JP2016219275A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高容量であるとともに、サイクル特性および貯蔵性に優れたリチウムイオン二次電池に関するものである。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics and storage properties.
電気化学素子の1種であるリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯機器、自動車、電動工具、電動椅子や家庭用、業務用の電力貯蔵システムへの適用が検討されている。特に携帯機器としては、携帯電話やスマートフォン、またはタブレット型PCなどの電源として広く用いられている。 Lithium ion secondary batteries, which are one type of electrochemical element, are considered to be applied to portable devices, automobiles, electric tools, electric chairs, household and commercial power storage systems because of their high energy density. Yes. In particular, as a portable device, it is widely used as a power source for a mobile phone, a smartphone, or a tablet PC.
そして、リチウムイオン二次電池には、その適用機器の広がりなどに伴って、高容量化と共に各種の電池特性を向上させることが求められている。特に二次電池であるため、充放電サイクル特性の向上は強く求められている。 In addition, lithium ion secondary batteries are required to improve various battery characteristics as well as to increase the capacity in accordance with the spread of applied devices. Since it is a secondary battery especially, the improvement of a charging / discharging cycling characteristic is calculated | required strongly.
通常、リチウムイオン二次電池の負極活物質には、リチウム(Li)イオンを挿入および脱離可能な、黒鉛などの炭素材料が広く用いられている。一方、より多くのLiイオンを挿入および脱離可能な材料としてSiもしくはSn、またはこれらの元素を含む材料も検討され、特にSiの微粒子がSiO2中に分散した構造の化合物SiOxが注目されている。また、これら材料は導電性が低いため、粒子の表面に炭素などの導電体を被覆した構造が提案されている(特許文献1、2)。 Usually, a carbon material such as graphite capable of inserting and removing lithium (Li) ions is widely used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery. On the other hand, Si or Sn, or a material containing these elements, has been studied as a material capable of inserting and desorbing more Li ions. In particular, the compound SiO x having a structure in which Si fine particles are dispersed in SiO 2 has attracted attention. ing. Further, since these materials have low conductivity, a structure in which the surface of particles is covered with a conductor such as carbon has been proposed (Patent Documents 1 and 2).
特許文献1、2にみられる従来のSiOxは充放電に伴う体積変化により、充放電サイクルを繰り返すと電池特性が著しく低下する傾向にあった。そこで、負極合剤層を低密度(1.4g/cm3以下)とし、負極活物質として、15μm以上20μm以下の人造黒鉛と、10μm以下のピッチコート黒鉛の他に、炭素被覆SiO(全負極活物質の全重量に対し1〜10重量%)をそれぞれ用い、大電流による負荷特性とサイクル特性を向上させる提案がされている(特許文献3)。 The conventional SiO x found in Patent Documents 1 and 2 has a tendency that the battery characteristics are remarkably lowered when the charge and discharge cycle is repeated due to the volume change accompanying the charge and discharge. Therefore, the negative electrode mixture layer has a low density (1.4 g / cm 3 or less), and as the negative electrode active material, carbon-coated SiO (all negative electrodes) in addition to artificial graphite of 15 μm to 20 μm and pitch-coated graphite of 10 μm or less. A proposal has been made to improve load characteristics and cycle characteristics due to a large current using 1 to 10% by weight based on the total weight of the active material (Patent Document 3).
また、SiOxは不可逆容量が比較的高いため、例えば金属LiをLi源としてあらかじめ負極側に導入することが望ましいが、金属Li箔を負極に貼付する方法ではLiの導入にばらつきが生じ、負極上にリチウムデンドライトの析出をおこす虞があるので、気相法により形成したLi含有層をLi源とした手法が提案されている(特許文献4)。 In addition, since SiO x has a relatively high irreversible capacity, it is desirable to introduce, for example, metal Li as a Li source in advance to the negative electrode side. However, in the method of attaching a metal Li foil to the negative electrode, variation in the introduction of Li occurs and the negative electrode Since there is a possibility that lithium dendrite is precipitated on the top, a method using a Li-containing layer formed by a vapor phase method as a Li source has been proposed (Patent Document 4).
前記特許文献3の構成では、300サイクル目の放電容量について数値が示されているにとどまり、充放電サイクルの繰り返しにおける容量維持率について言及されていないため、サイクル特性の改善効果については不明である。特許文献4の構成においては、Liのあらかじめの導入により、初期充放電効率が改善されているものの、Li導入の反応均一性に未だ改善の余地がある。 In the configuration of Patent Document 3, numerical values are only shown for the discharge capacity at the 300th cycle, and no mention is made of the capacity retention rate in the repetition of the charge / discharge cycle, so the effect of improving the cycle characteristics is unclear. . In the configuration of Patent Document 4, although the initial charge and discharge efficiency is improved by introducing Li in advance, there is still room for improvement in the reaction uniformity of Li introduction.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、高容量でサイクル特性にも優れたリチウムイオン二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a lithium ion secondary battery having high capacity and excellent cycle characteristics.
本発明は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を少なくとも外装体に装填したリチウムイオン二次電池において、前記負極は、負極活物質を主体とした負極合剤層を、金属箔よりなる支持体の少なくとも一方の面に設けており、前記負極活物質は、SiとOを構成元素に含む化合物SiOx(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)で構成された材料Sと、平均粒子径が15μmを超え25μm以下の黒鉛Aと、平均粒子径が8μm以上15μm以下であり、かつ黒鉛粒子の表面が非晶質炭素で被覆されている黒鉛Bを含有し、前記負極中に、含まれる全負極活物質の合計を100質量%とした場合、前記負極活物質として含まれる黒鉛Aおよび黒鉛Bの混合質量%(A+B)が20%以上99%未満であり、黒鉛Bに対する黒鉛Aの質量比率(A/B)が0.5以上4.5以下であり、0.1Cの放電電流レートで電圧が2.0Vに達するまで放電した時の、前記正極活物質に含まれるLiとLi以外の金属Mとのモル比率(Li/M)が0.9〜1.05であるリチウムイオン二次電池である。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte are loaded in at least an outer package, wherein the negative electrode is a support comprising a metal foil and a negative electrode mixture layer mainly composed of a negative electrode active material. The negative electrode active material is a compound SiOx containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5). ), Graphite A having an average particle diameter of more than 15 μm and not more than 25 μm, graphite having an average particle diameter of 8 μm to 15 μm, and the surface of the graphite particles coated with amorphous carbon When B is included and the total of all the negative electrode active materials contained in the negative electrode is 100 mass%, the mixed mass% (A + B) of graphite A and graphite B contained as the negative electrode active material is 20% or more and 99. Less than% The positive electrode active material when the mass ratio (A / B) of graphite A to graphite B is 0.5 or more and 4.5 or less, and discharge is performed at a discharge current rate of 0.1 C until the voltage reaches 2.0 V. Is a lithium ion secondary battery having a molar ratio (Li / M) of Li and a metal M other than Li of 0.9 to 1.05.
本発明によれば、高容量であるとともにサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics.
本発明のリチウムイオン二次電池に係る負極には、負極活物質やバインダなどを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用される。 As the negative electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention, one having a structure in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a binder or the like is provided on one side or both sides of a current collector is used.
本発明における負極活物質は、SiとOを構成元素に含む化合物SiOxで構成された材料Sと、平均粒子径が15μmを超え25μm以下の黒鉛Aと、平均粒子径が8μm以上15μm以下であり、かつ黒鉛からなる母粒子と、その黒鉛粒子の表面が非晶質炭素で被覆されている黒鉛Bを含有している。 The negative electrode active material in the present invention includes a material S composed of a compound SiO x containing Si and O as constituent elements, graphite A having an average particle diameter of more than 15 μm and 25 μm or less, and an average particle diameter of 8 μm or more and 15 μm or less. In addition, there are mother particles made of graphite and graphite B whose surfaces are coated with amorphous carbon.
SiOxを含む材料Sは、1000mAh/g以上の容量を示し、黒鉛の理論容量と言われる372mAh/gを大幅に上回ることが特徴である。一方、一般的な黒鉛の充放電効率(90%以上)と比較し、SiOxを含む材料Sでは初回の充放電効率が80%を下回るものが多く、不可逆容量が増えるためサイクル特性に問題があった。そこであらかじめLi源を負極に導入することが望まれる。 The material S containing SiO x exhibits a capacity of 1000 mAh / g or more, and is characterized by significantly exceeding 372 mAh / g, which is called the theoretical capacity of graphite. On the other hand, compared with the charge / discharge efficiency (90% or more) of general graphite, the material S containing SiO x often has an initial charge / discharge efficiency of less than 80%, and the irreversible capacity increases, so there is a problem in cycle characteristics. there were. Therefore, it is desired to introduce a Li source into the negative electrode in advance.
負極活物質にLiを導入する方法として、負極合剤層に金属リチウム箔貼り付け、Li蒸着層形成、粒子状リチウムを含ませたりと、負極合剤層を形成した後にLi源と電気化学的接触(短絡)させてLiを導入する方法、および短絡しないように配置した負極とLi源とを外部接続により充電や放電する方法を採用した場合、確かに充放電効率や初期容量に若干の改善効果はみられたものの、サイクル特性に関しては未だ改善の余地を残した。その原因は、負極合剤層内で、Liの導入が進行した箇所と、進行がすすんでいない箇所が生じ、反応の不均一化がおこったものと推察する。そこで種々検討の結果、Liイオンを負極中に導入する場合において、材料Sと、後述する黒鉛Aと黒鉛Bと併用することで、充放電効率や初期容量、ならびにサイクル特性が大幅に改善されることを見出した。 As a method of introducing Li into the negative electrode active material, a lithium metal foil is attached to the negative electrode mixture layer, a Li vapor deposition layer is formed, particulate lithium is included, and the Li source and electrochemical are formed after forming the negative electrode mixture layer. When adopting the method of introducing Li through contact (short circuit) and the method of charging or discharging the negative electrode and Li source arranged so as not to be short-circuited by external connection, the charge / discharge efficiency and the initial capacity are slightly improved. Although there was an effect, there was still room for improvement in terms of cycle characteristics. The cause is presumed that, in the negative electrode mixture layer, a place where the introduction of Li progressed and a place where the progress did not proceed, and the reaction became non-uniform. Therefore, as a result of various studies, when Li ions are introduced into the negative electrode, the charge / discharge efficiency, the initial capacity, and the cycle characteristics are greatly improved by using the material S in combination with graphite A and graphite B described later. I found out.
上記SiOxは、Siの微結晶又は非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶又は非晶質相のSiを含めた比率となる。即ち、SiOxには、非晶質のSiO2マトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiO2と、その中に分散しているSiを合わせて、上記原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiO2マトリックス中に、Siが分散した構造で、SiO2とSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 The SiO x may contain Si microcrystal or amorphous phase. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystal or amorphous phase Si. That is, the SiO x to SiO 2 matrix of amorphous Si (e.g., microcrystalline Si) is include the dispersed structure, the SiO 2 of the amorphous, dispersed therein It is only necessary that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.
そして、SiOxを含む材料Sは、炭素材料と複合化した複合体であることが好ましく、例えば、SiOxの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。通常、SiOxは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内におけるSiOxと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。SiOxを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にSiOxと炭素材料などの導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。 The material S containing SiO x is preferably a composite that is combined with a carbon material. For example, the surface of the SiO x is preferably covered with the carbon material. Usually, since SiO x has poor conductivity, when using it as a negative electrode active material, from the viewpoint of ensuring good battery characteristics, a conductive material (conductive aid) is used, and SiO x in the negative electrode is electrically conductive. It is necessary to form an excellent conductive network by making good mixing and dispersion with the conductive material. If complexes complexed with carbon material SiO x, for example, simply than with a material obtained by mixing a conductive material such as SiO x and the carbon material, good conductive network in the negative electrode Formed.
即ち、SiOxの比抵抗値は、通常、103〜107kΩcmであるのに対して、上記例示の炭素材料の比抵抗値は、通常、10-5〜10kΩcmであり、SiOxと炭素材料とを複合化することにより、SiOxの導電性を向上できる。 That is, the specific resistance value of SiO x is usually 10 3 to 10 7 kΩcm, whereas the specific resistance value of the carbon material exemplified above is usually 10 −5 to 10 kΩcm. And the conductivity of SiO x can be improved.
上記SiOxと炭素材料との複合体としては、上記のように、SiOxの表面を炭素材料で被覆したものの他、SiOxと炭素材料との造粒体等が挙げられる。 The complex with the SiO x and the carbon material, as described above, other although the surface of the SiO x coated with carbon material, granulated material or the like between the SiO x and the carbon material can be cited.
上記SiOxとの複合体の形成に用い得る上記炭素材料としては、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維等の炭素材料が好ましいものとして挙げられる。 Preferred examples of the carbon material that can be used for forming a composite with the SiO x include carbon materials such as low crystalline carbon, carbon nanotubes, and vapor grown carbon fibers.
上記炭素材料の詳細としては、繊維状又はコイル状の炭素材料、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む。)、人造黒鉛、易黒鉛化炭素及び難黒鉛化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料が好ましい。繊維状又はコイル状の炭素材料は、導電ネットワークを形成し易く、且つ表面積の大きい点において好ましい。カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む。)、易黒鉛化炭素及び難黒鉛化炭素は、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、更に、SiOx粒子が膨張・収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有している点において好ましい。 Details of the carbon material include at least selected from the group consisting of fibrous or coiled carbon materials, carbon black (including acetylene black and ketjen black), artificial graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon. One material is preferred. A fibrous or coiled carbon material is preferable in that it easily forms a conductive network and has a large surface area. Carbon black (including acetylene black and ketjen black), graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon have high electrical conductivity and high liquid retention, and the SiO x particles expand and contract. However, it is preferable in that it has a property of easily maintaining contact with the particles.
