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JP2014035963A - Positive electrode material, lithium ion power storage device, and method of manufacturing the same - Google Patents

Positive electrode material, lithium ion power storage device, and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2014035963A
JP2014035963A JP2012177721A JP2012177721A JP2014035963A JP 2014035963 A JP2014035963 A JP 2014035963A JP 2012177721 A JP2012177721 A JP 2012177721A JP 2012177721 A JP2012177721 A JP 2012177721A JP 2014035963 A JP2014035963 A JP 2014035963A
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Japan
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positive electrode
lithium ion
voltage
active material
plateau
Prior art date
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JP2012177721A
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Japanese (ja)
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Satoshi Kudo
聡 工藤
yasuyuki Kitani
泰行 木谷
Takeshi Baba
健 馬場
Takahiro Sakuraba
孝仁 桜庭
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode material used for forming a lithium ion power storage device having increased energy density without spoiling cycle characteristics, even under a high potential operation, a lithium ion power storage device using the positive electrode material, and a method of manufacturing the lithium ion power storage device.SOLUTION: There is provided a positive electrode material containing a high voltage positive electrode active material requiring impression of a voltage of 4.5 V or higher as a charging voltage, and a low potential plateau forming material forming a plateau at a potential of 3.8 V or lower or a low potential plateau retaining positive electrode active material having a plateau at a potential of 3.8 V or lower. There is also provided a lithium ion power storage device including a positive electrode containing the positive electrode material, a negative electrode containing a negative electrode active material, which lithium ions can be removed from and inserted into, and a nonaqueous electrolyte, in which a SEI coating having excellent lithium ion conductivity is formed in the negative electrode by impressing a voltage of 3.8 V or lower to the device during initial charging to float it for a prescribed time at the impression voltage. There is also provided a method of manufacturing the lithium ion power storage device.

Description

本発明は、正極材料リチウムイオン蓄電デバイス、特に高電圧正極活物質を用いた非水電解液リチウムイオン蓄電デバイス、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a positive electrode material lithium ion electricity storage device, particularly to a non-aqueous electrolyte lithium ion electricity storage device using a high voltage positive electrode active material, and a method for producing the same.

リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスは、近年、電気機器等の電源として使用されており、さらに、電気自動車(EV、HEV等)の電源としても使用されつつある。そして、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスは、その更なる特性向上、例えばエネルギー密度の向上(高容量化)、出力密度の向上(高出力化)やサイクル特性の向上(サイクル寿命の向上)、高い安全性等が望まれている。   In recent years, power storage devices such as lithium ion secondary batteries have been used as power sources for electric devices and the like, and are also being used as power sources for electric vehicles (EV, HEV, etc.). Power storage devices such as lithium ion secondary batteries further improve their characteristics, such as energy density (high capacity), output density (high output), and cycle characteristics (cycle life). High safety is desired.

しかしながら、リチウムイオン二次電池は、使用を繰り返すうちに充放電容量維持率が低下、すなわちサイクル特性が低下する可能性がある。サイクル特性が低下する理由の一つとして、正極表面での電解液の酸化分解が挙げられる。   However, as the lithium ion secondary battery is repeatedly used, there is a possibility that the charge / discharge capacity retention rate is lowered, that is, the cycle characteristics are lowered. One reason for the deterioration of the cycle characteristics is oxidative decomposition of the electrolyte solution on the positive electrode surface.

既存のリチウムイオン二次電池において、電解液の酸化分解を回避し、電池のサイクル特性を向上させる目的で、電解液に所定の添加剤を添加する提案がある。   In an existing lithium ion secondary battery, there is a proposal of adding a predetermined additive to the electrolytic solution for the purpose of avoiding oxidative decomposition of the electrolytic solution and improving the cycle characteristics of the battery.

例えば、特許文献1では、電解液にリン含有化合物を添加することにより、正極表面にリチウムイオン伝導性の被膜(SEI被膜: solid electrolyte interface被膜)を形成し、正極界面での電解液の酸化分解を抑制している。   For example, in Patent Document 1, by adding a phosphorus-containing compound to the electrolytic solution, a lithium ion conductive coating (SEI coating: solid electrolyte interface coating) is formed on the positive electrode surface, and the oxidative decomposition of the electrolytic solution at the positive electrode interface Is suppressed.

更に、特許文献2では、電解液にジスルホン酸エステルを添加した上で、充電を所定の温度で行うことにより、正極に被膜が形成され、かつ安定に保持されることが示されている。   Furthermore, Patent Document 2 shows that a film is formed on the positive electrode and is stably held by adding a disulfonic acid ester to the electrolytic solution and then performing charging at a predetermined temperature.

また、電気自動車の実用化や、その他の電気・電子機器の高性能化により、リチウムイオン二次電池の性能向上は大きな関心を集めている。その一環として、エネルギー密度の増大が要求されている。   In addition, due to the practical use of electric vehicles and the improvement in performance of other electric and electronic devices, the improvement of the performance of lithium ion secondary batteries has attracted great interest. As part of this, an increase in energy density is required.

エネルギー密度(Wh)は、電圧(V)と放電容量(Ah)の積に相当するため、高エネルギー密度を得るためには、正負極間の電位差(電池起電力)を高くすること、及び大放電容量のセル設計を行うといういずれかの手段を採ることができる。   Since the energy density (Wh) corresponds to the product of the voltage (V) and the discharge capacity (Ah), in order to obtain a high energy density, the potential difference (battery electromotive force) between the positive and negative electrodes must be increased and Any means of performing cell design of discharge capacity can be taken.

上記手段のうち、高い起電力を得るために充放電容量が高電位で発現する高電圧正極材料を用いることが検討されている。高電圧正極材料は、従来の正極材料よりも高い電圧に耐えうる材料であるため、電池の起電力を高めることが可能となり、エネルギー密度を向上させようとするものである。   Among the above-mentioned means, in order to obtain a high electromotive force, use of a high-voltage positive electrode material that exhibits a charge / discharge capacity at a high potential has been studied. Since the high-voltage positive electrode material is a material that can withstand a higher voltage than the conventional positive electrode material, it is possible to increase the electromotive force of the battery and to improve the energy density.

しかしながら、高電圧正極材料を適用した蓄電デバイスでは、サイクル特性の劣化に代表される信頼性能に課題を有している。これは、例えば、高電圧正極材料に高電圧を印加することにより満充電時の正極の電位が高くなり、正極での電解液の酸化分解反応が極めて起こりやすくなることに起因している。   However, an electricity storage device using a high-voltage positive electrode material has a problem in reliability performance represented by deterioration of cycle characteristics. This is because, for example, by applying a high voltage to the high-voltage positive electrode material, the potential of the positive electrode at the time of full charge is increased, and the oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution at the positive electrode is extremely likely to occur.

これについて、特許文献3によると、正極材料として高電圧活物質を用い、電解液にはLiPF6等の第1電解質と、所定の第2電解質を添加することで、複数サイクル繰り返し使用における蓄電デバイスの抵抗増加を抑制し、放電容量の低下を抑制することが提案されている。 In this regard, according to Patent Document 3, a high-voltage active material is used as a positive electrode material, and a first electrolyte such as LiPF 6 and a predetermined second electrolyte are added to an electrolytic solution, whereby an electricity storage device in repeated use for a plurality of cycles. It has been proposed to suppress an increase in resistance and suppress a decrease in discharge capacity.

特開2009−266663JP 2009-266663 A 特開2006−351332JP 2006-351332 A 特開2008−288049JP2008-288049

しかしながら、充電電圧を4.5V等の高電圧に設定する場合には、特許文献1及び2に記載されたように添加剤を添加したとしても、電解液の分解・劣化を十分に抑制し、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることは困難である。   However, when the charging voltage is set to a high voltage such as 4.5V, even if an additive is added as described in Patent Documents 1 and 2, the decomposition / deterioration of the electrolyte is sufficiently suppressed, It is difficult to improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.

更に、特許文献3では、正極材料として高電圧活物質を用いて、高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池が得られているものの、第2電解質として特殊な化合物を用いていることからコストが増加する懸念がある。   Furthermore, in Patent Document 3, although a high-energy density lithium ion secondary battery is obtained using a high-voltage active material as a positive electrode material, the cost increases because a special compound is used as the second electrolyte. There are concerns.

また、4.5V以上の電圧印加により充放電が行われる高電圧系正極材料では、リチウムイオン蓄電デバイスのセル(蓄電セル)の製造後の初期の充電において4.5V以上での充電を行うと電池性能に不具合が生ずることが指摘されている。   Further, in a high-voltage positive electrode material that is charged and discharged by applying a voltage of 4.5 V or more, when charging at 4.5 V or more is performed in the initial charge after the manufacture of a cell (storage cell) of a lithium ion storage device It has been pointed out that problems occur in battery performance.

すなわち、従来より、リチウムイオン蓄電デバイスは、セルの組立後の初期のエージング工程で、グラファイト等の負極表面にSEI被膜を形成し、負極へのリチウムイオンの脱挿入を円滑化し、容量維持率に影響を与えないようにすることが一般的である。   In other words, in the past, lithium ion electricity storage devices have formed an SEI film on the negative electrode surface, such as graphite, in the initial aging process after cell assembly, facilitating the desorption / insertion of lithium ions into the negative electrode, and increasing the capacity retention rate. It is common not to affect it.

しかしながら、高電圧系正極材料を含むリチウムイオン蓄電セルにおいて、当初より4.5V以上の充電電圧を印加すると、負極の電位がSEI被膜の形成に十分に卑な電位に到達する前に、正極の電位が電解液の酸化分解反応が進行する高電位領域に到達する。   However, in a lithium ion storage cell including a high-voltage positive electrode material, when a charging voltage of 4.5 V or more is applied from the beginning, the negative electrode potential reaches a base potential sufficiently low for the formation of the SEI film. The potential reaches a high potential region where the oxidative decomposition reaction of the electrolyte proceeds.

電解液が酸化分解すると、正極には酸化分解物が堆積し、内部抵抗が増加し、リチウムイオンの両極への脱挿入が阻害される。リチウムイオン二次電池のサイクル特性が著しく低下することになる。   When the electrolytic solution is oxidatively decomposed, an oxidative decomposition product is deposited on the positive electrode, the internal resistance is increased, and lithium ion desorption / insertion is inhibited. The cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are significantly deteriorated.

