いられる電解液を、従来のカーボネート系有機電解液から低揮発性でかつ難燃性である液体に置き換える方法が挙げられる。 As a method for enhancing such safety, for example, a method of replacing the electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery with a liquid having low volatility and flame retardancy from the conventional carbonate-based organic electrolytic solution can be mentioned. ..

例えば、特許文献1には、メチルトリグライムおよびメチルテトラグライムからなるグライム混合物と、リチウムイオンと、からなるグライム錯体を含む、リチウムイオン二次電池用電解質が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an electrolyte for a lithium ion secondary battery, which comprises a glime mixture composed of methyl triglime and methyl tetraglime, and a glime complex composed of lithium ions.

特開2010−287481号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-287481

しかしながら、本発明者らの検討によると、低揮発性でかつ難燃性である液体を電解液として用いた場合においても、従来のリチウムイオン二次電池においては、過充電時の安全性が充分でなく、さらには放電レート特性が低下してしまうことがあることが判明した。 However, according to the studies by the present inventors, even when a liquid having low volatility and flame retardancy is used as the electrolytic solution, the conventional lithium ion secondary battery has sufficient safety at the time of overcharging. However, it has been found that the discharge rate characteristics may be further deteriorated.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、過充電時の安全性に優れるとともに、放電レート特性にも優れるリチウムイオン二次電池を提供することを主な目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery which is excellent in safety at the time of overcharging and also excellent in discharge rate characteristics.

本発明者らが鋭意検討したところ、特定の構成を有するリチウムイオン二次電池において、イオン伝導材に用いられる溶媒として揮発し難いものを採用し、電池内におけるイオン伝導材の量を調整することによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies by the present inventors, in a lithium ion secondary battery having a specific configuration, a solvent that is hard to volatilize is adopted as a solvent used for the ion conductive material, and the amount of the ion conductive material in the battery is adjusted. As a result, it was found that the above problems could be solved, and the present invention was completed.

本発明の一側面は、正極集電体及び正極集電体上に設けられた正極合剤層を有する正極、電解質層、並びに負極集電体及び負極集電体上に設けられた負極合剤層を有する負極を備える電極群と、電極群を収容する外装体と、を備え、電極群が、溶媒及びリチウム塩を含むイオン伝導材を含有し、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が、0.12〜0.35g/cmであり、溶媒が、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒を含み、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量が、溶媒の総物質量を基準として、85モル%以上である、リチウムイオン二次電池を提供する。One aspect of the present invention is a positive electrode having a positive electrode mixture layer provided on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector, an electrolyte layer, and a negative electrode mixture provided on the negative electrode current collector and the negative electrode current collector. An electrode group having a negative electrode having a layer and an outer body accommodating the electrode group, and the electrode group contains an ionic conductive material containing a solvent and a lithium salt, and the ionic conductive material per unit volume of the outer body The total mass is 0.12 to 0.35 g / cm 3 , and the content of the solvent contains a solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. and a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. Provided is a lithium ion secondary battery having an amount of 85 mol% or more based on the total amount of the solvent.

上記リチウムイオン二次電池によれば、過充電時の安全性に優れるとともに、放電レート特性にも優れるものとなる。このような効果が奏される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは、電池内のイオン伝導材の量の範囲が、充放電に対して充分な範囲であるとともに、過充電時には液枯れが発生し得る範囲であるためと考えている。液枯れが発生することによって、電池の内部抵抗が上昇して自ら電流を遮断することが可能となる。このような電流遮断特性の発現によって、リチウムイオン二次電池は過充電時においても、安全性に優れるものとなり得る。 According to the above-mentioned lithium ion secondary battery, not only the safety at the time of overcharging is excellent, but also the discharge rate characteristic is excellent. The reason why such an effect is obtained is not always clear, but the present inventors have a range of the amount of the ionic conductive material in the battery which is a sufficient range for charging and discharging, and a liquid when overcharged. I think this is because it is within the range where withering can occur. When the liquid withers, the internal resistance of the battery rises and the current can be cut off by itself. Due to the manifestation of such current cutoff characteristics, the lithium ion secondary battery can be excellent in safety even when overcharged.

正極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量は、0.05〜0.50g/cmであってよい。負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量は、0.05〜0.50g/cmであってよい。The mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer may be 0.05 to 0.50 g / cm 3. The mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer may be 0.05 to 0.50 g / cm 3.

20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒は、下記一般式(1)で表されるグライムを含んでいてもよい。また、トリエチレングリコールジメチルエーテル又はテトラエチレングリコールジメチルエーテルを含んでいてもよい。
O−(CHCHO)−R (1)
[式(1)中、R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を示し、mは3〜6の整数を示す。]
The solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. may contain grime represented by the following general formula (1). It may also contain triethylene glycol dimethyl ether or tetraethylene glycol dimethyl ether.
R 1 O- (CH 2 CH 2 O) m- R 2 (1)
[In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and m represents an integer of 3 to 6 carbon atoms. ]

本発明によれば、過充電時の安全性に優れるとともに、放電レート特性にも優れるリチウムイオン二次電池が提供される。 According to the present invention, there is provided a lithium ion secondary battery which is excellent in safety at the time of overcharging and also excellent in discharge rate characteristics.

リチウムイオン二次電池の一実施形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows one Embodiment of a lithium ion secondary battery. 図1に示すリチウムイオン二次電池の分解図である。It is an exploded view of the lithium ion secondary battery shown in FIG. リチウムイオン二次電池の他の実施形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the other embodiment of a lithium ion secondary battery.

以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。各図における構成要素の大きさは概念的なものであり、構成要素間の大きさの相対的な関係は各図に示されたものに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the components (including steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The sizes of the components in each figure are conceptual, and the relative size relationships between the components are not limited to those shown in each figure.

本明細書における数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。 The same applies to the numerical values and the range thereof in the present specification, and does not limit the present invention. The numerical range indicated by using "~" in the present specification indicates a range including the numerical values before and after "~" as the minimum value and the maximum value, respectively. In the numerical range described stepwise in the present specification, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise. Good. Further, in the numerical range described in the present specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples.

本明細書では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を例にして説明するが、本発明の技術的思想は、リチウムイオン二次電池の他、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、アルミニウムイオン二次電池などに対しても適用することができる。 In this specification, a lithium ion secondary battery will be described as an example of the secondary battery, but the technical idea of the present invention is that, in addition to the lithium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery, a magnesium ion secondary battery, and the like. It can also be applied to aluminum ion secondary batteries and the like.

[リチウムイオン二次電池]
図1は、リチウムイオン二次電池の一実施形態を示す模式断面図である。リチウムイオン二次電池100は、正極集電体10及び正極集電体10上に設けられた正極合剤層40を有する正極70、電解質層50、並びに負極集電体20及び負極集電体20上に設けられた負極合剤層60を有する負極80を備える電極群85と、電極群85を収容する外装体30と、を備える。図2は、図1に示すリチウムイオン二次電池の分解図である。外装体30は容積Sを有する。正極合剤層40は体積V1を有し、負極合剤層60は体積V2を有する。
[Lithium-ion secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery 100 includes a positive electrode 70 having a positive electrode mixture layer 40 provided on the positive electrode current collector 10 and the positive electrode current collector 10, an electrolyte layer 50, and a negative electrode current collector 20 and a negative electrode current collector 20. It includes an electrode group 85 having a negative electrode 80 having a negative electrode mixture layer 60 provided above, and an exterior body 30 accommodating the electrode group 85. FIG. 2 is an exploded view of the lithium ion secondary battery shown in FIG. The exterior body 30 has a volume S. The positive electrode mixture layer 40 has a volume V1 and the negative electrode mixture layer 60 has a volume V2.

電極群85は、溶媒及びリチウム塩を含むイオン伝導材を含有する。外装体30の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量(イオン伝導材の総質量/外装体30の容積S)は、0.12〜0.35g/cmである。溶媒は、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒を含み、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量は、溶媒の総物質量を基準として、85モル%以上である。The electrode group 85 contains an ionic conductive material containing a solvent and a lithium salt. The total mass of the ionic conductive material (total mass of the ionic conductive material / volume S of the exterior body 30) per unit volume of the exterior body 30 is 0.12 to 0.35 g / cm 3 . The solvent contains a solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C., and the content of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. is 85 mol% or more based on the total amount of substance of the solvent.

電極群
[正極]
正極70は、正極集電体10及び正極集電体10上に設けられた正極合剤層40を有する。正極合剤層40は、正極活物質及びイオン導電材を含有する。正極合剤層40は、必要に応じて、導電性付与のための正極導電材、これらを結着するための正極バインダ等を含有していてもよい。
Electrode group [Positive electrode]
The positive electrode 70 has a positive electrode current collector 10 and a positive electrode mixture layer 40 provided on the positive electrode current collector 10. The positive electrode mixture layer 40 contains a positive electrode active material and an ionic conductive material. If necessary, the positive electrode mixture layer 40 may contain a positive electrode conductive material for imparting conductivity, a positive electrode binder for binding these, and the like.

