JP2018056021A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
近年の電子技術の発展又は環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが用いられていた。特に、省エネルギー化への要請が多くあり、それに貢献できる電気化学デバイスへの期待は高くなっている。蓄電デバイスの代表例であり、非水電解質二次電池の代表例でもあるリチウムイオン二次電池は、従来、主として携帯機器用充電池として使用されていたが、近年ではハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としても着目されており、更なる高エネルギー密度化の要求が高まっている。 With the recent development of electronic technology or increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices have been used. In particular, there are many demands for energy saving, and there are high expectations for electrochemical devices that can contribute to this. Lithium ion secondary batteries, which are representative examples of power storage devices and also representative examples of non-aqueous electrolyte secondary batteries, have been used mainly as rechargeable batteries for portable devices. However, in recent years, batteries for hybrid vehicles and electric vehicles have been used. As a result, there is an increasing demand for higher energy density.
リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を高める方法としては、高電圧で駆動可能な正極活物質を用いることが有効である。従来の層状型構造のLiCoO2又はスピネル型構造のLiMn2O4を正極活物質として用いたリチウムイオン電池は、4.2V以下(リチウム基準)で充放電する。これに対して、LiMn2O4のマンガンサイトをニッケル等で置換したリチウムマンガンニッケル複合酸化物(LiMn1.5Ni0.5O4等)を正極活物質として用いたリチウムイオン電池は、4.5V以上(リチウム基準)で充放電することが知られている(特許文献1)。 As a method for increasing the energy density of a lithium ion secondary battery, it is effective to use a positive electrode active material that can be driven at a high voltage. A conventional lithium ion battery using LiCoO 2 having a layered structure or LiMn 2 O 4 having a spinel structure as a positive electrode active material is charged and discharged at 4.2 V or lower (lithium reference). In contrast, a lithium ion battery using a lithium manganese nickel composite oxide (LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 or the like) in which the manganese site of LiMn 2 O 4 is replaced with nickel or the like as a positive electrode active material is 4 It is known to charge and discharge at 5 V or higher (lithium standard) (Patent Document 1).
リチウムマンガンニッケル複合酸化物を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池は、作動電圧が高いため、従来の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池と比べて電解液が酸化分解され易いため、実用化に向け高温環境下でのサイクル特性などの耐久性の向上が求められている。 A lithium ion secondary battery using lithium manganese nickel composite oxide as a positive electrode active material has a high operating voltage, and therefore, the electrolytic solution is more easily oxidatively decomposed than a lithium ion secondary battery using a conventional positive electrode active material. Therefore, improvement of durability such as cycle characteristics under a high temperature environment is required for practical use.
また、リチウムマンガンニッケル複合酸化物を合成すると、ニッケル系の不純物が出現し易いことが知られている(特許文献2)。このニッケル系不純物の主成分は、岩塩型構造であり、電気化学的に不活性であるため、ニッケル系不純物が存在すると、リチウムイオンの吸蔵・放出反応が阻害され、充放電容量又は入出力特性が悪化してしまう。 Further, it is known that when a lithium manganese nickel composite oxide is synthesized, nickel-based impurities are likely to appear (Patent Document 2). The main component of this nickel-based impurity is the rock salt structure, which is electrochemically inactive. Therefore, if nickel-based impurities are present, the lithium ion storage / release reaction is inhibited, and the charge / discharge capacity or input / output characteristics Will get worse.
従来、これらの電池性能の改良を目指して、特許文献3又は4に記載されている技術が提案されてきた。 Conventionally, the technique described in patent document 3 or 4 has been proposed with the aim of improving the battery performance.
特許文献3では、副生成する岩塩型構造を有する不純物を低減し、スピネル型構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物の結晶性を高めることで、放電容量を大きくする方法が記載されている。 Patent Document 3 describes a method for increasing the discharge capacity by reducing impurities having a by-product rock salt structure and increasing the crystallinity of a lithium manganese nickel composite oxide having a spinel structure.