しかるに、本発明は、従来技術による上述の不具合を有することなく、高電圧作動下においても、サイクル特性を損なうことなく、エネルギー密度が増大したリチウムイオン蓄電デバイスを構成するために用いられる正極材料、これを用いたリチウムイオン蓄電デバイス、及びその製造方法を提供することを目的とする。   However, the present invention does not have the above-described disadvantages of the prior art, and does not impair cycle characteristics even under high voltage operation, and does not impair cycle characteristics, and a positive electrode material used to configure a lithium ion electricity storage device with increased energy density, It is an object of the present invention to provide a lithium ion electricity storage device using the same, and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するため、本発明者等は、充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な高電圧正極活物質と、3.8V以下の電位にプラトーを形成する低電位プラトー形成材料又は3.8V以下の電位にプラトーを有する低電位プラトー保有正極活物質とを含む正極材料を見出した。   In order to achieve the above object, the present inventors have developed a high-voltage positive electrode active material that requires a voltage application of 4.5 V or more as a charging voltage and a low-potential plateau forming material that forms a plateau at a potential of 3.8 V or less. The positive electrode material containing the low potential plateau holding positive electrode active material which has a plateau in the electric potential of 3.8 V or less was discovered.

この正極材料をリチウムイオン蓄電デバイスに適用することにより、蓄電デバイスの初回充電において、正極側で電解液の酸化分解が開始する前に負極側で電解液を還元分解させ、良好なSEI被膜を構築できるため、サイクル特性に優れた蓄電デバイスが構成される。   By applying this positive electrode material to a lithium ion electricity storage device, in the initial charge of the electricity storage device, the electrolyte solution is reduced and decomposed on the negative electrode side before the oxidative decomposition of the electrolyte solution starts on the positive electrode side, thereby building a good SEI coating Therefore, an electricity storage device having excellent cycle characteristics is configured.

更に、上記目的を達成するため、上述の正極材料を含む正極と、
リチウムイオンを脱挿入可能な負極活物質を含む負極と、
非水電解液と、
を含むリチウムイオン蓄電デバイスの製造方法であって、
初期充電時に、3.8V以下の電圧を印加して、当該印加電圧にて所定時間フロートさせることにより、正極電位が前記非水電解液の分解電位に達する前に負極にSEI被膜を形成することを特徴とするリチウムイオン蓄電デバイスの製造方法を見出した。
Furthermore, in order to achieve the above object, a positive electrode including the above positive electrode material;
A negative electrode containing a negative electrode active material capable of removing and inserting lithium ions;
A non-aqueous electrolyte,
A method for producing a lithium ion electricity storage device comprising:
By applying a voltage of 3.8 V or less during initial charging and allowing the applied voltage to float for a predetermined time, an SEI film is formed on the negative electrode before the positive electrode potential reaches the decomposition potential of the non-aqueous electrolyte. The manufacturing method of the lithium ion electrical storage device characterized by these was discovered.

本発明のリチウムイオン蓄電デバイスでは、高電圧正極活物質を用いた正極に対し意図的に低電位プラトーを導入した。初回充電時、低電位プラトーからリチウムイオンが放出される状態を経ることにより正極電位の急激な上昇が抑制されるので、正極電位が電解液の分解電位に到達する前に時間的マージンが得られる。これにより、電解液が酸化分解される前に負極にSEI被膜が形成され、信頼性の高いリチウムイオン蓄電デバイスを提供できる。   In the lithium ion electricity storage device of the present invention, a low potential plateau was intentionally introduced to the positive electrode using the high voltage positive electrode active material. During the first charge, a rapid rise in the positive electrode potential is suppressed by going through a state where lithium ions are released from the low potential plateau, so that a time margin is obtained before the positive electrode potential reaches the decomposition potential of the electrolyte. . As a result, the SEI film is formed on the negative electrode before the electrolytic solution is oxidatively decomposed, and a highly reliable lithium ion storage device can be provided.

また、その後のリチウムイオン蓄電デバイスの使用にあたっては、正極材料の主成分である高電圧正極材料に対応する高電圧での充放電が行われ、高エネルギー密度が確保される。更に、負極には既にSEI被膜が形成されていることから、高電圧作動下においても負極が安定に作動し、蓄電デバイスのサイクル特性が維持される。   Further, in subsequent use of the lithium ion electricity storage device, charging and discharging at a high voltage corresponding to the high voltage positive electrode material which is the main component of the positive electrode material is performed, and a high energy density is ensured. Furthermore, since the SEI film is already formed on the negative electrode, the negative electrode operates stably even under high voltage operation, and the cycle characteristics of the electricity storage device are maintained.

本発明の蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)の実施形態の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of embodiment of the electrical storage device (lithium ion secondary battery) of this invention. 本発明の蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)の実施形態の別の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another example of embodiment of the electrical storage device (lithium ion secondary battery) of this invention. 本発明の実施の形態に係る正極材料、及び比較用の正極材料を用いたサンプルの充放電曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the charging / discharging curve of the sample using the positive electrode material which concerns on embodiment of this invention, and the positive electrode material for a comparison. 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池、及び比較用のリチウムイオン二次電池の初期充放電曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the initial stage charge / discharge curve of the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention, and the lithium ion secondary battery for a comparison. 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池、及び比較用のリチウムイオン二次電池のサイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycle characteristic of the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention, and the lithium ion secondary battery for a comparison. 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池、及び比較用のリチウムイオン二次電池における負極に形成されたSEI皮膜のXPS分析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the XPS analysis result of the SEI membrane | film | coat formed in the negative electrode in the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention, and the lithium ion secondary battery for a comparison.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明の正極材料は、(A)充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な高電圧正極材料、及び(B−1)3.8V以下の電位にプラトーを形成する低電位プラトー形成材料、又は(B−2)3.8V以下の電位にプラトーを有する低電位プラトー保有正極活物質とを含んでいる。   The positive electrode material of the present invention includes (A) a high voltage positive electrode material that requires a voltage application of 4.5 V or more as a charging voltage, and (B-1) a low potential plateau forming material that forms a plateau at a potential of 3.8 V or less. Or (B-2) a positive electrode active material having a low potential plateau having a plateau at a potential of 3.8 V or less.

また、本発明のリチウムイオン蓄電デバイス(単に、蓄電デバイスともいう)は、
(A)充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な高電圧正極活物質と、(B−1)3.8V以下の電位にプラトーを形成する低電位プラトー形成材料、又は(B−2)3.8V以下の電位にプラトーを有する低電位プラトー保有正極活物質とを含む正極材料、
リチウムイオンを脱挿入可能な負極活物質を含む負極、及び非水電解液を含む。
Further, the lithium ion electricity storage device of the present invention (simply also referred to as electricity storage device),
(A) A high-voltage positive electrode active material that requires a voltage application of 4.5 V or more as a charging voltage, and (B-1) a low-potential plateau forming material that forms a plateau at a potential of 3.8 V or less, or (B-2 ) A positive electrode material comprising a positive electrode active material having a low potential plateau having a plateau at a potential of 3.8 V or less,
A negative electrode containing a negative electrode active material capable of removing and inserting lithium ions; and a non-aqueous electrolyte.

すなわち、本発明では、(A)充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な高電圧正極材料の他に、(B−1)3.8V以下の電位にプラトーを形成する低電位プラトー形成材料を用いることにより、高電位正極材料自体が有する酸化還元反応過程では発現しない低電位の容量を正極側の低電位プラトーとして活用することが可能とされる。   That is, in the present invention, (A) In addition to the high-voltage positive electrode material that requires voltage application of 4.5 V or more as a charging voltage, (B-1) low potential plateau formation that forms a plateau at a potential of 3.8 V or less By using the material, it is possible to utilize a low potential capacity that does not appear in the oxidation-reduction reaction process of the high potential positive electrode material itself as a low potential plateau on the positive electrode side.

これに代えて、充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な高電圧正極材料(A)の他に、(B−2)3.8V以下の電位にプラトーを有する低電位プラトー保有正極活物質を用いる。これにより、高電位正極材料自体ではなく、これとは別に添加された低電位プラトー保有正極活物質が有する低電位の容量を低電位プラトーとして利用する。   Instead of this, in addition to the high-voltage positive electrode material (A) that requires a voltage application of 4.5 V or more as the charging voltage, (B-2) a low potential plateau possessing positive electrode active having a plateau at a potential of 3.8 V or less Use substances. Thereby, not the high potential positive electrode material itself but the low potential capacity of the positive electrode active material having a low potential plateau added separately is used as the low potential plateau.

本発明の低電位プラトーは、高電圧正極材料の平均放電電位よりも低い電位、3.8V以下、好ましくは2.0V〜3.8Vの電位に形成される。   The low potential plateau of the present invention is formed at a potential lower than the average discharge potential of the high voltage positive electrode material, 3.8 V or less, preferably 2.0 V to 3.8 V.

このように、高電圧正極材料に対し、低電位プラトーが付加された本発明の正極材料を含む蓄電デバイスの初期充電時(蓄電デバイス用のセル完成後最初の充電)において、3.8V以下の電圧を印加して所定時間フロートさせることにより、低電位でのエージングが行われる。   Thus, at the initial charge of the electricity storage device including the positive electrode material of the present invention to which the low potential plateau is added to the high voltage positive electrode material (first charge after the completion of the cell for the electricity storage device), the voltage is 3.8 V or less. Aging is performed at a low potential by applying a voltage and allowing it to float for a predetermined time.

エージングは、初期充電時に、低電位プラトー形成材料又は低電位プラトー保有正極活物質により形成されたプラトーの電位に対応する電圧、例えば2.0V〜3.8V、すなわち電池の電圧で、0V〜4.0Vの電圧を、1〜24時間、好ましくは12〜24時間印加してフロートさせることにより行われ(フロート充電)、負極表面に良好なSEI被膜が形成される(エージング工程)。   Aging is a voltage corresponding to the potential of the plateau formed by the low potential plateau forming material or the positive electrode active material having the low potential plateau at the initial charge, for example, 2.0 V to 3.8 V, that is, the voltage of the battery, 0 V to 4 A voltage of 0.0 V is applied for 1 to 24 hours, preferably 12 to 24 hours to float (float charging), and a good SEI film is formed on the negative electrode surface (aging process).

ここで、フロート充電は、低電流低電圧充電(CC-CV充電)により容易に行われる。   Here, the float charging is easily performed by low current low voltage charging (CC-CV charging).