上記例示の炭素材料の中でも、SiOxとの複合体が造粒体である場合に用いるものとしては、繊維状の炭素材料が特に好ましい。繊維状の炭素材料は、その形状が細い糸状であり柔軟性が高いために電池の充放電に伴うSiOxの膨張・収縮に追従でき、また、嵩密度が大きいために、SiOx粒子と多くの接合点を持つことができるからである。繊維状の炭素としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられ、これらの何れを用いてもよい。 Among the carbon materials exemplified above, a fibrous carbon material is particularly preferable as a material used when the composite with SiO x is a granulated body. The fibrous carbon material has a thin thread shape and high flexibility so that it can follow the expansion and contraction of SiO x that accompanies charging / discharging of the battery, and because of its large bulk density, it has a large amount of SiO x particles. It is because it can have the following junction point. Examples of the fibrous carbon include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube, and any of these may be used.
上記負極にSiOxと炭素材料との複合体を使用する場合、SiOxと炭素材料との比率は、炭素材料との複合化による作用を良好に発揮させる観点から、SiOx:100重量部に対して、炭素材料が、5重量部以上であることが好ましく、10重量部以上であることがより好ましい。また、上記複合体において、SiOxと複合化する炭素材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のSiOx量の低下に繋がり、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、SiOx:100重量部に対して、炭素材料は、50重量部以下であることが好ましく、40重量部以下であることがより好ましい。 When a composite of SiO x and a carbon material is used for the negative electrode, the ratio of SiO x and the carbon material is SiO x : 100 parts by weight from the viewpoint of satisfactorily exerting the effect of the composite with the carbon material. On the other hand, the carbon material is preferably 5 parts by weight or more, and more preferably 10 parts by weight or more. In the composite, if the ratio of the carbon material to be composited with SiO x is too large, the amount of SiO x in the negative electrode mixture layer may be reduced, and the effect of increasing the capacity may be reduced. The carbon material is preferably 50 parts by weight or less and more preferably 40 parts by weight or less with respect to SiO x : 100 parts by weight.
上記のSiOxと炭素材料との複合体は、例えば下記の方法によって得ることができる。 The composite of the above SiO x and carbon material can be obtained by, for example, the following method.
上記SiOxの表面を炭素材料で被覆して複合体とする場合には、例えば、SiOx粒子と炭化水素系ガスとを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させる。このように、気相成長(CVD)法によれば、炭化水素系ガスがSiOx粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面に導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素材料被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によってSiOx粒子に均一性よく導電性を付与できる。 When the surface of SiO x is coated with a carbon material to form a composite, for example, the SiO x particles and the hydrocarbon gas are heated in the gas phase, and are generated by thermal decomposition of the hydrocarbon gas. Carbon is deposited on the surface of the particles. Thus, according to the vapor deposition (CVD) method, a hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the SiO x particle, and a thin and uniform film (carbon material) containing a conductive carbon material on the surface of the particle. Since the coating layer) can be formed, the SiO x particles can be imparted with good conductivity with a small amount of carbon material.
上記炭素材料で被覆されたSiOxの製造において、CVD法の処理温度(雰囲気温度)については、炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であり、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、且つ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。 In the production of SiO x coated with the carbon material, the processing temperature (atmosphere temperature) of the CVD method varies depending on the type of hydrocarbon-based gas, but usually 600 to 1200 ° C. is suitable. It is preferable that it is higher than ℃, and more preferable that it is higher than 800 ℃. This is because the higher the treatment temperature, the fewer impurities remain and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.
上記炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン等を用いることができるが、取り扱い易いトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやアセチレンガス等を用いることもできる。 As the liquid source of the hydrocarbon gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, acetylene gas, etc. can also be used.
また、SiOxと炭素材料との造粒体を作製する場合には、SiOxが分散媒に分散した分散液を用意し、それを噴霧し乾燥して、複数の粒子を含む造粒体を作製する。分散媒としては、例えば、エタノール等を用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。上記方法以外にも、振動型や遊星型のボールミルやロッドミル等を用いた機械的な方法による造粒方法においても、SiOxと炭素材料との造粒体を作製することができる。 Further, when a granulated body of SiO x and a carbon material is prepared, a dispersion liquid in which SiO x is dispersed in a dispersion medium is prepared, sprayed and dried to obtain a granulated body including a plurality of particles. Make it. For example, ethanol or the like can be used as the dispersion medium. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. In addition to the above method, a granulated body of SiO x and a carbon material can be produced also by a granulating method by a mechanical method using a vibration type or planetary type ball mill or rod mill.
上記負極においては、SiOxを使用することによる高容量化の効果を良好に確保する観点から、負極活物質中におけるSiOxと炭素材料との複合体の含有量が、0.01重量%以上であることが好ましく、1重量%以上であることがより好ましく、3重量%以上であることが更に好ましい。また、充放電に伴うSiOxの体積変化による問題をより良好に回避する観点から、負極活物質中におけるSiOxと炭素材料との複合体の含有量が、20重量%以下であることが好ましく、15重量%以下であることがより好ましい。 In the above-described negative electrode, from the viewpoint of satisfactorily ensuring the effect of the high capacity by using a SiO x, the content of the complex of the SiO x and the carbon material in the anode active material is 0.01 wt% or more Preferably, it is 1% by weight or more, more preferably 3% by weight or more. Further, from the viewpoint of better avoiding the problem due to the volume change of SiO x accompanying charge / discharge, the content of the composite of SiO x and the carbon material in the negative electrode active material is preferably 20% by weight or less. 15% by weight or less is more preferable.
材料Sの平均粒子径は、小さすぎると材料Sの分散性が低下して本発明の効果が十分に得られなくなる恐れがあること、材料Sは電池の充放電に伴う体積変化が大きいため、平均粒子径が大きすぎると膨張・収縮による材料Sの崩壊が生じやすくなる(この現象は材料Sの容量劣化につながる)ことから、0.1μm以上10μm以下とすることが好ましい。 If the average particle size of the material S is too small, the dispersibility of the material S may be reduced, and the effects of the present invention may not be sufficiently obtained, and the material S has a large volume change associated with charging / discharging of the battery. If the average particle diameter is too large, the material S is likely to collapse due to expansion / contraction (this phenomenon leads to capacity degradation of the material S), and therefore it is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less.
負極合剤層中の、全負極活物質に対する材料Sの含有比率は、材料Sの割合を、好ましくは1%以上、更に好ましくは10質量%以上とし、50質量%以上とすることが最も好ましい。材料Sは上述した通り、黒鉛と比べて飛躍的に高容量化を実現できる材料なので、負極活物質中に少量でも材料Sを含むと電池の容量向上効果が得られる。一方で更に飛躍的に電池の高容量化を実現するには、全負極活物質に対して材料Sは10質量%以上が好ましい。種々の電池の用途、求められる特性に合わせて材料Sの含有量を調整すると良い。なお、後述する黒鉛Aおよび黒鉛BによるLiの導入効果(Liと負極との電気化学的接触による)を発揮させるために、材料Sの割合は99質量%未満であり、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。 The content ratio of the material S to the total negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is preferably 1% or more, more preferably 10% by mass or more, and most preferably 50% by mass or more. . As described above, the material S is a material that can achieve a dramatic increase in capacity as compared with graphite. Therefore, if the material S is contained in a small amount in the negative electrode active material, an effect of improving the battery capacity can be obtained. On the other hand, the material S is preferably 10% by mass or more based on the total amount of the negative electrode active material in order to achieve a dramatic increase in battery capacity. The content of the material S may be adjusted in accordance with various battery uses and required characteristics. In order to exhibit the effect of introducing Li by graphite A and graphite B described later (by electrochemical contact between Li and the negative electrode), the ratio of the material S is less than 99% by mass, preferably 90% by mass or less. More preferably, it is 80 mass% or less.
黒鉛Aは、通常のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる、天然黒鉛や人造黒鉛があげられる。人造黒鉛としてたとえば、コークスあるいは有機物を2800℃以上で焼成したもの、または天然黒鉛と前記コークスあるいは有機物とを混合し、2800℃以上で熱処理を施したもの、さらにはコークスあるいは有機物を2800℃以上で焼成したものを前記天然黒鉛の表面に被覆させたものなどがあげられ、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1570〜1590cm−1に現れるピーク強度に対する1340〜1370cm−1に現れるピーク強度比であるR値が0.05〜0.2となる黒鉛を使用出来る。また、平均粒子径が前述の範囲にあれば、前記黒鉛Aには2種以上の黒鉛を併用しても構わない。 Examples of the graphite A include natural graphite and artificial graphite which are used as a negative electrode active material of a normal lithium ion secondary battery. As artificial graphite, for example, a coke or organic material fired at 2800 ° C. or higher, or a natural graphite and the coke or organic material mixed and heat-treated at 2800 ° C. or higher, and further coke or organic material at 2800 ° C. or higher. The natural graphite is coated on the surface of the natural graphite. The R value, which is the peak intensity ratio appearing at 1340-1370 cm −1 with respect to the peak intensity appearing at 1570-1590 cm −1 in the argon ion laser Raman spectrum, is Graphite that is 0.05 to 0.2 can be used. If the average particle diameter is in the above range, two or more kinds of graphite may be used in combination with the graphite A.
黒鉛Bは、母粒子となる黒鉛粒子と、その表面を被覆する非晶質炭素とで構成されている。具体的には、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1570〜1590cm−1に現れるピーク強度に対する1340〜1370cm−1に現れるピーク強度比であるR値が0.1〜0.7となる黒鉛である。R値は、非晶質炭素の十分な被覆量を確保するため、0.3以上がより好ましい。また、R値は、非晶質炭素の被覆量が多すぎると不可逆容量が増大するので、0.6以下が好ましい。このような黒鉛Bは、例えばd002が0.338nm以下である天然黒鉛または人造黒鉛を球状に賦形した黒鉛を母材(母粒子)とし、その表面を有機化合物で被覆し、800〜1500℃で焼成した後、解砕し、篩を通して整粒することによって得ることができる。なお、前記母材を被覆する有機化合物としては、芳香族炭化水素;芳香族炭化水素を加熱加圧下で重縮合して得られるタールまたはピッチ類;芳香族炭化水素の混合物を主成分とするタール、ピッチまたはアスファルト類;などが挙げられる。前記母材を前記有機化合物で被覆するには、前記有機化合物に前記母材を含浸・混捏する方法が採用できる。また、プロパンやアセチレンなどの炭化水素ガスを熱分解により炭素化し、これをd002が0.338nm以下の黒鉛の表面に堆積させる気相法によっても、黒鉛Bを作製することができる。 Graphite B is composed of graphite particles serving as mother particles and amorphous carbon covering the surface. Specifically, it is graphite in which the R value, which is a peak intensity ratio appearing at 1340 to 1370 cm −1 with respect to the peak intensity appearing at 1570 to 1590 cm −1 in the argon ion laser Raman spectrum, is 0.1 to 0.7. The R value is more preferably 0.3 or more in order to ensure a sufficient coating amount of amorphous carbon. Moreover, since an irreversible capacity | capacitance will increase if there is too much coating amount of amorphous carbon, R value is 0.6 or less. Such graphite B uses, for example, natural graphite having d 002 of 0.338 nm or less or graphite obtained by spherically shaping artificial graphite as a base material (base particle), and the surface thereof is coated with an organic compound. It can be obtained by calcining at 0 ° C., pulverizing, and sizing through a sieve. The organic compound covering the base material includes aromatic hydrocarbons; tars or pitches obtained by polycondensation of aromatic hydrocarbons under heat and pressure; tars mainly composed of a mixture of aromatic hydrocarbons. , Pitch or asphalt; In order to coat the base material with the organic compound, a method of impregnating and kneading the base material into the organic compound can be employed. Alternatively, graphite B can be produced by a vapor phase method in which a hydrocarbon gas such as propane or acetylene is carbonized by pyrolysis and deposited on the surface of graphite having d 002 of 0.338 nm or less.
更に、前記の黒鉛Bは、Liイオンの受容性(例えば、全充電容量に対する、定電流充電容量の割合で数値化できる)が高い。よって、黒鉛Bを併用した本発明のリチウムイオン二次電池は、Liイオンの受容性が良好であり、充放電サイクル特性も良好なものとなる。前述したように、電気化学的接触(短絡)をさせることで材料Sを含む負極にLi源を導入させる場合、前記黒鉛Bを併用すれば、Li導入の不均一化を抑制することができ電池特性の改善が図れるものと考えた。 Furthermore, the graphite B has high Li ion acceptability (for example, it can be quantified by the ratio of the constant current charge capacity to the total charge capacity). Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention using graphite B together has good acceptability of Li ions and good charge / discharge cycle characteristics. As described above, when the Li source is introduced into the negative electrode containing the material S by electrochemical contact (short circuit), if the graphite B is used in combination, the uneven introduction of Li can be suppressed. We thought that the characteristics could be improved.