<正極集電体>
正極集電体10は、特に制限されず、一般に二次電池で用いられる正極集電体を使用することができる。正極集電体10は、二次電池製造プロセス中の加熱、二次電池の運転温度に耐えられる耐熱性を有する低抵抗導電体であることが好ましい。このような正極集電体10としては、例えば、金属箔(厚み10〜100μm)、穿孔金属箔(厚み10〜100μm、孔径0.1〜10mm)、エキスパンドメタル、発泡金属板、ガラス状炭素板等が挙げられる。また、金属種としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、貴金属(例えば、金、銀、白金)等が挙げられる。
<Positive current collector>
The positive electrode current collector 10 is not particularly limited, and a positive electrode current collector generally used in a secondary battery can be used. The positive electrode current collector 10 is preferably a low resistance conductor having heat resistance that can withstand heating during the secondary battery manufacturing process and the operating temperature of the secondary battery. Examples of such a positive electrode current collector 10 include a metal foil (thickness 10 to 100 μm), a perforated metal foil (thickness 10 to 100 μm, pore diameter 0.1 to 10 mm), an expanded metal, a foamed metal plate, and a glassy carbon plate. And so on. Examples of the metal type include aluminum, stainless steel, titanium, precious metals (for example, gold, silver, platinum) and the like.

<正極合剤層>
正極合剤層40は、まず、正極活物質、正極導電材、正極バインダ、分散媒等を混合して得られる正極合剤スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等によって正極集電体10へ塗布する。次に、正極合剤スラリーの分散媒を乾燥させ、ロールプレスによる加圧成形によって、正極活物質層を形成する。次いで、得られた正極活物質層にイオン導電材をマイクロピペット等で滴下することによって、正極合剤層40を作製することができる。また、このような工程を複数回行うことによって、正極集電体10上に正極合剤層40を積層させることも可能である。
<Positive electrode mixture layer>
The positive electrode mixture layer 40 is a positive electrode current collector obtained by first mixing a positive electrode active material, a positive electrode conductive material, a positive electrode binder, a dispersion medium, and the like with a positive electrode mixture slurry by a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like. Apply to 10. Next, the dispersion medium of the positive electrode mixture slurry is dried, and the positive electrode active material layer is formed by pressure molding by a roll press. Next, the positive electrode mixture layer 40 can be produced by dropping the ionic conductive material onto the obtained positive electrode active material layer with a micropipette or the like. Further, by performing such a step a plurality of times, it is also possible to laminate the positive electrode mixture layer 40 on the positive electrode current collector 10.

(正極活物質)
正極活物質は、例えば、遷移金属を含むリチウム複合酸化物であってよい。リチウム複合酸化物としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMn、LiMnO、LiMn、LiMnO、LiMn12、LiMnMO(M=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)、Li1−xMn(M=Mg,B,Al,Fe,Co,Ni,Cr,Zn,Ca、x=0.01〜0.1)、LiMn2−x(M=Co,Ni,Fe,Cr,Zn,Ta、x=0.01〜0.2)、LiCo1−x(M=Ni,Fe,Mn、x=0.01〜0.2)、LiNi1−x(M=Mn,Fe,Co,Al,Ga,Ca,Mg、x=0.01〜0.2)、LiNi1−x−yMnCo(x=0.1〜0.8、y=0.1〜0.8、x+y=0.1〜0.9)、LiFeO、LiFePO、LiMnPO等が挙げられる。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material may be, for example, a lithium composite oxide containing a transition metal. Examples of the lithium composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , Li 4 Mn 5 O 12 , Li 2 Mn 3 MO 8 (M = Fe, Co). , Ni, Cu, Zn), Li 1-x M x Mn 2 O 4 (M = Mg, B, Al, Fe, Co, Ni, Cr, Zn, Ca, x = 0.01 to 0.1), LiMn 2-x M x O 2 (M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn, Ta, x = 0.01 to 0.2), LiCo 1-x M x O 2 (M = Ni, Fe, Mn) , X = 0.01 to 0.2), LiNi 1-x M x O 2 (M = Mn, Fe, Co, Al, Ga, Ca, Mg, x = 0.01 to 0.2), LiNi 1 -x-y Mn x Co y O 2 (x = 0.1~0.8, y = 0.1~0.8, x + y = 0.1~0.9), LiFeO 2, LiFePO 4, LiMnPO 4 And so on.

(正極導電材)
正極導電材は、導電性繊維(例えば、気相成長炭素、カーボンナノチューブ、ピッチ(石油、石炭、コールタール等の副生成物)を原料として、高温で炭化して製造した繊維、アクリル繊維から製造した炭素繊維など)であってよい。また、正極導電材は、正極活物質よりも電気抵抗率が低く、正極の充放電電位(通常、2.5〜4.5V)において、酸化溶解し難い材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、耐食性金属(チタン、金等)、炭化物(SiC、WC等)、窒化物(Si、BN等)などが挙げられる。さらに、正極導電材は、高比表面積の炭素材料(例えば、カーボンブラック、活性炭等)であってもよい。
(Positive electrode conductive material)
Positive positive conductive materials are manufactured from acrylic fibers and fibers produced by carbonizing conductive fibers (for example, by-products such as vapor-grown carbon, carbon nanotubes, and pitch (by-products of petroleum, coal, coal tar, etc.)) at high temperatures. It may be carbon fiber, etc.). Further, the positive electrode conductive material preferably has a lower electrical resistivity than the positive electrode active material and is difficult to oxidize and dissolve at the positive electrode charge / discharge potential (usually 2.5 to 4.5 V). As such a material, for example, corrosion resistant metal (titanium, gold, etc.), carbides (SiC, WC, etc.), nitrides (Si 3 N 4, BN, etc.) and the like. Further, the positive electrode conductive material may be a carbon material having a high specific surface area (for example, carbon black, activated carbon, etc.).

(正極バインダ)
正極バインダとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロ−ス、ポリフッ化ビニリデン(PVDF);これらの混合物等が挙げられる。
(Positive binder)
Examples of the positive electrode binder include styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride (PVDF); and a mixture thereof.

(分散媒)
分散媒としては、例えば、水、1−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。
(Dispersion medium)
Examples of the dispersion medium include water, 1-methyl-2-pyrrolidone and the like.

(イオン導電材)
イオン伝導材は、溶媒及びリチウム塩を含む。溶媒は、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒を含み、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量は、溶媒の総物質量を基準として、85モル%以上である。
(Ion conductive material)
The ionic conductive material contains a solvent and a lithium salt. The solvent contains a solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C., and the content of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. is 85 mol% or more based on the total amount of substance of the solvent.

20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒としては、例えば、下記一般式(1)で表されるグライム、イオン液体、環状カーボネート等が挙げられる。
O−(CHCHO)−R (1)
Examples of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. include grime, an ionic liquid, and a cyclic carbonate represented by the following general formula (1).
R 1 O- (CH 2 CH 2 O) m- R 2 (1)

式(1)中、R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を示し、mは3〜6の整数を示す。R及びRとしてのアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基等であってよい。これらの中でも、アルキル基は、メチル基又はエチル基であることが好ましい。In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and m represents an integer of 3 to 6 carbon atoms. The alkyl group as R 1 and R 2 may be a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group and the like. Among these, the alkyl group is preferably a methyl group or an ethyl group.

グライムとしては、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグライム、20℃蒸気圧:120Pa)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(テトラグライム、20℃蒸気圧:1Pa)、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル(ペンタグライム)、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル(ヘキサグライム)等が挙げられる。なお、ペンタグライム及びヘキサグライムは、テトラグライムと構造が類似し、分子量がテトラグライムより大きい。このことから、ペンタグライム及びヘキサグライムの20℃蒸気圧は、テトラグライムと同程度又はそれ以下であると予想される。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、グライムは、好ましくはトリグライム又はテトラグライムである。 Examples of the glyme include triethylene glycol dimethyl ether (triglyme, 20 ° C vapor pressure: 120 Pa), tetraethylene glycol dimethyl ether (tetraglyme, 20 ° C vapor pressure: 1 Pa), pentaethylene glycol dimethyl ether (pentaglyce), hexaethylene glycol dimethyl ether. (Hexaglyme) and the like. Pentagrime and hexagrim are similar in structure to tetraglime and have a higher molecular weight than tetraglime. From this, it is expected that the 20 ° C. vapor pressure of pentaglime and hexagrim is about the same as or lower than that of tetraglime. These may be used individually by 1 type or in combination of 2 or more type. Among these, grime is preferably triglime or tetraglime.

イオン液体は、構成するカチオンとアニオンの間に働く強い静電的な相互作用により水、有機溶媒等の分子性液体とは異なり、蒸気圧がほとんどないことが知られている。そのため、イオン液体は、20℃における蒸気圧が200Pa以下であることが予想される。 It is known that ionic liquids have almost no vapor pressure, unlike molecular liquids such as water and organic solvents, due to the strong electrostatic interaction between the constituent cations and anions. Therefore, the ionic liquid is expected to have a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C.