尚、本発明において「初期充電」とは、リチウムイオン蓄電セル製造後最初(1回目)の充電、特にエージング工程における又は1回目の充電を意味する。   In the present invention, the “initial charge” means the first (first) charge after the manufacture of the lithium ion storage cell, particularly in the aging process or the first charge.

低電位プラトー形成材料(B−1)又は低電位プラトー保有正極活物質(B−2)により付与されるプラトーに対応する3.8V以下の電位は、正極側において電解液が酸化分解されない電位領域にあたる。   The potential of 3.8 V or less corresponding to the plateau applied by the low potential plateau forming material (B-1) or the low potential plateau holding positive electrode active material (B-2) is a potential region where the electrolytic solution is not oxidatively decomposed on the positive electrode side. It hits.

このような低電位プラトーを有する正極材料を含む蓄電デバイスに対し、エージングを3.8V以下の電位で行うことにより、正極電位が3.8V以上に分極し、電解液の酸化分解反応が過度に進行する前に、負極の電位をSEI被膜形成に十分に卑な電位まで分極させることができ、負極表面に良好なSEI被膜を形成できる。   When the aging is performed at a potential of 3.8 V or less with respect to the electricity storage device including the positive electrode material having such a low potential plateau, the positive electrode potential is polarized to 3.8 V or more, and the oxidative decomposition reaction of the electrolytic solution is excessive. Before proceeding, the potential of the negative electrode can be polarized to a sufficiently low potential for SEI film formation, and a good SEI film can be formed on the surface of the negative electrode.

この結果、正負極が良好な状態に保たれるため、リチウムイオン蓄電デバイスの容量劣化・サイクル性能低下が抑制される。   As a result, since the positive and negative electrodes are kept in a good state, capacity deterioration and cycle performance deterioration of the lithium ion electricity storage device are suppressed.

また、低電位に放電容量を与える低電位プラトー形成材料又は低電位プラトー保有正極活物質を正極材料に導入することにより、理論上正極活物質の平均放電電位は高電圧正極活物質のみの平均放電電位よりも低下する。   In addition, by introducing into the positive electrode material a low potential plateau forming material that gives a discharge capacity to a low potential or a positive electrode active material having a low potential plateau, the average discharge potential of the positive electrode active material is theoretically the average discharge of only the high voltage positive electrode active material. It drops below the potential.

しかしながら、本発明のリチウムイオン蓄電デバイスの使用段階では、負極不可逆容量相当分の容量を低電位プラトー容量として作動させるため、通常は、正極材料における低電位プラトーに対応する放電容量は充放電に関与せず、事実上無視することが可能である。   However, since the capacity corresponding to the negative electrode irreversible capacity is operated as the low potential plateau capacity in the use stage of the lithium ion electricity storage device of the present invention, the discharge capacity corresponding to the low potential plateau in the positive electrode material is usually involved in charging and discharging. Without being practically negligible.

但し、仮に充放電に関与可能な容量が低電位プラトー領域で付与された場合は、平均放電電位の低下が無視できない場合もあり得る。   However, if a capacity that can participate in charging / discharging is applied in the low potential plateau region, a decrease in the average discharge potential may not be negligible.

すなわち、負極材料には、一般にリチウムイオンが装填されても通常の放電では放出ができない所定容量が存在する(負極の不可逆容量)。そして、放出されないリチウムイオンは充放電に関与できないため、この分のリチウムイオンを放出した正極には、リチウムイオンを受け取ることができない容量分(充放電に関与出来ない正極活物質)が存在することになる。   That is, the negative electrode material generally has a predetermined capacity that cannot be released by normal discharge even when lithium ions are loaded (the irreversible capacity of the negative electrode). And since the lithium ions that are not released cannot participate in charging / discharging, the positive electrode from which this amount of lithium ions has been released has a capacity that cannot receive lithium ions (a positive electrode active material that cannot participate in charging / discharging). become.

また、電極容量目付け(mAh/cm2)あたりの負極の不可逆容量と、正極に形成した低電位プラトー容量が一致するように設計を行うと、高いエネルギー密度の蓄電デバイスを製造することができる。 In addition, when the design is made so that the irreversible capacity of the negative electrode per unit electrode capacity (mAh / cm 2 ) matches the low potential plateau capacity formed on the positive electrode, an energy storage device with high energy density can be manufactured.

本発明のリチウムイオン蓄電デバイスは、初期充電時に印加される電圧が、前記低電位プラトー形成材料又は低電位プラトー保有正極活物質により形成されたプラトーの平均電位に対応する電圧(プラス3.8V)またはそれ以下であると好ましい。   In the lithium ion electricity storage device of the present invention, the voltage applied at the time of initial charging is a voltage (plus 3.8 V) corresponding to the average potential of the plateau formed by the low potential plateau forming material or the positive electrode active material having a low potential plateau. Or less than that is preferable.

正極の過度な分極に伴う電解液の酸化分解を抑制することで、負極に良好なSEI被膜を形成することが出来る。   By suppressing oxidative decomposition of the electrolytic solution accompanying excessive polarization of the positive electrode, a good SEI film can be formed on the negative electrode.

以下に本発明のリチウムイオン蓄電デバイスの実施形態の一例として、リチウムイオン二次電池の例を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of a lithium ion secondary battery will be described as an example of an embodiment of a lithium ion electricity storage device of the present invention with reference to the drawings.

図1は、本発明に係るリチウムイオン二次電池の実施形態の一例を示す概略断面図である。図示のように、リチウムイオン二次電池20では、正極21と、負極22とがセパレータ23を介して対向配置されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of a lithium ion secondary battery according to the present invention. As shown in the figure, in the lithium ion secondary battery 20, a positive electrode 21 and a negative electrode 22 are disposed to face each other with a separator 23 interposed therebetween.

正極21は、本発明の正極材料を含む正極合材層21aと、正極集電体21bとから構成されている。正極合材層21aは、正極集電体21bのセパレータ23側の面に形成されている。負極22は、負極合材層22aと、負極集電体22bとから構成されている。   The positive electrode 21 includes a positive electrode mixture layer 21a containing the positive electrode material of the present invention and a positive electrode current collector 21b. The positive electrode mixture layer 21a is formed on the separator 23 side surface of the positive electrode current collector 21b. The negative electrode 22 includes a negative electrode mixture layer 22a and a negative electrode current collector 22b.

負極合材層22aは、負極集電体22bのセパレータ23側の面に形成されている。これら正極21、負極22、セパレータ23は、図示しない外装容器に封入されており、外装容器内には非水電解液が充填されている。外装材としては例えば電池缶やラミネートフィルム等が挙げられる。また、正極集電体21bと負極集電体22bとには、必要に応じて、それぞれ外部端子接続用の図示しないリードが接続されている。   The negative electrode mixture layer 22a is formed on the separator 23 side surface of the negative electrode current collector 22b. The positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 are sealed in an outer container (not shown), and the outer container is filled with a non-aqueous electrolyte. Examples of the exterior material include a battery can and a laminate film. Further, leads (not shown) for connecting external terminals are respectively connected to the positive electrode current collector 21b and the negative electrode current collector 22b as necessary.

次に、図2は、本発明に係るリチウムイオン二次電池の実施形態の別の一例を示す概略断面図である。図示のように、リチウムイオン二次電池30は、正極31と負極32とが、セパレータ33を介して交互に複数積層された電極ユニット34を備えている。正極31は、正極合材層31aが、正極集電体31bの両面に設けられて構成されている。負極32は、負極合材層32aが負極集電体32bの両面に設けられて構成されている(ただし、最上部および最下部の負極32については、負極合材層32aは片面のみ)。   Next, FIG. 2 is a schematic sectional view showing another example of the embodiment of the lithium ion secondary battery according to the present invention. As shown in the figure, the lithium ion secondary battery 30 includes an electrode unit 34 in which a plurality of positive electrodes 31 and negative electrodes 32 are alternately stacked via separators 33. The positive electrode 31 is configured by providing a positive electrode mixture layer 31a on both surfaces of a positive electrode current collector 31b. The negative electrode 32 is configured such that the negative electrode mixture layer 32a is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 32b (however, for the uppermost and lowermost negative electrodes 32, the negative electrode mixture layer 32a is only on one side).

また、正極集電体31bは図示しないが突出部分を有しており、複数の正極集電体31bの各突出部分はそれぞれ重ね合わされ、その重ね合わされた部分にリード36が溶接されている。負極集電体32bも同様に突出部分を有しており、複数の負極集電体32bの各突出部分が重ね合わされた部分にリード37が溶接されている。リチウムイオン二次電池30は、図示しないラミネートフィルム等の外装容器内に電極ユニット34と非水電解液が封入されて構成されている。リード36,37は外部機器との接続のため、外装容器の外部に露出される。   Further, although not shown, the positive electrode current collector 31b has a protruding portion, the protruding portions of the plurality of positive electrode current collectors 31b are overlapped, and the lead 36 is welded to the overlapped portion. Similarly, the negative electrode current collector 32b has a protruding portion, and a lead 37 is welded to a portion where the protruding portions of the plurality of negative electrode current collectors 32b are overlapped. The lithium ion secondary battery 30 is configured by enclosing an electrode unit 34 and a non-aqueous electrolyte in an exterior container such as a laminate film (not shown). The leads 36 and 37 are exposed to the outside of the outer container for connection with an external device.

また、リチウムイオン二次電池30は、最上部および最下部に負極を配置させたが、これに限定されず、最上部および最下部に正極を配置させる構成を有してもよい。   In addition, the lithium ion secondary battery 30 has the negative electrode disposed at the uppermost part and the lowermost part. However, the present invention is not limited thereto, and the positive electrode may be disposed at the uppermost part and the lowermost part.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池用のセルの初期充電時に、3.8V以下の電圧を印加して、当該印加電圧にて所定時間フロートさせることによりに本発明のリチウムイオン二次電池が得られる。   The lithium ion secondary battery of the present invention can be obtained by applying a voltage of 3.8 V or less during initial charging of a cell for a lithium ion secondary battery having the above-described configuration and allowing the cell to float at the applied voltage for a predetermined time. can get.

[正極の製造]
本発明では、正極活物質として、充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な高電圧正極活物質が用いられる。高電圧正極活物質の例は、固溶体、スピネルニッケルマンガン系、ポリアニオン系、ケイ酸塩系、又はオリビン系材料であり、好ましくは固溶体、スピネルニッケルマンガン系材料が用いられる。
[Production of positive electrode]
In the present invention, a high-voltage positive electrode active material that requires a voltage application of 4.5 V or more as a charging voltage is used as the positive electrode active material. Examples of the high-voltage positive electrode active material are a solid solution, a spinel nickel manganese-based material, a polyanion-based material, a silicate-based material, or an olivine-based material, and preferably a solid solution or a spinel nickel manganese-based material is used.