しかし、黒鉛Bを単体で用いるだけでは、十分な電池特性の改善が得られないことがわかった。それは黒鉛Bが前述の通り球状に賦活した黒鉛を母材としているため、黒鉛B単体では粒子間の接点が十分に確保できない箇所が存在し、これが原因でLiの導入にムラが発生し、負極全体のLiイオンの受容性が向上せず、電池特性の大きな改善に至らなかったと推察する。そこで、平均粒子径が黒鉛Bより高い、具体的には15μmを超え25μm以下である黒鉛Aを黒鉛Bと併用することにより電池特性が大幅に改善されることを見出した。具体的には、負極が含有する全負極活物質中における黒鉛Aおよび黒鉛Bの合計含有量を、20質量%以上99質量%未満とし、負極が含有する全負極活物質中における黒鉛Bに対する黒鉛Aの含有割合(A/B)が、0.5以上4.5以下とする。このように黒鉛Aと黒鉛Bを併用することで、黒鉛Bの接点が確保できない箇所が減少し、つまり負極へのLiイオンの導入ムラが減ることで、黒鉛Bを単体で用いるよりもLiイオンの受容性が高まったことが理由と推察する。
更に、Li導入時点でのムラを減少させると、その後の充放電反応の均一化にもつながり、黒鉛Bのみを用いた場合よりもサイクル特性が飛躍的に改善することも明らかになった。
However, it has been found that sufficient improvement in battery characteristics cannot be obtained only by using graphite B alone. Because graphite B is based on graphite activated in a spherical shape as described above, graphite B alone cannot provide sufficient contact between the particles, which causes unevenness in the introduction of Li, and the negative electrode. It is presumed that the overall Li ion acceptability was not improved and the battery characteristics were not greatly improved. Accordingly, it has been found that the battery characteristics are significantly improved by using graphite A having an average particle size higher than that of graphite B, specifically, more than 15 μm and not more than 25 μm in combination with graphite B. Specifically, the total content of graphite A and graphite B in the total negative electrode active material contained in the negative electrode is 20% by mass or more and less than 99% by mass, and the graphite with respect to graphite B in the total negative electrode active material contained in the negative electrode The content ratio (A / B) of A is 0.5 or more and 4.5 or less. By using graphite A and graphite B together in this way, the number of places where the contact of graphite B cannot be secured is reduced, that is, the introduction of Li ions into the negative electrode is reduced, so that Li ions are used rather than graphite B alone. This is presumed to be due to the increased acceptability of.
Furthermore, reducing the unevenness at the time of introducing Li also leads to a uniform charge / discharge reaction thereafter, and it has also been clarified that the cycle characteristics are dramatically improved as compared with the case of using only graphite B.
なお、黒鉛Aは、粒径が小さすぎると、比表面積が過度に高まる(不可逆容量が増大する)ことから、その粒径が、あまり小さくないことが好ましい。よって、本発明では、黒鉛Aとして、平均粒子径が15μm超のものを使用する。また、黒鉛Bも、粒径が小さすぎると、表面を被覆する非晶質炭素の被覆量などがばらつき、黒鉛Bの特長が十分に発揮できなくなるなどの理由があることから、その粒径が、あまり小さくないことが好ましい。よって、本発明では、黒鉛Bとして、平均粒子径が8μm以上のものを使用する。 In addition, when the particle diameter of graphite A is too small, the specific surface area is excessively increased (the irreversible capacity is increased), so that the particle diameter is preferably not too small. Therefore, in the present invention, graphite A having an average particle diameter of more than 15 μm is used. In addition, if the particle size of graphite B is too small, the coating amount of amorphous carbon covering the surface varies, and there are reasons that the features of graphite B cannot be fully exhibited. It is preferable not to be too small. Therefore, in the present invention, graphite B having an average particle diameter of 8 μm or more is used.
本明細書でいう黒鉛(黒鉛A、黒鉛B、およびこれら以外の黒鉛)や材料S、その他種々の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、日機装株式会社製マイクロトラック粒度分布測定装置「HRA9320」)を用い、黒鉛を溶解したり膨潤したりしない媒体に、黒鉛を分散させて測定した粒度分布の小さい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における50%径の値(D50%)メディアン径である。 As used herein, graphite (graphite A, graphite B, and other graphite), material S, and other various average particle sizes may be measured by, for example, a laser scattering particle size distribution meter (for example, Microtrack particle size distribution measurement manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Using an apparatus “HRA9320”), in which the integrated volume is determined from particles having a small particle size distribution measured by dispersing graphite in a medium that does not dissolve or swell graphite, Value (D 50% ) is the median diameter.
黒鉛Aおよび黒鉛Bの比表面積(BET法による。その他材料における比表面積も同様。装置例は日本ベル社製「ベルソープミニ」など。)は、1.0m2/g以上であることが好ましく、また、5.0m2/g以下であることが好ましい。 The specific surface area of graphite A and graphite B (according to the BET method. The specific surface area of other materials is also the same. An example of the apparatus is “Bell Soap Mini” manufactured by Bell Japan Co., Ltd.) is preferably 1.0 m 2 / g or more. Moreover, it is preferable that it is 5.0 m < 2 > / g or less.
また、黒鉛Aおよび黒鉛Bの結晶構造におけるc軸方向の結晶子の大きさ:Lcは、3nm以上であることが好ましく、8nm以上であることがより好ましく、25nm以上であることが更に好ましい。この範囲であればリチウムイオンの吸蔵・脱離がより容易になるからである。黒鉛のLcの上限値は特に限定されないが、通常200nm程度である。 The crystallite size in the c-axis direction: Lc in the crystal structures of graphite A and graphite B is preferably 3 nm or more, more preferably 8 nm or more, and further preferably 25 nm or more. This is because, within this range, insertion / extraction of lithium ions becomes easier. The upper limit value of Lc of graphite is not particularly limited, but is usually about 200 nm.
また、負極活物質には、黒鉛Aおよび黒鉛B以外の負極活物質(例えば、黒鉛Aと同種のもので、平均粒子径が15μm未満であるか、または25μmを超える黒鉛のように、黒鉛Aおよび黒鉛Bに該当しない黒鉛など)や、SiまたはSnの単体、SiまたはSnを含む合金、SiまたはSnを含む酸化物(ただし材料Sには該当しないもの)を、本発明の効果を阻害しない程度に使用することもできる。 In addition, the negative electrode active material includes a negative electrode active material other than graphite A and graphite B (for example, graphite A, which is the same type as graphite A and has an average particle diameter of less than 15 μm or more than 25 μm. And graphite not corresponding to graphite B), Si or Sn alone, alloys containing Si or Sn, oxides containing Si or Sn (though not applicable to material S) do not impair the effects of the present invention. It can also be used to the extent.
負極合剤層に係るバインダとしては、例えば、負極の使用電位範囲において、Liに対して電気化学的に不活性であり、他の物質にできるだけ影響を及ぼさない材料が選択される。具体的には、例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVA)、メチルセルロース、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、およびこれらの誘導体や共重合体などが好適なものとして挙げられる。これらのバインダは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the binder related to the negative electrode mixture layer, for example, a material that is electrochemically inactive with respect to Li in the working potential range of the negative electrode and does not affect other substances as much as possible is selected. Specifically, for example, styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), methylcellulose, polyimide, polyamideimide, polyacrylic acid, and derivatives and co-polymers thereof. A polymer etc. are mentioned as a suitable thing. These binders may use only 1 type and may use 2 or more types together.
上記負極合剤層には、更に導電助剤として導電性材料を添加してもよい。このような導電性材料としては、電池内において化学変化を起こさないものであれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック(サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等)、炭素繊維、金属粉(銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の粉末)、金属繊維、ポリフェニレン誘導体(特開昭59−20971号公報に記載のもの)等の材料を、1種又は2種以上用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックを用いることが好ましく、ケッチェンブラックやアセチレンブラックがより好ましい。 A conductive material may be further added to the negative electrode mixture layer as a conductive aid. Such a conductive material is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the battery. For example, carbon black (thermal black, furnace black, channel black, ketjen black, acetylene black, etc.), carbon It is possible to use one or more materials such as fiber, metal powder (powder of copper, nickel, aluminum, silver, etc.), metal fiber, polyphenylene derivative (described in JP-A-59-20971). it can. Among these, carbon black is preferably used, and ketjen black and acetylene black are more preferable.
負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、更には必要に応じて導電助剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)や水などの溶剤に分散させた負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダー処理を施す工程を経て製造される。ただし、負極の製造方法は、前記の方法に制限される訳ではなく、他の製造方法で製造してもよい。 The negative electrode is prepared, for example, by preparing a negative electrode mixture-containing composition in which a negative electrode active material and a binder and, if necessary, a conductive additive are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or water. (However, the binder may be dissolved in a solvent), which is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendering process as necessary. However, the manufacturing method of the negative electrode is not limited to the above method, and may be manufactured by other manufacturing methods.
負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましく、負極合剤層の密度(集電体に積層した単位面積あたりの負極合剤層の質量と、厚みから算出される)は、電池の高容量化を図る意味で1.0g/cm3以上とすることが望ましく、さらに好ましくは1.2g/cm3以上である。また、負極合剤層の密度が高すぎると非水電解液の浸透性が低下するなどの悪影響が生じるので、1.6g/cm3以下とすることが望ましい。また、負極合剤層の組成としては、例えば、負極活物質の量が80〜99質量%であることが好ましく、バインダの量が0.5〜10質量%であることが好ましく、導電助剤を使用する場合には、その量が1〜10質量%であることが好ましい。 The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per side of the current collector, and the density of the negative electrode mixture layer (from the mass and thickness of the negative electrode mixture layer per unit area laminated on the current collector) (Calculated) is preferably 1.0 g / cm 3 or more, more preferably 1.2 g / cm 3 or more in order to increase the capacity of the battery. In addition, if the density of the negative electrode mixture layer is too high, adverse effects such as a decrease in the permeability of the non-aqueous electrolyte solution occur, so 1.6 g / cm 3 or less is desirable. Moreover, as a composition of a negative mix layer, it is preferable that the quantity of a negative electrode active material is 80-99 mass%, for example, it is preferable that the quantity of a binder is 0.5-10 mass%, and a conductive support agent. When using, it is preferable that the quantity is 1-10 mass%.
負極の集電と負極合剤層を支持するための支持体(集電体)としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得る。この負極支持体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は4μmであることが望ましい。 As a support (current collector) for supporting the current collector of the negative electrode and the negative electrode mixture layer, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. In the negative electrode support, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 4 μm in order to ensure mechanical strength. desirable.
前述した負極活物質にLiを導入する方法として、例えば金属Li箔を負極合剤層に貼付るなどして負極合剤層にLi源を接触させ、その後非水電解液を注入して、負極合剤層にLiを導入させる手法を採用した場合、支持体として銅箔を用い、銅箔の両面に負極合剤層を設けた構成にすると、Li源を両面の負極合剤層に配置する必要が生じる。一方、支持体(集電体)として銅箔の一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔を有した金属箔を用いた場合は、両面に設けた負極合剤層は貫通孔を介して電気的に接続しているので、どちらか一方の面にLi源を配置すれば、一方の負極合剤層から、貫通孔を介して他方の負極合剤層へとLiイオンが移動し、両面にある負極合剤層にLiが導入されことになり、Li源を配置する作業が簡略化できる。 As a method for introducing Li into the negative electrode active material described above, for example, a metal Li foil is attached to the negative electrode mixture layer, the Li source is brought into contact with the negative electrode mixture layer, and then a non-aqueous electrolyte is injected to form the negative electrode When adopting a technique for introducing Li into the mixture layer, a copper foil is used as the support, and when the negative electrode mixture layer is provided on both sides of the copper foil, the Li source is arranged on the negative electrode mixture layer on both sides. Need arises. On the other hand, when a metal foil having a through-hole penetrating from one surface of the copper foil to the other surface is used as the support (current collector), the negative electrode mixture layer provided on both surfaces passes through the through-hole. Since they are electrically connected, if a Li source is arranged on one of the surfaces, Li ions move from one negative electrode mixture layer to the other negative electrode mixture layer through a through hole, Li is to be introduced into the negative electrode mixture layer, and the work of arranging the Li source can be simplified.
負極合剤層の支持体(集電体)として前記一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔を複数個有した金属箔を用いる場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は4μmであることが望ましい。また、貫通孔の大きさはLiの導入を均一にさせるなどの目的から0.05mm以上が好ましい。ただし、貫通孔の大きさが大きすぎると、機械的強度が保てなくなるなどの理由から、1mm以下が望ましい。さらに、貫通孔間のピッチは1〜5mm程度にすることが望ましい。 When a metal foil having a plurality of through holes penetrating from one surface to the other surface is used as a support (current collector) for the negative electrode mixture layer, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, In order to ensure strength, the lower limit is preferably 4 μm. Further, the size of the through hole is preferably 0.05 mm or more for the purpose of making the introduction of Li uniform. However, if the size of the through hole is too large, 1 mm or less is desirable because the mechanical strength cannot be maintained. Furthermore, the pitch between the through holes is desirably about 1 to 5 mm.
負極合剤層にLiを導入する方法としては、上述した通りLi箔を負極合剤層に貼付したり、粒子状のLiを負極合剤層中に含ませたり、負極表面にLiを蒸着させるなど、種々の公知の方法でLi源と負極とを接触させた状態で、非水電解液を充填して充放電させる方法や、負極とLi源とを接触しないように配置し、非水電解液を充填し、外部接続により充放電させる方法などがあげられる。 As a method for introducing Li into the negative electrode mixture layer, as described above, a Li foil is attached to the negative electrode mixture layer, particulate Li is included in the negative electrode mixture layer, or Li is deposited on the negative electrode surface. In a state where the Li source and the negative electrode are in contact with each other by various known methods, such as charging and discharging with a nonaqueous electrolyte solution, or arranging so that the negative electrode and the Li source are not in contact with each other, nonaqueous electrolysis For example, a method of filling the liquid and charging / discharging by external connection can be used.