イオン液体のアニオン成分は、特に限定されないが、Cl、Br、I等のハロゲンのアニオン、BF 、N(SOF) 等の無機アニオン、B(C 、CHSO、CFSO、N(SO 、N(SOCF 、N(SO 等の有機アニオンなどであってよい。イオン液体のアニオン成分は、好ましくは、下記式(A)で表されるアニオン成分の少なくとも1種を含有する。
N(SO2m+1)(SO2n+1 (A)
[式(A)中、m及びnは、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。m及びnは、互いに同一でも異なっていてもよく、好ましくは互いに同一である。]
Anion component of the ionic liquid is not particularly limited, Cl -, Br -, I - halogen anions such, BF 4 -, N (SO 2 F) 2 - or the like of the inorganic anion, B (C 6 H 5) 4 -, CH 3 SO 2 O -, CF 3 SO 2 O -, N (SO 2 C 4 F 9) 2 -, N (SO 2 CF 3) 2 -, N (SO 2 C 2 F 5) 2 - It may be an organic anion such as. The anionic component of the ionic liquid preferably contains at least one of the anionic components represented by the following formula (A).
N (SO 2 C m F 2 m + 1 ) (SO 2 C n F 2n + 1 ) - (A)
[In the formula (A), m and n each independently represent an integer of 0 to 5. m and n may be the same or different from each other, and are preferably the same as each other. ]

イオン液体のカチオン成分は、好ましくは鎖状四級オニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、及びイミダゾリウムカチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種である。 The cation component of the ionic liquid is preferably at least one selected from the group consisting of chain quaternary onium cations, piperidinium cations, pyrrolidinium cations, pyridinium cations, and imidazolium cations.

鎖状四級オニウムカチオンは、例えば、下記式(2)で表される化合物であってよい。

Figure 2019177055
[式(2)中、R〜Rは、それぞれ独立に、炭素数が1〜20の鎖状アルキル基、又はR−O−(CH−で表される鎖状アルコキシアルキル基(Rはメチル基又はエチル基を表し、nは1〜4の整数を表す。)を表し、Xは、窒素原子又はリン原子を表す。R〜Rで表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜5である。]The chain quaternary onium cation may be, for example, a compound represented by the following formula (2).
Figure 2019177055
[In the formula (2), R 1 to R 4 are independently chain alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms or chain alkoxyalkyl groups represented by RO-O- (CH 2 ) n-. (R represents a methyl group or an ethyl group, n represents an integer of 1 to 4), and X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom. The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 1 to R 4 is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and even more preferably 1 to 5. ]

ピペリジニウムカチオンは、例えば、下記式(3)で表される、窒素を含有する六員環環状化合物であってよい。

Figure 2019177055
[式(3)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数が1〜20のアルキル基、又はR−O−(CH−で表されるアルコキシアルキル基(Rはメチル基又はエチル基を表し、nは1〜4の整数を表す。)を表す。R及びRで表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜5である。]The piperidinium cation may be, for example, a nitrogen-containing six-membered cyclic compound represented by the following formula (3).
Figure 2019177055
[In formula (3), R 5 and R 6 are independently alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms or alkoxyalkyl groups represented by RO-O- (CH 2 ) n- (R is methyl). It represents a group or an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4). The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 5 and R 6 is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and even more preferably 1 to 5. ]

ピロリジニウムカチオンは、例えば、下記式(4)で表される五員環環状化合物であってよい。

Figure 2019177055
[式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数が1〜20のアルキル基、又はR−O−(CH−で表されるアルコキシアルキル基(Rはメチル基又はエチル基を表し、nは1〜4の整数を表す。)を表す。R及びRで表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜5である。]The pyrrolidinium cation may be, for example, a five-membered cyclic compound represented by the following formula (4).
Figure 2019177055
[In formula (4), R 7 and R 8 are independently alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms or alkoxyalkyl groups represented by RO-O- (CH 2 ) n- (R is methyl). It represents a group or an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4). The alkyl group represented by R 7 and R 8 has preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, and further preferably 1 to 5 carbon atoms. ]

ピリジニウムカチオンは、例えば、下記式(5)で示される化合物であってよい。

Figure 2019177055
[式(5)中、R〜R13は、それぞれ独立に、炭素数が1〜20のアルキル基、R−O−(CH−で表されるアルコキシアルキル基(Rはメチル基又はエチル基を表し、nは1〜4の整数を表す。)、又は水素原子を表す。R〜R13で表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜5である。]The pyridinium cation may be, for example, a compound represented by the following formula (5).
Figure 2019177055
[In formula (5), R 9 to R 13 are independently alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms and alkoxyalkyl groups represented by RO-O- (CH 2 ) n- (R is a methyl group). Alternatively, it represents an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4), or a hydrogen atom. The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 9 to R 13 is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and even more preferably 1 to 5. ]

イミダゾリウムカチオンは、例えば、下記式(6)で示される化合物であってよい。

Figure 2019177055
[式(6)中、R14〜R18は、それぞれ独立に、炭素数が1〜20のアルキル基、R−O−(CH−で表されるアルコキシアルキル基(Rはメチル基又はエチル基を表し、nは1〜4の整数を表す。)、又は水素原子を表す。R14〜R18で表されるアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜5である。]The imidazolium cation may be, for example, a compound represented by the following formula (6).
Figure 2019177055
[In formula (6), R 14 to R 18 are independently alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms and alkoxyalkyl groups represented by RO-O- (CH 2 ) n- (R is a methyl group). Alternatively, it represents an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4), or a hydrogen atom. The number of carbon atoms of the alkyl group represented by R 14 to R 18 is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and even more preferably 1 to 5. ]

イオン液体としては、例えば、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(DEME−TFSI)、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム−ビス(フルオロスルホニル)イミド(DEME−FSI)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMI−TFSI)、1−エチル−3−メチルイミダゾリジウム−ビス(フルオロスルホニル)イミド(EMI−FSI)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(BMI−TFSI)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(フルオロスルホニル)イミド(BMI−FSI)、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(PP13−TFSI)、N−メチル−N−プロピルピペリジニウム−ビス(フルオロスルホニル)イミド(PP13−FSI)、1−メチル−1−プロピルピロリジウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(PY13−TFSI)、1−メチル−1−プロピルピロリジウム−ビス(フルオロスルホニル)イミド(PY13−FSI)等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、イオン液体は、好ましくはDEME−TFSI又はEMI−FSIである。 Examples of the ionic liquid include N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (DEME-TFSI), N, N-diethyl-N-methyl-. N- (2-methoxyethyl) ammonium-bis (fluorosulfonyl) imide (DEME-FSI), 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI-TFSI), 1-ethyl-3 -Methylimidazolidium-bis (fluorosulfonyl) imide (EMI-FSI), 1-butyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (BMI-TFSI), 1-butyl-3-methylimidazolium- Bis (fluorosulfonyl) imide (BMI-FSI), N-methyl-N-propylpiperidinium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (PP13-TFSI), N-methyl-N-propylpiperidinium-bis (fluoro) Sulfonyl) imide (PP13-FSI), 1-methyl-1-propylpyrrolidium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (PY13-TFSI), 1-methyl-1-propylpyrrolidium-bis (fluorosulfonyl) imide (PY13) -FSI) and the like. These may be used individually by 1 type or in combination of 2 or more type. Among these, the ionic liquid is preferably DEME-TFSI or EMI-FSI.

環状カーボネートとしては、例えば、プロピレンカーボネート(20℃蒸気圧:17Pa)、エチレンカーボネート(20℃蒸気圧:21Pa)等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、環状カーボネートは、好ましくはプロピレンカーボネートである。 Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate (20 ° C. vapor pressure: 17 Pa), ethylene carbonate (20 ° C. vapor pressure: 21 Pa) and the like. These may be used individually by 1 type or in combination of 2 or more type. Among these, the cyclic carbonate is preferably propylene carbonate.

20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量は、溶媒の総物質量を基準として、85モル%以上である。当該溶媒の含有量は、85〜100モル%、90〜100モル%又は95〜100モル%であってよく、当該溶媒のみから構成されるもの(すなわち、100モル%)であってもよい。20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量が、溶媒の総物質量を基準として、85モル%以上であると、放電レート特性に優れる。 The content of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. is 85 mol% or more based on the total amount of substance of the solvent. The content of the solvent may be 85-100 mol%, 90-100 mol% or 95-100 mol%, and may be composed only of the solvent (that is, 100 mol%). When the content of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. is 85 mol% or more based on the total amount of substances of the solvent, the discharge rate characteristics are excellent.