これらの具体例は、固溶体正極材料として、Li2MnO3-LiMO2 (M =Co,Ni、Mn、Alより1種若しくはそれ以上)、
スピネルニッケルマンガン正極材料として、LiMn1.5Ni0.54
フッ化オリビン系正極材料として、(LiMPO4F (M=V、Mn、Fe、Ni)、
ケイ酸塩系正極材料として、(Li2MSiO4(M=V、Mn、Fe、Ni)、
オリビン系正極材料として(LiMPO4(M=V、Mn、Ni)、
が挙げられる。
Specific examples of these are Li 2 MnO 3 —LiMO 2 (M = Co, Ni, Mn, one or more than Al) as solid solution cathode materials,
As a spinel nickel manganese positive electrode material, LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 ,
As the fluorinated olivine-based positive electrode material, (LiMPO 4 F (M = V, Mn, Fe, Ni),
As silicate-based positive electrode materials, (Li 2 MSiO 4 (M = V, Mn, Fe, Ni),
As an olivine-based positive electrode material (LiMPO 4 (M = V, Mn, Ni),
Is mentioned.

また、上記材料に対し、異種元素をドープした材料も含む。   Moreover, the material which doped the different element with respect to the said material is also included.

本発明では、充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な他の正極活物質を用いることもできる。   In the present invention, other positive electrode active materials that require voltage application of 4.5 V or more as the charging voltage can also be used.

また、(A)高電圧正極活物質と併用して、(B−1)低電位プラトー形成材料又は(B−2)低電位プラトー保有正極活物質が使用される。   In addition, (B-1) a low potential plateau forming material or (B-2) a low potential plateau holding positive electrode active material is used in combination with (A) a high voltage positive electrode active material.

(B−1)低電位プラトー形成材料、及び(B−2)低電位プラトー保有正極活物質としては、いずれも放電電位3.8V以下、好ましくは、2.0〜3.8Vの範囲の電位にプラトーを形成・保有する材料が好適に用いられる。   The (B-1) low potential plateau forming material and (B-2) the positive electrode active material having a low potential plateau both have a discharge potential of 3.8 V or less, preferably a potential in the range of 2.0 to 3.8 V. A material that forms and retains a plateau is preferably used.

(B−1)低電位プラトー形成材料、及び(B−2)低電位プラトー保有正極活物質を用いることにより、高電位活物質による充放電のための電位は、十分な電位差を有する状態で、正極活物質の低電位側にプラトー(低電位プラトー)が形成される。   By using the (B-1) low potential plateau forming material and the (B-2) positive electrode active material having a low potential plateau, the potential for charging and discharging with the high potential active material has a sufficient potential difference. A plateau (low potential plateau) is formed on the low potential side of the positive electrode active material.

(B−1)低電位プラトー形成材料とは、高電圧正極活物質にリチウムイオンをプレドープする材料、好ましくは粉体状又はフォイル状のリチウム金属であり、粉体状リチウム金属は基体上に担持させた形態で用いることが可能である。   (B-1) The low-potential plateau forming material is a material for pre-doping lithium ions into a high-voltage positive electrode active material, preferably a powdery or foil-like lithium metal, and the powdery lithium metal is supported on the substrate. It is possible to use it in the form.

高電圧正極活物質に対して、粉体状リチウム金属は、必要な他の材料とともに混合されて正極合材とされる。また、フォイル状のリチウム金属は高電圧正極活物質を含む正極合材に貼り付けた状態で使用され、更に基体上に担持させたリチウム金属粉体は正極合材に一旦貼り付けた後、基体を剥離することにより用いられる。   With respect to the high-voltage positive electrode active material, powdered lithium metal is mixed with other necessary materials to form a positive electrode mixture. The foil-like lithium metal is used in a state of being attached to a positive electrode mixture containing a high-voltage positive electrode active material, and the lithium metal powder carried on the substrate is once attached to the positive electrode mixture, and then the substrate It is used by peeling.

(A)高電圧正極活物質と(B−1)低電位プラトー形成材料との組み合わせは、例えば、高電圧活物質としてスピネルニッケルマンガン系材料が用いられる場合に用いられる。   The combination of (A) a high voltage positive electrode active material and (B-1) a low potential plateau forming material is used, for example, when a spinel nickel manganese-based material is used as the high voltage active material.

スピネルニッケルマンガン系材料は、充放電容量として一般的に利用されている4.8V付近のNi+2/+4のレドックス容量に加えて、3.0V付近にMn+3/+4のレドックス応答に対応する充放電容量を有する。このMn+3/+4のレドックスサイトを活用することで、低電位プラトーを形成することができる。 Spinel nickel manganese-based materials have a redox response of Mn + 3 / + 4 near 3.0 V in addition to the redox capacity of Ni + 2 / + 4 near 4.8 V, which is generally used as charge / discharge capacity. It has a charge / discharge capacity corresponding to. By utilizing this Mn + 3 / + 4 redox site, a low potential plateau can be formed.

また、(B−2)低電位プラトー保有正極活物質としては、
(i)LiFePO4、または
(ii)VまたはMnOに対してリチウムイオンをプレドープした材料が用いられる。
In addition, (B-2) a positive electrode active material having a low potential plateau,
A material in which lithium ions are pre-doped with (i) LiFePO 4 or (ii) V 2 O 5 or MnO 2 is used.

またはMnOに対してリチウムイオンをプレドープする材料としては、上述した低電位プラトー形成材料の具体例と同様の材料が、同様の方法で用いられる。 As a material for pre-doping lithium ions with respect to V 2 O 5 or MnO 2 , the same material as the specific example of the low potential plateau forming material described above is used in the same manner.

低電位プラトー保有正極活物質(B−2)において、特にVまたはMnOは、大量のリチウムイオンを吸蔵可能な材料であるため、多量のリチウムを効率的に取り込むことができる。従って、低電位プラトー保有正極活物質の添加量を小さくすることができ、これにより、正極材料内の高電圧正極活物質の含有量が相対的に増大可能とされる。 In the positive electrode active material (B-2) having a low potential plateau, in particular, V 2 O 5 or MnO 2 is a material capable of occluding a large amount of lithium ions, so that a large amount of lithium can be efficiently taken in. Therefore, the addition amount of the positive electrode active material having a low potential plateau can be reduced, whereby the content of the high voltage positive electrode active material in the positive electrode material can be relatively increased.

低電位プラトー保有正極活物質(B−2)は、負極の放電容量(X)の0.1容量%≦X≦30容量%、好ましくは1容量%≦X≦30容量%に相当する量で正極材料中に混合することが好ましい。   The positive electrode active material (B-2) having a low potential plateau is in an amount corresponding to 0.1% by volume ≦ X ≦ 30% by volume, preferably 1% by volume ≦ X ≦ 30% by volume of the discharge capacity (X) of the negative electrode. It is preferable to mix in the positive electrode material.

上記割合の低電位プラトー保有正極活物質を用いることにより、負極に対して良好なSEI被膜の形成が確実に行われ、負極の平均電位を0.5V以下に低下させることができる。更に正極材料の平均放電電位を著しく低下させることもない。   By using the positive electrode active material having a low potential plateau in the above proportion, a favorable SEI film can be reliably formed on the negative electrode, and the average potential of the negative electrode can be lowered to 0.5 V or less. Furthermore, the average discharge potential of the positive electrode material is not significantly reduced.

正極合材層の形成には、上記材料の他、更に結合剤、導電助剤及び溶剤が用いられる。   In addition to the above materials, a binder, a conductive additive and a solvent are used for forming the positive electrode mixture layer.

正極合材層の形成に用いる結合剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、アクリル系バインダ、SBR等のゴム系バインダ、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、カルボキシメチルセルロース等が使用できる。結合剤は、本発明の蓄電デバイスに用いられる非水電解液に対して化学的、電気化学的に安定な含フッ素系樹脂、熱可塑性樹脂が好ましく、特に含フッ素系樹脂が好ましい。含フッ素系樹脂としてはポリフッ化ビニリデンの他、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−3フッ化エチレン共重合体、エチレン−4フッ化エチレン共重合体及びプロピレン−4フッ化エチレン共重合体等が挙げられる。結合剤の配合量は、上記正極合材量に対して0.5〜20質量%が好ましい。   As the binder used for forming the positive electrode mixture layer, for example, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride, an acrylic binder, a rubber binder such as SBR, a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene, carboxymethylcellulose, or the like can be used. . The binder is preferably a fluorine-containing resin or a thermoplastic resin that is chemically and electrochemically stable with respect to the non-aqueous electrolyte used in the electricity storage device of the present invention, and particularly preferably a fluorine-containing resin. As the fluorine-containing resin, in addition to polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride-3 fluoroethylene copolymer, ethylene-4 fluoroethylene copolymer, propylene-4 fluoroethylene copolymer, etc. Can be mentioned. As for the compounding quantity of a binder, 0.5-20 mass% is preferable with respect to the said positive electrode compound material amount.

正極合材層の形成に用いる導電助剤としては、例えばケッチェンブラック等の導電性カーボン、銅、鉄、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、インジウム及びタングステン等の金属、酸化インジウム及び酸化スズ等の導電性金属酸化物等が使用できる。導電材の配合量は、上記正極活物質に対して1〜30質量%が好ましい。   Examples of the conductive assistant used for forming the positive electrode mixture layer include conductive carbon such as ketjen black, metals such as copper, iron, silver, nickel, palladium, gold, platinum, indium and tungsten, indium oxide and tin oxide. Conductive metal oxides such as can be used. As for the compounding quantity of an electrically conductive material, 1-30 mass% is preferable with respect to the said positive electrode active material.

正極合材層の形成に用いる溶媒としては、水、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等が使用できる。   As a solvent used for forming the positive electrode mixture layer, water, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, or the like can be used.

上記高電圧正極活物質、低電位プラトー形成材料又は低電位プラトー保有正極活物質、結合剤、及び導電助剤を含む混合物を溶媒に分散させた正極スラリーを、正極集電体上に塗布、乾燥を含む工程により正極合材層を形成する。乾燥工程後にプレス加圧等を行っても良い。これにより正極合材層が均一且つ強固に集電体に圧着される。   A positive electrode slurry in which a mixture containing the high-voltage positive electrode active material, the low-potential plateau-forming material or the positive-electrode active material having a low-potential plateau, a binder, and a conductive additive is dispersed in a solvent is applied onto a positive electrode current collector and dried. The positive electrode mixture layer is formed by a process including You may press-press etc. after a drying process. As a result, the positive electrode mixture layer is uniformly and firmly pressed onto the current collector.

