KR20080112142A - Lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 고용량이고, 생산성이 우수한 리튬 2차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery having a high capacity and excellent productivity.
리튬 2차 전지는, 고전압, 고에너지(energy) 밀도이기 때문에, 휴대기기 등의 구동전원 등으로서 수요가 증가 경향에 있다. 현재, 이 리튬 이온(lithium ion) 2차 전지의 음극 활물질로서는, 용량이 크고 가역성도 좋은 탄소질 재료가 주로 사용되고 있다. Since lithium secondary batteries have high voltage and high energy density, there is a tendency to increase demand as driving power sources for portable devices and the like. At present, as a negative electrode active material of this lithium ion secondary battery, a carbonaceous material having a large capacity and good reversibility is mainly used.
현재의 리튬 2차 전지에는, 적용되는 기기의 개량에 따라, 보다 고용량인 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 전극 밀도를 향상시켜 활물질을 채워넣고, 전지의 용량 밀도를 크게 하는 검토가 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 전극을 고밀도화함으로써, 리튬 2차 전지의 고용량화는 달성할 수 있다. The current lithium secondary battery is required to have a higher capacity according to the improvement of the device to be applied. Therefore, the examination which improves electrode density, fills an active material, and enlarges the capacity density of a battery is performed (for example, patent document 1). As disclosed in
[특허문헌 1][Patent Document 1]
일본국 특개2007-95402호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-95402
그런데, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 리튬 2차 전지에서는, 음극으로서는, 탄소질 재료 등의 활물질과 바인더(binder) 등을 함유하는 다공질의 음극 합제층(合劑層)을 집전체(集電體)의 표면에 형성한 것 등이 사용되고 있다. By the way, in the lithium secondary battery disclosed by
그리고, 이러한 리튬 2차 전지는, 예를 들면, 상기한 바와 같은 음극과, 양극(예를 들면, 다공질의 양극 합제층을 가지는 양극)을, 세퍼레이터(separator)를 거쳐 서로 겹친 적층 전극체나, 이것을 소용돌이 형상으로 감은 권회 전극체 등을 더 구성하고, 이러한 전극체를 외장체 내에 장전한 후에, 전해액 주입공정에서 비수 전해액을 외장체 내에 주입하고, 음극의 음극 합제층 내나 양극의 양극 합제층 내, 세퍼레이터의 빈 구멍 내에 전해액을 침투시키고, 그 후에 외장체를 밀봉하는 공정을 거쳐 제조된다. The lithium secondary battery is, for example, a laminated electrode body in which a negative electrode as described above and a positive electrode (for example, a positive electrode having a porous positive electrode mixture layer) are stacked on each other via a separator, or After the spirally wound wound electrode body is further configured, and after the electrode body is loaded in the exterior body, the nonaqueous electrolyte is injected into the exterior body in the electrolyte injection step, and the negative electrode mixture layer of the negative electrode or the positive electrode mixture layer of the positive electrode, It is manufactured through the process of infiltrating electrolyte into the empty hole of a separator, and then sealing an exterior body.
그런데, 전지의 고용량화를 위하여 고밀도화한 전극에서는, 비수전해액의 침투 속도가 늦어지기 때문에, 전지를 제조할 때의 전해액 주액 공정에서 시간이 걸려, 전지의 생산 속도를 저하시키는 경우가 있었다. By the way, in the electrode which densified for the high capacity of a battery, since the penetration rate of a nonaqueous electrolyte liquid becomes slow, it may take time in the electrolyte solution pouring process at the time of manufacturing a battery, and may reduce the production speed of a battery.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 고용량이고, 생산성이 우수한 리튬 2차 전지를 제공하는 것에 있다. This invention is made | formed in view of the said situation, and the objective is to provide the lithium secondary battery which is high capacity and was excellent in productivity.
상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 리튬 2차 전지는, 음극 집전체의 한쪽 면 또는 양면에 탄소질 재료를 함유하는 음극 합제층이 형성되어 이루어지는 음극을 구비한 전지에 있어서, 상기 음극 합제층은, 밀도가 1.7 g/㎤ 이상이고, 또한 수은 포로시미터(porosimeter)에 의하여 측정되는 세공(細孔) 지름의 최빈값(最頻値)이 0.9 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.The lithium secondary battery of the present invention, which has achieved the above object, has a negative electrode mixture layer in which a negative electrode mixture layer containing a carbonaceous material is formed on one or both surfaces of a negative electrode current collector, wherein the negative electrode mixture layer Silver is 1.7 g / cm <3> or more, and the mode of the pore diameter measured by a mercury porosimeter is 0.9 micrometer or more, It is characterized by the above-mentioned.
본 발명의 리튬 2차 전지에서는, 탄소질 재료를 함유하는 음극 합제층의 밀도를 1.7 g/㎤ 이상으로 함으로써 고용량화를 달성하고 있다. In the lithium secondary battery of the present invention, high capacity is achieved by setting the density of the negative electrode mixture layer containing the carbonaceous material to 1.7 g /
다른 한편, 음극 합제층을 1.7 g/㎤ 이상으로 고밀도로 하면, 다공질인 음극 합제층이 가지는 빈 구멍이 감소하기 때문에, 음극 합제층에 대한 비수전해액(이하, 간단하게 '전해액'이라 한다)의 침투 속도가 저하한다. 그래서, 본 발명의 리튬 2차 전지에서는, 음극 합제층에서의 세공 지름의 최빈값을 0.9 ㎛ 이상으로 하여, 음극 합제층이 가지는 세공을 크게 함으로써, 음극 합제층 내로의 전해액의 침투 속도를 높이고, 전지 제조시에서의 전해액 주입공정의 단시간화를 달성하여, 그 생산성을 향상시키고 있다. On the other hand, when the negative electrode mixture layer has a high density of 1.7 g /
본 발명에 의하면, 고용량이고, 생산성이 우수한 리튬 2차 전지를 제공할 수 있다. According to the present invention, a lithium secondary battery having high capacity and excellent productivity can be provided.
본 발명의 리튬 2차 전지에 관한 음극은, 탄소질 재료를 음극 활물질로서 함유하는 음극 합제층을, 음극 집전체의 한쪽 면 또는 양면에 형성하여 이루어지는 것이나, 상기 음극 합제층은, 음극 활물질인 탄소질 재료 외에, 이것을 결착하는 바인더 등도 함유하는 다공질층이다. The negative electrode of the lithium secondary battery of the present invention is formed by forming a negative electrode mixture layer containing a carbonaceous material as a negative electrode active material on one side or both sides of a negative electrode current collector, but the negative electrode mixture layer is carbon which is a negative electrode active material. In addition to the quality material, it is a porous layer containing a binder etc. which bind this.
음극 합제층은, 밀도가, 1.7 g/㎤ 이상, 바람직하게는 1.73 g/㎤ 이상이다. 본 발명의 전지에서는, 이와 같이 음극 합제층을 고밀도로 함으로써, 활물질인 탄소질 재료의 음극 합제층에서의 충전량을 높이고, 음극의 고용량화, 즉 전지의 고용량화를 달성하고 있다. 또한, 음극 합제층의 밀도는, 너무 높으면 음극 표면에 금속 리튬이 석출(析出)하여 충방전 용량이나 충방전 사이클(cycle) 특성의 저하를 야기하는 경우가 있기 때문에, 1.85 g/㎤ 이하인 것이 바람직하고, 1.82 g/㎤ 이하인 것이 더욱 바람직하다. The negative electrode mixture layer has a density of 1.7 g /
또한, 본 명세서에서 설명하는 음극 합제층의 밀도는, 이하의 방법에 의하여 측정되는 값이다. 음극을 기설정된 면적으로 잘라내고, 그 질량을 최소 눈금 1 mg 전자 저울을 사용하여 측정하고, 집전체의 질량을 빼어 음극 합제층의 질량을 산출한다. 한편, 상기 음극의 모든 두께를 최소 눈금 1 ㎛의 마이크로미터(micrometer)로 10점 측정하고, 이것들의 측정값에서 집전체의 두께를 뺀 값의 평균값과, 면적에서, 음극 합제층의 체적을 산출한다. 그리고, 상기 음극 합제층의 질량을 상기 체적으로 나눔으로써 음극 합제층의 밀도를 산출한다. In addition, the density of the negative mix layer demonstrated in this specification is a value measured by the following method. The negative electrode is cut out to a predetermined area, the mass thereof is measured using a
또, 음극 합제층은, 수은 포로시미터에 의한 세공 지름의 최빈값이, 0.9 ㎛ 이상, 바람직하게는 0.92 ㎛ 이상이다. 본 발명에서는, 상기와 같이 음극 합제층을 고밀도로 하면서, 이와 같이 음극 합제층이 가지는 세공 지름을 크게 함으로써, 전해액의 침투 속도를 높여, 전지의 생산성 향상을 달성하고 있다. 또한, 음극 합제층에서의 세공 지름의 최빈값은, 크면 클수록 바람직하나, 본 발명에서는 음극 합제층의 밀도를 1.7 g/㎤ 이상으로 하고 있는 관계상, 그 세공 지름의 최빈값의 상 한값도 저절로 제한된다. 구체적으로는, 예를 들면, 5 ㎛ 정도가 세공 지름의 최빈값의 상한값이 된다. Moreover, the mode of the pore diameter by a mercury porosimeter of the negative electrode mixture layer is 0.9 micrometer or more, Preferably it is 0.92 micrometer or more. In the present invention, by increasing the pore diameter of the negative electrode mixture layer while increasing the negative electrode mixture layer as described above, the penetration rate of the electrolyte solution is increased, thereby improving battery productivity. The larger the pore diameter in the negative electrode mixture layer is, the more preferable the larger the value is. However, in the present invention, since the density of the negative electrode mixture layer is 1.7 g /
또한, 본 명세서에서 설명하는 음극 합제층의 세공 지름의 최빈값은, 수은 포로시미터(Micromeritic사 제조 「Poresizer 9310」)를 사용하여, 음극을 2×4cm로 잘라내고, 이것을 직접 셀(cell)에 넣어서 측정함으로써 구해지는 Log 미분 세공 용적 분포 곡선에서, 최대 피크(peak)에서의 세공 지름(세공 직경)을 의미하고 있다. In addition, the mode of the pore diameter of the negative electrode material mixture layer described in the present specification uses a mercury porosimeter ("Poresizer 9310" manufactured by Micromeritic) to cut the negative electrode into 2 x 4 cm, and directly to the cell. In the log differential pore volume distribution curve calculated by the measurement, the pore diameter (pore diameter) at the maximum peak is meant.