また、特許文献4では、次の一般式:LiyNi0.5−xMn1.5+xO4−δ{式中、yが、0.9<y≦1.1であり、xが、0<x≦0.1であり、かつδが、δ>0である}で表され、かつマンガンの一部の酸化状態が+3であるリチウムマンガンニッケル複合酸化物について、サイクル特性又は入出力特性が改善することが記載されている。 In Patent Document 4, the following general formula: Li y Ni 0.5-x Mn 1.5 + x O 4-δ {wherein y is 0.9 <y ≦ 1.1, and x is Cycle characteristics or input / output characteristics of a lithium manganese nickel composite oxide in which 0 <x ≦ 0.1 and δ is δ> 0} and the oxidation state of a part of manganese is +3 Is described as improving.
しかしながら、特許文献3又は4に記載されている技術に代表される従来技術の中では、高温環境下でのサイクル特性(以下、高温サイクル特性とも呼ぶ)を満足するものは見出されておらず、実用化に際して重要な課題となっていた。 However, none of the conventional techniques represented by the technique described in Patent Document 3 or 4 satisfy the cycle characteristics under a high temperature environment (hereinafter also referred to as high temperature cycle characteristics). This has become an important issue for practical use.
例えば、特許文献3においては、ニッケル系不純物を低減することで、放電容量は増えているが、電解液とリチウムマンガンニッケル複合酸化物の界面における電解液の酸化分解反応を抑制できないため、高温サイクル特性に問題があった。 For example, in Patent Document 3, the discharge capacity is increased by reducing nickel impurities, but the oxidative decomposition reaction of the electrolyte solution at the interface between the electrolyte solution and the lithium manganese nickel composite oxide cannot be suppressed. There was a problem with the characteristics.
また、特許文献4においては、マンガンの一部の酸化状態が+3であるリチウムマンガンニッケル複合酸化物を用いることで、室温でのサイクル特性は向上するが、高温サイクル特性に問題があった。 In Patent Document 4, the use of a lithium manganese nickel composite oxide in which the oxidation state of a part of manganese is +3 improves the cycle characteristics at room temperature, but there is a problem with the high temperature cycle characteristics.
以上の現状に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、充放電容量と高温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である。 In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is to provide a lithium ion secondary battery excellent in charge / discharge capacity and high-temperature cycle characteristics.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討し、実験を重ねた結果、正極にリチウムイオンを含む良質な被膜を形成することで、高い放電容量を備え、かつ高温サイクルによる特性劣化を抑制できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]
正極;
負極;
セパレータ;及び
リチウムイオンを含む非水系電解液;
を含むリチウムイオン二次電池であって、
前記負極が、負極集電体と、前記負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
前記正極活物質が、下記一般式(A):
Li1+aMn1.5−bNi0.5−cMdO4−δ (A)
{式(A)中、aは、−0.2≦a≦0.2であり、bは、−0.3≦b≦0.3であり、cは、−0.3≦c≦0.3であり、dは、0≦d≦0.3であり、δは、−0.2≦δ≦0.2であり、Mは、Ni及びMn以外の遷移金属、並びにNa、K、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、P、Sb、B及びSから成る群より選ばれる少なくとも1つの元素であり、かつLiは、その一部が水素で置換されていてもよい。}
で表されるリチウムマンガンニッケル複合酸化物を含み、かつ
前記正極活物質層が、前記リチウムマンガンニッケル複合酸化物とは異なるリチウム化合物を含有し、さらに下記式(1)〜(3):
LiX1−OR1O−X2Li・・・・・・(1)
{式(1)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
LiX1−OR1O−X2R2・・・・・・(2)
{式(2)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R2は、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
R2X1−OR1O−X2R3・・・・・・(3)
{式(3)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R2及びR3は、それぞれ独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
から選択される1種以上の化合物を前記正極活物質層の単位質量当たり1.0×10−8mol/g〜3.0×10−2mol/g含有する、
前記リチウムイオン二次電池。
[2]
前記式(1)〜(3)から選択される1種以上の化合物の、前記正極活物質層の単位質量当たりの含有量をA、前記負極活物質層の単位質量当たりの含有量をB、としたとき、0.2≦A/B≦20である、[1]に記載のリチウムイオン二次電池。
[3]
前記リチウム化合物が、炭酸リチウム、酸化リチウム、及び水酸化リチウムから成る群から選択される少なくとも1種である、[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池。
[4]
前記一般式(A)において、cは、−0.1<c≦0.2である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
[5]
前記一般式(A)において、cは、−0.1<c≦0.1である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
[6]
前記リチウムマンガンニッケル複合酸化物のBET比表面積が1.0m2/g以下である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池。
[7]