また、前記低電位プラトー保有正極活物質として、VまたはMnOに対してリチウムイオンをプレドープする材料を用いてリチウムイオンをプレドープした材料を用いる場合には、高電圧正極活物質、VまたはMnO、結合剤、及び導電助剤を含む混合物を溶媒に分散させて正極スラリーとし、上記と同様の手順により正極集電体上に正極合材層を成形、乾燥し、更にリチウムイオンをプレドープする材料、例えばリチウム金属箔を正極合材層に貼り付けてVまたはMnOにリチウムイオンをプレドープすることができる。 Further, in the case where a material in which lithium ions are pre-doped using a material pre-doped with lithium ions with respect to V 2 O 5 or MnO 2 is used as the low-potential plateau-carrying positive electrode active material, a high-voltage positive electrode active material, V A mixture containing 2 O 5 or MnO 2 , a binder, and a conductive additive is dispersed in a solvent to form a positive electrode slurry, and a positive electrode mixture layer is formed and dried on the positive electrode current collector by the same procedure as described above, and further, A material for pre-doping lithium ions, for example, a lithium metal foil can be attached to the positive electrode mixture layer and V 2 O 5 or MnO 2 can be pre-doped with lithium ions.

正極合材層の厚さは10〜200μm、好ましくは20〜100μmである。   The thickness of the positive electrode mixture layer is 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.

正極集電体は正極合材層と接する面が導電性を示す導電性基体であれば良く、例えば、金属、導電性金属酸化物、導電性カーボン等の導電性材料で形成された導電性基体や導電性の箔、非導電性の基体本体を上記の導電性材料で被覆したものが使用できる。導電性材料としては、銅、金、アルミニウムもしくはそれらの合金又は導電性カーボンが好ましい。   The positive electrode current collector need only be a conductive substrate whose surface in contact with the positive electrode mixture layer exhibits conductivity. For example, a conductive substrate formed of a conductive material such as metal, conductive metal oxide, or conductive carbon. In addition, a conductive foil or a non-conductive base body covered with the conductive material can be used. As the conductive material, copper, gold, aluminum, an alloy thereof, or conductive carbon is preferable.

正極集電体は、上記材料のエキスパンドメタル、パンチングメタル、箔、網、発泡体等を用いることができる。多孔質体の場合の貫通孔の形状や個数等は特に制限はなく、リチウムイオンの移動を阻害しない範囲で適宜設定できる。   As the positive electrode current collector, an expanded metal, a punching metal, a foil, a net, a foam, or the like of the above materials can be used. The shape and number of through holes in the case of a porous body are not particularly limited, and can be appropriately set within a range that does not inhibit the movement of lithium ions.

尚、本発明においてプレドープとは、正極材料に低電位プラトー形成材料又は低電位プラトー保有正極活物質を予め混入させておくこと、及び低電位プラトー形成材料又は低電位プラトー保有正極活物質を含む正極材料を用いたリチウムイオン蓄電デバイスにおいて、上述のエージング処理を行うことをいう。   In the present invention, the pre-doping means that the positive electrode material is mixed with a low potential plateau forming material or a low potential plateau holding positive electrode active material in advance, and the positive electrode containing the low potential plateau forming material or the low potential plateau holding positive electrode active material. In the lithium ion electricity storage device using a material, it means performing the above-mentioned aging treatment.

また、本発明においては、正極合材層の目付けを4mg/cm以上、25mg/cm以下とすることで、優れたサイクル特性を得ることができる。目付けが4mg/cm未満または25mg/cmを超えると、サイクル劣化が生じる。なお、目付けが大きいほど高容量が得られる。正極合材層の目付けは10mg/cm以上、20mg/cm以下であることがさらに好ましい。なお、ここでいう目付けとは正極集電体の一方の面側の正極合材層の目付けを意味する。正極合材層を正極集電体の両面に形成する場合には、一方の面および他方の面の正極合材層がそれぞれ上記範囲に含まれるよう形成される。 Moreover, in this invention, the outstanding cycling characteristics can be acquired because the fabric weight of a positive electrode compound-material layer shall be 4 mg / cm < 2 > or more and 25 mg / cm < 2 > or less. When the basis weight is less than 4 mg / cm 2 or more than 25 mg / cm 2 , cycle deterioration occurs. Note that the larger the basis weight, the higher the capacity. The basis weight of the positive electrode mixture layer is more preferably 10 mg / cm 2 or more and 20 mg / cm 2 or less. Note that the basis weight here means the basis weight of the positive electrode mixture layer on one surface side of the positive electrode current collector. In the case where the positive electrode mixture layer is formed on both surfaces of the positive electrode current collector, the positive electrode mixture layer on one surface and the other surface is formed so as to be included in the above ranges.

[負極の製造]
本発明において負極は、特に制限はなく、公知の材料を用いて作製することができる。
[Manufacture of negative electrode]
In the present invention, the negative electrode is not particularly limited, and can be produced using a known material.

負極活物質としては、リチウムイオンを脱挿入可能な材料であればいずれも使用可能であり、例えば、炭素系材料、シリコン系材料、スズ系材料、又はポリアセン系物質を挙げることができる。   Any material can be used as the negative electrode active material as long as it is a material capable of removing and inserting lithium ions, and examples thereof include a carbon-based material, a silicon-based material, a tin-based material, and a polyacene-based material.

更に具体的には、炭素系材料としては、例えば、リチウム・インタカレーション炭素材料(リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な物質)、例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、及び易黒鉛化炭素を、
シリコン系材料としては、例えば、シリコン、及びシリコン合金を、
スズ系材料としては、例えば、スズ、及びスズ合金を、
リチウム系金属材料としては、例えばリチウム合金(Li−Al合金等)、及びリチウム化合物(窒化リチウム等)を、
ポリアセン系有機半導体としては、例えば、ポリアセン系骨格を有する不溶且つ不融性のPAS等を挙げることができる。
More specifically, as the carbon-based material, for example, lithium intercalation carbon material (substance capable of reversibly removing and inserting lithium ions) such as graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon,
Examples of silicon-based materials include silicon and silicon alloys.
Examples of tin-based materials include tin and tin alloys.
Examples of lithium metal materials include lithium alloys (Li-Al alloys and the like) and lithium compounds (lithium nitride and the like)
Examples of the polyacene organic semiconductor include insoluble and infusible PAS having a polyacene skeleton.

このうち、本発明では炭素系材料、シリコン系材料、スズ系材料が好ましく使用される。   Of these, carbon-based materials, silicon-based materials, and tin-based materials are preferably used in the present invention.

これら負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵能力に優れ、大充放電容量のリチウムイオン蓄電デバイスを構成可能である。負極活物質は1種類の材料から構成されても、2種類以上の材料の混合物であってもよい。   These negative electrode active materials are excellent in the ability to occlude lithium ions, and can constitute a lithium ion electricity storage device having a large charge / discharge capacity. The negative electrode active material may be composed of one material or a mixture of two or more materials.

本発明における負極の製造は、上述の負極活物質及び結合剤を含む混合物を溶媒に分散させた負極スラリーを、負極集電体上に塗布、乾燥等することにより負極合材層を形成する。なお、結合剤、溶媒及び集電体は上述の正極の場合と同様なものが使用できる。   In the production of the negative electrode in the present invention, a negative electrode mixture layer is formed by applying a negative electrode slurry in which a mixture containing the negative electrode active material and the binder described above is dispersed in a solvent and drying the mixture on a negative electrode current collector. Note that the same binder, solvent, and current collector as in the case of the positive electrode described above can be used.

負極合材層の厚さは一般に10〜200μm、好ましくは20〜100μmである。   The thickness of the negative electrode mixture layer is generally 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.

また、本発明においては、負極合材層の目付けは、正極合材層の目付けに合わせて適宜設計される。通常、リチウムイオン二次電池では、正負極の容量バランスやエネルギー密度の観点から正極と負極の容量(mAh)がおおよそ同じになるように設計される。よって、負極合材層の目付けは、負極活物質の種類や正極の容量等に基づいて設定される。   In the present invention, the basis weight of the negative electrode mixture layer is appropriately designed in accordance with the basis weight of the positive electrode mixture layer. Usually, a lithium ion secondary battery is designed so that the capacity (mAh) of the positive electrode and the negative electrode is approximately the same from the viewpoint of capacity balance and energy density of the positive and negative electrodes. Therefore, the basis weight of the negative electrode mixture layer is set based on the type of the negative electrode active material, the capacity of the positive electrode, and the like.

[非水電解液]
本発明における非水電解液は、特に制限はなく、公知の材料を使用できる。例えば、高電圧でも電気分解を起こさないという点、リチウムイオンが安定に存在できるという点から、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した電解液を使用できる。
[Non-aqueous electrolyte]
There is no restriction | limiting in particular in the non-aqueous electrolyte in this invention, A well-known material can be used. For example, an electrolytic solution in which a general lithium salt is used as an electrolyte and is dissolved in an organic solvent can be used from the viewpoint that electrolysis does not occur even at a high voltage and that lithium ions can exist stably.

電解質としては、例えば、CFSOLi、CSOLi、(CFSONLi、(CFSOCLi、LiBF、LiPF、LiClO等又はこれらの2種以上の混合物が挙げられる。 Examples of the electrolyte include CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 8 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4, and the like. The mixture of 2 or more types is mentioned.

有機溶媒としては、例えば、C1−C10アルキレンカーボネート、好ましくはC1−Cアルキレンカーボネート、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、C1−C10アルキルカーボネート、好ましくはC1−Cアルキルカーボネート、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びフルオロエチレンカーボネート、ビニルカーボネート、トリフルオロメチルプロピレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4-メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、及びプロピオトリルが挙げられる。 As the organic solvent, for example, C 1 -C 10 alkylene carbonate, preferably C 1 -C 6 alkylene carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, C 1 -C 10 alkyl carbonate, preferably C 1 -C 6 Alkyl carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and fluoroethylene carbonate, vinyl carbonate, trifluoromethyl propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1 , 3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, and propiotolyl.

本発明では、これらのいずれか1種類、又は2種以上の混合溶媒が用いられる。   In the present invention, any one of these or a mixed solvent of two or more thereof is used.