상기와 같이 고밀도이고, 또한 세공 지름의 최빈값이 큰 음극 합제층은, 예를 들면, 하기의 구성을 채용함으로써 형성할 수 있다. As described above, the negative electrode mixture layer having a high density and having a large pore diameter can be formed by adopting the following configuration, for example.
본 발명의 리튬 2차 전지에서는, 음극 활물질로서 탄소질 재료를 이용하나, 상기 탄소질 재료로서, 적어도 하기의 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)를 사용하는 것이 바람직하다. 이것들의 탄소질 재료는 음극 제조시에는 리튬을 함유하고 있지 않지만, 음극 활물질로서 작용할 때에는, 화학적 수단, 전기 화학적 수단 등에 의해 리튬을 함유한 상태가 된다.In the lithium secondary battery of the present invention, a carbonaceous material is used as the negative electrode active material, but at least the following carbonaceous material (A) and carbonaceous material (B) are preferably used as the carbonaceous material. These carbonaceous materials do not contain lithium at the time of negative electrode production, but when they act as negative electrode active materials, they are in a state containing lithium by chemical means, electrochemical means or the like.
탄소질 재료 (A)는, D50이, 바람직하게는 15 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 17 ㎛ 이상이고, 바람직하게는 25 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 23 ㎛ 이하이며, 압축강도가, 바람직하게는 16 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 18 MPa 이상이다.The carbonaceous material (A) has a D 50 of preferably 15 µm or more, more preferably 17 µm or more, preferably 25 µm or less, more preferably 23 µm or less, and a compressive strength, preferably Is at least 16 MPa, more preferably at least 18 MPa.
또, 탄소질 재료 (B)는, D50이, 바람직하게는 15 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 16 ㎛ 이상이고, 바람직하게는 25 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 22 ㎛ 이하이며, 또한 탄소질 재료 (A)보다도 낮은 압축강도를 가지고 있는 것이 바람직하고, 압축강도가, 15 MPa 이하인 것이 더욱 바람직하며, 14 MPa 이하인 것이 더욱 바람직하다. The carbonaceous material (B) has a D 50 of preferably 15 µm or more, more preferably 16 µm or more, preferably 25 µm or less, more preferably 22 µm or less, and a carbonaceous material. It is preferable to have a compressive strength lower than (A), It is more preferable that compressive strength is 15 MPa or less, It is more preferable that it is 14 MPa or less.
상기한 바와 같은 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)를 조합하여 음극 합제층을 형성함으로써, 상기와 같이 고밀도로 하면서, 상기의 세공 지름의 최빈값으로 나타내는 바와 같이, 그 세공 지름을 크게 할 수 있다. By combining the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B) as described above to form a negative electrode mixture layer, the pore diameter is greatly increased as indicated by the mode of the above pore diameters while maintaining the high density as described above. can do.
본 발명에 관한 음극은, 예를 들면, 상기의 탄소질 재료나 후기(後記)의 바인더 등을 함유하는 페이스트(paste) 형상이나 슬러리(slurry) 형상의 음극 합제 함유 조성물을 조제하고, 이것을 집전체에 도포하고 건조한 후에, 프레스(press) 처리를 실시하여 음극 합제층의 두께나 밀도를 조정하는 공정을 거쳐 제작된다. 이 프레스 처리시에 음극 합제층을 고밀도화 하기 위하여 높은 프레스압을 부가하면, 음극 합제층 중의 탄소질 재료의 변형이 생기면서, 충전이 진행되어 음극 합제층의 밀도가 커짐과 동시에, 음극 합제층의 세공 지름이 작아진다고 생각된다. The negative electrode which concerns on this invention prepares the paste mixture composition of the paste form or slurry which contains said carbonaceous material, a late binder, etc., for example, and this is an electrical power collector, After apply | coating to and drying it, it is made through the process of performing a press process and adjusting the thickness and density of a negative electrode mixture layer. When a high press pressure is added in order to increase the density of the negative electrode mixture layer during the press treatment, deformation of the carbonaceous material in the negative electrode mixture layer occurs, the filling proceeds, the density of the negative electrode mixture layer increases, and It is thought that the pore diameter becomes small.
그러나, 상기와 같이, 고압축 강도의 탄소질 재료 (A)와, 이보다도 압축강도가 낮은 탄소질 재료 (B)를 조합하여 음극 합제층을 구성함으로써, 상기의 프레스 처리시에, 탄소질 재료의 변형과 충전의 정도를 조절하여, 세공 지름을 크게 유지한 채 음극 합제층의 밀도를 높일 수 있다. As described above, however, the negative electrode mixture layer is formed by combining the high-compressive carbonaceous material (A) and the lower-compressive carbonaceous material (B) to form a negative electrode mixture layer. By controlling the degree of deformation and filling, the density of the negative electrode mixture layer can be increased while keeping the pore diameter large.
또한, 탄소질 재료 (A)의 압축강도가 너무 작으면, 세공 지름의 최빈값을 상기와 같이 크게 하기 어려워지는 경우가 있다. 또, 탄소질 재료 (A)의 압축강도는, 50 MPa 이하인 것이 바람직하고, 30 MPa 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 압 축강도의 탄소질 재료 (A)를 사용함으로써, 전지의 고용량화나 생산성의 향상뿐 아니라, 전지의 부하 특성의 향상도 도모할 수 있다. If the compressive strength of the carbonaceous material (A) is too small, it may be difficult to increase the mode of the pore diameter as described above. In addition, the compressive strength of the carbonaceous material (A) is preferably 50 MPa or less, and more preferably 30 MPa or less. By using the carbonaceous material (A) of such compressive strength, not only can the battery be increased in capacity or productivity, but also the load characteristics of the battery can be improved.
또한, 탄소질 재료 (B)의 압축강도는, 더욱 바람직하게는 3 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 5 MPa 이상이고, 상기와 같이, 더욱 바람직하게는 15 MPa 이하, 더욱 바람직하게는 14 MPa 이하이다. 탄소질 재료 (B)의 압축강도가 너무 작으면, 세공 지름의 최빈값을 상기와 같이 크게 하기 어려워지는 경우가 있고, 너무 크면, 전지의 부하 특성이 저하하는 경우가 있다. 또한, 예를 들면 음극 합제층의 밀도를 비교적 낮게 설정하는 경우에는, 탄소질 재료 (B)에 압축강도가 비교적 낮은 것을 사용하여도, 세공 지름의 최빈값을 용이하게 상기와 같이 크게 할 수 있다. 한편, 음극 합제층의 밀도를 높게 설정하는 경우에는, 탄소질 재료 (B)에 압축강도가 비교적 높은 것을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 세공 지름의 최빈값을 용이하게 상기와 같이 크게 하는 것이 가능해진다. Further, the compressive strength of the carbonaceous material (B) is more preferably 3 MPa or more, more preferably 5 MPa or more, as described above, more preferably 15 MPa or less, and still more preferably 14 MPa or less. . When the compressive strength of the carbonaceous material (B) is too small, it may be difficult to increase the mode of the pore diameter as described above, and when too large, the load characteristics of the battery may decrease. For example, when setting the density of a negative electrode mixture layer relatively low, even if the compressive strength is used for a carbonaceous material (B), the mode of pore diameter can be enlarged easily as mentioned above. On the other hand, when the density of the negative electrode mixture layer is set high, it is preferable to use a relatively high compressive strength for the carbonaceous material (B), whereby the mode of the pore diameter can be easily enlarged as described above. Become.
본 명세서에서 설명하는 탄소질 재료 (A) 및 탄소질 재료 (B)의 압축강도는, 각각 임의의 10개의 입자를 추출하고, 시마즈 세이사쿠쇼 제조 미소압축시험기「MCT-W500」를 사용하여, 하부 가압판상에 입자를 1개씩 얹고, 직경 50 ㎛의 상부 가압판에서 가압하는 압축 시험을 행하여, 수학식 St=2.8 P/πd2[여기서, St : 압축강도(MPa), P : 파괴 시험력(N), d : 입자 지름(㎛)]에 의해 각 입자의 압축강도를 구하고, 이것들의 전 측정값으로부터 산출한 평균값이다. The compressive strengths of the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B) described in the present specification are each obtained by extracting arbitrary ten particles, and using a Shimadzu Seisakusho microcompression testing machine "MCT-W500". Particles were placed on the lower pressure plate one by one, and a compression test was performed by pressing the upper pressure plate with a diameter of 50 μm, where St = 2.8 P / πd 2 where St: compressive strength (MPa) and P: fracture test force ( N), d: particle diameter (µm)] is a mean value calculated from the compressive strength of each particle and calculated from all these measured values.
또, 본 명세서에서 설명하는 탄소질 재료 (A) 및 탄소질 재료 (B)의 D50은, 물에 계면활성제를 넣은 액체에 소정량의 탄소질 재료를 넣고, 초음파 처리를 행하여 분산시키며, 이 분산액을 사용하여 레이저(laser) 회절 산란식 입도 분포 측정장치(Honeywell사 제조 「MICROTRAC」)에 의해 측정한 입도 분포가 작은 입자로부터 적분체적을 구하는 경우의 체적 기준의 적산분률에서의 50% 지름의 값[메디안(median) 지름]이다. In addition, D 50 of the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B) described in the present invention is dispersed by performing a sonication process by putting a predetermined amount of the carbonaceous material in a liquid in which a surfactant is added to water. 50% diameter in the integral ratio based on the volume when the integrated volume is obtained from particles having a small particle size distribution measured by a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring device (MICROTRAC, manufactured by Honeywell) using the dispersion liquid. Value [median diameter].