前記非水系電解液が、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、ビニレンカーボネート及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される少なくとも1種の有機溶媒を含有する、[1]〜[6]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
[8]
前記非水系電解液が、LiPF6及びLiBF4のうち少なくとも1種を含有する、[1]〜[7]のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
The present inventors diligently studied to solve the above problems, and as a result of repeated experiments, by forming a high-quality coating film containing lithium ions on the positive electrode, it has a high discharge capacity and has a characteristic deterioration due to a high-temperature cycle. It was found that it can be suppressed. The present invention has been made based on such knowledge. That is, the present invention is as follows.
[1]
Positive electrode;
Negative electrode;
A separator; and a non-aqueous electrolyte containing lithium ions;
A lithium ion secondary battery comprising
The negative electrode has a negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector,
The positive electrode has a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode active material has the following general formula (A):
Li 1 + a Mn 1.5-b Ni 0.5-c M d O 4-δ (A)
{In Formula (A), a is −0.2 ≦ a ≦ 0.2, b is −0.3 ≦ b ≦ 0.3, and c is −0.3 ≦ c ≦ 0. .3, d is 0 ≦ d ≦ 0.3, δ is −0.2 ≦ δ ≦ 0.2, M is a transition metal other than Ni and Mn, and Na, K, Mg, Ca, Zn, Sr, Ba, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, P, Sb, B and S are at least one element selected from the group consisting of Li, It may be substituted with hydrogen. }
And the positive electrode active material layer contains a lithium compound different from the lithium manganese nickel composite oxide, and the following formulas (1) to (3):
LiX 1 -OR 1 O—X 2 Li (1)
{In Formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n. (Where n is 0 or 1). }
LiX 1 -OR 1 O-X 2 R 2 ······ (2)
{In Formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon A mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X 1 -OR 1 O- X 2 R 3 ······ (3)
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, 10 alkyl groups, mono- or polyhydroxyalkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 6 carbon atoms, Or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
Containing at least one compound selected from 1.0 × 10 −8 mol / g to 3.0 × 10 −2 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer,
The lithium ion secondary battery.
[2]
The content per unit mass of the positive electrode active material layer of one or more compounds selected from the formulas (1) to (3) is A, the content per unit mass of the negative electrode active material layer is B, The lithium ion secondary battery according to [1], wherein 0.2 ≦ A / B ≦ 20.
[3]
The lithium ion secondary battery according to [1] or [2], wherein the lithium compound is at least one selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide.
[4]
In the said general formula (A), c is a lithium ion secondary battery of any one of [1]-[3] which is -0.1 <c <= 0.2.
[5]
In the general formula (A), the lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein c is −0.1 <c ≦ 0.1.
[6]
The lithium ion battery according to any one of [1] to [5], wherein the lithium manganese nickel composite oxide has a BET specific surface area of 1.0 m 2 / g or less.
[7]
Any one of [1] to [6], wherein the nonaqueous electrolytic solution contains at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate. The lithium ion secondary battery according to item.
[8]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [7], wherein the non-aqueous electrolyte contains at least one of LiPF 6 and LiBF 4 .