本発明は、負極合剤層上(負極合剤層の負極集電体とは反対側の面)に、Liと反応しない絶縁性の材料を含有する多孔質層(以下、単に多孔質層と記載する)を設けることができる。このような多孔質層を設けることで、電池内部に配置したLi源と負極とが急激に反応することを防止し、負極への均一なLi導入に寄与する。
このような多孔質層は、例えば、L i と反応しない絶縁性の材料を含有し、非水電解質(電解液)が通過可能な程度の細孔を備えた層であることが好ましい。多孔質層の絶縁性の材料としては、各種無機酸化物や有機微粒子が挙げられる。無機微粒子としては、金属元素または非金属元素のカルコゲナイト(酸化物、硫化物など)、水酸化物、窒化物、炭化物、ケイ化物などが好ましい。
The present invention provides a porous layer (hereinafter simply referred to as a porous layer) containing an insulating material that does not react with Li on the negative electrode mixture layer (the surface of the negative electrode mixture layer opposite to the negative electrode current collector). Can be provided). By providing such a porous layer, it is possible to prevent the Li source disposed inside the battery from reacting rapidly with the negative electrode and contribute to uniform introduction of Li into the negative electrode.
Such a porous layer is preferably a layer containing, for example, an insulating material that does not react with L i and having pores that allow a nonaqueous electrolyte (electrolytic solution) to pass through. Examples of the insulating material for the porous layer include various inorganic oxides and organic fine particles. As the inorganic fine particles, chalcogenites (oxides, sulfides, etc.), hydroxides, nitrides, carbides, silicides and the like of metal elements or nonmetal elements are preferable.
上記の金属元素または非金属元素のカルコゲナイトとしては、酸化物が好ましく、還元され難い酸化物がより好ましい。このような酸化物としては、例えば、MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO2 、ZnO、B2O3 、Al2O3、Ga2O3 、In2O3、SiO2、As4O6、Sb2O5などが挙げられる。また、前記酸化物を構成する金属元素の水酸化物でもよく、AlOOH(ベーマイト)などを用いることもできる。これらの中でも、ZnO、Al2O3 、AlOOH、Ga2O3、SiO2 、ZrO2が特に好ましい。上記酸化物あるいは水酸化物は、単独の化合物であっても、複合化合物であっても構わない。 As the metal element or non-metal element chalcogenite, an oxide is preferable, and an oxide which is not easily reduced is more preferable. As such an oxide, e.g., MgO, CaO, SrO, BaO , ZrO 2, ZnO, B 2 O 3, Al 2 O 3, Ga 2 O 3, In 2 O 3, SiO 2, As 4 O 6 , Sb 2 O 5 and the like. Moreover, the metal element hydroxide which comprises the said oxide may be sufficient, and AlOOH (boehmite) etc. can also be used. Among these, ZnO, Al 2 O 3 , AlOOH, Ga 2 O 3 , SiO 2 , and ZrO 2 are particularly preferable. The oxide or hydroxide may be a single compound or a complex compound.
上記の金属元素または非金属元素の窒化物としては、窒化アルミニウム(AlN) やBNが、金属元素または非金属元素の炭化物やケイ化物としては、SiCが挙げられ、これらは絶縁性が高く且つ化学的に安定である点で好ましい。
多孔質層を構成するための上記絶縁性の材料のうち、有機微粒子としては、300℃以下の温度で流動して膜状となったり、分解したりしないものが好ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂の微粒子や、ラテックスの架橋体などを用いることができる。
Examples of the nitride of the metal element or non-metal element include aluminum nitride (AlN) and BN, and examples of the carbide or silicide of the metal element or non-metal element include SiC, which have high insulation and chemical properties. It is preferable in that it is stable.
Among the insulating materials for forming the porous layer, the organic fine particles are preferably those that do not flow into a film or decompose at a temperature of 300 ° C. or lower. For example, polytetrafluoroethylene Fine particles of fluororesin such as (PTFE) or a crosslinked latex can be used.
上記絶縁性の材料の粒径としては、例えば、0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上であって、10μm以下、より好ましくは5μm以下であることが望ましい。 The particle size of the insulating material is, for example, 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, and preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.
また多孔質層には、Liと反応しない絶縁性の材料に加え、電子伝導性の材料を含有させることが望ましい。負極合剤層とLi含有層との間の電気抵抗を低くすることにより、Liの拡散がスムーズに進むからである。多孔質層を構成するための電子伝導性の材料としては、炭素粒子、炭素繊維などの炭素材料; 金属粒子、金属繊維などの金属材料;金属酸化物; などが挙げられる。これらの中でも、Liとの反応性が低い炭素粒子や金属粒子が好ましい。 The porous layer preferably contains an electron conductive material in addition to an insulating material that does not react with Li. This is because the diffusion of Li proceeds smoothly by reducing the electrical resistance between the negative electrode mixture layer and the Li-containing layer. Examples of the electron conductive material for forming the porous layer include carbon materials such as carbon particles and carbon fibers; metal materials such as metal particles and metal fibers; metal oxides; Among these, carbon particles and metal particles having low reactivity with Li are preferable.
多孔質層に含有させる炭素材料としては、例えば、電池を構成する電極において、導電助剤として用いられている公知の炭素材料を用いることができる。具体的には、カーボンブラック( サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなど) 、黒鉛(燐片状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛や人造黒鉛) などの炭素粒子や、炭素繊維が挙げられる。 As the carbon material to be contained in the porous layer, for example, a known carbon material that is used as a conductive additive in an electrode constituting a battery can be used. Specifically, carbon such as carbon black (thermal black, furnace black, channel black, lamp black, ketjen black, acetylene black, etc.), graphite (natural graphite such as flake graphite, earth graphite, and artificial graphite) Examples include particles and carbon fibers.
上記の炭素材料の中でも、カーボンブラックと黒鉛を併用することが、後記のバインダとの分散性の観点から特に好ましい。また、カーボンブラックとしては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックが特に好ましい。 Among the above carbon materials, the combined use of carbon black and graphite is particularly preferable from the viewpoint of dispersibility with a binder described later. Further, as the carbon black, ketjen black and acetylene black are particularly preferable.
炭素粒子の粒径としては、例えば、0.01μm以上、より好ましくは0.02μm以上であって、10μm以下、より好ましくは5μm以下であることが望ましい。 The particle size of the carbon particles is, for example, 0.01 μm or more, more preferably 0.02 μm or more, and preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.
多孔質層を構成するための電子伝導性の材料のうち、金属粒子や金属繊維としては、Liとの反応性が低くLiと合金を形成し難い金属元素で構成されているものが好ましい。金属粒子や金属繊維を構成する具体的な金属元素としては、例えば、Ti、Fe、Ni、Cu、Mo、Ta、Wなどが挙げられる。 Among the electron conductive materials for forming the porous layer, the metal particles and the metal fibers are preferably made of a metal element that is low in reactivity with Li and hardly forms an alloy with Li. Specific metal elements constituting the metal particles and metal fibers include, for example, Ti, Fe, Ni, Cu, Mo, Ta, and W.
金属粒子の場合には、その形状に特に制限はなく、塊状、針状、柱状、板状など、いずれの形状であってもよい。また、金属粒子や金属繊維は、その表面があまり酸化されていないものが好ましく、過度に酸化されているものについては、予め還元雰囲気中で熱処理するなどした後に、多孔質層形成に供することが望ましい。 In the case of metal particles, the shape is not particularly limited, and may be any shape such as a lump shape, a needle shape, a column shape, or a plate shape. In addition, the metal particles and the metal fibers are preferably those whose surfaces are not so oxidized, and those that are excessively oxidized may be subjected to a heat treatment in a reducing atmosphere in advance and then subjected to porous layer formation. desirable.
金属粒子の粒径としては、例えば、0.02μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、10μm以下、より好ましくは5μm以下であることが望ましい。
Liと反応しない絶縁性の材料と、電子伝導性の材料の組み合わせとしては、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)またはベーマイトと炭素材料の組み合わせが特に好ましい。
The particle size of the metal particles is, for example, 0.02 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.
As a combination of an insulating material that does not react with Li and an electron conductive material, for example, a combination of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or boehmite and a carbon material is particularly preferable.
なお、多孔質層を形成するにあたっては、上記のLiと反応しない絶縁性の材料や電子伝導性の材料を結着する目的で、バインダを用いることが好ましい。バインダとしては、例えば、負極合剤層用のバインダとして例示した各種材料を用いることができる。 In forming the porous layer, it is preferable to use a binder for the purpose of binding an insulating material or an electron conductive material that does not react with Li. As the binder, for example, various materials exemplified as the binder for the negative electrode mixture layer can be used.
多孔質層において、Liと反応しない絶縁性の材料と、電子伝導性を有する材料との合計を100質量%としたとき、電子伝導性を有する材料の比率は、例えば、2.5質量%以上、より好ましくは5質量%以上であって、96質量% 以下、より好ましくは95質量%以下であることが望ましく、言い換えれば、Liと反応しない絶縁性の材料の比率は、例えば、4質量% 以上、より好ましくは5質量% 以上であって、97.5質量%以下、より好ましくは95質量%以下であることが望ましい。 In the porous layer, when the total of the insulating material that does not react with Li and the material having electron conductivity is 100% by mass, the ratio of the material having electron conductivity is, for example, 2.5% by mass or more. More preferably, it is 5% by mass or more and 96% by mass or less, more preferably 95% by mass or less. In other words, the ratio of the insulating material that does not react with Li is, for example, 4% by mass. More preferably, it is 5% by mass or more, 97.5% by mass or less, and more preferably 95% by mass or less.
また、多孔質層の形成にバインダを用いる場合には、Liと反応しない絶縁性の材料と、電子伝導性を有する材料と、バインダとの合計を100質量%としたとき、Liと反応しない絶縁性の材料と、電子伝導性を有する材料の合計量の比率が、40質量% 以上、より好ましくは50質量%以上であって、96質量%以下、より好ましくは94質量% 以下であることが望ましく、言い換えれば、バインダの比率は、例えば、4質量%以上、より好ましくは6質量%以上であって、60質量%以下、より好ましくは50質量% 以下であることが望ましい。 Further, when a binder is used for forming the porous layer, when the total of the insulating material that does not react with Li, the material that has electronic conductivity, and the binder is 100% by mass, the insulating that does not react with Li The ratio of the total amount of the conductive material and the material having electron conductivity is 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and 96% by mass or less, more preferably 94% by mass or less. Desirably, in other words, the binder ratio is, for example, 4% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, and 60% by mass or less, more preferably 50% by mass or less.
多孔質層の厚みは、例えば2μm以上、より好ましくは3μm以上であって、10μm以下、より好ましくは8μm以下であることが望ましい。多孔質層がこのような厚みであれば、負極合剤層の材料Sと、Li含有層のLiとの直接の反応をより効率的に制御でき、電池の高容量化と電池特性の向上をより確実に達成することができる。すなわち、多孔質層の厚みが、例えば、負極合剤層の表面粗さに対して薄くなりすぎると、ピンホールなしに負極合剤層の全面を覆うことが困難となり、多孔質層を形成することによる効果が小さくなるおそれがあり、一方、多孔質層が厚すぎると、電池の容量低下に繋がるので、できる限り薄く均一に形成することが好ましい。 The thickness of the porous layer is, for example, 2 μm or more, more preferably 3 μm or more, and preferably 10 μm or less, more preferably 8 μm or less. If the porous layer has such a thickness, the direct reaction between the material S of the negative electrode mixture layer and the Li of the Li-containing layer can be controlled more efficiently, thereby increasing the capacity of the battery and improving the battery characteristics. It can be achieved more reliably. That is, if the thickness of the porous layer becomes too thin relative to the surface roughness of the negative electrode mixture layer, for example, it becomes difficult to cover the entire surface of the negative electrode mixture layer without pinholes, thereby forming a porous layer. On the other hand, if the porous layer is too thick, it leads to a decrease in battery capacity. Therefore, it is preferable to form it as thin and uniform as possible.
なお、多孔質層を設けることにより、負極と非水電解質との親和性が向上するため、非水電解質の電池への導入が容易となる効果も期待できる。 In addition, since the affinity between the negative electrode and the nonaqueous electrolyte is improved by providing the porous layer, an effect of facilitating the introduction of the nonaqueous electrolyte into the battery can be expected.
多孔質層は、例えば、上記のLiと反応しない絶縁性の材料、電子伝導性の材料、およびバインダなどを含む混合物に、適当な溶媒(分散媒)を加えて十分に混練して得たペースト状やスラリー状の組成物(塗料) を、負極合剤層上に塗布し、乾燥などにより溶媒(分散媒)を除去して、所定の厚みで形成することができる。 The porous layer is, for example, a paste obtained by sufficiently kneading a mixture containing an insulating material that does not react with Li, an electron conductive material, and a binder with an appropriate solvent (dispersion medium). Or a slurry-like composition (coating material) is applied onto the negative electrode mixture layer, and the solvent (dispersion medium) is removed by drying or the like to form a predetermined thickness.
本発明のリチウムイオン二次電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダを含有する正極合剤層を、正極集電体の片面または両面に有する構造のものを使用することができる。 For the positive electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention, for example, a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder is used on one or both sides of the positive electrode current collector. be able to.