溶媒は、20℃における蒸気圧が200Paを超える溶媒を含み得る。このような溶媒は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池で通常用いられる溶媒を用いることができる。当該溶媒の含有量は、溶媒の総物質量を基準として、0〜15モル%、0〜10モル%、又は0〜5モル%であってよい。 The solvent may include a solvent having a vapor pressure of more than 200 Pa at 20 ° C. Such a solvent is not particularly limited, and a solvent usually used in a lithium ion secondary battery can be used. The content of the solvent may be 0 to 15 mol%, 0 to 10 mol%, or 0 to 5 mol% based on the total amount of substance of the solvent.

リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、リチウムビスオキサレートボラート(LiBOB)、リチウムイミド塩(例えば、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI))等が挙げられる。これらのリチウム塩は、1種を単独で、又は2種以上を組わせて用いてもよい。これらの中でも、リチウム塩は、好ましくはLiTFSIである。Examples of the lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, lithium bis oxalate borate (LiBOB), lithium imide salt (e.g., lithium bis (Fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI)) and the like can be mentioned. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. Among these, the lithium salt is preferably LiTFSI.

正極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量(正極合剤層のイオン伝導材の質量/正極合剤層の体積V1)は、0.05〜0.50g/cmであってよい。正極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量は、0.06g/cm以上であってもよく、0.40g/cm以下であってもよい。正極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量が0.05g/cm以上であると、放電レート特性により優れる傾向にあり、0.50g/cm以下であると、過充電時の安全性により優れる傾向にある。The mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer (mass of the ionic conductive material of the positive electrode mixture layer / volume V1 of the positive electrode mixture layer) may be 0.05 to 0.50 g / cm 3. .. The mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer may be 0.06 g / cm 3 or more, or 0.40 g / cm 3 or less. When the mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer is 0.05 g / cm 3 or more, the discharge rate characteristics tend to be superior, and when it is 0.50 g / cm 3 or less, it is overcharged. It tends to be better in safety.

[負極]
負極80は、負極集電体20及び負極集電体20上に設けられた負極合剤層60を有する。負極合剤層60は、負極活物質及びイオン導電材を含有する。負極合剤層60は、必要に応じて、導電性付与のための負極導電材、これらを結着するための負極バインダ等を含有していてもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode 80 has a negative electrode current collector 20 and a negative electrode mixture layer 60 provided on the negative electrode current collector 20. The negative electrode mixture layer 60 contains a negative electrode active material and an ionic conductive material. The negative electrode mixture layer 60 may contain a negative electrode conductive material for imparting conductivity, a negative electrode binder for binding these, and the like, if necessary.

<負極集電体>
負極集電体20は、特に制限されず、一般に二次電池で用いられる負極集電体を使用することができる。負極集電体20は、正極集電体10と同様に、二次電池製造プロセス中の加熱、二次電池の運転温度に耐えられる耐熱性を有する低抵抗導電体であることが好ましい。このような負極集電体20としては、例えば、金属箔(厚み10〜100μm)、穿孔金属箔(厚み10〜100μm、孔径0.1〜10mm)、エキスパンドメタル、発泡金属板、ガラス状炭素板等が挙げられる。また、金属種としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、貴金属(例えば、金、銀、白金)等が挙げられる。
<Negative electrode current collector>
The negative electrode current collector 20 is not particularly limited, and a negative electrode current collector generally used in a secondary battery can be used. Like the positive electrode current collector 10, the negative electrode current collector 20 is preferably a low resistance conductor having heat resistance that can withstand heating during the secondary battery manufacturing process and the operating temperature of the secondary battery. Examples of such a negative electrode current collector 20 include a metal foil (thickness 10 to 100 μm), a perforated metal foil (thickness 10 to 100 μm, a pore diameter 0.1 to 10 mm), an expanded metal, a foamed metal plate, and a glassy carbon plate. And so on. Examples of the metal type include aluminum, stainless steel, titanium, precious metals (for example, gold, silver, platinum) and the like.

<負極合剤層>
負極合剤層60は、まず、負極活物質、負極導電材、負極バインダ、分散媒等を混合して得られる負極合剤スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等によって負極集電体20へ塗布する。次に、負極合剤スラリーの分散媒を乾燥させ、ロールプレスによる加圧成形によって、負極活物質層を形成する。次いで、得られた負極活物質層にイオン導電材をマイクロピペット等で滴下することによって、負極合剤層60を作製することができる。また、このような工程を複数回行うことによって、負極集電体20上に負極合剤層60を積層させることも可能である。
<Negative electrode mixture layer>
The negative electrode mixture layer 60 is a negative electrode current collector obtained by first mixing a negative electrode active material, a negative electrode conductive material, a negative electrode binder, a dispersion medium, and the like with a negative electrode mixture slurry by a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like. Apply to 20. Next, the dispersion medium of the negative electrode mixture slurry is dried, and the negative electrode active material layer is formed by pressure molding by a roll press. Next, the negative electrode mixture layer 60 can be produced by dropping the ionic conductive material onto the obtained negative electrode active material layer with a micropipette or the like. Further, by performing such a step a plurality of times, it is possible to laminate the negative electrode mixture layer 60 on the negative electrode current collector 20.

(負極活物質)
負極活物質としては、例えば、炭素系材料(例えば、黒鉛、易黒鉛化炭素材料、非晶質炭素材料等)、導電性高分子材料(例えば、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリアセチレン等)、リチウム複合酸化物(例えば、チタン酸リチウム:LiTi12)、金属リチウム、リチウムと合金化する金属(例えば、アルミニウム、シリコン、スズ等)などが挙げられる。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material include carbon-based materials (for example, graphite, graphitized carbon material, amorphous carbon material, etc.), conductive polymer materials (for example, polyacene, polyparaphenylene, polyaniline, polyacetylene, etc.), and the like. Examples thereof include lithium composite oxide (for example, lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ), metallic lithium, and metals that alloy with lithium (for example, aluminum, silicon, tin, etc.).

(負極導電材)
負極導電材は、正極導電材で例示したものと同様のものを使用できる。
(Negative electrode conductive material)
As the negative electrode conductive material, the same material as those exemplified for the positive electrode conductive material can be used.

(負極バインダ)
負極バインダは、正極バインダで例示したものと同様のものを使用できる。
(Negative electrode binder)
As the negative electrode binder, the same one as illustrated in the positive electrode binder can be used.

(分散媒)
分散媒としては、例えば、水、1−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。
(Dispersion medium)
Examples of the dispersion medium include water, 1-methyl-2-pyrrolidone and the like.

(イオン導電材)
イオン導電材は、上述のイオン導電材と同様のものであってよい。
(Ion conductive material)
The ionic conductive material may be the same as the above-mentioned ionic conductive material.

負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量(負極合剤層のイオン伝導材の質量/負極合剤層の体積V2)は、0.05〜0.50g/cmであってよい。負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量は、0.06g/cm以上であってもよく、0.40g/cm以下であってもよい。負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量が0.05g/cm以上であると、放電レート特性により優れる傾向にあり、0.50g/cm以下であると、過充電時の安全性により優れる。The mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer (mass of the ionic conductive material of the negative electrode mixture layer / volume V2 of the negative electrode mixture layer) may be 0.05 to 0.50 g / cm 3. .. The mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer may be 0.06 g / cm 3 or more, or 0.40 g / cm 3 or less. When the mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer is 0.05 g / cm 3 or more, it tends to be superior to the discharge rate characteristics, and when it is 0.50 g / cm 3 or less, it is overcharged. Better in safety.

[電解質層]
電解質層50は、電解質成分及び電解質バインダを含有する。電解質層50は、例えば、電解質成分に電解質バインダを添加・混合することによって作製することができる。また、電解質層50は、電解質成分及び電解質バインダを分散媒に混合して得られる溶液を調製し、分散媒を留去することによっても作製することができる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer 50 contains an electrolyte component and an electrolyte binder. The electrolyte layer 50 can be produced, for example, by adding and mixing an electrolyte binder to the electrolyte components. The electrolyte layer 50 can also be produced by preparing a solution obtained by mixing an electrolyte component and an electrolyte binder with a dispersion medium and distilling off the dispersion medium.

<電解質成分>
電解質成分は、無機粒子及びイオン導電材から構成される。すなわち、電解質層50は、イオン導電材を含有する。イオン導電材は無機粒子に担持されていてもよい。電解質成分は、例えば、無機粒子とイオン導電材とを特定の体積比率で混合し、メタノール等の分散媒を添加・混合して、電解質成分スラリーを調製する。その後、当該スラリーをシャーレに滴下し、分散媒を留去することによって、電解質成分を得ることができる。
<Electrolyte component>
The electrolyte component is composed of inorganic particles and an ionic conductive material. That is, the electrolyte layer 50 contains an ionic conductive material. The ionic conductive material may be supported on inorganic particles. As the electrolyte component, for example, inorganic particles and an ionic conductive material are mixed at a specific volume ratio, and a dispersion medium such as methanol is added and mixed to prepare an electrolyte component slurry. Then, the slurry is dropped onto a petri dish and the dispersion medium is distilled off to obtain an electrolyte component.