음극 합제층에서, 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)와의 비율로서는, 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)와의 합계를 100 질량%로 하였을 때, 탄소질 재료 (A)가 3 질량% 이상인 것이 바람직하고, 10 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다[즉, 탄소질 재료 (B)는, 97 질량% 이하인 것이 바람직하고, 90 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다]. 탄소질 재료 (A)의 비율이 너무 작으면, 탄소질 재료 (A)를 사용함에 따른 효과(특히, 음극 합제층의 세공 지름을 크게 하는 효과)가 작아지는 경우가 있다. 또, 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)와의 합계 중의 탄소질 재료 (A)의 비율이 너무 크면, 음극 합제층의 밀도를 크게 하기 어려워진다. 따라서, 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)와의 합계를 100 질량%로 하였을 때, 탄소질 재료 (A)가 80 질량% 이하인 것이 바람직하고, 60 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다[즉, 탄소질 재료 (B)는, 20 질량% 이상인 것이 바람직하고, 40 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다]. In the negative electrode mixture layer, as the ratio of the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B), when the total of the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B) is 100 mass%, the carbonaceous material (A ) Is preferably at least 3 mass%, more preferably at least 10 mass% (that is, the carbonaceous material (B) is preferably at most 97 mass%, more preferably at most 90 mass%). If the proportion of the carbonaceous material (A) is too small, the effect of using the carbonaceous material (A) (particularly, the effect of increasing the pore diameter of the negative electrode mixture layer) may be reduced. Moreover, when the ratio of the carbonaceous material (A) in the sum total of a carbonaceous material (A) and a carbonaceous material (B) is too large, it will become difficult to enlarge the density of a negative mix layer. Therefore, when the total of carbonaceous material (A) and carbonaceous material (B) is 100 mass%, it is preferable that carbonaceous material (A) is 80 mass% or less, and it is more preferable that it is 60 mass% or less [that is, , The carbonaceous material (B) is preferably 20% by mass or more, and more preferably 40% by mass or more].
탄소질 재료 (A)로서는, 라만(Raman) 분광분석에 의한 1360cm-1의 피크의 강도에 대한 1580cm-1의 피크의 강도의 비인 R값이, 바람직하게는 0.15 이상, 더욱 바 람직하게는 0.2 이상이고, 바람직하게는 1.5 이하, 더욱 바람직하게는 1 이하인 것이 바람직하다. 상기 R값을 만족하는 탄소질 재료 (A)를 사용한 경우에는, 전지 제조시의 전해액 주액 공정에 필요한 시간을 더욱 삭감할 수 있다. 상기 이유에 대해서는 확실하지는 않지만, 상기 R값을 만족하는 탄소질 재료 (A)는, 그 표면의 전해액과의 친화성이 양호하다고 생각되고, 이것이 관계하고 있는 것은 아닌가 라고 추측된다. 상기 R값을 만족하는 탄소질 재료 (A)에 의한 상기의 전해액 주액 공정의 시간 삭감 효과는, 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)와의 비율이 상기의 적합한 값을 만족하는 경우에 특히 현저해진다. As the carbonaceous material (A), Raman (Raman) the ratio R of the peak value of the intensity of 1580cm -1 to 1360cm -1 to the intensity of the peak by spectroscopy, preferably 0.15 or more, more preferably from 0.2 bar The above is preferable, Preferably it is 1.5 or less, More preferably, it is 1 or less. When using the carbonaceous material (A) which satisfy | fills the said R value, the time required for the electrolyte solution pouring process at the time of battery manufacture can be further reduced. Although it is not clear about the said reason, the carbonaceous material (A) which satisfy | fills the said R value is considered that affinity with the electrolyte solution of the surface is favorable, and it is guessed whether this is related. The time-cutting effect of the electrolyte solution pouring step by the carbonaceous material (A) satisfying the above R value is obtained when the ratio of the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B) satisfies the above suitable values. Especially noticeable.
또한, 본 명세서에서 설명하는 R값은, Ramanaor사 제조 「T-5400」 (광원 : Ar 레이저, 파장 : 514.5 nm, 레이저 파워(laser power) : 1 mW)을 사용하여 얻어지는 라만 스펙트럼(Raman Spectrum)에서 구한 1360cm-1의 피크의 강도와 1580cm-1의 피크의 강도로부터 산출한 값이다. In addition, R value demonstrated in this specification is a Raman Spectrum obtained using "T-5400" by a Ramanaor company (light source: Ar laser, wavelength: 514.5 nm, laser power: 1 mW). in is a value calculated from the intensity of the peak of the obtained 1360cm -1 and 1580cm -1 peak intensity.
상기의 압축강도를 가지는 탄소질 재료 (B)로서는, 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연 등을 들 수 있다.As a carbonaceous material (B) which has said compressive strength, natural graphite, artificial graphite, etc. are mentioned, for example.
또, 상기의 압축강도를 가지고, 또한 상기의 R값을 만족하는 탄소질 재료 (A)로서는, 예를 들면, 난층(亂層) 구조를 가지는 탄소질 재료 외에, 천연 흑연이나 인조 흑연 등인 흑연의 표면의 일부 또는 전부에, 비결정성의 탄소질 재료를 부착시킴으로써, 표면과 중심부에서 결정성을 다르게 한 탄소질 재료 등을 들 수 있다. 흑연의 표면에 비결정성의 탄소질 재료를 부착시키는 방법으로서는, 예를 들 면, 탄화수소류의 기체를 비교적 저온(예를 들면 800 내지 1200℃)에서 열 분해함으로써 형성되는 비결정성의 탄소질 재료를, 흑연의 표면에 퇴적시키는 방법 ; 피치(pitch), 타르(tar), 고분자 화합물 등을 흑연의 표면에 부착시킨 후에 비교적 저온(예를 들면 800 내지 1300℃)에서 소성하여, 흑연의 표면에서 비결정성의 탄소질 재료를 형성하는 방법 ; 등을 예시할 수 있다. Moreover, as carbonaceous material (A) which has said compressive strength and satisfy | fills said R value, for example, besides the carbonaceous material which has a hard-layered structure, graphite of natural graphite, artificial graphite, etc. By attaching an amorphous carbonaceous material to part or all of the surface, a carbonaceous material having a different crystallinity between the surface and the central portion may be mentioned. As a method of attaching an amorphous carbonaceous material to the surface of graphite, for example, an amorphous carbonaceous material formed by thermal decomposition of a gas of hydrocarbons at a relatively low temperature (for example, 800 to 1200 ° C) is used. A method of depositing on the surface of graphite; A method of forming amorphous carbonaceous material on the surface of graphite by attaching a pitch, tar, a polymer compound, etc. to the surface of graphite, and then baking at a relatively low temperature (for example, 800 to 1300 ° C). ; Etc. can be illustrated.
또한, 음극 활물질로서는, 상기의 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)만을 사용하여도 되나, 다른 탄소질 재료[탄소질 재료 (A) 및 탄소질 재료 (B)에 해당하지 않는 탄소질 재료]도 병용하여도 된다. 상기 다른 탄소질 재료를 사용하는 경우에는, 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)를 병용함에 의한 상기의 효과를 더욱 확실하게 확보하는 관점에서는, 음극에 사용하는 탄소질 재료 전량 중, 상기 다른 탄소질 재료를 30 질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 20 질량% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. As the negative electrode active material, only the above carbonaceous material (A) and carbonaceous material (B) may be used, but other carbonaceous materials (carbon not corresponding to carbonaceous material (A) and carbonaceous material (B)) Quality materials] may also be used in combination. When using the said other carbonaceous material, from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect by using together a carbonaceous material (A) and a carbonaceous material (B) more reliably, out of the whole carbonaceous material used for a negative electrode, It is preferable to make the said other carbonaceous material into 30 mass% or less, and it is more preferable to set it as 20 mass% or less.
음극은, 상기와 같이, 음극 활물질인 탄소질 재료에, 바인더를 더하고, 또한 필요하면, 용제(溶劑)를 더하여 음극 합제 함유 조성물(페이스트, 슬러리 등)을 조제하고, 이것을 집전체의 한쪽 면 또는 양면에 도포하고 건조한 후에, 프레스 처리에 의해 두께나 밀도를 조정하면서 음극 합제층을 형성하는 공정을 거쳐 제작된다. 음극 합제 함유 조성물에 사용하는 용제로서는, 예를 들면, 물 ; N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl 2-pyrroridone NMP), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene) 등의 유기용제 ; 등을 들 수 있다. 또, 음극 합제 함유 조성물의 조제에 있어서는, 바인더는 미리 유기용제나 물에 용해시킨 용액 또는 분산시킨 현탁액(懸濁液)을 사용하고, 음 극 활물질 등의 고체 입자와 혼합하는 것이 바람직하다. The negative electrode, as described above, adds a binder to the carbonaceous material that is the negative electrode active material, and if necessary, adds a solvent to prepare a negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, and the like), which is prepared on one side of the current collector or After apply | coating to both surfaces and drying, it manufactures through the process of forming a negative mix layer, adjusting thickness and density by a press process. As a solvent used for a negative electrode mixture containing composition, For example, Water; Organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl 2-pyrroridone NMP), toluene and xylene; Etc. can be mentioned. In preparation of the negative electrode mixture-containing composition, the binder is preferably mixed with solid particles such as an anode active material, using a solution previously dissolved in an organic solvent or water or a dispersed suspension.