上記正極に用いる正極活物質は、特に限定されず、リチウム含有遷移金属酸化物等の一般に用いることのできる活物質を使用すればよい。リチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1−yO2、LixCoyM1−yO2、LixNi1−yMyO2、LixMnyNizCo1−y−zO2、LixMn2O4、LixMn2−yMyO4等が例示される。但し、上記の各構造式中において、Mは、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Al、Ti、Ge及びCrよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素であり、0≦x≦1.1、0<y≦1.0、0<z<1.0である。 The positive electrode active material used for the positive electrode is not particularly limited, and a generally usable active material such as a lithium-containing transition metal oxide may be used. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide include, for example, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1-y O 2 , and Li x Co y M 1-y O 2. , etc. Li x Ni 1-y M y O 2, Li x Mn y Ni z Co 1-y-z O 2, Li x Mn 2 O 4, Li x Mn 2-y M y O 4 are exemplified. However, in each of the above structural formulas, M is at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Al, Ti, Ge, and Cr. 0 ≦ x ≦ 1.1, 0 <y ≦ 1.0, and 0 <z <1.0.
上記正極に用いる導電助剤としては、電池内で化学的に安定なものであればよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト;アセチレンブラック、ケッチェンブラック(商品名)、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維;アルミニウム粉等の金属粉末;フッ化炭素;酸化亜鉛;チタン酸カリウム等からなる導電性ウィスカー;酸化チタン等の導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高いグラファイトと、吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。また、導電助剤の形態としては、一次粒子に限定されず、二次凝集体や、チェーンストラクチャー等の集合体の形態のものも用いることができる。このような集合体の方が、取り扱いが容易であり、生産性が良好となる。 As a conductive support agent used for the said positive electrode, what is chemically stable should just be in a battery. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black (trade name), channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber; aluminum Metal powders such as powders; Fluorinated carbon; Zinc oxide; Conductive whiskers made of potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Organic conductive materials such as polyphenylene derivatives, etc. You may use independently and may use 2 or more types together. Among these, highly conductive graphite and carbon black excellent in liquid absorption are preferable. Further, the form of the conductive auxiliary agent is not limited to primary particles, and secondary aggregates and aggregated forms such as chain structures can also be used. Such an assembly is easier to handle and has better productivity.
また、正極合剤層に係るバインダには、PVDF、P(VDF−CTFE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、SBRなどを用いることができる。 Moreover, PVDF, P (VDF-CTFE), polytetrafluoroethylene (PTFE), SBR, etc. can be used for the binder which concerns on a positive mix layer.
上記正極は、例えば、前述した正極活物質、導電助剤及びバインダを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(但し、バインダは溶剤に溶解していてもよい。)、これを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造することができる。正極の製造方法は、上記の方法に制限されるわけではなく、他の製造方法で製造することもできる。 The positive electrode is prepared, for example, as a paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition in which the above-described positive electrode active material, conductive additive and binder are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). (However, the binder may be dissolved in a solvent.) After applying this to one or both sides of the current collector and drying, it can be produced through a process of calendering if necessary. . The manufacturing method of a positive electrode is not necessarily restricted to said method, It can also manufacture with another manufacturing method.
正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が65〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が3〜20質量%であることが好ましい。 The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector. Moreover, as a composition of a positive mix layer, it is preferable that the quantity of a positive electrode active material is 65-95 mass%, for example, it is preferable that the quantity of a binder is 1-15 mass%, and the quantity of a conductive support agent. Is preferably 3 to 20% by mass.
集電体は、従来から知られているリチウムイオン二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、アルミニウム製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどがあげられ、厚みは5〜30μmが好ましい。
上述したLi源を接触させて負極合剤層にLiを導入する方法を採用する場合、負極集電体を一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔を複数有した金属箔を用い、且つ正極集電体についても一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔を複数有した金属箔を用いることで、負極集電体と正極集電体の貫通孔を介してLiが電池内部全体に移動してゆくので、Li源をすべての負極と接触させる必要がなくなり、作業効率を向上することができる。
正極集電体として前記一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔を複数個有した金属箔を用いる場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は4μmであることが望ましい。また、貫通孔の大きさはLiの移動を均一にさせるなどの目的から0.05mm以上が好ましい。ただし、貫通孔の大きさが大きすぎると、機械的強度が保てなくなるなどの理由から、1mm以下が望ましい。さらに、貫通孔間のピッチは1〜5mm程度にすることが望ましい。
The current collector can be the same as that used for the positive electrode of a conventionally known lithium ion secondary battery, such as aluminum foil, punching metal, net, expanded metal, etc. The thickness is preferably 5 to 30 μm.
When the method of introducing Li to the negative electrode mixture layer by contacting the Li source described above is used, a metal foil having a plurality of through holes penetrating the negative electrode current collector from one surface to the other surface, and Also for the positive electrode current collector, by using a metal foil having a plurality of through holes penetrating from one surface to the other surface, Li is transferred to the entire inside of the battery through the through holes of the negative electrode current collector and the positive electrode current collector. Since it moves, it becomes unnecessary to contact Li source with all the negative electrodes, and it can improve working efficiency.
When a metal foil having a plurality of through holes penetrating from one surface to the other surface is used as the positive electrode current collector, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is in order to ensure mechanical strength. It is desirable to be 4 μm. Further, the size of the through hole is preferably 0.05 mm or more for the purpose of making the movement of Li uniform. However, if the size of the through hole is too large, 1 mm or less is desirable because the mechanical strength cannot be maintained. Furthermore, the pitch between the through holes is desirably about 1 to 5 mm.
また、正極には、必要に応じて、リチウムイオン二次電池内の他の部材と電気的に接続するためのリード体を、常法に従って形成してもよい。 Moreover, you may form the lead body for electrically connecting with the other member in a lithium ion secondary battery according to a conventional method to a positive electrode as needed.
セパレータは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステルなどのポリエステル;などで構成された多孔質膜であることが好ましい。なお、セパレータは、100〜140℃において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましい。そのため、セパレータは、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、100〜140℃の熱可塑性樹脂を成分とするものがより好ましく、ポリエチレンを主成分とする単層の多孔質膜であるか、ポリエチレンとポリプロピレンとを2〜5層積層した積層多孔質膜などの多孔質膜を構成要素とする積層多孔質膜であることが好ましい。ポリエチレンとポリプロピレンなどのポリエチレンより融点の高い樹脂を混合または積層して用いる場合には、多孔質膜を構成する樹脂としてポリエチレンが30質量%以上であることが望ましく、50質量%以上であることがより望ましい。 The separator is preferably a porous film composed of polyolefin such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer; polyester such as polyethylene terephthalate and copolymer polyester; In addition, it is preferable that a separator has the property (namely, shutdown function) which the hole obstruct | occludes in 100-140 degreeC. Therefore, the separator has a melting point, that is, a thermoplastic resin having a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) of 100 to 140 ° C. in accordance with JIS K 7121 as a component. Preferably, it is a single layer porous film mainly composed of polyethylene or a laminated porous film comprising a porous film such as a laminated porous film in which 2 to 5 layers of polyethylene and polypropylene are laminated. Is preferred. When a resin having a melting point higher than that of polyethylene such as polyethylene and polypropylene is used by mixing or laminating, it is desirable that polyethylene is 30% by mass or more, and 50% by mass or more as a resin constituting the porous membrane. More desirable.
このような樹脂多孔質膜としては、例えば、従来から知られているリチウムイオン二次電池などで使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された多孔質膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより作製されたイオン透過性の多孔質膜を用いることができる。 As such a resin porous membrane, for example, a porous membrane composed of the above-mentioned exemplified thermoplastic resin used in a conventionally known lithium ion secondary battery or the like, that is, a solvent extraction method, a dry type Alternatively, an ion-permeable porous film manufactured by a wet stretching method or the like can be used.
セパレータの平均孔径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.05μm以上であって、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。 The average pore size of the separator is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less.
また、セパレータの特性としては、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、0.879g/mm2の圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜500secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。更に、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する場合がある。 Moreover, as a characteristic of the separator, a Gurley value represented by the number of seconds in which 100 ml of air permeates the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2 is 10 to 500 sec. It is desirable to be. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated.
前記セパレータとして、熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有する積層型のセパレータを使用してもよい。前記セパレータは、シャットダウン特性と耐熱性(耐熱収縮性)および高い機械的強度とを兼ね備えている。また積層型セパレータを用いることで、さらにサイクル特性が改善されることも見出した。理由は定かではないが、このセパレータの示す高い機械的強度が充放電サイクルに伴う負極の膨張・収縮に対し高い耐性を示し、セパレータのよれを抑制して負極とセパレータと正極間の密着性を保つことができることが理由と推察する。 As the separator, a laminated separator having a porous layer (I) mainly composed of a thermoplastic resin and a porous layer (II) mainly composed of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher may be used. . The separator has both shutdown characteristics, heat resistance (heat shrinkage resistance), and high mechanical strength. It has also been found that cycle characteristics can be further improved by using a laminated separator. The reason is not clear, but the high mechanical strength of this separator shows high resistance to negative electrode expansion / contraction associated with the charge / discharge cycle. The reason is that it can be maintained.
本明細書において、「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。 In this specification, “heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” means that deformation such as softening is not observed at least at 150 ° C.
セパレータに係る多孔質層(I)は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、電池が多孔質層(I)の主体となる成分である熱可塑性樹脂の融点以上に達したときには、多孔質層(I)に係る熱可塑性樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。 The porous layer (I) according to the separator is mainly for ensuring a shutdown function, and when the battery reaches or exceeds the melting point of the thermoplastic resin that is the main component of the porous layer (I), The thermoplastic resin related to the porous layer (I) melts and closes the pores of the separator, thereby causing a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction.
多孔質層(I)の主体となる熱可塑性樹脂としては、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が140℃以下の樹脂が好ましく、具体的には、例えばポリエチレンが挙げられる。また、多孔質層(I)の形態としては、電池用のセパレータとして通常用いられている微多孔膜や、不織布などの基材にポリエチレンの粒子を含む分散液を塗布し、乾燥するなどして得られるものなどのシート状物が挙げられる。ここで、多孔質層(I)の構成成分の全体積中〔空孔部分を除く全体積。セパレータに係る多孔質層(I)および多孔質層(II)の構成成分の体積含有率に関して、以下同じ。〕において、主体となる熱可塑性樹脂の体積含有率は、50体積%以上であり、70体積%以上であることがより好ましい。なお、例えば多孔質層(I)を前記ポリエチレンの微多孔膜で形成する場合は、熱可塑性樹脂の体積含有率が100体積%となる。 The thermoplastic resin that is the main component of the porous layer (I) is a resin having a melting point, that is, a melting temperature of 140 ° C. or less measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K 7121. Specific examples include polyethylene. In addition, as the form of the porous layer (I), a microporous film usually used as a battery separator or a base material such as a nonwoven fabric is coated with a dispersion containing polyethylene particles and dried. Examples thereof include sheet-like materials such as those obtained. Here, among the total volume of the constituent components of the porous layer (I) [the total volume excluding the pores. The same applies to the volume content of the constituent components of the porous layer (I) and the porous layer (II) relating to the separator. ], The volume content of the thermoplastic resin as a main component is 50% by volume or more, and more preferably 70% by volume or more. For example, when the porous layer (I) is formed of the polyethylene microporous film, the volume content of the thermoplastic resin is 100% by volume.
セパレータに係る多孔質層(II)は、電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、耐熱温度が150℃以上のフィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、たとえ多孔質層(I)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(II)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することがでる。また、この耐熱性の多孔質層(II)がセパレータの骨格として作用するため、多孔質層(I)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。 The porous layer (II) according to the separator has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the battery rises, and has a heat resistance temperature of 150 ° C. or higher. The function is secured by. In other words, when the battery becomes hot, even if the porous layer (I) shrinks, the porous layer (II) which does not easily shrink can cause the positive and negative electrodes directly when the separator is thermally shrunk. It is possible to prevent a short circuit due to the contact of. Moreover, since this heat-resistant porous layer (II) acts as a skeleton of the separator, the thermal contraction of the porous layer (I), that is, the thermal contraction of the entire separator itself can be suppressed.
多孔質層(II)に係るフィラーは、耐熱温度が150℃以上で、電池の有する電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであれば、無機粒子でも有機粒子でもよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、また、無機酸化物粒子、より具体的には、アルミナ、シリカ、ベーマイトが好ましい。アルミナ、シリカ、ベーマイトは、耐酸化性が高く、粒径や形状を所望の数値などに調整することが可能であるため、多孔質層(II)の空孔率を精度よく制御することが容易となる。なお、耐熱温度が150℃以上のフィラーは、例えば前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The filler related to the porous layer (II) has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, is stable with respect to the electrolyte solution of the battery, and is electrochemically stable that is not easily oxidized or reduced in the battery operating voltage range. If present, inorganic particles or organic particles may be used, but fine particles are preferable from the viewpoint of dispersion and the like, and inorganic oxide particles, more specifically, alumina, silica, and boehmite are preferable. Alumina, silica, and boehmite have high oxidation resistance, and the particle size and shape can be adjusted to the desired numerical values, making it easy to accurately control the porosity of the porous layer (II). It becomes. In addition, the filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more may use the thing of the said illustration individually by 1 type, and may use 2 or more types together, for example.
本発明の非水二次電池に係る非水電解質としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水電解液を使用できる。 As the non-aqueous electrolyte according to the non-aqueous secondary battery of the present invention, a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent can be used.