(無機粒子)
無機粒子は、電気化学的安定性の観点から、絶縁性粒子であり、かつ上述の溶媒に不溶であることが好ましい。このような無機粒子としては、例えば、シリカ(SiO)粒子、γ−アルミナ(Al)粒子、セリア(CeO)粒子、又はジルコニア(ZrO)粒子であってもよい。また、無機粒子は、他の公知の金属酸化物粒子であってもよい。
(Inorganic particles)
From the viewpoint of electrochemical stability, the inorganic particles are preferably insulating particles and are insoluble in the above-mentioned solvent. Such inorganic particles may be, for example, silica (SiO 2 ) particles, γ-alumina (Al 2 O 3 ) particles, ceria (CeO 2 ) particles, or zirconia (ZrO 2 ) particles. Further, the inorganic particles may be other known metal oxide particles.

イオン導電材の保持量は、無機粒子の比表面積に比例すると考えられる。無機粒子の一次粒子の平均粒径は、1nm〜10μmであってもよい。平均粒径が10μm以下であると、無機粒子がイオン導電材を充分な量保持することができ、電解質層を形成し易くなる傾向にある。平均粒径が1nm以上であると、粒子間の表面間力が大きくなり過ぎて粒子同士が凝集することを抑制することができ、電解質層を形成し易くなる傾向にある。また、金属酸化物粒子の一次粒子の平均粒径は、1〜50nm又は1〜10nmであってもよい。なお、一次粒子の平均粒径は、レーザー散乱法を利用した公知の粒径分布測定装置を用いて求めることができる。 The holding amount of the ionic conductive material is considered to be proportional to the specific surface area of the inorganic particles. The average particle size of the primary particles of the inorganic particles may be 1 nm to 10 μm. When the average particle size is 10 μm or less, the inorganic particles can hold a sufficient amount of the ionic conductive material, and tend to easily form an electrolyte layer. When the average particle size is 1 nm or more, the intersurface force between the particles becomes too large and it is possible to prevent the particles from agglutinating with each other, which tends to facilitate the formation of an electrolyte layer. The average particle size of the primary particles of the metal oxide particles may be 1 to 50 nm or 1 to 10 nm. The average particle size of the primary particles can be determined by using a known particle size distribution measuring device using a laser scattering method.

無機粒子としてSiO粒子(平均粒径:7nm、ゼータ電位:約−20mV)を用いると、高耐熱性の電解質層が得られる傾向にある。 When SiO 2 particles (average particle size: 7 nm, zeta potential: about -20 mV) are used as the inorganic particles, a highly heat-resistant electrolyte layer tends to be obtained.

無機粒子としてγ−Al粒子(平均粒径:5nm、ゼータ電位:約−5mV)を用いると、二次電池の充放電回数を延ばすことが可能となる傾向にある。このような効果が奏する理由は定かではないが、耐還元性の高いアルミナ粒子を用いることで充放電サイクル中の負極側でのリチウムデンドライト析出を抑制できるためと考えられる。 When γ-Al 2 O 3 particles (average particle size: 5 nm, zeta potential: about -5 mV) are used as the inorganic particles, the number of charge / discharge cycles of the secondary battery tends to be extended. The reason why such an effect is exerted is not clear, but it is considered that the use of alumina particles having high reduction resistance can suppress the precipitation of lithium dendrite on the negative electrode side during the charge / discharge cycle.

無機粒子としてCeO粒子(ゼータ電位:約30mV)又はZrO粒子(ゼータ電位:約40mV)を用いると、高イオン伝導性の電解質層が得られる傾向にある。無機粒子としてゼータ電位が高い粒子を用いると、粒子表面へのイオン導電材の吸着が弱まり、イオン導電材が比較的自由に熱運動できるようになると考えられる。その結果、イオン導電材からリチウムイオンが移動し易くなり、リチウムイオン伝導が促進されると予測される。 When CeO 2 particles (zeta potential: about 30 mV) or ZrO 2 particles (zeta potential: about 40 mV) are used as the inorganic particles, a highly ionic conductive electrolyte layer tends to be obtained. It is considered that when particles having a high zeta potential are used as the inorganic particles, the adsorption of the ionic conductive material on the particle surface is weakened, and the ionic conductive material can move relatively freely. As a result, it is predicted that lithium ions will easily move from the ionic conductive material and lithium ion conduction will be promoted.

無機粒子は、リチウムイオン伝導性の無機物質を用いることによって、イオン伝導性により優れる電解質層が得られる傾向にある。そのような無機物質としては、例えば、Li5+XLa(Zr、A2−X)O12(式中、AはSc、Ti、C、Y、Nb、Hf、Ta、Al、Si、Ga、Ge、Snからなる群より選ばれる1種類以上の元素、1.4≦X≦2)、Li1+YAlTi2−Y(PO(0≦Y≦1)、Li3ZLa2/3−ZTiO(0≦Z≦2/3)等が挙げられる。これらは、室温におけるイオン伝導度が高く、電気化学的安定性が高い傾向にある。As the inorganic particles, by using an inorganic substance having lithium ion conductivity, an electrolyte layer having more excellent ion conductivity tends to be obtained. Examples of such an inorganic substance include Li 5 + X La 3 (Zr X , A 2-X ) O 12 (in the formula, A is Sc, Ti, C, Y, Nb, Hf, Ta, Al, Si, Ga. , Ge, Sn One or more elements selected from the group, 1.4 ≤ X ≤ 2), Li 1 + Y Al Y Ti 2-Y (PO 4 ) 3 (0 ≤ Y ≤ 1), Li 3Z La 2 / 3-Z TiO 3 (0 ≦ Z ≦ 2/3) and the like can be mentioned. They tend to have high ionic conductivity at room temperature and high electrochemical stability.

(イオン導電材)
イオン導電材は、上述のイオン導電材と同様のものであってよい。
(Ion conductive material)
The ionic conductive material may be the same as the above-mentioned ionic conductive material.

<電解質バインダ>
電解質バインダは、フッ素系の樹脂が好適に用いられる。フッ素系の樹脂としては、例えば、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)等が挙げられる。PVDF又はPTFEを用いることで、電解質層及び電極集電体の密着性が向上するため、電池性能が向上する傾向にある。
<Electrolyte binder>
A fluorine-based resin is preferably used as the electrolyte binder. Examples of the fluorine-based resin include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE). By using PVDF or PTFE, the adhesion between the electrolyte layer and the electrode current collector is improved, so that the battery performance tends to be improved.

外装体
外装体30は、正極70、電解質層50及び負極80を備える電極群85を収容できる電池ケースである。外装体の材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の耐食性を有するものであることが好ましい。外装体の容積Sは、電池のサイズに合わせて適宜設定することができる。
Exterior The exterior 30 is a battery case capable of accommodating an electrode group 85 including a positive electrode 70, an electrolyte layer 50, and a negative electrode 80. The material of the exterior body is preferably one having corrosion resistance such as aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel. The volume S of the exterior body can be appropriately set according to the size of the battery.

外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量(イオン伝導材の総質量/外装体の容積S)は、0.12〜0.35g/cmである。外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量は、0.15g/cm以上、0.18g/cm以上、0.21g/cm以上、0.24g/cm以上、0.27g/cm以上であってもよく、0.34g/cm以下、0.33g/cm以下、0.32g/cm以下、0.31g/cm以下、0.30g/cm以下であってもよい。外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が0.12g/cm以上であると、放電レート特性に優れ、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が0.35g/cm以下であると、過充電時の安全性に優れる。The total mass of the ionic conductive material (total mass of the ionic conductive material / volume S of the exterior body) per unit volume of the exterior body is 0.12 to 0.35 g / cm 3 . The total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is 0.15 g / cm 3 or more, 0.18 g / cm 3 or more, 0.21 g / cm 3 or more, 0.24 g / cm 3 or more, 0.27 g. / Cm 3 or more, 0.34 g / cm 3 or less, 0.33 g / cm 3 or less, 0.32 g / cm 3 or less, 0.31 g / cm 3 or less, 0.30 g / cm 3 or less There may be. When the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is 0.12 g / cm 3 or more, the discharge rate characteristics are excellent, and the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is 0.35 g / cm. When it is 3 or less, the safety at the time of overcharging is excellent.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
上述のリチウムイオン二次電池100は、正極集電体10及び正極集電体10上に設けられた正極合剤層40を有する正極70、電解質層50、並びに負極集電体20及び負極集電体20上に設けられた負極合剤層60を有する負極80を備える電極群85を作製する工程と、電極群85を外装体30に収容する工程と、を備える製造方法によって製造することができる。
[Manufacturing method of lithium ion secondary battery]
The above-mentioned lithium ion secondary battery 100 includes a positive electrode 70 having a positive electrode mixture layer 40 provided on the positive electrode current collector 10 and the positive electrode current collector 10, an electrolyte layer 50, and a negative electrode current collector 20 and a negative electrode current collector. It can be manufactured by a manufacturing method including a step of producing an electrode group 85 including a negative electrode 80 having a negative electrode mixture layer 60 provided on the body 20 and a step of accommodating the electrode group 85 in the exterior body 30. ..