음극에 사용하는 바인더로서는, 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride)계 폴리머(Polymer), 고무(rubber)계 폴리머, 셀룰로오스(Cellulose)계 폴리머 등이 적합하다. 이것들의 바인더는, 1종 만을 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. As the binder used for the negative electrode, for example, a polyvinylidene fluoride polymer, a rubber polymer, a cellulose polymer and the like are suitable. Only 1 type may be used for these binders and they may use 2 or more types together.
상기의 폴리비닐리덴 플루오라이드계 폴리머를 합성하기 위한 함불소 모노머군(群)으로서는, 비닐리덴 플루오라이드 ; 비닐리덴 플루오라이드와 다른 모노머(monomer)와의 혼합물로, 비닐리덴 플루오라이드를 80 질량% 이상 함유하는 모노머 혼합물 ; 등을 들 수 있다. 상기 다른 모노머로서는, 예를 들면, 비닐플루오라이드(vinylfluoride), 트리플루오로에틸렌(trifluoroethylene), 트리플루오로클로로에틸렌(tri fluorochloro ethylene), 테트라플루오로에틸렌(tetra fluoroethylene), 헥사플루오로프로필렌(hexa fluoropropylen), 플루오로알킬비닐에테르(fluoroalkylvinylether) 등을 들 수 있다. As a fluorine-containing monomer group for synthesize | combining said polyvinylidene fluoride system polymer, Vinylidene fluoride; A mixture of vinylidene fluoride and another monomer, the monomer mixture containing at least 80% by mass of vinylidene fluoride; Etc. can be mentioned. Examples of the other monomers include vinyl fluoride, trifluoroethylene, trifluorochloro ethylene, tetra fluoroethylene, and hexafluoropropylene. fluoropropylen, fluoroalkylvinylether, and the like.
상기의 고무계 폴리머로서는, 예를 들면, 스틸렌부타디엔 고무(stylene butadiene rubber SBR), 에틸렌프로필렌디엔 고무(ethylene prolylene diene rubber), 불소 고무(fluoro rubber) 등을 들 수 있다. 또 상기의 셀룰로오스계 폴리머로서는, 예를 들면, 카르복시메틸셀룰로오스(carboxy methyl cellulose CMC), 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 에틸셀룰로오스(ethyl cellulose), 하이드록시프로필셀룰로오스(hydroxylpropyl cellulose), 하이드록시에틸메틸셀룰로오스(hydroxylethyl methyl cellulose), 하이드록시프로필메틸셀룰로오 스(hydroxylpropyl methyl cellulose) 등을 들 수 있다. As said rubber type polymer, a styrene butadiene rubber SBR, ethylene propylene diene rubber, a fluoro rubber etc. are mentioned, for example. Moreover, as said cellulose polymer, For example, carboxy methyl cellulose CMC, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose (hydroxylethyl methyl cellulose), hydroxypropyl methyl cellulose, and the like.
음극 합제 함유 조성물을 집전체에 도포하는 방법으로서는, 예를 들면, 압출 코터(coater), 리버스 롤러(reverse coator), 닥터 블레이드(doctor blade), 어플리케이터(applicator) 등을 비롯하여, 공지의 각종 도포방법을 채용할 수 있다. As a method of apply | coating a negative electrode mixture containing composition to an electrical power collector, various well-known coating methods, including an extrusion coater, a reverse coater, a doctor blade, an applicator, etc. are mentioned, for example. Can be adopted.
음극 집전체로서는, 예를 들면, 알루미늄(aluminum), 스테인레스(stainless)강, 니켈(nickel), 티타늄(titanium), 구리 등의 금속성 도전재료를, 그물, 펀치드 메탈(perforated metal), 폼 메탈(foam metal)이나, 판 형상으로 가공한 박(箔) 등이 사용된다. 음극 집전체의 두께는, 예를 들면, 5 내지 12 ㎛인 것이 바람직하다. As the negative electrode current collector, for example, metallic conductive materials such as aluminum, stainless steel, nickel, titanium, copper, and the like, and a net, punched metal, and foam metal (foam metal), foil processed into plate shape, etc. are used. It is preferable that the thickness of a negative electrode electrical power collector is 5-12 micrometers, for example.
음극 집전체 표면에 형성되는 음극 합제층의 두께는, 건조 후의 두께로, 예를 들면, 40 내지 160 ㎛인 것이 바람직하다. 또, 음극 합제층을, 예를 들면, 탄소질 재료 및 바인더를 함유하는 것으로 하는 경우에는, 음극 활물질의 함유량을, 예를 들면, 90 내지 99.8 질량%로 하는 것이 바람직하다. The thickness of the negative electrode mixture layer formed on the surface of the negative electrode current collector is preferably the thickness after drying, for example, 40 to 160 µm. Moreover, when making a negative electrode mixture layer contain a carbonaceous material and a binder, for example, it is preferable to make content of a negative electrode active material into 90-99.8 mass%, for example.
또, 음극 합제층을, 예를 들면, 탄소질 재료 및 바인더를 함유하는 것으로 하는 경우에는, 바인더의 함유량은, 예를 들면, 0.2 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.5 질량% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하며, 또, 10 질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 질량% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 바인더의 함유량이 너무 적으면, 음극 합제층의 기계적 강도가 부족하고, 음극 합제층이 집전체로부터 박리될 우려가 있다. 또, 바인더의 함유량이 너무 많으면, 음극 합제층 중의 활물질량(탄소질 재료량)이 감소하여, 본 발명에서의 전지의 고용량화 효과가 작아질 우려가 있다.When the negative electrode mixture layer contains, for example, a carbonaceous material and a binder, the content of the binder is preferably, for example, 0.2% by mass or more, and preferably 0.5% by mass or more. More preferably, it is preferable to set it as 10 mass% or less, and it is more preferable to set it as 3 mass% or less. If the content of the binder is too small, the mechanical strength of the negative electrode mixture layer is insufficient, and the negative electrode mixture layer may be peeled off from the current collector. Moreover, when there is too much content of a binder, there exists a possibility that the amount of active materials (amount of carbonaceous material) in a negative electrode material mixture layer may decrease, and the high capacity | capacitance effect of the battery in this invention may become small.
음극을 제작할 때의 상기의 프레스 처리에서는, 음극 합제층의 밀도를 1.7 g/㎤ 이상으로 할 수 있으면, 그 조건에 대해서는 특별히 제한은 없으나, 예를 들면, 프레스시의 선압(線壓)을 15 내지 500 kg/cm로 하는 것이 바람직하다. In the press treatment at the time of producing the negative electrode, if the density of the negative electrode mixture layer can be 1.7 g /
본 발명의 리튬 2차 전지는, 상기의 음극을 가지고 있으면 되고, 그 밖의 구성/구조에 대해서는 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 리튬 2차 전지에서 채용되어 있는 구성/구조를 적용할 수 있다. The lithium secondary battery of this invention should just have said negative electrode, and does not restrict | limit especially about other structure / structure, The structure / structure employ | adopted by the conventionally well-known lithium secondary battery can be applied.
양극으로서는, 예를 들면, 양극 집전체의 한쪽 면 또는 양면에, 양극 활물질, 전자전도 조제(電子傳導助劑) 및 바인더 등을 함유하는 양극 합제층을 형성하여 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 양극 활물질로서는, 코발트산 리튬(lithium cobalt oxide), 니켈코발트산 리튬(lithium nickel cobalt oxide), 니켈산 리튬(lithium nickel oxide), 망간산 리튬(lithium manganese oxide), 니켈 코발트 망간산 리튬(lithium nickel cobalt manganese oxide) 등, 또, 상기 각각의 화합물의 니켈, 코발트, 망간의 일부를 다른 원소로 치환한 화합물, 올리빈(olivine) 화합물 등, 종래 공지의 리튬 2차 전지에서 사용되고 있는 양극 활물질을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 이들 양극 활물질은, 1종만을 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. As a positive electrode, what is formed by forming the positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, an electron conduction adjuvant, a binder, etc. on one or both surfaces of a positive electrode electrical power collector can be used, for example. Examples of the positive electrode active material include lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, and nickel cobalt manganese lithium. Cobalt manganese oxide), and the like, nickel compound, cobalt, manganese compounds of each of the compounds substituted with other elements, such as an olivine compound, such as a positive electrode active material used in conventional lithium secondary batteries in particular Can be used without limitation. Only 1 type may be used for these positive electrode active materials, and 2 or more types may be used together.
양극에 사용하는 전자전도 조제로서는, 예를 들면, 카본 블랙(carbon black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 켓젠 블랙(ketjen black), 그라파이트(graphite), 카본 파이버(carbon fiber) 등의 탄소질 재료가 바람직하다. 상기의 탄소질 재료 중에서도, 첨가량과 도전성의 효과 및 양극 합제층 함유 조성물(뒤에 설명한다)의 제조성의 점에서, 아세틸렌 블랙, 켓젠 블랙, 그라파이트가 특히 바람직하다. As an electron conduction aid used for a positive electrode, carbonaceous materials, such as carbon black, acetylene black, ketjen black, graphite, a carbon fiber, etc. Is preferred. Among the carbonaceous materials described above, acetylene black, Ketjen black, and graphite are particularly preferable in terms of the added amount, the effect of conductivity, and the manufacturability of the positive electrode mixture layer-containing composition (to be described later).
양극에 사용하는 바인더로서는, 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 폴리머(주성분 모노머인 비닐리덴 플루오라이드를 80 질량% 이상 함유하는 함불소 모노머군의 중합체), 고무계 폴리머 등이 적절하게 사용된다. 이들 바인더는, 1종만을 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. 또, 바인더는, 예를 들면, 분말 형상인 것 외에, 분산매(分散媒)에 분산된 분산체나 용매에 용해한 용액의 형태로 제공되는 것이어도 된다. As a binder used for a positive electrode, polyvinylidene fluoride type polymer (polymer of the fluorine-containing monomer group containing 80 mass% or more of vinylidene fluoride which is a main component monomer), rubber type polymer, etc. are used suitably, for example. Only 1 type may be used for these binders and they may use 2 or more types together. In addition, the binder may be provided in the form of a solution dissolved in a dispersion or a solvent dispersed in a dispersion medium, for example, in a powder form.