上記非水電解液に用いる有機溶媒としては、上記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものであれば特に限定されない。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等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;プロピオン酸メチル等の鎖状エステル;γ−ブチロラクトン等の環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等の鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル等のニトリル類;エチレングリコールサルファイト等の亜硫酸エステル類等が挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒等、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。 The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; dimethoxyethane, Chain ethers such as diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile; ethylene Examples thereof include sulfites such as glycol sulfite, and these may be used as a mixture of two or more. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.
上記非水電解液に用いるリチウム塩としては、溶媒中で解離してリチウムイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6等の無機リチウム塩、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(2≦n≦7)、LiN(RfOSO2)2〔ここで、Rfはフルオロアルキル基〕等の有機リチウム塩等を用いることができる。 The lithium salt used in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form lithium ions and does not easily cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and other inorganic lithium salts, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (2 ≦ n ≦ 7), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] or the like is used. be able to.
このリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/Lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/Lとすることがより好ましい。 The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / L, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / L.
また、非水電解液には、充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、ホスホノアセテート類化合物、1,3−ジオキサンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。 In addition, in the non-aqueous electrolyte, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, acid anhydride, sulfonic acid ester, for the purpose of improving the safety such as further improvement of charge / discharge cycle characteristics and high temperature storage property and prevention of overcharge, Additives (including these derivatives) such as dinitrile, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene, phosphonoacetate compounds, 1,3-dioxane as appropriate It can also be added.
更に、非水電解液には、ポリマーなどの公知のゲル化剤を添加してゲル化したもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。 Further, as the non-aqueous electrolyte, a gel (gel electrolyte) obtained by adding a known gelling agent such as a polymer can be used.
本発明のリチウムイオン二次電池において、負極と正極とは、セパレータを介して重ね合わせた積層体(積層電極体)や、この積層体を更に渦巻状に巻回した巻回体(巻回電極体)として用いることができる。積層電極体の場合には、巻回電極体に比べて、電池の充放電によって負極の体積が変化しても、正極との間の距離を保ちやすいため、電池特性がより良好に維持される。これらの理由から、本発明のリチウムイオン二次電池では、積層電極体を使用することがより好ましい。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode and the positive electrode are a laminated body (laminated electrode body) superposed via a separator, or a wound body (winding electrode) obtained by further winding the laminated body in a spiral shape. Body). In the case of a laminated electrode body, even if the volume of the negative electrode changes due to charging / discharging of the battery, the battery characteristics are more favorably maintained because it is easier to maintain the distance from the positive electrode. . For these reasons, it is more preferable to use a laminated electrode body in the lithium ion secondary battery of the present invention.
本発明のリチウムイオン二次電池に係る外装体には、金属ラミネートフィルム外装体を使用することが好ましい。金属ラミネートフィルム外装体は、例えば金属製の外装缶に比べて変形が容易であることから、電池の充電によって負極が膨張しても、負極合剤層や負極集電体の破壊が生じ難いからである。 It is preferable to use a metal laminate film outer package for the outer package according to the lithium ion secondary battery of the present invention. Since the metal laminate film outer package is easier to deform than, for example, a metal outer can, the negative electrode mixture layer and the negative electrode current collector are hardly broken even if the negative electrode expands due to battery charging. It is.
金属ラミネートフィルム外装体を構成する金属ラミネートフィルムとしては、例えば、外装樹脂層/金属層/内装樹脂層からなる3層構造の金属ラミネートフィルムが使用される。 As the metal laminate film constituting the metal laminate film exterior body, for example, a metal laminate film having a three-layer structure composed of exterior resin layer / metal layer / interior resin layer is used.
金属ラミネートフィルムにおける金属層としてはアルミニウムフィルム、ステンレス鋼フィルムなどが、内装樹脂層としては熱融着樹脂(例えば、110〜165℃程度の温度で熱融着性を発現する変性ポリオレフィンアイオノマーなど)で構成されたフィルムが挙げられる。また、金属ラミネートフィルムの外装樹脂層としては、ナイロンフィルム(ナイロン66フィルムなど)、ポリエステルフィルム(ポチエチレンテレフタレートフィルムなど)などが挙げられる。 The metal layer in the metal laminate film is an aluminum film, a stainless steel film or the like, and the interior resin layer is a heat-sealing resin (for example, a modified polyolefin ionomer that develops heat-fusibility at a temperature of about 110 to 165 ° C.). A structured film may be mentioned. Examples of the exterior resin layer of the metal laminate film include a nylon film (such as nylon 66 film) and a polyester film (such as polyethylene terephthalate film).
金属ラミネートフィルムにおいては、金属層の厚みは10〜150μmであることが好ましく、内装樹脂層の厚みは20〜100μmであることが好ましく、外装樹脂層の厚みは20〜100μmであることが好ましい。 In the metal laminate film, the thickness of the metal layer is preferably 10 to 150 μm, the thickness of the interior resin layer is preferably 20 to 100 μm, and the thickness of the exterior resin layer is preferably 20 to 100 μm.
外装体の形状については特に制限はないが、例えば、平面視で、3角形、4角形、5角形、6角形、7角形、8角形などの多角形であることが挙げられ、平面視で4角形(矩形または正方形)が一般的である。また、外装体のサイズについても特に制限はなく、所謂薄形や大型などの種々のサイズとすることができる。 The shape of the exterior body is not particularly limited. For example, the shape of the exterior body may be a polygon such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, a heptagon, and an octagon in plan view. A square (rectangular or square) is common. The size of the exterior body is not particularly limited, and can be various sizes such as a so-called thin shape and large size.
金属ラミネートフィルム外装体は、1枚の金属ラミネートフィルムを二つ折りにして構成したものであってもよく、2枚の金属ラミネートフィルムを重ねて構成したものであってもよい。 The metal laminate film exterior body may be configured by folding a single metal laminate film in two, or may be configured by stacking two metal laminate films.
なお、外装体の平面形状が多角形の場合、正極外部端子を引き出す辺と、負極外部端子を引き出す辺とは、同じ辺であってもよく、異なる辺であってもよい。 When the planar shape of the exterior body is a polygon, the side from which the positive external terminal is drawn out and the side from which the negative external terminal is drawn out may be the same side or different sides.
外装体における熱融着部の幅は、5〜20mmとすることが好ましい。 The width of the heat fusion part in the outer package is preferably 5 to 20 mm.
本発明のリチウムイオン二次電池は、0.1Cの放電電流レートで電圧が2.0Vに達するまで放電した時、前述した正極活物質に含まれるLiと、Li以外の金属M(Co、Mg、Zr、Ni、Mn、Tiなど)とのモル比率(Li/M)が0.9〜1.05である。
前述の通り、SiOxなど不可逆容量の高い負極活物質を負極に用いると、初期の充電時に正極活物質中のLiが消費されてしまい、充放電サイクル特性が著しく低下する問題があった。そこで前述の通り、負極にあらかじめLiを導入しておけば、負極活物質の不可逆容量分を補うことができ、正極活物質に含まれるLiの消費ロスが大幅に緩和される。よって電池の容量を大きくすることができるとともに、充放電サイクル特性も大幅に改善することができる。
上記の(Li/M)が0.9〜1.05は、前述した材料Sと黒鉛A,Bを適切な量、適切な比で含む、Liイオンの受容性が高い負極合剤層にLiを導入することで実現できる。負極合剤層にLiを導入するには、負極にLi源と接触させる方法、例えばLi箔を負極合剤層に貼付したり、粒子状のLiを負極合剤層中に含ませたり、負極表面にLiを蒸着させるなど、種々の公知の方法でLi源と負極とを接触させた状態で、非水電解液を充填して充放電させる方法や、負極とLi源とを接触しないように配置し、非水電解液を充填し、外部接続により充放電させる方法などがあげられる。
When the lithium ion secondary battery of the present invention is discharged at a discharge current rate of 0.1 C until the voltage reaches 2.0 V, Li contained in the positive electrode active material and a metal M other than Li (Co, Mg) , Zr, Ni, Mn, Ti, etc.) is a molar ratio (Li / M) of 0.9 to 1.05.
As described above, when a negative electrode active material having a high irreversible capacity such as SiO x is used for the negative electrode, Li in the positive electrode active material is consumed at the time of initial charge, and there is a problem that charge / discharge cycle characteristics are remarkably deteriorated. Therefore, as described above, if Li is introduced into the negative electrode in advance, the irreversible capacity of the negative electrode active material can be compensated, and the consumption loss of Li contained in the positive electrode active material is greatly reduced. Therefore, the capacity of the battery can be increased, and the charge / discharge cycle characteristics can be greatly improved.
The above (Li / M) of 0.9 to 1.05 is obtained by adding Li to the negative electrode mixture layer containing the above-described material S and graphites A and B in an appropriate amount and in an appropriate ratio and having high acceptability of Li ions. It can be realized by introducing. In order to introduce Li into the negative electrode mixture layer, a method of bringing the negative electrode into contact with a Li source, for example, sticking a Li foil to the negative electrode mixture layer, including particulate Li in the negative electrode mixture layer, In a state where the Li source and the negative electrode are brought into contact with each other by various methods such as depositing Li on the surface, charging and discharging with a nonaqueous electrolyte solution, and so as not to contact the negative electrode and the Li source Examples of the method include arranging, filling with a non-aqueous electrolyte, and charging and discharging by external connection.
また、リチウム含有複合酸化物の組成分析は、ICP(Inductive Coupled Plasma)法を用いて以下のように行うことができる。先ず、測定対象となる正極活物質を0.2g採取して100mL容器に入れる。その後、純水5mL、王水2mL、純水10mLを順に加えて加熱溶解し、冷却後、更に純水で25倍に希釈してJARRELASH社製のICP分析装置「ICP−757」を用いて、検量線法により組成を分析する。得られた結果から、組成量を導くことができる。 The composition analysis of the lithium-containing composite oxide can be performed as follows using an ICP (Inductive Coupled Plasma) method. First, 0.2 g of the positive electrode active material to be measured is collected and placed in a 100 mL container. Thereafter, 5 mL of pure water, 2 mL of aqua regia, and 10 mL of pure water were added in order and dissolved by heating. After cooling, the mixture was further diluted 25 times with pure water and an ICP analyzer “ICP-757” manufactured by JARRELASH was used. The composition is analyzed by a calibration curve method. The composition amount can be derived from the obtained results.
本発明のリチウムイオン二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池と同様に充電の上限電圧を4.2V程度として使用することもできるが、充電の上限電圧を、これよりも高い4.4V以上に設定して使用することも可能であり、これにより高容量化を図りつつ、長期にわたって繰り返し使用しても、安定して優れた特性を発揮することが可能である。なお、リチウムイオン二次電池の充電の上限電圧は、4.5V以下であることが好ましい。 The lithium ion secondary battery of the present invention can be used with a charging upper limit voltage of about 4.2 V as in the case of the conventional lithium ion secondary battery. However, the charging upper limit voltage is higher than 4.4 V. It is possible to set and use as described above. With this, it is possible to stably exhibit excellent characteristics even when repeatedly used over a long period of time while increasing the capacity. In addition, it is preferable that the upper limit voltage of charge of a lithium ion secondary battery is 4.5V or less.
本発明のリチウムイオン二次電池は、従来から知られているリチウムイオン二次電池と同様の用途に適用することができる。 The lithium ion secondary battery of the present invention can be applied to the same applications as conventionally known lithium ion secondary batteries.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。なお、表1に実施例で使用した黒鉛およびSiO表面を炭素材料で被覆した複合体の諸物性を示す。黒鉛A−1、A−2およびA−3は、請求項1で規定した平均粒子径が15μmを超え25μm以下の黒鉛Aであり、黒鉛a−1および黒鉛a−2は、請求項で規定した以外の平均粒子径である黒鉛である。黒鉛B−1および黒鉛B−2は、請求項1で規定した平均粒子径が8μm以上15μm以下であり、かつ黒鉛粒子の表面が非晶質炭素で被覆されている黒鉛Bであり、黒鉛b−1は請求項で規定した以外の平均粒子径である黒鉛である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention. Table 1 shows the physical properties of the composites obtained by coating the graphite and SiO surfaces used in the examples with carbon materials. Graphite A-1, A-2, and A-3 are graphite A having an average particle diameter defined in claim 1 of more than 15 μm and 25 μm or less, and graphite a-1 and graphite a-2 are defined in the claims. It is graphite which has an average particle diameter other than the above. Graphite B-1 and Graphite B-2 are graphite B having an average particle diameter of 8 μm or more and 15 μm or less as defined in claim 1, and the surface of the graphite particles is coated with amorphous carbon. -1 is graphite having an average particle diameter other than those specified in the claims.
(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO2:96.5質量部と、バインダであるP(VDF−CTFE)を10質量%の濃度で含むNMP溶液:20質量部と、導電助剤であるアセチレンブラック:1.5質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを厚みが15μmのアルミニウム箔の片面または両面に塗布し、120℃で12時間の真空乾燥を行って、アルミニウム箔の片面または両面に正極合剤層を形成し、プレス処理を行い、所定の大きさで切断して、帯状の正極を得た。なお、アルミニウム箔への正極合剤含有ペーストの塗布の際には、アルミニウム箔の一部が露出するようにし、アルミニウム箔の両面に正極合剤含有ペーストを塗布したものでは、表面で塗布部とした箇所は裏面も塗布部とした。得られた正極の正極合剤層の厚み(アルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成したものでは、片面あたりの厚み)は、55μmであった。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as positive electrode active material: 96.5 parts by mass, NMP solution containing P (VDF-CTFE) as a binder at a concentration of 10% by mass: 20 parts by mass, and acetylene black as a conductive auxiliary agent: 1. 5 parts by mass was kneaded using a biaxial kneader, and NMP was further added to adjust the viscosity to prepare a positive electrode mixture-containing paste. This paste is applied to one or both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours to form a positive electrode mixture layer on one or both sides of the aluminum foil, and subjected to a press treatment. A belt-like positive electrode was obtained. In addition, when applying the positive electrode mixture-containing paste to the aluminum foil, a part of the aluminum foil is exposed, and the positive electrode mixture-containing paste is applied to both sides of the aluminum foil. The applied part was also made into the application part. The thickness of the positive electrode mixture layer of the obtained positive electrode (the thickness per one side when the positive electrode mixture layer was formed on both surfaces of the aluminum foil) was 55 μm.