正極70は、例えば、正極集電体10上に正極活物質を含む正極活物質層が設けられた正極前駆体を用意する工程と、イオン導電材を正極活物質層に加えて正極合剤層40を形成する工程と、を備える製造方法によって製造することができる。 The positive electrode 70 includes, for example, a step of preparing a positive electrode precursor in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is provided on the positive electrode current collector 10, and a positive electrode mixture layer in which an ionic conductive material is added to the positive electrode active material layer. It can be manufactured by a manufacturing method including a step of forming 40.

正極合剤層40の単位体積当たりのイオン伝導材の質量(正極合剤層のイオン伝導材の質量/正極合剤層の体積V1)は、0.05〜0.50g/cmであってよい。正極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量は、0.06g/cm以上であってもよく、0.40g/cm以下であってもよい。正極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量が0.05g/cm以上であると、放電レート特性により優れる傾向にあり、0.50g/cm以下であると、過充電時の安全性により優れる傾向にある。The mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer 40 (mass of the ionic conductive material of the positive electrode mixture layer / volume V1 of the positive electrode mixture layer) is 0.05 to 0.50 g / cm 3. Good. The mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer may be 0.06 g / cm 3 or more, or 0.40 g / cm 3 or less. When the mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer is 0.05 g / cm 3 or more, the discharge rate characteristics tend to be superior, and when it is 0.50 g / cm 3 or less, it is overcharged. It tends to be better in safety.

電解質層50は、例えば、電解質成分に電解質バインダを添加・混合する工程と、得られた混合物をシート状に形成する工程と、を備える製造方法によって製造することができる。 The electrolyte layer 50 can be manufactured by, for example, a manufacturing method including a step of adding and mixing an electrolyte binder to an electrolyte component and a step of forming the obtained mixture into a sheet.

負極80は、例えば、負極集電体20上に負極活物質を含む負極活物質層が設けられた負極前駆体を用意する工程と、イオン導電材を負極活物質層に加えて負極合剤層60を形成する工程と、を備える製造方法によって製造することができる。 The negative electrode 80 includes, for example, a step of preparing a negative electrode precursor in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is provided on the negative electrode current collector 20, and a negative electrode mixture layer in which an ionic conductive material is added to the negative electrode active material layer. It can be manufactured by a manufacturing method including a step of forming 60.

負極合剤層60の単位体積当たりのイオン伝導材の質量(負極合剤層のイオン伝導材の質量/負極合剤層の体積V2)は、0.05〜0.50g/cmであってよい。負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量は、0.06g/cm以上であってもよく、0.40g/cm以下であってもよい。負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量が0.05g/cm以上であると、放電レート特性により優れる傾向にあり、0.50g/cm以下であると、過充電時の安全性により優れる。The mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer 60 (mass of the ionic conductive material of the negative electrode mixture layer / volume V2 of the negative electrode mixture layer) is 0.05 to 0.50 g / cm 3. Good. The mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer may be 0.06 g / cm 3 or more, or 0.40 g / cm 3 or less. When the mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer is 0.05 g / cm 3 or more, it tends to be superior to the discharge rate characteristics, and when it is 0.50 g / cm 3 or less, it is overcharged. Better in safety.

次いで、得られた正極70、電解質層50、及び負極80を備える電極群85を外装体30に収容することによって、リチウムイオン二次電池100を得ることができる。電極群85を外装体30に収容する際に、電極群85にイオン導電材を注液し、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が所定の範囲になるように調整してもよい。なお、注液されたイオン導電材は外装体30と電極群85との隙間に存在することになるため、注液前後において、正極合剤層40及び負極合剤層60の単位体積当たりのイオン伝導材の質量は変動しないと推察される。 Next, the lithium ion secondary battery 100 can be obtained by accommodating the electrode group 85 including the obtained positive electrode 70, the electrolyte layer 50, and the negative electrode 80 in the exterior body 30. When the electrode group 85 is housed in the exterior body 30, even if the ionic conductive material is injected into the electrode group 85 and the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is adjusted to be within a predetermined range. Good. Since the injected ionic conductive material exists in the gap between the exterior body 30 and the electrode group 85, ions per unit volume of the positive electrode mixture layer 40 and the negative electrode mixture layer 60 before and after injection. It is inferred that the mass of the conductive material does not fluctuate.

図3は、リチウムイオン二次電池の他の実施形態を示す模式断面図である。リチウムイオン二次電池200は、正極集電体10、正極合剤層40、電解質層50、負極合剤層60、インターコネクタ90、正極合剤層40、電解質層50、負極合剤層60、インターコネクタ90、正極合剤層40、電解質層50、負極合剤層60、及び負極集電体20をこの順に備える電極群85と、外装体30と、を備える。図3に示すとおり、リチウムイオン二次電池200は、正極合剤層40、電解質層50、及び負極合剤層60をこの順で有する組み合わせを、インターコネクタ90を介して複数備えているとみなすことができる。複数の組み合わせの中でも、最外に存在する正極合剤層40は、正極集電体10に接続され、最外に存在する負極合剤層60は、負極集電体20に接続される。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery 200 includes a positive electrode current collector 10, a positive electrode mixture layer 40, an electrolyte layer 50, a negative electrode mixture layer 60, an interconnector 90, a positive electrode mixture layer 40, an electrolyte layer 50, and a negative electrode mixture layer 60. An electrode group 85 including an interconnector 90, a positive electrode mixture layer 40, an electrolyte layer 50, a negative electrode mixture layer 60, and a negative electrode current collector 20 in this order, and an exterior body 30 are provided. As shown in FIG. 3, it is considered that the lithium ion secondary battery 200 includes a plurality of combinations having the positive electrode mixture layer 40, the electrolyte layer 50, and the negative electrode mixture layer 60 in this order via the interconnector 90. be able to. Among the plurality of combinations, the outermost positive electrode mixture layer 40 is connected to the positive electrode current collector 10, and the outermost negative electrode mixture layer 60 is connected to the negative electrode current collector 20.

[インターコネクタ]
インターコネクタ90には、電子伝導性が高いこと、イオン伝導性がないこと、負極合剤層60と正極合剤層40に接触する面がそれぞれの電位によって酸化還元反応を示さないことが求められる。インターコネクタ90は、正極集電体10及び負極集電体20として用いられるものであってもよく、アルミニウム箔又はSUS箔であってもよい。
[Interconnector]
The interconnector 90 is required to have high electron conductivity, no ionic conductivity, and the surfaces in contact with the negative electrode mixture layer 60 and the positive electrode mixture layer 40 do not exhibit a redox reaction depending on their respective potentials. .. The interconnector 90 may be used as the positive electrode current collector 10 and the negative electrode current collector 20, and may be aluminum foil or SUS foil.

以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
<イオン導電材の調製>
LiTFSI(リチウム塩)とテトラグライム(溶媒(一般式(1)で表されるグライム)、20℃蒸気圧:1Pa)とを1:1のモル比で混合し、ガラス瓶内でマグネティックスターラを用いて撹拌し、イオン導電材を調製した。20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量は100モル%であった。
(Example 1)
<Preparation of ionic conductive material>
LiTFSI (lithium salt) and tetraglime (solvent (grime represented by the general formula (1)), vapor pressure at 20 ° C.: 1 Pa) are mixed at a molar ratio of 1: 1 and used in a glass bottle using a magnetic stirrer. Stirring was performed to prepare an ionic conductive material. The content of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. was 100 mol%.

<正極の作製>
LiNi1/3Mn1/3Co1/3(正極活物質)81.0質量部に、粉末状炭素(正極導電材)3.0質量部及びアセチレンブラック(正極導電材)6.0質量部を加え、混合物を得た。別途、ポリフッ化ビニリデン(PVDF、正極バインダ)10.0質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP、分散媒)に溶解した溶液を用意し、これに上記混合物を加え、NMPで粘度を調整しながらプラネタリーミキサーで混合し、正極合剤スラリーを調製した。正極合剤スラリーを、厚み12μmのSUS鋼箔からなる集電体(正極集電体)の片面に、塗布機で均一かつ均等に塗布した。塗布後、ロールプレス機により圧縮成形し、5MPaで加圧し、Φ10mmに打ち抜くことで正極活物質層を有する正極前駆体を得た。正極前駆体の単位面積当たりの質量は、15mg/cmであった。
<Cathode preparation>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (positive electrode active material) 81.0 parts by mass, powdered carbon (positive electrode conductive material) 3.0 parts by mass and acetylene black (positive electrode conductive material) 6.0 Parts by weight were added to give a mixture. Separately, a solution prepared by dissolving 10.0 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF, positive electrode binder) in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, dispersion medium) was prepared, the above mixture was added thereto, and the viscosity was adjusted by NMP. While mixing with a planetary mixer, a positive mixture slurry was prepared. The positive electrode mixture slurry was uniformly and evenly applied to one side of a current collector (positive electrode current collector) made of SUS steel foil having a thickness of 12 μm with a coating machine. After coating, compression molding was performed by a roll press machine, pressure was applied at 5 MPa, and punching was performed to Φ10 mm to obtain a positive electrode precursor having a positive electrode active material layer. The mass of the positive electrode precursor per unit area was 15 mg / cm 2 .