상기의 폴리비닐리덴 플루오라이드계 폴리머를 합성하기 위한 함불소 모노머군으로서는, 비닐리덴 플루오라이드 ; 비닐리덴 플루오라이드와 다른 모노머와의 혼합물로, 비닐리덴 플루오라이드를 80 질량% 이상 함유하는 모노머 혼합물 ; 등을 들 수 있다. 상기의 다른 모노머로서는, 예를 들면, 비닐 플루오라이드, 트리플루오로에틸렌, 트리플루오로클로로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 플루오로알킬비닐에테르 등을 들 수 있다. As a fluorine-containing monomer group for synthesize | combining said polyvinylidene fluoride system polymer, Vinylidene fluoride; Monomer mixtures containing at least 80% by mass of vinylidene fluoride as a mixture of vinylidene fluoride and other monomers; Etc. can be mentioned. As said other monomer, vinyl fluoride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, fluoroalkyl vinyl ether, etc. are mentioned, for example.
상기의 고무계 폴리머로서는, 예를 들면, 스티렌부타디엔 고무(SBR), 에틸렌프로필렌디엔 고무, 불소 고무 등을 들 수 있다. As said rubber type polymer, styrene butadiene rubber (SBR), ethylene propylene diene rubber, fluororubber etc. are mentioned, for example.
양극 합제층에서의 양극 활물질의 함유량은, 바람직하게는 96 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 97.0 질량% 이상이고, 바람직하게는 99.4 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 98.0 질량% 이하이다.The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is preferably 96% by mass or more, more preferably 97.0% by mass or more, preferably 99.4% by mass or less, and more preferably 98.0% by mass or less.
또, 양극 합제층 중에서의 전자전도 조제인 탄소질 재료의 함유량은, 예를 들면, 바람직하게는 0.5 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.8 질량% 이상이고, 바람직하게는 18 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 15 질량% 이하이다. 양극 합제층 중의 전자전도 조제량이 너무 적으면, 양극의 전자전도성이 불충분해져서 전지의 부하 특성이 저하하는 경우가 있고, 양극 합제층 중의 전자전도 조제량이 너무 많으면, 양극 합제층에서의 활물질의 충전량을 감소시키게 되기 때문에, 본 발명에서의 전지의 고용량화 효과가 작아질 우려가 있다. The content of the carbonaceous material as the electron conduction aid in the positive electrode mixture layer is, for example, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8% by mass or more, preferably 18% by mass or less, and more preferably. Preferably it is 15 mass% or less. If the amount of electron conduction adjustment in the positive electrode mixture layer is too small, the electron conductivity of the positive electrode may become insufficient, and the load characteristics of the battery may decrease. If the amount of electron conduction preparation in the positive electrode mixture layer is too large, the amount of active material charged in the positive electrode mixture layer may be reduced. Since it reduces, there exists a possibility that the high capacity | capacitance effect of the battery in this invention may become small.
또한, 양극 합제층 중에서의 바인더의 함유량은, 바람직하게는 0.1 질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 질량% 이상이고, 바람직하게는 5 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 2 질량% 이하이다. 양극 합제층 중의 바인더의 함유량이 너무 적으면, 양극 합제층의 기계적 강도가 부족하여, 양극 합제층이 집전체로부터 박리될 우려가 있고, 양극 합제층 중의 바인더의 함유량이 너무 많으면, 양극 합제층 중의 활물질량이 감소하여, 본 발명에서의 전지의 고용량화 효과가 작아질 우려가 있다. The content of the binder in the positive electrode mixture layer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, preferably 5% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. If the content of the binder in the positive electrode mixture layer is too small, the mechanical strength of the positive electrode mixture layer may be insufficient, and the positive electrode mixture layer may peel off from the current collector. If the content of the binder in the positive electrode mixture layer is too large, There is a concern that the amount of the active material decreases and the effect of increasing the capacity of the battery in the present invention is reduced.
상기 양극 합제층을 가지는 양극은, 예를 들면, 상기의 양극 활물질, 전자전도 조제 및 바인더 등을 용제에 분산(일부의 성분은 용해하여도 된다)시켜서 조제한 양극 합제 함유 조성물(페이스트, 슬러리 등)을, 집전체의 한쪽 면 또는 양면에 도포하고 건조한 후에, 필요에 따라 프레스 처리를 하여 양극 합제층의 두께나 밀도를 조정함으로써 제작할 수 있다. 또, 본 발명에 관한 양극의 제작방법은 이것에 한정되는 것은 아니고, 다른 방법을 채용하여도 상관없다. 양극 합제 함유 조성물에 사용할 수 있는 용제로서는, 예를 들면, 물 ; NMP, 톨루엔, 크실렌 등의 유기용 제 ; 를 들 수 있다. The positive electrode having the positive electrode mixture layer is, for example, a positive electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.) prepared by dispersing the above positive electrode active material, an electron conduction aid, a binder, and the like in a solvent (some components may be dissolved). After apply | coating to one side or both surfaces of an electrical power collector, and drying, it can produce by pressing as needed and adjusting the thickness and density of a positive mix layer. In addition, the manufacturing method of the positive electrode which concerns on this invention is not limited to this, You may employ | adopt another method. As a solvent which can be used for a positive electrode mixture containing composition, it is water; Organic solvents such as NMP, toluene and xylene; Can be mentioned.
양극 합제 함유 조성물을 양극 집전체 표면에 도포하는 방법으로서는, 상기의 음극 합제 함유 조성물을 음극 집전체의 표면에 도포하는 방법으로서 예시한 각종 방법을 채용할 수 있다. As a method of apply | coating a positive electrode mixture containing composition to the surface of a positive electrode electrical power collector, the various methods illustrated as a method of apply | coating said negative electrode mixture containing composition to the surface of a negative electrode electrical power collector can be employ | adopted.
양극 집전체로서는, 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스강, 티타늄 등의 금속성 도전재료를, 그물, 펀치드 메틸, 폼 메탈이나, 판 형상으로 가공한 박 등이 사용된다. 양극 집전체의 두께는, 예를 들면, 8 내지 16 ㎛인 것이 바람직하다. As the positive electrode current collector, for example, a mesh, a punched methyl, a foam metal, a foil processed into a plate shape, or the like of a metal conductive material such as aluminum, stainless steel, or titanium is used. It is preferable that the thickness of a positive electrode electrical power collector is 8-16 micrometers, for example.
또, 양극 집전체 표면에 형성되는 양극 합제층의 두께는, 건조 후의 두께로, 예를 들면, 40 내지 150 ㎛인 것이 바람직하다. Moreover, it is preferable that the thickness of the positive mix layer formed on the surface of a positive electrode collector is 40-150 micrometers in thickness after drying, for example.
양극 합제층의 밀도는, 3.75 g/㎤ 이상인 것이 바람직하고, 3.8O g/㎤ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 고밀도의 양극 합제층을 가지는 양극과 상기의 고밀도의 음극 합제층을 가지는 음극을 병용함으로써, 한층 더 전지의 고용량화를 달성할 수 있다. 단, 양극 합제층에 관해서도 밀도가 너무 크면, 전해액에 젖기 어려워지고, 전지의 생산성이 저하하는 경우가 있기 때문에, 그 밀도는, 4.1 g/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 양극 합제층의 밀도는, 예를 들면, 양극 제조시의 상기 프레스 처리에서의 프레스 조건의 조절에 의하여 조정할 수 있다. 여기서 설명하는 양극 합제층의 밀도는, 상기의 음극 합제층의 밀도와 같은 측정법에 의하여 측정되는 값이다. It is preferable that it is 3.75 g / cm <3> or more, and, as for the density of a positive mix layer, it is more preferable that it is 3.8Og / cm <3> or more. By using the positive electrode having such a high-density positive electrode mixture layer and the negative electrode having the high-density negative electrode mixture layer in combination, it is possible to further increase the battery capacity. However, when the density is too large also in the positive electrode mixture layer, it becomes difficult to get wet with the electrolytic solution and the productivity of the battery may decrease, so that the density is preferably 4.1 g /
본 발명의 리튬 이온 2차 전지는, 예를 들면, 상기의 양극과 음극과의 사이에 세퍼레이터를 개재시켜서 적층한 적층 전극체나, 또한 이 적층 전극체를 소용돌 이 형상으로 감은 권회 전극체를, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 도금을 입힌 철이나 스테인레스강제 등의 전지 케이스 내에 삽입하고, 전해액을 주입한 후에 봉입하는 공정을 거쳐 제조된다. 또, 본 발명의 전지에는, 통상, 전지 내부에 발생한 가스(gas)를 어느 일정 압력까지 상승한 단계에서 전지 외부로 배출하여, 전지의 고압하에서의 파열을 방지하기 위한 종래 공지의 방폭 기구가 도입된다. The lithium ion secondary battery of the present invention includes, for example, a laminated electrode body laminated through a separator between the positive electrode and the negative electrode and a wound electrode body wound around the laminated electrode body in a spiral shape. It is manufactured through the process of inserting into a battery case made of aluminum, an aluminum alloy, nickel plating iron, stainless steel, etc., inject | pouring electrolyte solution, and then sealing. In addition, in the battery of the present invention, a conventionally known explosion-proof mechanism for discharging the gas generated inside the battery to the outside of the battery in a step of raising to a certain pressure and preventing the battery from rupturing under high pressure is introduced.