アルミニウム箔の片面に正極合剤層を形成した帯状の正極、およびアルミニウム箔の両面に正極合剤層を形成した帯状の正極を、タブ部とするためにアルミニウム箔(正極集電体)の露出部の一部が突出するように、かつ正極合剤層の形成部が四隅を曲線状とした略四角形状になるようにトムソン刃で打ち抜いて、正極集電体の片面に正極合剤層を有する電池用正極と、正極集電体の両面に正極合剤層を有する電池用正極とを得た。図1に、前記電池用正極を模式的に表す平面図を示している(ただし、正極の構造の理解を容易にするために、図1に示す正極のサイズは、必ずしも実際のものと一致していない)。正極10は、正極集電体12の露出部の一部が突出するように打ち抜いたタブ部13を有する形状とし、正極合剤層11の形成部の形状を四隅を曲線状にした略四角形とし、図中a、bおよびcの長さを、それぞれ5mm、30mmおよび2mmとした。
Exposure of aluminum foil (positive electrode current collector) to form a strip-shaped positive electrode with a positive electrode mixture layer formed on one side of the aluminum foil and a strip-shaped positive electrode with a positive electrode mixture layer formed on both sides of the aluminum foil as tabs Punch out with a Thomson blade so that a part of the part protrudes and the formation part of the positive electrode mixture layer becomes a substantially square shape with four corners curved, and the positive electrode mixture layer is formed on one side of the positive electrode current collector And a positive electrode for a battery having a positive electrode mixture layer on both surfaces of a positive electrode current collector. FIG. 1 is a plan view schematically showing the battery positive electrode (however, in order to facilitate understanding of the structure of the positive electrode, the size of the positive electrode shown in FIG. 1 does not necessarily match the actual one). Not) The
<負極の作製>
表1に示した、黒鉛A−1(表面を非晶質炭素で被覆していない黒鉛):25質量%と、黒鉛B−1(黒鉛からなる母粒子の表面を、ピッチを炭素源とした非晶質炭素で被覆した黒鉛):25質量%と、SiO表面を炭素材料で被覆した複合体Si−1(平均粒子径が8μm、比表面積が7.9m2/gで、複合体における炭素材料の量が20質量%):50質量%を、V型ブレンダーで12時間混合し、負極活物質を得た。
ポリアクリル酸:100質量部をイオン交換水:500質量部に投入して撹拌溶解させた後、NaOH:70質量部を加えてpHが7以下になるまで撹拌溶解させた。さらにイオン交換水を加えて、ポリアクリル酸のナトリウム塩の5質量%水溶液を調整した。この水溶液に、前記負極活物質と、CMCの1質量%水溶液と、カーボンブラックを加え、撹拌混合することで負極合剤用ペーストを得た。なお、本ペーストにおける,負極活物質:カーボンブラック:ポリアクリル酸のナトリウム塩:CMCの組成比(質量比)は、94:1.5:3:1.5とした。
<Production of negative electrode>
Graphite A-1 shown in Table 1 (graphite whose surface is not coated with amorphous carbon): 25% by mass, and graphite B-1 (the surface of the mother particles made of graphite, using pitch as the carbon source) Graphite coated with amorphous carbon: 25% by mass, and composite Si-1 having an SiO surface coated with a carbon material (average particle diameter of 8 μm, specific surface area of 7.9 m 2 / g, carbon in the composite) The amount of the material was 20% by mass): 50% by mass was mixed with a V-type blender for 12 hours to obtain a negative electrode active material.
After adding 100 parts by mass of polyacrylic acid to 500 parts by mass of ion-exchanged water and stirring and dissolving, NaOH: 70 parts by mass was added and stirred and dissolved until the pH became 7 or less. Further, ion exchange water was added to prepare a 5% by mass aqueous solution of sodium salt of polyacrylic acid. The negative electrode active material, a 1% by weight aqueous solution of CMC, and carbon black were added to this aqueous solution and mixed by stirring to obtain a negative electrode mixture paste. The composition ratio (mass ratio) of negative electrode active material: carbon black: sodium salt of polyacrylic acid: CMC in this paste was 94: 1.5: 3: 1.5.
前記負極合剤用ペーストを厚みが6μmの銅箔の両面に塗布し乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成し、プレス処理を行って負極合剤層の密度を1.4g/cm3に調整した後に所定の大きさで切断して、帯状の負極を得た。なお、銅箔への負極合剤含有ペーストの塗布の際には、銅箔の一部が露出するようにし、表面で塗布部とした箇所は裏面も塗布部とした。得られた負極の負極合剤層の厚み(負極集電体である銅箔の片面あたりの厚み)は、65μmであった。 The negative electrode mixture paste is applied to both sides of a copper foil having a thickness of 6 μm and dried to form a negative electrode mixture layer on both sides of the copper foil, and press treatment is performed to set the density of the negative electrode mixture layer to 1. After adjusting to 4 g / cm 3 , it was cut into a predetermined size to obtain a strip-shaped negative electrode. In addition, when apply | coating the negative mix containing paste to copper foil, a part of copper foil was exposed and the back surface also made the application part the part made into the application part on the surface. The thickness of the negative electrode mixture layer of the obtained negative electrode (thickness per one side of the copper foil as the negative electrode current collector) was 65 μm.
前記帯状の負極を、タブ部とするために銅箔(負極集電体)の露出部の一部が突出するように、かつ負極合剤層の形成部が四隅を曲線状とした略四角形状になるようにトムソン刃で打ち抜いて、負極集電体の両面に負極合剤層を有する電池用負極を得た。図2に、前記電池用負極を模式的に表す平面図を示している(ただし、負極の構造の理解を容易にするために、図2に示す負極のサイズは、必ずしも実際のものと一致していない)。負極20は、負極集電体22の露出部の一部が突出するように打ち抜いたタブ部23を有する形状とし、負極合剤層21の形成部の形状を四隅を曲線状にした略四角形とし、図中d、eおよびfの長さを、それぞれ6mm、31mmおよび2mmとした。
In order to make the strip-shaped negative electrode into a tab portion, a part of the exposed portion of the copper foil (negative electrode current collector) protrudes, and the negative electrode mixture layer forming portion has a substantially square shape with four corners curved. Then, a negative electrode for a battery having a negative electrode mixture layer on both surfaces of the negative electrode current collector was obtained. FIG. 2 is a plan view schematically showing the battery negative electrode (however, in order to facilitate understanding of the structure of the negative electrode, the size of the negative electrode shown in FIG. 2 does not necessarily match the actual size). Not) The
厚さ30μmのLi箔を打ち抜き、前述通り作製した負極の負極合剤層を有する面に、前記Li箔を表2に示す量でそれぞれ貼付した。この作業はアルゴンガス雰囲気のグローブボックス内で実施した。 A Li foil having a thickness of 30 μm was punched out, and the Li foil was pasted on the surface having the negative electrode mixture layer of the negative electrode prepared as described above in the amounts shown in Table 2. This operation was performed in a glove box with an argon gas atmosphere.
<電池の組み立て>
正極集電体の片面に正極合剤層を形成した電池用正極2枚、正極集電体の両面に正極合剤層を形成した電池用正極14枚、および負極集電体の両面に負極合剤層を形成した電池用負極15枚を用いて積層電極体を形成した。積層電極体では、上下の両端を正極集電体の片面に正極合剤層を形成した電池用正極として、それぞれの集電体が外側を向くように配置し、それらの間に負極集電体の両面に負極合剤層を形成した電池用負極と正極集電体の両面に正極合剤層を形成した電池用正極とを交互に配置し、各正極と各負極との間にはPE製セパレータ(厚み16μm)を介在させ、正極同士のタブ部、負極同士のタブ部を、それぞれ溶接して積層電極体を作製した。そして、前記積層電極体が収まるように窪みを形成した厚み:0.15mm、幅:34mm、高さ:50mmのアルミニウムラミネートフィルムの、前記窪みに前記積層電極体を挿入し、その上に前記と同じサイズのアルミニウムラミネートフィルムを置いて、両アルミニウムラミネートフィルムの3辺を熱溶着した。そして、両アルミニウムラミネートフィルムの残りの1辺から非水電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比3:7の混合溶媒に、LiPF6を1mol/lの濃度で溶解させ、更にビニレンカーボネートを3質量%となる量で添加した溶液)を注入した。その後、両アルミニウムラミネートフィルムの前記残りの1辺を真空熱封止して、図3に示す外観で、図4に示す断面構造のリチウムイオン二次電池を作製した。
<Battery assembly>
Two positive electrodes for a battery with a positive electrode mixture layer formed on one side of the positive electrode current collector, 14 positive electrodes for a battery with a positive electrode mixture layer formed on both sides of the positive electrode current collector, and a negative electrode mixture on both sides of the negative electrode current collector A laminated electrode body was formed using 15 battery negative electrodes on which the agent layer was formed. In the laminated electrode body, the upper and lower ends are arranged as the positive electrode for a battery in which a positive electrode mixture layer is formed on one surface of the positive electrode current collector, and the respective current collectors are arranged to face the outside, and the negative electrode current collector is interposed therebetween. The negative electrode for a battery having a negative electrode mixture layer formed on both sides thereof and the positive electrode for a battery having a positive electrode mixture layer formed on both sides of the positive electrode current collector are alternately arranged, and a PE made between each positive electrode and each negative electrode. A separator (thickness: 16 μm) was interposed, and the tab portions between the positive electrodes and the tab portions between the negative electrodes were welded to prepare a laminated electrode body. And the said laminated electrode body is inserted in the said hollow of the aluminum laminate film of thickness: 0.15mm, width: 34mm, and height: 50mm which formed the hollow so that the said laminated electrode body might be accommodated, and said and above An aluminum laminate film of the same size was placed and three sides of both aluminum laminate films were heat-welded. Then, from the remaining one side of both aluminum laminate films, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / l in a non-aqueous electrolyte (a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 3: 7), and vinylene carbonate was further added. The solution added in an amount of 3% by mass) was injected. Thereafter, the remaining one side of both aluminum laminate films was vacuum-sealed to produce a lithium ion secondary battery having the appearance shown in FIG. 3 and the cross-sectional structure shown in FIG.
ここで、図3および図4について説明すると、図3はリチウムイオン二次電池を模式的に表す平面図であり、図4は、図3のI−I線断面図である。非水二次電池100は、2枚のアルミニウムラミネートフィルムで構成したアルミニウムラミネートフィルム外装体101内に、正極と負極とをセパレータを介して積層して構成した積層電極体102と、非水電解液(図示しない)とを収容しており、アルミニウムラミネートフィルム外装体101は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。なお、図4では、図面が煩雑になることを避けるために、アルミニウムラミネートフィルム外装体101を構成している各層や、積層電極体を構成している正極、負極およびセパレータを区別して示していない。
Here, FIG. 3 and FIG. 4 will be described. FIG. 3 is a plan view schematically showing a lithium ion secondary battery, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. The nonaqueous
積層電極体102の有する各正極は、タブ部同士を溶接して一体化し、この溶接したタブ部の一体化物を電池100内で正極外部端子103と接続しており、また、図示していないが、積層電極体102の有する各負極も、タブ部同士を溶接して一体化し、この溶接したタブ部の一体化物を電池100内で負極外部端子104と接続している。そして、正極外部端子103および負極外部端子104は、外部の機器などと接続可能なように、片端側をアルミニウムラミネートフィルム外装体101の外側に引き出している。
以上の通り作製したリチウムイオン二次電池を、60℃の恒温槽内で24時間保管した。
Each positive electrode of the
The lithium ion secondary battery produced as described above was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 24 hours.
(実施例2〜16)
表1に示す材料Sおよび黒鉛を、表2に示す質量比率で混合した負極活物質を用いた以外は、すべて実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Examples 2 to 16)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material obtained by mixing the material S and graphite shown in Table 1 at a mass ratio shown in Table 2 was used.
(実施例17)
実施例1で作製した負極合剤用ペーストを、一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔を有した銅箔(厚みが10μm、貫通孔の直径が0.3mm、貫通孔間のピッチが2mm)の両面に塗布し乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層を形成し、プレス処理を行って負極合剤層の密度を1.4g/cm3に調整した後に所定の大きさで切断して、帯状の負極を得た。厚さ30μmのLi箔を打ち抜き、負極合剤層の片面に、表2に示した量のLi箔を貼付した。以下、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 17)
A copper foil having a through-hole penetrating the negative electrode mixture paste prepared in Example 1 from one surface to the other surface (thickness is 10 μm, diameter of the through-hole is 0.3 mm, and the pitch between the through-holes is 2 mm) and drying to form a negative electrode mixture layer on both sides of the copper foil, and after pressing to adjust the density of the negative electrode mixture layer to 1.4 g / cm 3 , a predetermined size is obtained. This was cut to obtain a strip-shaped negative electrode. A 30 μm-thick Li foil was punched out, and the amount of Li foil shown in Table 2 was attached to one side of the negative electrode mixture layer. Thereafter, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.