本発明によれば、充放電容量および高温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 excellent in charge / discharge capacity and high-temperature cycle characteristics.
以下、本発明の実施形態(以下、「本実施形態」という。)を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態の各数値範囲における上限値及び下限値は任意に組み合わせて任意の数値範囲を構成することができる。 Hereinafter, although an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described in detail, the present invention is not limited to this embodiment. The upper limit value and the lower limit value in each numerical range of the present embodiment can be arbitrarily combined to constitute an arbitrary numerical range.
リチウムイオン二次電池は一般に、正極と、負極と、セパレータと、電解液とを主な構成要素とする。電解液としては、リチウムイオンを含む有機溶媒(以下、「非水系電解液」ともいう。)を用いる。 Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution as main components. As the electrolytic solution, an organic solvent containing lithium ions (hereinafter also referred to as “non-aqueous electrolytic solution”) is used.
<正極>
本実施形態における正極は、正極集電体と、その片面又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有する。
<Positive electrode>
The positive electrode in the present embodiment includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one side or both sides thereof.
本実施形態における正極は、リチウムイオン二次電池を組み立てる前の正極前駆体として、リチウム化合物を含むことが好ましい。後述のように、本実施形態では、リチウムイオン二次電池を組み立てる工程において、負極にリチウムイオンをプレドープすることが好ましい。本実施形態におけるプレドープ方法としては、リチウム化合物を含む正極前駆体と、負極と、セパレータと、非水系電解液とを用いてリチウムイオン二次電池を組み立てた後に、正極前駆体と負極との間に電圧を印加することが好ましい。リチウム化合物は、正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層内に含有されていることが好ましい。
本願明細書では、リチウムドープ工程前における正極を「正極前駆体」、リチウムドープ工程後における正極を「正極」と定義する。
It is preferable that the positive electrode in this embodiment contains a lithium compound as a positive electrode precursor before assembling a lithium ion secondary battery. As will be described later, in the present embodiment, in the step of assembling the lithium ion secondary battery, it is preferable that the negative electrode is pre-doped with lithium ions. As a pre-doping method in the present embodiment, a lithium ion secondary battery is assembled using a positive electrode precursor containing a lithium compound, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution, and then between the positive electrode precursor and the negative electrode. It is preferable to apply a voltage to. The lithium compound is preferably contained in the positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector of the positive electrode precursor.
In the present specification, the positive electrode before the lithium doping step is defined as “positive electrode precursor”, and the positive electrode after the lithium doping step is defined as “positive electrode”.
[正極活物質層]
正極活物質層は、遷移金属酸化物を含む正極活物質を含み、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、及び分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material containing a transition metal oxide, and may contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to this.
正極前駆体の正極活物質層は、リチウム化合物を含むことが好ましい。 The positive electrode active material layer of the positive electrode precursor preferably contains a lithium compound.
(正極活物質)
本実施形態に係る正極活物質は、リチウムマンガンニッケル複合酸化物を含む。また、リチウムマンガンニッケル複合酸化物は、下記一般式(A):
Li1+aMn1.5−bNi0.5−cMdO4−δ (A)
{式中、aは、−0.3≦a≦0.3であり、bは、−0.3≦b≦0.3であり、cは、−0.3≦c≦0.3であり、dは、0≦d≦0.3であり、δは、−0.2≦δ≦0.2であり、Mは、Ni及びMn以外の遷移金属、並びにNa、K、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、P、Sb、B及びSから成る群より選ばれる少なくとも1つの元素であり、かつLiは、その一部が水素で置換されていてもよい}で表される。
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material according to the present embodiment includes a lithium manganese nickel composite oxide. The lithium manganese nickel composite oxide has the following general formula (A):
Li 1 + a Mn 1.5-b Ni 0.5-c M d O 4-δ (A)
{Wherein a is −0.3 ≦ a ≦ 0.3, b is −0.3 ≦ b ≦ 0.3, and c is −0.3 ≦ c ≦ 0.3. Yes, d is 0 ≦ d ≦ 0.3, δ is −0.2 ≦ δ ≦ 0.2, M is a transition metal other than Ni and Mn, and Na, K, Mg, Ca , Zn, Sr, Ba, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, P, Sb, B and S is at least one element, and Li is partially substituted with hydrogen May be represented}.