양극과 음극의 사이에 개재되는 세퍼레이터에 대해서는 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 것을 적용할 수 있다. 예를 들면, 두께가 5 내지 30 ㎛이고, 개공율이 30 내지 70%의 미세 다공성 폴리에틸렌필름 또는 미세 다공성 폴리프로필렌필름, 폴리에틸렌폴리프로필렌 복합 필름(film) 등이 적절하게 사용된다.There is no restriction | limiting in particular about the separator interposed between an anode and a cathode, A conventionally well-known thing can be applied. For example, a microporous polyethylene film, a microporous polypropylene film, a polyethylene polypropylene composite film, or the like having a thickness of 5 to 30 µm and a porosity of 30 to 70% is suitably used.
전해액으로서는, 유기 용매에 리튬염 등의 전해질을 용해시킨 것이 사용된다. 그 전해질로서는, 예를 들면, 일반식 LiXFn(식 중, X는 P, As, Sb 또는 B이고, n은 X가 P, As 또는 Sb일 때는 6이고, X가 B일 때는 4이다)으로 나타내는 무기 리튬염이나 함불소 유기 리튬 이미드염 등을 들 수 있다. 이들 전해질은, 각각 단독으로 사용할 수 있고, 또, 2종 이상을 병용하여도 된다. As electrolyte solution, what melt | dissolved electrolyte, such as lithium salt, in the organic solvent is used. As the electrolyte, for example, in general formula LiXF n ( wherein X is P, As, Sb or B, n is 6 when X is P, As or Sb, and 4 when X is B). The inorganic lithium salt, fluorine-containing organic lithium imide salt, etc. which are shown are mentioned. These electrolytes can be used independently, respectively and may use 2 or more types together.
상기 전해질을 용해시키기 위해 사용하는 유기 용매로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 1, 2-디메톡시에탄(1, 2-dimethoxyethane), 1, 2-디에톡시에탄(1, 2-diethoxyethane), 디메톡시프로판(dimethoxypropane), 1, 3-디옥소란(1, 3-dioxolane), 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran), 2-메틸 테트라하이드로푸란(2-methyl tetrahydrofuran) 등의 에테르류 ; 프로필렌카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), -부티로락톤(-butyrolactone), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate) 등의 에스테르(ester)류 ; 술포란(sulfolane) 등의 함황화합물 ; 불화 비환식 카보네이트(fluorated acyclic carbonate(트리플루오로메틸에틸 카보네이트(trifluromethyl ethyl carbonate 등), 불화 환식 카보네이트 fluorated cyclic carbonate(퍼플루오로에틸렌 카보네이트 perfluoroethylene carbonate 등), 불화 비환식 에테르 fluorated ether(퍼플루오로부틸메틸에테르 perfluorobuty methyl ether 등)등의 함불소 용매 ; 를 들 수 있다. 이들 유기용매는, 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 함유하는 혼합 용매로서 사용하여도 된다. 상기 유기용매 중에서도, 에테르류는, 고전압하에서도 양극 활물질과의 반응성이 적고 저장 특성을 향상시키는 효과가 크기 때문에 바람직하다. 충전시의 전해액의 안정성 향상의 관점에서, 이 에스테르류는, 모든 전해액 용매 중 20 체적% 이상인 것이 바람직하다. Although it does not specifically limit as an organic solvent used for dissolving the said electrolyte, For example, 1, 2- dimethoxyethane (1, 2-dimethoxyethane), 1, 2- diethoxyethane (1, 2-diethoxyethane) ), Ethers such as dimethoxypropane, 1, 3-dioxolane, 1, 3-dioxolane, tetrahydrofuran and 2-methyl tetrahydrofuran; Propylene carbonate, ethylene carbonate, Butyrolactone ( esters such as butyrolactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate; Sulfur-containing compounds such as sulfolane; Fluorinated acyclic carbonates (such as trifluoromethylethyl carbonate), fluorinated cyclic carbonates (such as perfluoroethylene carbonate), fluorinated acyclic ethers (perfluorobutyl) Fluorine-containing solvents, such as methyl ether perfluorobuty methyl ether etc. These organic solvents may be used independently, respectively, and may be used as a mixed solvent containing 2 or more types. The esters are preferable because of their low reactivity with the positive electrode active material and a high effect of improving storage characteristics even under high voltage, and from the viewpoint of improving the stability of the electrolyte solution at the time of filling, the esters are not less than 20% by volume in all the electrolyte solvents. desirable.
전해액 중에서의 전해질의 농도로서는, 다른 2종류 이상의 전해질을 함유하고 있어도, 전체로서 0.4 내지 1.8 mol/l인 것이 바람직하고, 0.6 내지 1.6 mol/l인 것이 특히 바람직하다. The concentration of the electrolyte in the electrolyte is preferably 0.4 to 1.8 mol / l, and particularly preferably 0.6 to 1.6 mol / l, even if two or more different electrolytes are contained.
본 발명의 리튬 이온 2차 전지는, 생산성이 우수한 것에 더하여 고용량이기 때문에, 이러한 특성을 활용하여, 휴대기기의 전원, 자동차, 자전거, 자동이륜차등용 전원 등의 용도를 비롯하여, 종래 공지의 리튬 2차 전지가 채용되어 있는 각종 용도에 바람직하게 사용할 수 있다. Since the lithium ion secondary battery of the present invention has high productivity in addition to excellent productivity, the lithium ion secondary battery utilizes such characteristics to utilize conventionally known lithium secondary batteries including power supplies for mobile devices, power supplies for automobiles, bicycles, motorcycles, and the like. It can be used suitably for the various uses to which a battery is employ | adopted.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 제한하는 것은 아니다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail based on an Example. However, the following examples do not limit the present invention.
또한, 본 실시예에서 사용한 탄소질 재료 (A) 및 탄소질 재료 (B)의 압축강도는, 현미경을 사용하여 추출한 직경 20 ㎛의 입자 각 10개에 대하여, 상기의 방법에 의해 1개씩의 압축강도를 측정하고, 전 측정값을 평균한 값이다.In addition, the compressive strengths of the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B) used in the present Example were compressed by one of the above-described methods for each of 10 particles having a diameter of 20 µm extracted using a microscope. It is the value which measured intensity and averaged all the measured values.
(실시예 1) (Example 1)
<음극의 제작> <Production of Cathode>
음극 활물질로서, D50이 17 ㎛, 압축강도가 20 MPa, R값이 0.34인 흑연[탄소질 재료 (A)]과, D50이 21 ㎛, 압축강도가 7 MPa, R값이 0.14인 흑연[탄소질 재료 (B)]을, 탄소질 재료 (A) : 탄소질 재료 (B) = 40 : 60 (질량비)로 혼합한 것을 사용하였다. 또, 바인더에는, SBR의 현탁액과, 15 질량% 농도의 CMC 수용액을 사용하였다. SBR 현탁액 및 CMC 수용액을, 각각 고형분이 1 질량부(즉, 바인더 고형분 전체로서 2질량부)가 되도록 준비하고, 상기 활물질 98 질량부와 혼합하여 음극 합제 함유 조성물을 조제하였다. 이 음극 합제 함유 조성물을, 두께가 8 ㎛인 구리박의 양면에, 어플리케이터를 사용하여 균일하게 도포하고, 그 후, 롤 프레스(roll press)로 압연 처리하여, 집전체의 양면에 음극 합제층을 가지고, 전체 두께가 125 ㎛의 시트(sheet) 형상 음극을 제작하였다. 이렇게 하여 제작한 음극의 음극 합제층 밀도는 1.75 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값은 1.1 ㎛이었다. As the negative electrode active material, D 50 is 17 µm, graphite has a compressive strength of 20 MPa, and R is 0.34 (carbonaceous material (A)), and D 50 is 21 µm, has a compressive strength of 7 MPa, and R is 0.14. The carbonaceous material (B) was mixed with a carbonaceous material (A): carbonaceous material (B) = 40:60 (mass ratio). Moreover, the suspension of SBR and CMC aqueous solution of 15 mass% concentration were used for the binder. SBR suspension and CMC aqueous solution were prepared so that solid content might be 1 mass part (that is, 2 mass parts as whole binder solid content), respectively, and it mixed with 98 mass parts of said active materials, and prepared the negative mix mixture containing composition. The negative electrode mixture-containing composition is uniformly applied to both surfaces of a copper foil having a thickness of 8 µm using an applicator, and then rolled by a roll press to apply a negative electrode mixture layer to both surfaces of the current collector. And a sheet-shaped negative electrode of 125 micrometers in total thickness was produced. The negative electrode mixture layer density of the negative electrode thus produced was 1.75 g /
<양극의 제작><Production of Anode>