このうち、本発明では、特に、C1−C10アルキルカーボネート及びC1−C10アルキレンカーボネートの一種類以上を含むことが好ましく、これらのカーボネートを電解液に用いることにより、リチウムイオン伝導性の良好なSEI被膜の生成が可能となる。 Among these, in the present invention, in particular, it is preferable to include one or more of C 1 -C 10 alkyl carbonate and C 1 -C 10 alkylene carbonate, and by using these carbonates in the electrolyte, lithium ion conductive A good SEI film can be produced.

非水電解液中の電解質濃度は0.1〜5.0mol/Lが好ましく、0.5〜3.0mol/Lが更に好ましい。   The electrolyte concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 to 5.0 mol / L, and more preferably 0.5 to 3.0 mol / L.

非水電解液は液状でも良く、可塑剤やポリマー等を混合し、固体電解質又はポリマーゲル電解質としたものでも良い。   The non-aqueous electrolyte may be liquid, or may be a solid electrolyte or polymer gel electrolyte mixed with a plasticizer or a polymer.

[セパレータ]
本発明で使用するセパレータは、特に制限はなく、公知のセパレータを使用できる。例えば、電解液、正極活物質、負極活物質に対して耐久性があり、連通気孔を有する電子伝導性の無い多孔質体等を好ましく使用できる。このような多孔質体として例えば、織布、不織布、合成樹脂性微多孔膜、ガラス繊維などが挙げられる。合成樹脂性の微多孔膜が好ましく用いられ、特にポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン製微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗の面で好ましい。
[Separator]
The separator used in the present invention is not particularly limited, and a known separator can be used. For example, a porous body having durability against an electrolytic solution, a positive electrode active material, and a negative electrode active material and having continuous air holes and having no electronic conductivity can be preferably used. Examples of such a porous body include woven fabric, non-woven fabric, synthetic resin microporous membrane, and glass fiber. A synthetic resin microporous membrane is preferably used, and a polyolefin microporous membrane such as polyethylene or polypropylene is particularly preferable in terms of thickness, membrane strength, and membrane resistance.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to this embodiment.

I.正極材料の製造
[実施例1] 低電位プラトー保有正極活物質(LFP)の使用例
I. Production of positive electrode material [Example 1] Use example of positive electrode active material (LFP) possessing low potential plateau

(1)正極の作製
以下の材料から正極合材を調整した。
スピネルニッケルマンガンリチウム(LiNi0.5Mn1.54 ) 80質量部
LiFePO(LFP) 5質量部
ポリフッ化ビニリデン(PVdF) 5質量部
カーボンブラック 10質量部
N−メチル2−ピロリドン(NMP) 100質量部
高電圧正極活物質(LiNi0.5Mn1.54 )と、残りの材料を混合し、正極合材スラリーを得た。
(1) Production of positive electrode A positive electrode mixture was prepared from the following materials.
Spinel nickel manganese lithium (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) 80 parts by mass LiFePO 4 (LFP) 5 parts by mass Polyvinylidene fluoride (PVdF) 5 parts by mass Carbon black 10 parts by mass N-methyl 2-pyrrolidone (NMP) 100 parts by mass High The positive electrode active material (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) and the remaining materials were mixed to obtain a positive electrode mixture slurry.

正極合材スラリーをアルミニウム箔(厚さ10μm)の正極集電体に、ドクターブレード法により厚さ400μmで塗布し、乾燥し、正極集電体上に正極合材層を形成した。正極合材層の目付けは(片面当たり)20mg/cmであった。これにより本発明の正極材料が得られた。 The positive electrode mixture slurry was applied to a positive electrode current collector made of aluminum foil (thickness 10 μm) at a thickness of 400 μm by the doctor blade method and dried to form a positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector. The basis weight of the positive electrode mixture layer was 20 mg / cm 2 (per one side). Thereby, the positive electrode material of the present invention was obtained.

[実施例2] 低電位プラトー形成材料の使用例
(1)正極の作製
(1−1)正極合材層の作成
以下の材料から正極合材を調整した。
スピネルニッケルマンガンリチウム(LiNi0.5Mn1.54 ) 85質量部
ポリフッ化ビニリデン(PVdF) 5質量部
カーボンブラック 10質量部
N−メチル2−ピロリドン(NMP) 100質量部
高電圧正極活物質(LiNi0.5Mn1.54 )と、残りの材料を混合し、正極合材スラリーを得た。
[Example 2] Use example of low potential plateau forming material (1) Production of positive electrode (1-1) Production of positive electrode mixture layer A positive electrode mixture was prepared from the following materials.
Spinel nickel manganese lithium (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) 85 parts by mass Polyvinylidene fluoride (PVdF) 5 parts by mass Carbon black 10 parts by mass N-methyl 2-pyrrolidone (NMP) 100 parts by mass High-voltage positive electrode active material (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) and the remaining materials were mixed to obtain a positive electrode mixture slurry.

正極合材スラリーをアルミニウム箔(厚さ10μm)の正極集電体に、ドクターブレード法により厚さ400μmで塗布し、乾燥し、正極集電体上に正極合材層を形成した。正極合材層の目付けは(片面当たり)20mg/cmであった。 The positive electrode mixture slurry was applied to a positive electrode current collector made of aluminum foil (thickness 10 μm) at a thickness of 400 μm by the doctor blade method and dried to form a positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector. The basis weight of the positive electrode mixture layer was 20 mg / cm 2 (per one side).

(1−2)正極合材層への低電位プラトー形成材料の添加
このように得られた正極合材層の表面に、米国FMC社のLMCF(SLMP(Li微粉末:Stabilized Lithium Metal Powder)を転写フィルム上に塗工したシート)を貼り付け、Li微粉を正極合材層に転写させた。これにより、本発明の正極材料が得られた。
(1-2) Addition of Low Potential Plateau Forming Material to Positive Electrode Composite Layer On the surface of the positive electrode composite layer obtained in this manner, LMCF (SLMP (Li fine powder: Stabilized Lithium Metal Powder) manufactured by FMC of the United States was used. A sheet coated on the transfer film) was affixed, and Li fine powder was transferred to the positive electrode mixture layer. Thereby, the positive electrode material of the present invention was obtained.

[比較例1]
LiFePOを用いなかった以外は、実施例1と同様の操作を繰り返した。これにより、比較用の正極材料が得られた。
[Comparative Example 1]
The same operation as in Example 1 was repeated except that LiFePO 4 was not used. Thereby, a positive electrode material for comparison was obtained.

II.リチウムイオン二次電池の製造
[実施例3]
A:リチウムイオン二次電池用セル(エージング前)の製造
(1)正極材料
実施例1の正極材料を用いた。
(2)負極の作製
グラファイト 90質量部
スチレンブタジエンゴム(SBR) 3質量部
カルボキシメチルセルロース(CMC) 2質量部
カーボンブラック 5質量部
蒸留水 100質量部
負極活物質(グラファイト)と、残りの材料を混合し、負極合材スラリーを得た。
II. Production of lithium ion secondary battery [Example 3]
A: Production of lithium ion secondary battery cell (before aging) (1) Positive electrode material The positive electrode material of Example 1 was used.
(2) Production of negative electrode Graphite 90 parts by mass Styrene butadiene rubber (SBR) 3 parts by mass Carboxymethylcellulose (CMC) 2 parts by mass Carbon black 5 parts by mass Distilled water 100 parts by mass Negative electrode active material (graphite) and the remaining materials were mixed. Thus, a negative electrode mixture slurry was obtained.

負極合材スラリーを、銅箔(厚さ15μm)の負極集電体に、ドクターブレード法により厚さ120μmで塗布し、乾燥し、負極集電体上に負極合材層を形成した。負極合材の目付量は8mg/cmとした(正極合材に対して100容量%)。 The negative electrode mixture slurry was applied to a copper foil (thickness: 15 μm) negative electrode current collector with a thickness of 120 μm by a doctor blade method and dried to form a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector. The basis weight of the negative electrode mixture was 8 mg / cm 2 (100% by volume with respect to the positive electrode mixture).

(3)電解液の作成
エチレンカーボネート(EC)30重量部と、ジエチルカーボネート(DEC)25重量部と、エチルメチルカーボネート(EMC)24重量部と、フルオロエチレンカーボネート(FEC)5重量部に対して、6フッ化リン酸リチウム(Li−PF)を1.2Mで溶解した電解液を製造した。
(3) Preparation of electrolyte solution For 30 parts by weight of ethylene carbonate (EC), 25 parts by weight of diethyl carbonate (DEC), 24 parts by weight of ethyl methyl carbonate (EMC), and 5 parts by weight of fluoroethylene carbonate (FEC) An electrolytic solution in which lithium hexafluorophosphate (Li-PF 6 ) was dissolved at 1.2 M was produced.

(4)リチウムイオン二次電池用コインセルの作製
上述のように作製した正極1枚と、負極1枚とを用いて、図1の実施形態で示したようなリチウムイオン二次電池を作製した。具体的には、正極及び負極を、ポリエチレンセパレータを介して積層した。
(4) Production of Coin Cell for Lithium Ion Secondary Battery A lithium ion secondary battery as shown in the embodiment of FIG. 1 was produced using one positive electrode and one negative electrode produced as described above. Specifically, the positive electrode and the negative electrode were laminated via a polyethylene separator.

上部より上記非水電解液を注液し、真空含浸にて電極内部に電解液を浸透させた後、コインセルを封止した。   The non-aqueous electrolyte was poured from above, and the electrolyte was permeated into the electrode by vacuum impregnation, and then the coin cell was sealed.

これにより、本発明の正極材料を含むリチウムイオン二次電池用セル(コインセル)が得られた。   Thereby, the cell (coin cell) for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode material of this invention was obtained.

B:リチウムイオン二次電池(エージング後)の製造
得られたリチウムイオン二次電池用セルをエージング処理した。すなわち、充放電装置を用いて、セルを電流0.1C、電圧3.0Vまで、12時間定電流定電圧充電した。充電開始後 約60分で電圧が3.0Vとなった。この状態で電圧上昇を抑えて、残り11時間フロートさせた。
B: Manufacture of lithium ion secondary battery (after aging) The obtained cell for lithium ion secondary batteries was aged. That is, using a charging / discharging device, the cell was charged at a constant current and a constant voltage for 12 hours to a current of 0.1 C and a voltage of 3.0 V. The voltage became 3.0V about 60 minutes after the start of charging. In this state, the voltage rise was suppressed and the remaining 11 hours were left floating.