得られた正極前駆体の正極活物質層に対して、マイクロピペットを用いて、上記イオン導電材を滴下することによって正極合剤層を有する正極を作製した。このとき、正極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量が0.3g/cmとなるように調整した。なお、正極活物質層に滴下したイオン伝導材の質量は0.0306gであり、正極合剤層の体積は0.102cmであった。また、正極合剤層の体積はマイクロメータを用いて正極合剤層の厚み等を測定することによって求めた。A positive electrode having a positive electrode mixture layer was prepared by dropping the above-mentioned ionic conductive material onto the positive electrode active material layer of the obtained positive electrode precursor using a micropipette. At this time, the mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer was adjusted to 0.3 g / cm 3. The mass of the ionic conductive material dropped on the positive electrode active material layer was 0.0306 g, and the volume of the positive electrode mixture layer was 0.102 cm 3 . The volume of the positive electrode mixture layer was determined by measuring the thickness of the positive electrode mixture layer using a micrometer.

<負極の作製>
黒鉛(負極活物質)90.0質量部に、PVDF(負極バインダ)10.0質量部をNMP(分散媒)に溶解した溶液を加え、NMPで粘度を調整しながらプラネタリーミキサーで混合し、負極合剤スラリーを調製した。負極合剤スラリーを、厚み12μmのSUS鋼箔からなる集電体(負極集電体)の片面に、塗布機で均一かつ均等に塗布した。塗布後、ロールプレス機により圧縮成形し、5MPaで加圧し、Φ10mmに打ち抜くことで負極活物質層を有する負極前駆体を得た。負極前駆体の単位面積当たりの質量は、6.8mg/cmであった。
<Manufacturing of negative electrode>
A solution prepared by dissolving 10.0 parts by mass of PVDF (negative electrode binder) in NMP (dispersion medium) was added to 90.0 parts by mass of graphite (negative electrode active material), and mixed with a planetary mixer while adjusting the viscosity with NMP. A negative electrode mixture slurry was prepared. The negative electrode mixture slurry was uniformly and evenly applied to one side of a current collector (negative electrode current collector) made of SUS steel foil having a thickness of 12 μm with a coating machine. After coating, compression molding was performed by a roll press machine, pressure was applied at 5 MPa, and punching was performed to Φ10 mm to obtain a negative electrode precursor having a negative electrode active material layer. The mass of the negative electrode precursor per unit area was 6.8 mg / cm 2 .

得られた負極前駆体の負極活物質層に対して、マイクロピペットを用いて、上記イオン導電材を滴下することによって負極合剤層を有する負極を作製した。このとき、負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量が0.3g/cmとなるように調整した。なお、負極活物質層に滴下したイオン伝導材の質量は0.0225gであり、負極合剤層の体積は0.075cmであった。また、負極合剤層の体積はマイクロメータを用いて負極合剤層の厚み等を測定することによって求めた。A negative electrode having a negative electrode mixture layer was prepared by dropping the above-mentioned ionic conductive material onto the negative electrode active material layer of the obtained negative electrode precursor using a micropipette. At this time, the mass of the ionic conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer was adjusted to 0.3 g / cm 3. The mass of the ionic conductive material dropped on the negative electrode active material layer was 0.0225 g, and the volume of the negative electrode mixture layer was 0.075 cm 3 . The volume of the negative electrode mixture layer was determined by measuring the thickness of the negative electrode mixture layer using a micrometer.

<電解質層用シートの作製>
上記イオン導電材及びSiOナノ粒子(無機粒子)を体積基準で62:38の比率で混合し、これにメタノールを添加して30分間撹拌した。その後、得られた電解質成分スラリーをシャーレに広げ、メタノールを留去して、粉末状の電解質成分を得た。これに、5質量%となるようにポリテトラフルオロエチレン(PTFE、電解質バインダ)を添加し、充分に混合した後、加圧して伸張し、Φ16mmに打ち抜くことで、厚み約30μmの電解質層用シート得た。電解質層用シートにおけるイオン伝導材の質量は0.0506gであった。
<Preparation of sheet for electrolyte layer>
The above-mentioned ionic conductive material and SiO 2 nanoparticles (inorganic particles) were mixed at a ratio of 62:38 on a volume basis, methanol was added thereto, and the mixture was stirred for 30 minutes. Then, the obtained electrolyte component slurry was spread on a petri dish, and methanol was distilled off to obtain a powdery electrolyte component. Polytetrafluoroethylene (PTFE, electrolyte binder) is added to this so as to have a thickness of 5% by mass, and after sufficiently mixing, the sheet is pressurized and stretched, and punched to Φ16 mm to obtain a sheet for an electrolyte layer having a thickness of about 30 μm. Obtained. The mass of the ionic conductive material in the electrolyte layer sheet was 0.0506 g.

<電池の作製>
アルゴンで充填したグローブボックス内に、作製した正極、負極、及び電解質層用シートを入れ、負極集電体、負極合剤層、電解質層用シート、正極合剤層、及び正極集電体をこの順に重ね、2032サイズのコイン型電池セルホルダ(外装体、容積:0.542cm)に収容した。次いで、マイクロピペットを用いて、コイン型電池セルホルダに上記イオン導電材を注液し、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が、0.29g/cmとなるように調整した。なお、滴下したイオン伝導材の質量は0.0535gであり、イオン伝導材の総質量は0.1572gであった。その後、かしめ機によって密閉することで、実施例1のリチウムイオン二次電池を作製した。
<Battery production>
The prepared positive electrode, negative electrode, and electrolyte layer sheet are placed in a glove box filled with argon, and the negative electrode current collector, the negative electrode mixture layer, the electrolyte layer sheet, the positive electrode mixture layer, and the positive electrode current collector are used. They were stacked in order and housed in a 2032 size coin-type battery cell holder (exterior body, volume: 0.542 cm 3). Next, the ion conductive material was injected into the coin-type battery cell holder using a micropipette, and the total mass of the ion conductive material per unit volume of the exterior body was adjusted to 0.29 g / cm 3. The mass of the dropped ionic conductive material was 0.0535 g, and the total mass of the ionic conductive material was 0.1572 g. Then, the lithium ion secondary battery of Example 1 was produced by sealing with a caulking machine.

(実施例2)
表1に示すとおり、イオン導電材の調製において、テトラグライムをDEME−TFSI(溶媒(イオン液体))に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 2)
As shown in Table 1, the lithium ion secondary battery of Example 2 was used in the same manner as in Example 1 except that the tetraglime was changed to DEME-TFSI (solvent (ionic liquid)) in the preparation of the ionic conductive material. Made.

(実施例3)
表1に示すとおり、イオン導電材の調製において、テトラグライムをプロピレンカーボネート(環状カーボネート、20℃蒸気圧:17Pa)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 3)
As shown in Table 1, in the preparation of the ionic conductive material, the lithium ion rechargeable battery of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the tetraglime was changed to propylene carbonate (cyclic carbonate, 20 ° C. vapor pressure: 17 Pa). The next battery was manufactured.

(実施例4)
表1に示すとおり、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量を0.35g/cmとなるように調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例4のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 4)
As shown in Table 1, the lithium ion rechargeable battery of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body was adjusted to 0.35 g / cm 3. The next battery was manufactured.

(実施例5)
表1に示すとおり、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量を0.23g/cmとなるように調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例5のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 5)
As shown in Table 1, the lithium ion battery of Example 5 was adjusted in the same manner as in Example 1 except that the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body was adjusted to 0.23 g / cm 3. The next battery was manufactured.

(実施例6)
表1に示すとおり、正極合剤層及び負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量を0.27g/cm、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量を0.18g/cmとなるように調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例6のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 6)
As shown in Table 1, the mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer is 0.27 g / cm 3 , and the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is 0.18 g. except that was adjusted to / cm 3, the same procedure as in example 1 to prepare a lithium ion secondary battery of example 6.

(実施例7)
表1に示すとおり、正極合剤層及び負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量を0.12g/cm、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量を0.12g/cmとなるように調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例7のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 7)
As shown in Table 1, the mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer is 0.12 g / cm 3 , and the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is 0.12 g. except that was adjusted to / cm 3, the same procedure as in example 1 to prepare a lithium ion secondary battery of example 7.

(比較例1)
表1に示すとおり、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量を0.59g/cmとなるように調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例1のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
As shown in Table 1, the lithium ion rechargeable battery of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body was adjusted to 0.59 g / cm 3. The next battery was manufactured.

(比較例2)
表1に示すとおり、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量を0.41g/cmとなるように調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例2のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
As shown in Table 1, the lithium ion rechargeable battery of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body was adjusted to 0.41 g / cm 3. The next battery was manufactured.