(実施例18)
変性ポリブチルアクリレートの樹脂バインダ:3質量部と、ベーマイト粉末(平均粒子径1μm):97質量部と、水:100質量部とを混合し、絶縁層形成スラリーを作製した。このスラリーを、厚さ12μmのリチウムイオン電池用ポリエチレン製微多孔膜;多孔質層(I)の片面に塗布、乾燥をした。多孔質層(I)の片面にベーマイトを主体とした多孔質層(II)を形成したセパレータを得た。なお、多孔質層(II)の厚みは3μmであった。このセパレータを用い、以下、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 18)
Modified polybutyl acrylate resin binder: 3 parts by mass, boehmite powder (average particle diameter: 1 μm): 97 parts by mass, and water: 100 parts by mass were mixed to prepare an insulating layer forming slurry. This slurry was applied to one side of a 12 μm thick polyethylene microporous membrane for lithium ion batteries; porous layer (I) and dried. A separator having a porous layer (II) mainly composed of boehmite on one surface of the porous layer (I) was obtained. The thickness of the porous layer (II) was 3 μm. Using this separator, a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例19)
正極活物質として、LiCoO2(80質量部)およびLi1.02Ni0.5Co0.2Mn0.3O2(20質量部)と、バインダであるP(VDF−CTFE)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させた溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、用いて実施例1と同様の手法で正極を作製した。以下、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 19)
As a positive electrode active material, LiCoO 2 (80 parts by mass) and Li 1.02 Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (20 parts by mass) and P (VDF-CTFE) as a binder are N- 20 parts by mass of a solution dissolved in methyl-2-pyrrolidone (NMP), 1 part by mass of artificial graphite and 1 part by mass of ketjen black, which are conductive assistants, are kneaded using a biaxial kneader, and further NMP Was added to adjust the viscosity to prepare a positive electrode mixture-containing paste. Using this paste, a positive electrode was produced in the same manner as in Example 1. Thereafter, a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例20)
負極合剤層に厚さ30μmのLi箔を貼付していないこと以外はすべて実施例1と同様にして負極を得た。以下、実施例1と同様にして正極、セパレータおよび負極とを介在させ、正極同士のタブ部、負極同士のタブ部を、それぞれ溶接して積層電極体を作製した。そして、前記積層電極体が収まるように窪みを形成した厚み:0.15mm、幅:68mm、高さ:50mmのアルミニウムラミネートフィルムの、前記窪みに前記積層電極体を挿入し、前記積層電極体の横側に、厚み:0.5mm、幅:10mm、高さ40mmの金属リチウム箔を、ニッケル製のリチウム対極端子105を溶接したニッケルメッシュに圧着したリチウム対極106を、図5に示すように配置した。その上に前記と同じサイズのアルミニウムラミネートフィルムを置いて、両アルミニウムラミネートフィルムの3辺を熱溶着した。この時、ラミネートフィルム内では積層電極体102とリチウム対極106とは、物理的に接触はしていない状態であった。そして、積層電極体102およびリチウム対極106にも行き届くよう非水電解液を注入し、図5に示す外観のリチウムイオン二次電池を作製した。
作製したリチウムイオン二次電池を、25℃の恒温槽内に5時間静置し、その後、負極外部端子104とリチウム対極端子105とを充放電装置を介して電気的に接続し、0.05Cの電流値で定電流・放電し、引き続いて0.01Vで定電圧放電し、その後に0.1Cの電流レートで電圧が1.5Vに達するまで充電した。
その後、リチウム対極部分を切り離すためにラミネートフィルムを切断し、切断部を熱溶着して図3に示す外観で、図4に示す断面構造のリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 20)
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 30 μm thick Li foil was not attached to the negative electrode mixture layer. Hereinafter, in the same manner as in Example 1, a positive electrode, a separator, and a negative electrode were interposed, and a tab portion between the positive electrodes and a tab portion between the negative electrodes were welded to produce a laminated electrode body. And the said laminated electrode body was inserted in the said hollow of the aluminum laminate film of thickness: 0.15mm, width: 68mm, and height: 50mm which formed the hollow so that the said laminated electrode body might be accommodated, and the said laminated electrode body On the lateral side, a
The produced lithium ion secondary battery was allowed to stand in a constant temperature bath at 25 ° C. for 5 hours, and then the negative electrode
Thereafter, the laminate film was cut in order to cut off the lithium counter electrode portion, and the cut portion was thermally welded to obtain the lithium ion secondary battery having the cross-sectional structure shown in FIG. 4 with the appearance shown in FIG.
(実施例21)
ポリフッ化ビニリデン(PVDF):6質量部と、ベーマイト粉末(平均粒子径1μm):80質量部と、黒鉛(平均粒子径2μm):14質量部と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP):100質量部とを混合し、多孔質層形成スラリーを作製した。このスラリーを、実施例1で作製した負極の負極合剤層の両方の面に塗布、乾燥をした。負極合剤層の両面にベーマイトを主体とした多孔質層を形成した負極を得た。なお、多孔質層の厚みは3μmであった。この負極を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 21)
Polyvinylidene fluoride (PVDF): 6 parts by mass, boehmite powder (average particle diameter 1 μm): 80 parts by mass, graphite (average particle diameter 2 μm): 14 parts by mass, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP): 100 parts by mass was mixed to prepare a porous layer forming slurry. This slurry was applied to both sides of the negative electrode mixture layer of the negative electrode prepared in Example 1 and dried. A negative electrode in which a porous layer mainly composed of boehmite was formed on both surfaces of the negative electrode mixture layer was obtained. The porous layer had a thickness of 3 μm. A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.
(比較例1)
表1に示した、黒鉛A−1(表面を非晶質炭素で被覆していない黒鉛):50質量%と、黒鉛B−1(黒鉛からなる母粒子の表面を、ピッチを炭素源とした非晶質炭素で被覆した黒鉛):50質量%を、V型ブレンダーで12時間混合し、負極活物質を得た。この負極活物質を使用し実施例1と同様にして負極を作製した。また、負極の負極合剤層にLi箔を貼付しない状態で、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
Graphite A-1 shown in Table 1 (graphite whose surface is not coated with amorphous carbon): 50% by mass, and graphite B-1 (the surface of the mother particles made of graphite, using pitch as the carbon source) Graphite coated with amorphous carbon): 50% by mass was mixed with a V-type blender for 12 hours to obtain a negative electrode active material. Using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1. Moreover, the lithium ion secondary battery was produced like Example 1 in the state which does not stick Li foil to the negative mix layer of a negative electrode.
(比較例2)
負極の負極合剤層にLi箔を貼付しなかったこと以外は、すべて実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the Li foil was not attached to the negative electrode mixture layer of the negative electrode.
(比較例3〜7)
表1に示す材料Sおよび黒鉛を、表2に示す質量比率で混合した負極活物質を用いた以外は、すべて実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Examples 3 to 7)
A lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material obtained by mixing the material S and graphite shown in Table 1 at a mass ratio shown in Table 2 was used.
表1〜3に示す実施例および比較例の各リチウムイオン二次電池について、下記の電池特性評価を行った。各電池の評価結果を表4に示す。 The following battery characteristic evaluation was performed about each lithium ion secondary battery of the Example and comparative example which are shown to Tables 1-3. Table 4 shows the evaluation results of each battery.
<正極活物質中のLi量測定>
60℃の恒温槽で24時間保管したリチウムイオン二次電池を、25℃の恒温槽内に5時間静置し、その後、各電池について、0.2Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vで定電圧充電し(定電流充電と定電圧充電との総充電時間が2.5時間)、その後に0.1Cの放電電流レートで電圧が2.0Vに達するまで放電した。その後、グローブボックス内でアルミラミネートを解体し、正極のみを取り出した。取り出した正極をジエチルカーボネートで洗浄したのち、正極合剤層を掻き出し、前述したICP法により、LiとLi以外の金属の組成比率;Li/M(Li;Li量、M;Li以外の金属量)を算出した。
<Measurement of Li content in positive electrode active material>
Lithium ion secondary batteries stored for 24 hours in a constant temperature bath at 60 ° C. are left in a constant temperature bath at 25 ° C. for 5 hours, and then each battery is charged with a constant current up to 4.4 V at a current value of 0.2 C. Subsequently, the battery is charged at a constant voltage of 4.4 V (the total charging time of the constant current charging and the constant voltage charging is 2.5 hours), and then the voltage reaches 2.0 V at a discharge current rate of 0.1 C. Discharged. Thereafter, the aluminum laminate was disassembled in the glove box, and only the positive electrode was taken out. After the taken-out positive electrode was washed with diethyl carbonate, the positive electrode mixture layer was scraped out, and by the ICP method described above, the composition ratio of metals other than Li and Li; Li / M (Li; Li amount, M; metal amount other than Li) ) Was calculated.
<初期放電容量と充放電サイクル特性評価>
実施例および比較例のリチウムイオン二次電池(上述したLi/M算出用とは別のもの)を、25℃の恒温槽内に5時間静置し、その後、各電池について、0.5Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vで定電圧充電し(定電流充電と定電圧充電との総充電時間が2.5時間)、その後に0.2Cの定電流で2.0V(比較例1は2.75V)まで放電を行って、初回放電容量を求めた。次に、各電池について、1Cの電流値で4.4Vまで定電流充電し、引き続いて4.4Vの定電圧で電流値が0.05Cになるまで充電した後に、1Cの電流値で2.0V(比較例1は2.75V)まで放電する一連の操作を1サイクルとして、これを500回サイクルした。そして、各電池について、前記の初回放電容量測定時と同じ条件で定電流−定電圧充電および定電流放電を行って、放電容量を求めた。そして、これらの放電容量を初回放電容量で除した値を百分率で表して、サイクル容量維持率を算出した。なお、初回放電容量は、比較例1の放電容量を100%とした場合の比率として示す。
<Evaluation of initial discharge capacity and charge / discharge cycle characteristics>
The lithium ion secondary batteries of Examples and Comparative Examples (separate from those for Li / M calculation described above) were allowed to stand in a thermostatic bath at 25 ° C. for 5 hours, and then 0.5 C of each battery was used. Constant current charge to 4.4V in current value, followed by constant voltage charge at 4.4V (total charge time of constant current charge and constant voltage charge is 2.5 hours), then 0.2C constant current Was discharged to 2.0 V (Comparative Example 1 was 2.75 V), and the initial discharge capacity was determined. Next, each battery was charged with a constant current up to 4.4 V at a current value of 1 C, subsequently charged with a constant voltage of 4.4 V until the current value reached 0.05 C, and then 2. with a current value of 1 C. A series of operations for discharging to 0 V (2.75 V in Comparative Example 1) was taken as one cycle, and this was cycled 500 times. And about each battery, the constant current-constant voltage charge and the constant current discharge were performed on the same conditions as the time of the said first time discharge capacity measurement, and the discharge capacity was calculated | required. Then, the cycle capacity retention rate was calculated by expressing the value obtained by dividing these discharge capacities by the initial discharge capacity as a percentage. The initial discharge capacity is shown as a ratio when the discharge capacity of Comparative Example 1 is 100%.
10 正極
11 正極合剤層
12 正極集電体
13 タブ部
20 負極
21 負極合剤層
22 負極集電体
23 タブ部
100 非水二次電池
101 金属ラミネートフィルム外装体
102 積層電極体
103 正極外部端子
104 負極外部端子
105 リチウム対極端子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記負極は、負極活物質を主体とした負極合剤層を、金属箔よりなる支持体の少なくとも一方の面に設けており、
前記負極活物質は、SiとOを構成元素に含む化合物SiOx(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)を含む材料Sと、平均粒子径が15μmを超え25μm以下の黒鉛Aと、平均粒子径が8μm以上15μm以下であり、黒鉛粒子の表面が非晶質炭素で被覆されている黒鉛Bとを含有し、
前記負極中に、含まれる全負極活物質の合計を100質量%とした場合、前記負極活物質として含まれる黒鉛Aおよび黒鉛Bの混合質量%(A+B)が20%以上99%未満であり、黒鉛Bに対する黒鉛Aの質量比率(A/B)が0.5以上4.5以下であり、
前記正極は、正極活物質としてLiとLi以外の金属Mで構成される金属酸化物であり、
0.1Cの放電電流レートで電圧が2.0Vに達するまで放電した時の、前記正極活物質に含まれるLiとLi以外の金属Mとのモル比率(Li/M)が0.9〜1.05であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 In a lithium ion secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolytic solution are loaded in at least an outer package,
The negative electrode is provided with a negative electrode mixture layer mainly composed of a negative electrode active material on at least one surface of a support made of a metal foil,
The negative electrode active material includes a material S containing a compound SiOx containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5), and the average particle size is Containing graphite A exceeding 15 μm and not more than 25 μm, and graphite B having an average particle diameter of 8 μm or more and 15 μm or less, and the surface of the graphite particles coated with amorphous carbon,
When the total of all negative electrode active materials contained in the negative electrode is 100% by mass, the mixed mass% (A + B) of graphite A and graphite B contained as the negative electrode active material is 20% or more and less than 99%, The mass ratio of graphite A to graphite B (A / B) is 0.5 or more and 4.5 or less,
The positive electrode is a metal oxide composed of a metal M other than Li and Li as a positive electrode active material,
When discharged at a discharge current rate of 0.1 C until the voltage reaches 2.0 V, the molar ratio (Li / M) between Li and the metal M other than Li contained in the positive electrode active material is 0.9 to 1 .05, a lithium ion secondary battery.
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