これにより、本発明のリチウムイオン二次電池が得られた。   Thereby, the lithium ion secondary battery of the present invention was obtained.

[実施例4]
実施例2に記載の正極材料を用いた以外は、実施例3と同様の操作を繰り返して、本発明の正極材料を含むリチウムイオン二次電池を製造した。
[Example 4]
A lithium ion secondary battery containing the positive electrode material of the present invention was manufactured by repeating the same operation as in Example 3 except that the positive electrode material described in Example 2 was used.

[比較例2]
比較例1に記載の正極材料を用いた以外は、実施例3と同様の操作を繰り返した。これにより、比較用の正極材料を含むリチウムイオン二次電池が得られた。
[Comparative Example 2]
The same operation as in Example 3 was repeated except that the positive electrode material described in Comparative Example 1 was used. Thereby, the lithium ion secondary battery containing the positive electrode material for a comparison was obtained.

[実施例5]
A:リチウムイオン二次電池用セル(エージング前)の製造
(1)正極材料
実施例2の正極材料を用いた。
(2)負極の作製
シリコン含有グラファイト 90質量部
(グラファイト83重量部、シリコン7重量部)
スチレンブタジエンゴム(SBR) 3質量部
カルボキシメチルセルロース(CMC) 2質量部
カーボンブラック 5質量部
蒸留水 100質量部
負極活物質(シリコン含有グラファイト)と、残りの材料を混合し、負極合材スラリーを得た。
[Example 5]
A: Production of lithium ion secondary battery cell (before aging) (1) Positive electrode material The positive electrode material of Example 2 was used.
(2) Production of negative electrode 90 parts by mass of silicon-containing graphite (83 parts by weight of graphite, 7 parts by weight of silicon)
Styrene butadiene rubber (SBR) 3 parts by weight Carboxymethyl cellulose (CMC) 2 parts by weight Carbon black 5 parts by weight Distilled water 100 parts by weight A negative electrode active material (silicon-containing graphite) and the remaining materials are mixed to obtain a negative electrode mixture slurry. It was.

負極合材スラリーを、銅箔(厚さ15μm)の負極集電体に、ドクターブレード法により厚さ70μmで塗布し、乾燥し、負極集電体上に負極合材層を形成した。負極合材の目付量は4mg/cmとした(正極合材に対して100容量%)。 The negative electrode mixture slurry was applied to a negative electrode current collector made of copper foil (thickness: 15 μm) at a thickness of 70 μm by a doctor blade method and dried to form a negative electrode mixture layer on the negative electrode current collector. The basis weight of the negative electrode mixture was 4 mg / cm 2 (100% by volume with respect to the positive electrode mixture).

(3)電解液の作成
エチレンカーボネート(EC)30重量部と、ジエチルカーボネート(DEC)25重量部と、エチルメチルカーボネート(EMC)24重量部と、フルオロエチレンカーボネート(FEC)5重量部に対して、6フッ化リン酸リチウム(Li−PF)を1.2Mで溶解した電解液を製造した。
(3) Preparation of electrolyte solution For 30 parts by weight of ethylene carbonate (EC), 25 parts by weight of diethyl carbonate (DEC), 24 parts by weight of ethyl methyl carbonate (EMC), and 5 parts by weight of fluoroethylene carbonate (FEC) An electrolytic solution in which lithium hexafluorophosphate (Li-PF 6 ) was dissolved at 1.2 M was produced.

(4)リチウムイオン二次電池用コインセルの作製
上述のように作製した正極1枚と、負極1枚とを用いて、図1の実施形態で示したようなリチウムイオン二次電池を作製した。具体的には、正極及び負極を、ポリエチレンセパレータを介して積層した。
(4) Production of Coin Cell for Lithium Ion Secondary Battery A lithium ion secondary battery as shown in the embodiment of FIG. 1 was produced using one positive electrode and one negative electrode produced as described above. Specifically, the positive electrode and the negative electrode were laminated via a polyethylene separator.

上部より上記非水電解液を注液し、真空含浸にて電極内部に電解液を浸透させた後、コインセルを封止した。   The non-aqueous electrolyte was poured from above, and the electrolyte was permeated into the electrode by vacuum impregnation, and then the coin cell was sealed.

これにより、本発明の正極材料を含むリチウムイオン二次電池用セル(コインセル)が得られた。   Thereby, the cell (coin cell) for lithium ion secondary batteries containing the positive electrode material of this invention was obtained.

B:リチウムイオン二次電池(エージング後)の製造
得られたリチウムイオン二次電池用セルをエージング処理した。すなわち、充放電装置を用いて、セルを電流0.1C、電圧3.0Vまで、12時間定電流定電圧充電した。充電開始後 約60分で電圧が3.0Vとなった。この状態で電圧上昇を抑えて、残り11時間フロートさせた。
B: Manufacture of lithium ion secondary battery (after aging) The obtained cell for lithium ion secondary batteries was aged. That is, using a charging / discharging device, the cell was charged at a constant current and a constant voltage for 12 hours to a current of 0.1 C and a voltage of 3.0 V. The voltage became 3.0V about 60 minutes after the start of charging. In this state, the voltage rise was suppressed and the remaining 11 hours were left floating.

これにより、本発明のリチウムイオン二次電池が得られた。   Thereby, the lithium ion secondary battery of the present invention was obtained.

[比較例3]
比較例1に記載の正極材料を用いた以外は、実施例5と同様の操作を繰り返した(実施例5と同一の負極を使用)。これにより、比較用の正極材料を含むリチウムイオン二次電池が得られた。
[Comparative Example 3]
The same operation as in Example 5 was repeated except that the positive electrode material described in Comparative Example 1 was used (the same negative electrode as in Example 5 was used). Thereby, the lithium ion secondary battery containing the positive electrode material for a comparison was obtained.

III.正極材料の特性確認試験
実施例1、2及び比較例1の正極材料と、厚さ120μmの金属リチウムホイル(負極材料)とを用い、そのほかの条件を実施例3と同様にして、本発明の正極材料を含むリチウムイオン二次電池用セル(コインセル)を製造した。実施例1、2及び比較例1の正極材料を含むコインセルを順に、サンプル1、サンプル2、及び比較サンプル1と呼ぶ。
III. Characteristic Confirmation Test of Positive Electrode Material Using the positive electrode material of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 and a metal lithium foil (negative electrode material) having a thickness of 120 μm, the other conditions were the same as in Example 3 and A lithium ion secondary battery cell (coin cell) containing a positive electrode material was produced. The coin cells including the positive electrode materials of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are referred to as Sample 1, Sample 2, and Comparative Sample 1 in this order.

サンプル1及び2、及び比較サンプル1に対し、充放電装置を用いて電流0.1C、電圧4.9Vまでの定電流定電圧充電を24時間にわたり行い、電流0.2Cの定電流放電を電圧が3Vに降下するまで行った(1サイクル)。更に、これらのサンプルに対して、電流1C、電圧4.9Vまでの定電流定電圧充電を24時間にわたり行い、電流1Cの定電流放電を電圧が3Vに降下するまで行うサイクルを、200サイクルまで繰り返した(2サイクルから200サイクル)。   Samples 1 and 2 and Comparative Sample 1 were charged with constant current and constant voltage up to a current of 0.1 C and a voltage of 4.9 V for 24 hours using a charging / discharging device, and a constant current discharge of a current of 0.2 C was applied to the voltage. Until the voltage dropped to 3V (1 cycle). Furthermore, for these samples, a constant current and constant voltage charge up to a current of 1 C and a voltage of 4.9 V is performed for 24 hours, and a constant current discharge of a current of 1 C is performed until the voltage drops to 3 V, up to 200 cycles. Repeated (2 to 200 cycles).

この間、サンプル1、2、比較サンプル1における充放電容量の変化を、充放電装置を用いて監視し、サンプル毎に放電容量を有する電位を確認した。この結果を図3に示す。   During this time, the change in charge / discharge capacity in Samples 1 and 2 and Comparative Sample 1 was monitored using a charge / discharge device, and the potential having the discharge capacity was confirmed for each sample. The result is shown in FIG.

図3から、本発明のサンプル1及び2(実施例1及び2の正極を使用)では、比較サンプル(比較例1の正極を使用)には確認できない、3.8V以下の低電位プラトーが発現していることがわかる。   From FIG. 3, in samples 1 and 2 of the present invention (using the positive electrodes of Examples 1 and 2), a low potential plateau of 3.8 V or less that cannot be confirmed in the comparative sample (using the positive electrode of Comparative Example 1). You can see that

蓄電デバイスに電圧を印加すると、充放電曲線に従って充電が行われるところ、このプラトーの存在により、正極が高電圧に達して電解液の酸化分解反応が開始されるまでの時間が遅延されることは明白である。すなわち、高電圧正極材料に添加された低電位プラトー保有正極活物質又は低電位プラトー形成材料が、正極付近における電解液の酸化分解開始までの時間的マージンを付与していると言える。   When voltage is applied to the electricity storage device, charging is performed according to the charging / discharging curve. Due to the presence of this plateau, the time until the positive electrode reaches a high voltage and the oxidative decomposition reaction of the electrolyte is started is delayed. It is obvious. That is, it can be said that the low-potential plateau-carrying positive electrode active material or the low-potential plateau forming material added to the high-voltage positive electrode material provides a time margin until the start of oxidative decomposition of the electrolytic solution in the vicinity of the positive electrode.

このことは以下の電池性能試験の結果とも一致する。   This is consistent with the results of the following battery performance test.

IV.電池性能試験
[初期容量の測定]
実施例3、4及び比較例2により得られたリチウムイオン二次電池に対し、充放電装置を用いて電流0.1C、電圧4.8Vまでの定電流定電圧充電を24時間で行い、電流0.2Cの定電流放電を電圧が3Vに降下するまで行った(1サイクル)。
IV. Battery performance test [Measurement of initial capacity]
The lithium ion secondary batteries obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 were charged at a constant current and a constant voltage up to a current of 0.1 C and a voltage of 4.8 V using a charging / discharging device in 24 hours. A constant current discharge of 0.2 C was performed until the voltage dropped to 3 V (one cycle).