활물질로서, 평균 입자 지름이 13 ㎛인 코발트산 리튬(a)과, 평균 입자 지름이 12 ㎛인 LiNi0 .81Co0 .16Al0 .03O2(b)를, (a)/(b)=0.25(질량비)가 되도록 혼합한 것을 사용하였다. 이 활물질 혼합물 98 질량부, 전자 전도 조제인 아세틸렌 블랙 1 질량부 및 바인더인 폴리불화비닐리덴(PVDF) 1 질량부와, 용제인 NMP를 사용하여 양극 합제 함유 조성물을 조제하였다. 양극 합제 함유 조성물의 조제는, PVDF를 NMP에 미리 용해하여 두고, 이 용액에 상기 활물질 혼합물과 아세틸렌 불랙을 가하여, 교반하면서 다시 NMP를 가하고, 충분하게 분산시키면서 점도를 조정함으로써 행하였다. 이 양극 합제 함유 조성물을, 두께가 15 ㎛인 알루미늄박의 양면에, 어플리케이터를 사용하여 균일하게 도포하고, 그 후, 롤 프레스로 압연 처리하여, 집전체의 양면에 양극 합제층을 가지고, 전체 두께가 130 ㎛인 시트 형상 양극을 얻었다. 이렇게 하여 제작한 양극의 양극 합제층 밀도는, 3.85 g/㎤이었다. As active material, a mean particle size of 13 ㎛ of lithium cobalt oxide (a) and the mean particle size of 12 ㎛ of LiNi 0 .81 Co 0 .16 Al 0 .03 O 2 (b), (a) / (b ) Was mixed so that the ratio was 0.25 (mass ratio). A positive electrode mixture-containing composition was prepared using 98 parts by mass of this active material mixture, 1 part by mass of acetylene black as an electron conduction aid, 1 part by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and NMP as a solvent. Preparation of the positive electrode mixture-containing composition was performed by dissolving PVDF in NMP in advance, adding the active material mixture and acetylene black to this solution, adding NMP again while stirring, and adjusting the viscosity while dispersing sufficiently. The positive electrode mixture-containing composition was uniformly coated on both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm using an applicator, and then rolled by a roll press to have a positive electrode mixture layer on both sides of the current collector, and the overall thickness. The sheet-like positive electrode of 130 micrometers was obtained. The positive electrode mixture layer density of the positive electrode thus produced was 3.85 g /
<전지의 조립> <Assembly of battery>
상기의 양극 및 음극에 리드(lead)체를 설치하고, 이들을 두께가 14 ㎛인 미공성(微孔性) 폴리에틸렌 폴리프로필렌 복합 필름으로 이루어지는 세퍼레이터를 거쳐 겹쳐서, 소용돌이 형상으로 감은 후 가압하여, 편평한 형상의 권회 전극체를 얻었다. 이 권회 전극체에 절연 테이프를 설치한 후, 바깥 치수가, 높이 50 mm × 폭 34 mm × 두께 4 mm인 각형(角形)(각진 통형)의 전지 케이스 내에 삽입하고, 리드 체의 용접과, 전지 케이스의 개구 끝부에 대한 봉입용 덮개판의 레이저 용접을 행하였다. 그 후, 봉입용 덮개판에 설치한 전해액 주입구로부터, 전지 케이스 내에 전해액을 주입하고, 전해액이 세퍼레이터 등에 충분하게 침투한 후, 전해액 주입구를 밀봉하여 밀폐상태로 하였다. 또한, 전해액에는, 에틸렌 카보네이트와 메틸에틸 카보네이트의 1 : 2(체적비) 혼합용매에, LiPF6을 1.0 mol/l의 농도로 용해한 것을 사용하였다. 그 후, 예비 충전 및 에이징(aging)을 행하고, 도 1에 나타내는 구조로 도 2에 나타내는 외관을 가지는 각형의 리튬 2차 전지를 얻었다. A lead body is provided in the positive electrode and the negative electrode, and these are laminated through a separator made of a microporous polyethylene polypropylene composite film having a thickness of 14 μm, wound in a spiral shape, and then pressurized to form a flat shape. The wound electrode body of was obtained. After the insulating tape was attached to the wound electrode body, the outer dimension was inserted into a battery case of a rectangular shape (angular tubular shape) having a height of 50 mm × width of 34 mm × thickness of 4 mm to weld the lead body and the battery. Laser welding of the lid | cover for sealing to the opening edge part of the case was performed. After that, the electrolyte was injected into the battery case from the electrolyte injection opening provided in the sealing cover plate, and the electrolyte was sufficiently infiltrated into the separator or the like, and the electrolyte injection opening was sealed to be in a sealed state. Further, the electrolytic solution contains ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate in 1: 2 (volume ratio) mixed solvent, was used by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1.0 mol / l. Thereafter, preliminary charging and aging were performed to obtain a rectangular lithium secondary battery having an appearance shown in FIG. 2 with the structure shown in FIG. 1.
여기서 도 1 및 도 2에 나타내는 전지에 대하여 설명하면, 양극(1)과 음극(2)은 상기한 바와 같이 세퍼레이터(3)를 거쳐 소용돌이 형상으로 감은 후, 편평한 형상이 되도록 가압하여 편평한 형상의 권회 전극체(6)로서, 각형의 전지 케이스(case)(4)에 전해액과 함께 수용되어 있다. 단, 도 1에서는, 번잡화를 피하기 위하여, 양극(1)이나 음극(2)의 제작에 있어서 사용한 집전체로서의 금속박이나 전해액 등은 도시 생략하고 있다.1 and 2, the
전지 케이스(4)는 알루미늄 합금제로 전지의 외장재를 구성하는 것이고, 이 전지 케이스(4)는 양극단자를 겸하고 있다. 그리고, 전지 케이스(4)의 바닥부에는 폴리에틸렌 시트로 이루어지는 절연체(5)가 배치되고, 양극(1), 음극(2) 및 세퍼레이터(3)로 이루어지는 편평한 형상의 권회 전극체(6)로부터는, 양극(1) 및 음극(2)의 각각 한쪽 끝에 접속된 양극 리드체(7)와 음극 리드체(8)가 인출되어 있다. 또, 전지 케이스(4)의 개구부를 봉입하는 알루미늄 합금제의 봉입용 덮개판(9)에는 폴 리프로필렌제의 절연 패킹(packing)(10)을 거쳐 스테인레스강제의 단자(11)가 설치되고, 이 단자(11)에는 절연체(12)를 거쳐 스테인레스강제의 리드판(13)이 설치되어 있다. The
그리고, 이 덮개판(9)은 전지 케이스(4)의 개구부에 삽입되고, 양자의 접합부를 용접함으로써, 전지 케이스(4)의 개구부가 봉입되고, 전지 내부가 밀폐되어 있다. 또, 도 1의 전지에서는, 덮개판(9)에 전해액 주입구(14)가 설치되어 있고, 이 전해액 주입구(14)에는, 밀봉 부재가 삽입된 상태에서, 예를 들면 레이저 용접 등에 의해 용접 밀봉되고, 전지의 밀폐성이 확보되어 있다[따라서, 도 1 및 도 2의 전지에서는, 실제로는, 전해액 주입구(14)는, 전해액 주입구와 밀봉 부재이나, 설명을 쉽게 하기 위하여, 전해액 주입구(14)로서 나타내고 있다]. 또한, 덮개판(9)에는, 방폭 벤트(vent)(15)가 설치되어 있다.And the
이 실시예 1의 전지에서는, 양극 리드체(7)를 덮개판(9)에 직접 용접함으로써 전지 케이스(4)와 덮개판(9)이 양극단자로서 기능하고, 음극 리드체(8)를 리드판(13)에 용접하고, 그 리드판(13)을 거쳐 음극 리드체(8)와 단자(11)를 도통시킴으로서 단자(11)가 음극단자로서 기능하게 되어 있으나, 전지 케이스(4)의 재질 등에 따라서는, 그 음양이 반대가 되는 경우도 있다. In the battery of this Example 1, the
도 2는 상기 도 1에 나타내는 전지의 외관을 모식적으로 나타내는 사시도이고, 이 도 2는 상기 전지가 각형 전지인 것을 나타내는 것을 목적으로 하여 도시된 것으로, 이 도 2에서는 전지를 개략적으로 나타내고 있고, 전지의 구성부재 중 특정한 것 밖에 도시하고 있지 않다. 또, 도 1에서도, 전극체의 안쪽 둘레측의 부분 은 단면(斷面)으로 하고 있지 않다. Fig. 2 is a perspective view schematically showing the appearance of the battery shown in Fig. 1, and Fig. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a rectangular battery. Fig. 2 schematically shows a battery. Only specific components of the battery are shown. 1, the part of the inner peripheral side of an electrode body is not made into the cross section.
(실시예 2) (Example 2)
음극 활물질인 탄소질 재료 (A)를, D50이 16 ㎛, 압축강도가 25 MPa, R값이 0.48인 흑연으로, 또, 탄소질 재료 (B)를, D50이 22 ㎛, 압축강도가 14 MPa, R값이 0.13인 흑연으로, 각각 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 2차 전지를 제작하였다. 또, 실시예 2의 리튬 2차 전지에 관한 음극 합제층은, 밀도가 1.72 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값이 1.6 ㎛이었다.The carbonaceous material (A), which is a negative electrode active material, was graphite having a D 50 of 16 μm, a compressive strength of 25 MPa, and an R value of 0.48, and a carbonaceous material (B) of D 50 of 22 μm and a compressive strength. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that each of 14 MPa and graphite having an R value of 0.13 was changed. Moreover, the negative electrode mixture layer which concerns on the lithium secondary battery of Example 2 had a density of 1.72 g / cm <3>, and the mode of the pore diameter measured with the mercury porosimeter was 1.6 micrometers.
(실시예 3)(Example 3)
음극 활물질인 탄소질 재료 (A)를, D50이 18 ㎛, 압축강도가 16 MPa, R값이 0.14인 흑연으로, 또, 탄소질 재료 (B)를, D50이 20 ㎛, 압축강도가 4 MPa, R값이 0.12인 흑연으로, 각각 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 2차 전지를 제작하였다. 또한, 실시예 3의 리튬 2차 전지에 관한 음극 합제층은, 밀도가 1.77 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값이 0.9 ㎛이었다. The carbonaceous material (A) as the negative electrode active material is graphite having a D 50 of 18 μm, a compressive strength of 16 MPa, and an R value of 0.14. The carbonaceous material (B) is a D 50 of 20 μm and a compressive strength. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that each of 4 MPa and R having a R value of 0.12 was changed. Moreover, the negative electrode mixture layer which concerns on the lithium secondary battery of Example 3 had a density of 1.77 g / cm <3>, and the mode of the pore diameter measured with the mercury porosimeter was 0.9 micrometer.
(실시예 4)(Example 4)
음극 활물질인 탄소질 재료 (A)를, D50이 20 ㎛, 압축강도가 57 MPa, R값이 1.5인 흑연으로, 또, 탄소질 재료 (B)를, D50이 21 ㎛, 압축강도가 7 MPa, R값이 0.14인 흑연으로, 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 2차 전지를 제작하였다. 또한, 실시예 4의 리튬 2차 전지에 관한 음극 합제층은, 밀도가 1.70 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값이 1.9 ㎛이었다. The carbonaceous material (A), which is the negative electrode active material, was graphite having a D 50 of 20 μm, a compressive strength of 57 MPa, and an R value of 1.5, and a carbonaceous material (B) having a D 50 of 21 μm and a compressive strength. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 7 MPa and graphite having an R value of 0.14 were changed. Moreover, the negative electrode mixture layer which concerns on the lithium secondary battery of Example 4 had a density of 1.70 g / cm <3>, and the mode of the pore diameter measured with the mercury porosimeter was 1.9 micrometers.