(比較例3)
表1に示すとおり、正極合剤層及び負極合剤層の単位体積当たりのイオン伝導材の質量を0.05g/cm、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量を0.09g/cmとなるように調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例3のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 3)
As shown in Table 1, the mass of the ionic conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer is 0.05 g / cm 3 , and the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is 0.09 g. except that was adjusted to / cm 3, the same procedure as in example 1 to prepare a lithium ion secondary battery of Comparative example 3.

(比較例4)
表1に示すとおり、イオン導電材の調製において、テトラグライムをテトラグライム(80モル%)とジメチルカーボネート(20℃蒸気圧:5300Pa、20モル%)との混合液に変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例4のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 4)
As shown in Table 1, in the preparation of the ionic conductive material, Examples were made except that the tetraglime was changed to a mixed solution of tetraglime (80 mol%) and dimethyl carbonate (20 ° C. vapor pressure: 5300 Pa, 20 mol%). The lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in 1.

<コインセル電池の評価>
(放電レート特性の評価)
実施例1〜7及び比較例1〜4のリチウムイオン二次電池について、1480ポテンシオスタット(ソーラトロン社製)を用いて、0.1Cで充電を行い、SOC(Stage of Charge)100%で1時間保持した後、0.1Cで放電を行った。上限電位を4.2V、下限電位を2.7Vとし、0.1Cでの放電容量を測定した。その後、0.1Cで充電した後、SOC100%で1時間保持し、0.5Cで放電することで、0.5Cでの放電容量を測定した。このとき、以下の式で表される値を放電レート特性とした。結果を表2に示す。
放電レート特性(%)=[(0.5Cでの放電容量)/(0.1Cでの放電容量)]×100
<Evaluation of coin cell batteries>
(Evaluation of discharge rate characteristics)
The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 were charged at 0.1 C using a 1480 potentiostat (manufactured by Solartron), and 1 at 100% SOC (Stage of Charge). After holding for a long time, discharge was performed at 0.1 C. The upper limit potential was 4.2 V, the lower limit potential was 2.7 V, and the discharge capacity at 0.1 C was measured. Then, after charging at 0.1C, it was held at 100% SOC for 1 hour and discharged at 0.5C to measure the discharge capacity at 0.5C. At this time, the value represented by the following formula was used as the discharge rate characteristic. The results are shown in Table 2.
Discharge rate characteristic (%) = [(Discharge capacity at 0.5C) / (Discharge capacity at 0.1C)] x 100

(過充電特性の評価)
0.5Cレート特性の評価を行った後、0.1Cでさらに放電し、1時間放置した。その後、0.1Cで充電し、5V到達時から1時間経過後の電圧変化量を測定した。結果を表2に示す。本試験においては、数値が高いほど、電池の内部抵抗が上昇していること(すなわち、良好な電流遮断特性を備えていること)を意味し、安全性に優れるといえる。
(Evaluation of overcharge characteristics)
After evaluating the 0.5C rate characteristic, the battery was further discharged at 0.1C and left for 1 hour. Then, it was charged at 0.1C, and the amount of voltage change 1 hour after reaching 5V was measured. The results are shown in Table 2. In this test, the higher the value, the higher the internal resistance of the battery (that is, it has good current cutoff characteristics), and it can be said that the safety is excellent.

Figure 2019177055
Figure 2019177055

Figure 2019177055
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実施例1〜7のリチウムイオン二次電池は、過充電時の安全性に優れるとともに、放電レート特性にも優れていた。一方、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が0.35g/cmを超える比較例1、2のリチウムイオン二次電池は、放電レート特性に優れるものの、過充電時の安全性が充分ではなかった。また、外装体の単位容積当たりのイオン伝導材の総質量が0.12g/cm未満である比較例3及び20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量が溶媒の総物質量を基準として85モル%未満である比較例4のリチウムイオン二次電池は、過充電時の安全性に優れるものの、放電レート特性が充分ではなかった。これらの結果から、本発明のリチウム二次電池が、過充電時の安全性に優れるとともに、放電レート特性にも優れることが確認された。The lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 7 were excellent in safety at the time of overcharging and also excellent in discharge rate characteristics. On the other hand, the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2 in which the total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body exceeds 0.35 g / cm 3 are excellent in discharge rate characteristics, but are safe during overcharging. Was not enough. Further, the total amount of substance content solvent of the solvent vapor pressure is less than 200Pa total weight of the ion conductive material of Comparative Example 3 and 20 ° C. less than 0.12 g / cm 3 per unit volume of the outer body The lithium ion secondary battery of Comparative Example 4, which is less than 85 mol% as a reference, is excellent in safety at the time of overcharging, but the discharge rate characteristic is not sufficient. From these results, it was confirmed that the lithium secondary battery of the present invention is excellent in safety at the time of overcharging and also in discharge rate characteristics.

本発明で得られるリチウムイオン二次電池は、セルコントローラー又は制御盤と接続し、筐体で保護することによって、蓄電デバイスとして使用することができる。本発明に係るリチウムイオン二次電池は、より高い電流での充放電が可能となり、さらに、サイクルに伴う蓄電性能の低下を抑制することが可能となる。また、リチウムイオン二次電池を用いた蓄電デバイスは、自動車用電源として車体前面又は底面に配置することも可能である。さらに、蓄電デバイスは、産業用電源として電力需給バランス化のためにも使用することが可能となる。 The lithium ion secondary battery obtained in the present invention can be used as a power storage device by connecting to a cell controller or a control panel and protecting it with a housing. The lithium ion secondary battery according to the present invention can be charged and discharged at a higher current, and can further suppress a decrease in storage performance due to a cycle. Further, the power storage device using the lithium ion secondary battery can be arranged on the front surface or the bottom surface of the vehicle body as a power source for an automobile. Further, the power storage device can be used as an industrial power source for balancing the supply and demand of electric power.

10…正極集電体、20…負極集電体、30…外装体、40…正極合剤層、50…電解質層、60…負極合剤層、70…正極、80…負極、85…電極群、90…インターコネクタ、100、200…リチウムイオン二次電池、S…容積(外装体)、V1…体積(正極合剤層)、V2…体積(負極合剤層)。 10 ... Positive electrode current collector, 20 ... Negative electrode current collector, 30 ... Exterior body, 40 ... Positive electrode mixture layer, 50 ... Electrolyte layer, 60 ... Negative electrode mixture layer, 70 ... Positive electrode, 80 ... Negative electrode, 85 ... Electrode group , 90 ... interconnector, 100, 200 ... lithium ion secondary battery, S ... volume (exterior body), V1 ... volume (positive electrode mixture layer), V2 ... volume (negative electrode mixture layer).

Claims (5)

正極集電体及び前記正極集電体上に設けられた正極合剤層を有する正極、電解質層、並びに負極集電体及び前記負極集電体上に設けられた負極合剤層を有する負極を備える電極群と、
前記電極群を収容する外装体と、
を備え、
前記電極群が、溶媒及びリチウム塩を含むイオン伝導材を含有し、
前記外装体の単位容積当たりの前記イオン伝導材の総質量が、0.12〜0.35g/cmであり、
前記溶媒が、20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒を含み、
前記20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒の含有量が、溶媒の総物質量を基準として、85モル%以上である、リチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer provided on the positive electrode current collector, an electrolyte layer, and a negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer provided on the negative electrode current collector. Electrode group to be provided and
An exterior body accommodating the electrode group and
With
The electrode group contains an ionic conductive material containing a solvent and a lithium salt.
The total mass of the ionic conductive material per unit volume of the exterior body is 0.12 to 0.35 g / cm 3 .
The solvent contains a solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C.
A lithium ion secondary battery in which the content of the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. is 85 mol% or more based on the total amount of substances of the solvent.
前記正極合剤層の単位体積当たりの前記イオン伝導材の質量が、0.05〜0.50g/cmである、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the mass of the ion conductive material per unit volume of the positive electrode mixture layer is 0.05 to 0.50 g / cm 3. 前記負極合剤層の単位体積当たりの前記イオン伝導材の質量が、0.05〜0.50g/cmである、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the mass of the ion conductive material per unit volume of the negative electrode mixture layer is 0.05 to 0.50 g / cm 3. 前記20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒が、下記一般式(1)で表されるグライムを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
O−(CHCHO)−R (1)
[式(1)中、R及びRはそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を示し、mは3〜6の整数を示す。]
The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. contains grime represented by the following general formula (1).
R 1 O- (CH 2 CH 2 O) m- R 2 (1)
[In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and m represents an integer of 3 to 6 carbon atoms. ]
前記20℃における蒸気圧が200Pa以下である溶媒が、トリエチレングリコールジメチルエーテル又はテトラエチレングリコールジメチルエーテルを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the solvent having a vapor pressure of 200 Pa or less at 20 ° C. contains triethylene glycol dimethyl ether or tetraethylene glycol dimethyl ether.
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