実施例3、4及び比較例2のリチウムイオン二次電池における正極の初期充放電容量を、充放電装置を用いて測定したところ、順に114mAh/g、125mAh/g、及び50mAh/gであることが求められた。更に、この測定における充放電極線を図4に示す。   When the initial charge / discharge capacities of the positive electrodes in the lithium ion secondary batteries of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 were measured using a charge / discharge device, they were 114 mAh / g, 125 mAh / g, and 50 mAh / g in order. Was requested. Furthermore, the charging / discharging electrode wire in this measurement is shown in FIG.

このように、実施例3、4及び比較例2のリチウムイオン二次電池を比較すると、本発明のリチウムイオン二次電池の初期容量が2倍以上に増大していることがわかる。   Thus, comparing the lithium ion secondary batteries of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2, it can be seen that the initial capacity of the lithium ion secondary battery of the present invention has increased more than twice.

また、図4からも、実施例3及び4において、3.8V以下の領域に、充電プラトーが出現していることがわかる。   FIG. 4 also shows that a charging plateau appears in the region of 3.8 V or less in Examples 3 and 4.

本発明のリチウムイオン二次電池は、この低電位プラトーに対応する電圧でエージング処理を行ったものであることから、エージング処理により負極側でリチウムイオン伝導性の良好なSEI形成されたものと考えられる。   Since the lithium ion secondary battery of the present invention has been subjected to aging treatment at a voltage corresponding to this low potential plateau, it is considered that SEI having good lithium ion conductivity was formed on the negative electrode side by aging treatment. It is done.

更に、正極については、負極の低電圧でのエージング処理の間は、正極の過度な分極が抑えられることで、電解液の酸化分解が防止されていることが予想される。   Furthermore, regarding the positive electrode, during the aging treatment at a low voltage of the negative electrode, it is expected that the oxidative decomposition of the electrolytic solution is prevented by suppressing excessive polarization of the positive electrode.

[容量維持率の測定]
実施例3、4及び比較例2により得られたリチウムイオン二次電池に対し、充放電装置を用いて電流0.7C、電圧4.8Vまでの定電流定電圧充電を3時間で行い、電流0.5Cの定電流放電を電圧が3Vに降下するまで行った(1サイクル)。この充放電を50サイクル繰り返した。
[Measurement of capacity maintenance ratio]
The lithium ion secondary batteries obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 were charged with a constant current and a constant voltage up to a current of 0.7 C and a voltage of 4.8 V using a charging / discharging device in 3 hours. A constant current discharge of 0.5 C was performed until the voltage dropped to 3 V (one cycle). This charging / discharging was repeated 50 cycles.

この間、実施例3、4及び比較例2のリチウムイオン二次電池における充放電容量の変化を、充放電装置を用いて監視し、1サイクル後の充放電容量に対する容量維持率を求めた。この結果を図5に示す。   In the meantime, the change of the charge / discharge capacity in the lithium ion secondary batteries of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 was monitored using a charge / discharge device, and the capacity retention rate with respect to the charge / discharge capacity after one cycle was determined. The result is shown in FIG.

図5より、比較例2によるリチウムイオン二次電池では、容量維持率が50サイクルで20%以下まで低下しているのに対し、実施例4及び5のリチウムイオン二次電池では、容量維持率が50%以上まで向上している。   As shown in FIG. 5, in the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 2, the capacity maintenance rate decreased to 20% or less in 50 cycles, whereas in the lithium ion secondary batteries of Examples 4 and 5, the capacity maintenance rate was reduced. Is improved to 50% or more.

V.負極SEI被膜の分析
[XPS分析]
実施例5及び比較例3により得られたリチウムイオン二次電池における負極を、X線光電子分光(XPS: X-ray photoelectron spectroscopy)により分析した結果を図6に示す。
図6における実施例5についての分析結果では、負極の深さ方向(0nm〜300nm超)のほぼ全域にわたり、電解液由来のSEI被膜成分であるLi・Fが観察されており、負極構成元素であるSiがほとんど検出されていないことから、十分な膜厚のSEI被膜が生成していることがわかる。このSEI被膜は継続的な電解液の還元分解を抑制するのに十分な膜厚であると考えられる。
V. Analysis of negative electrode SEI coating [XPS analysis]
The result of having analyzed the negative electrode in the lithium ion secondary battery obtained by Example 5 and the comparative example 3 by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS: X-ray photoelectron spectroscopy) is shown in FIG.
In the analysis result of Example 5 in FIG. 6, Li · F, which is the SEI coating component derived from the electrolyte, is observed over almost the entire region in the negative electrode depth direction (0 nm to over 300 nm). Since almost no Si is detected, it can be seen that an SEI film having a sufficient film thickness is formed. This SEI coating is considered to have a thickness sufficient to suppress continuous reductive decomposition of the electrolyte.

一方、図6に示した比較例3における負極の分析結果では、負極を構成するSiの割合が、負極の深さ方向のほぼすべての範囲で大きく、十分な膜厚のSEI被覆が形成されていないことがわかる。   On the other hand, according to the analysis result of the negative electrode in Comparative Example 3 shown in FIG. 6, the ratio of Si constituting the negative electrode is large in almost all ranges in the depth direction of the negative electrode, and the SEI coating having a sufficient film thickness is formed. I understand that there is no.

本発明は上記の実施の形態の構成及び実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々変形が可能である。   The present invention is not limited to the configurations and examples of the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of the invention.

20、30 リチウムイオン二次電池
21、31 正極
21a、31a 正極合材層
21b、31b 正極集電体
22、32 負極
22a、32a 負極合材層
22b、32b 負極集電体
23、33 セパレータ
34 電極ユニット
36、37 リード
20, 30 Lithium ion secondary battery 21, 31 Positive electrode 21a, 31a Positive electrode mixture layer 21b, 31b Positive electrode collector 22, 32 Negative electrode 22a, 32a Negative electrode mixture layer 22b, 32b Negative electrode collector 23, 33 Separator 34 Electrode Unit 36, 37 lead

Claims (11)

充電電圧として4.5V以上の電圧印加が必要な高電圧正極活物質と、3.8V以下の電位にプラトーを形成する低電位プラトー形成材料、又は3.8V以下の電位にプラトーを有する低電位プラトー保有正極活物質と、
を含む正極材料。
A high-voltage positive electrode active material that requires a voltage application of 4.5 V or more as a charging voltage and a low-potential plateau forming material that forms a plateau at a potential of 3.8 V or less, or a low potential that has a plateau at a potential of 3.8 V or less A plateau-owned positive electrode active material,
A positive electrode material comprising:
前記高電圧正極活物質が、固溶体、スピネルニッケルマンガン系材料であることを特徴とする請求項1に記載の正極材料。   The positive electrode material according to claim 1, wherein the high-voltage positive electrode active material is a solid solution or a spinel nickel manganese-based material. 前記低電位プラトー形成材料は、高電圧正極活物質にリチウムイオンをプレドープする材料であることを特徴とする請求項1又は2に記載の正極材料。   The positive electrode material according to claim 1, wherein the low potential plateau forming material is a material in which lithium ions are pre-doped into a high voltage positive electrode active material. 前記低電位プラトー保有正極活物質は、LiFePO4であることを特徴とする請求項1又は2に記載の正極材料。 The positive electrode material according to claim 1, wherein the positive electrode active material having a low potential plateau is LiFePO 4 . 前記低電位プラトー保有正極活物質は、VまたはMnOに対してリチウムイオンをプレドープする材料を用いてリチウムイオンをプレドープした正極活物質であることを特徴とする請求項1又は2に記載の正極材料。 The positive electrode active material having a low potential plateau is a positive electrode active material pre-doped with lithium ions using a material pre-doped with lithium ions with respect to V 2 O 5 or MnO 2 . The positive electrode material described. 前記リチウムイオンをプレドープする材料は、粉体状又はフォイル状のリチウム金属であることを特徴とする請求項3又は5に記載の正極材料。   6. The positive electrode material according to claim 3, wherein the material predoped with lithium ions is a lithium metal in a powder form or a foil form. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の正極材料を含む正極と、リチウムイ オンを脱挿入可能な負極活物質を含む負極と、非水電解液と、を含むリチウムイオン蓄電デバイス。 A lithium ion electricity storage device comprising: a positive electrode comprising the positive electrode material according to claim 1; a negative electrode comprising a negative electrode active material capable of removing and inserting lithium ions; and a non-aqueous electrolyte. 前記低電位プラトー形成材料又は、低電位プラトー保有正極活物質を、前記負極の放電容量(X)の0.1容量%≦X≦30容量%に相当する量で含むことを特徴とする請求項7に記載のリチウムイオン蓄電デバイス。   The low potential plateau forming material or the positive electrode active material having a low potential plateau is contained in an amount corresponding to 0.1% by volume ≦ X ≦ 30% by volume of the discharge capacity (X) of the negative electrode. 8. The lithium ion electricity storage device according to 7. 前記負極活物質が、炭素系材料、シリコン系材料及びスズ系材料から選択される1種類以上の材料であることを特徴とする請求項7又は8に記載のリチウムイオン蓄電デバイス。   The lithium ion storage device according to claim 7 or 8, wherein the negative electrode active material is at least one material selected from a carbon-based material, a silicon-based material, and a tin-based material. 前記非水電解液が、C1−C10アルキルカーボネート及びC1−C10アルキレンカーボネートの一種類以上を含むことを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のリチウムイオン蓄電デバイス。 The non-aqueous electrolyte is, C 1 -C 10 lithium ion electric storage device according to any one of claims 7-9, characterized in that it comprises one or more alkyl carbonates, and C 1 -C 10 alkylene carbonate . 請求項1〜6のいずれか1項に記載の正極材料を含む正極と、
リチウムイオンを脱挿入可能な負極活物質を含む負極と、
非水電解液と、
を含むリチウムイオン蓄電デバイスの製造方法であって、
初期充電時に、3.8V以下の電圧を印加して、当該印加電圧にて所定時間フロートさせることにより、正極電位が前記非水電解液の酸化分解電位に達する前に負極にSEI被膜を形成することを特徴とするリチウムイオン蓄電デバイスの製造方法。
A positive electrode comprising the positive electrode material according to claim 1;
A negative electrode containing a negative electrode active material capable of removing and inserting lithium ions;
A non-aqueous electrolyte,
A method for producing a lithium ion electricity storage device comprising:
During initial charging, a voltage of 3.8 V or less is applied, and the applied voltage is allowed to float for a predetermined time, thereby forming an SEI film on the negative electrode before the positive electrode potential reaches the oxidative decomposition potential of the non-aqueous electrolyte. A method for producing a lithium ion electricity storage device.
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