(실시예 5)(Example 5)
음극 활물질인 탄소질 재료 (A)를, D50이 17 ㎛, 압축강도가 20 MPa, R값이 0.34인 흑연으로 변경하고, 또한, 탄소질 재료 (A)와 탄소질 재료 (B)와의 혼합비를, 탄소질 재료 (A) : 탄소질 재료 (B) = 30 : 70(질량비)으로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 2차 전지를 제작하였다. 또한, 실시예 5의 리튬 2차 전지에 관한 음극 합제층은, 밀도가 1.70 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값이 1.3 ㎛이었다.The carbonaceous material (A), which is the negative electrode active material, was changed to graphite having a D 50 of 17 µm, a compressive strength of 20 MPa, and an R value of 0.34, and further, a mixing ratio of the carbonaceous material (A) and the carbonaceous material (B). The lithium secondary battery was produced like Example 1 except having changed to carbonaceous material (A): carbonaceous material (B) = 30: 70 (mass ratio). Moreover, the negative electrode mixture layer which concerns on the lithium secondary battery of Example 5 had a density of 1.70 g / cm <3>, and the mode of the pore diameter measured with the mercury porosimeter was 1.3 micrometers.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
음극 활물질인 탄소질 재료 (A)를, D50이 19 ㎛, 압축강도가 16 MPa, R값이 0.14인 흑연으로, 또, 탄소질 재료 (B)를, D50이 20 ㎛, 압축강도가 3 MPa, R값이 0.12인 흑연으로, 각각 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 2차 전지를 제작하였다. 또한, 비교예 1의 리튬 2차 전지에 관한 음극 합제층은, 밀도가 1.77 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값이 0.8 ㎛이었다.The carbonaceous material (A), which is a negative electrode active material, was graphite having a D 50 of 19 μm, a compressive strength of 16 MPa, and an R value of 0.14, and a carbonaceous material (B) having a D 50 of 20 μm and a compressive strength. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 3 MPa and R were 0.12 graphite, respectively. The negative electrode mixture layer of the lithium secondary battery of Comparative Example 1 had a density of 1.77 g /
(비교예 2)(Comparative Example 2)
음극 활물질인 탄소질 재료 (A)를, D50이 20 ㎛, 압축강도가 18 MPa, R값이 0.16인 흑연으로, 또, 탄소질재료(B)를, D50이 18 ㎛, 압축강도가 2 MPa, R값이 0.11인 흑연으로, 각각 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 2차 전지를 제작하였다. 또한, 비교예 2의 리튬 2차 전지에 관한 음극 합제층은, 밀도가 1.77 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값이 0.7 ㎛이었다.The carbonaceous material (A) serving as the negative electrode active material is graphite having a D 50 of 20 μm, a compressive strength of 18 MPa, and an R value of 0.16, and a carbonaceous material (B) having a D 50 of 18 μm and a compressive strength. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 2 MPa and R were 0.11 graphite, respectively. In addition, the negative electrode mixture layer of the lithium secondary battery of Comparative Example 2 had a density of 1.77 g /
(비교예 3)(Comparative Example 3)
음극 활물질인 탄소질 재료 (A)를, D50이 18 ㎛, 압축강도가 14 MPa, R값이 O.15인 흑연으로, 또, 탄소질 재료 (B)를, D50이 20 ㎛, 압축강도가 4 MPa, R값이 0.12인 흑연으로, 각각 변경한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 리튬 2차 전지를 제작하였다. 또한, 비교예 3의 리튬 2차 전지에 관한 음극 합제층은, 밀도가 1.78 g/㎤이고, 수은 포로시미터에 의해 측정한 세공 지름의 최빈값이 O.7㎛이었다. The carbonaceous material (A), which is a negative electrode active material, was graphite having D 50 of 18 μm, compressive strength of 14 MPa, and R value of 0.15, and the carbonaceous material (B) of D 50 of 20 μm. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the strengths were 4 MPa and graphite having an R value of 0.12, respectively. In addition, the negative electrode mixture layer of the lithium secondary battery of Comparative Example 3 had a density of 1.78 g /
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제작한 음극에 대하여, 이하의 방법으로 전해액의 침투성을 측정하였다. 먼저, 음극을 60℃에서 15시간 진공건조 후, 이슬점 -50℃ 이하의 글로브 박스(glove box) 내의 방풍을 더 실시한 가운데에 두고, 리튬 2차 전지 제작에 사용한 것과 동일한 전해액 1μL를 음극상에 적하하고, 전해액이 스며들기까지의 시간을 측정하였다. The permeability of electrolyte solution was measured about the negative electrode produced in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3 by the following method. First, the negative electrode was vacuum-dried at 60 ° C. for 15 hours, followed by further windproofing in a glove box having a dew point of −50 ° C. or lower, and 1 μL of the same electrolyte solution used for producing a lithium secondary battery was dropped on the negative electrode. And the time until electrolyte solution penetrated was measured.
또, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 리튬 2차 전지에 사용한 음극에 대하여, 음극 합제층상에, 리튬 2차 전지의 제작에 사용한 전해액 1μL를 적하하 고, 전해액이 완전히 스며들기까지의 시간[전해액의 주액시간(A)]을 측정하였다. 또한, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 리튬 2차 전지의 제작시에서의 전해액의 주액시간[전해액의 주액시간(B)]도 측정하였다.In addition, to the negative electrode used in the lithium secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, 1 μL of the electrolyte solution used for the production of the lithium secondary battery was dropped on the negative electrode mixture layer, until the electrolyte was completely soaked. The time of [liquid pouring time (A) of electrolyte solution] was measured. In addition, the injection time (injection time (B) of electrolyte solution) of the electrolyte solution at the time of preparation of the lithium secondary battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3 was also measured.
또, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 리튬 2차 전지에 대하여, 방전용량 및 부하특성을 평가하였다. 각 전지에 대하여, 충방전 전류를 C로 표시한 경우, 1000mA를 1C라 하고, 1C의 전류 제한 회로를 설치하여 4.2V의 정전압으로 첫회 충전을 행하고, 그 후, 1C로 3.0V까지 방전하였다. 이 충방전을 1 사이클째로 하여, 동일한 조건으로 충방전을 반복하여, 3 사이클째에 0.2C로 3.0V까지 방전하고, 상기와 같은 조건으로 충전 후, 4 사이클째에 2C로 방전하였다. 3 사이클째의 방전용량을 리튬 2차 전지의 방전용량으로 하고, 또한, 4 사이클째의 2C의 방전용량을 3 사이클째의 0.2C의 방전용량으로 나눈 것에 100을 곱한 값(%)을, 리튬 2차 전지의 부하특성으로 하였다.Moreover, the discharge capacity and the load characteristic were evaluated about the lithium secondary batteries of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3. For each battery, when the charge / discharge current was indicated by C, 1000 mA was 1C, a 1C current limiting circuit was provided, and the first charge was performed at a constant voltage of 4.2V, and then discharged to 3.0V at 1C. The charge / discharge was made into the 1st cycle, the charge and discharge was repeated on the same conditions, it discharged to 3.0V at 0.2C in 3rd cycle, and it discharged at 2C in the 4th cycle after charging on the conditions similar to the above. The discharge capacity of the third cycle was taken as the discharge capacity of the lithium secondary battery, and the value (%) obtained by dividing the discharge capacity of the second cycle by the fourth cycle by the discharge capacity of the second cycle by 0.2C at the third cycle was multiplied by 100 (%). It was set as the load characteristic of a secondary battery.
상기의 각 평가결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 전해액의 주액시간(B)에 대해서는, 비교예 1의 전지의 주액시간을 100으로 한 경우의 상대값(%)으로 나타낸다. Table 1 shows each of the above evaluation results. In addition, about the injection time (B) of electrolyte solution, it shows by the relative value (%) at the time of the injection time of the battery of the comparative example 1.
표 1에서 이하의 것을 알 수 있다. 실시예 1 내지 5의 리튬 2차 전지는, 고용량이고, 또, 전해액의 주액시간이 짧아, 생산성이 우수하다. 이에 대하여, 비교예 1 내지 3의 리튬 2차 전지에서는, 어느 것이나 전해액의 주액시간이 길어, 생산성이 뒤떨어져 있다. Table 1 shows the following things. The lithium secondary batteries of Examples 1 to 5 have a high capacity, have a short pouring time of the electrolyte solution, and are excellent in productivity. In contrast, in any of the lithium secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3, the pouring time of the electrolyte solution was long, and the productivity was inferior.
또, 실시예 1 내지 3, 5의 리튬 2차 전지에서는, 압축강도가 더 적절한 탄소질 재료 (A)를 사용하고 있고, 실시예 4의 리튬 2차 전지에 비하여, 부하특성이 우수하다. In addition, in the lithium secondary batteries of Examples 1 to 3 and 5, a carbonaceous material (A) having a more suitable compressive strength is used, and the load characteristics are superior to those of the lithium secondary battery of Example 4.
도 1은 본 발명의 리튬 2차 전지의 일례를 모식적으로 나타내는 도면으로, (a)는 그 평면도, (b)는 그 부분 종단면도,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows typically an example of the lithium secondary battery of this invention, (a) is the top view, (b) the partial longitudinal cross-sectional view,
도 2는 도 1에 나타내는 리튬 2차 전지의 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of the lithium secondary battery shown in FIG. 1. FIG.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※ Explanation of code for main part of drawing
1 : 양극 2 : 음극1
3 : 세퍼레이터 3: separator
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