リチウムマンガンニッケル複合酸化物は、主に、4.25〜3.8V付近(リチウム基準)でMn3+/Mn4+の酸化還元が行われ、4.7V付近(リチウム基準)でNi2+/Ni3+、及び/又はNi3+/Ni4+の酸化還元が行われ、リチウムイオンの挿入・脱離を行う。 The lithium manganese nickel composite oxide mainly undergoes oxidation reduction of Mn 3+ / Mn 4+ around 4.25 to 3.8 V (lithium reference), and Ni 2+ / Ni 3+ around 4.7 V (lithium reference). And / or Ni 3+ / Ni 4+ is oxidized and reduced, and lithium ions are inserted and desorbed.
上述の一般式(A)において、cは、−0.3≦c≦0.3であることが好ましい。cが−0.3以上であると、ニッケル系不純物が存在し難くなり、リチウムイオンの吸蔵・放出反応が阻害されず、充放電容量又は入出力特性が良化する。また、cが0.3以下であると、リチウムの挿入・脱離に伴う酸化還元が、高電位のニッケルに起因する割合が増え、平均作動電位が上がる。即ち、後述のドープ工程時に、リチウム化合物の酸化分解によって生じる化合物が正極活物質を被覆するまでの間に、正極活物質でのリチウムの挿入・脱離に伴う金属イオンの酸化還元量が減り、正極活物質からニッケルイオンとマンガンイオンが溶出する量が少なくなるため、高温サイクル特性が良化する。上述の一般式(A)において、cは、より好ましくは−0.1<c≦0.2であり、更に好ましくは−0.1<c≦0.1である。 In the above general formula (A), c is preferably −0.3 ≦ c ≦ 0.3. When c is −0.3 or more, nickel-based impurities are less likely to be present, lithium ion storage / release reactions are not hindered, and charge / discharge capacity or input / output characteristics are improved. Further, when c is 0.3 or less, the ratio of redox accompanying lithium insertion / extraction due to high-potential nickel increases, and the average operating potential increases. That is, during the dope process described later, the amount of metal ion oxidation-reduction associated with insertion / extraction of lithium in the positive electrode active material decreases until the compound generated by oxidative decomposition of the lithium compound covers the positive electrode active material, Since the amount of nickel ions and manganese ions eluted from the positive electrode active material is reduced, the high-temperature cycle characteristics are improved. In the above general formula (A), c is more preferably −0.1 <c ≦ 0.2, and further preferably −0.1 <c ≦ 0.1.
リチウムマンガンニッケル複合酸化物のBET表面積は、1.0m2/g以下であることが好ましい。BET表面積が1.0m2/g以下であると、非水系電解液がリチウムマンガンニッケル複合酸化物に接することが少なく、非水系電解液が酸化分解することを抑制できる。リチウムマンガンニッケル複合酸化物のBET表面積の下限値は、0m2/gを超えるか、又は0.3m2/g以上でよい。BET表面積が0.3m2/g以上であると、Liイオンの挿入・脱離を阻害することがなく、入出力特性が向上する。 The BET surface area of the lithium manganese nickel composite oxide is preferably 1.0 m 2 / g or less. When the BET surface area is 1.0 m 2 / g or less, the non-aqueous electrolyte solution is less likely to come into contact with the lithium manganese nickel composite oxide, and the non-aqueous electrolyte solution can be prevented from being oxidatively decomposed. The lower limit value of the BET surface area of the lithium manganese nickel composite oxide may exceed 0 m 2 / g, or may be 0.3 m 2 / g or more. When the BET surface area is 0.3 m 2 / g or more, the input / output characteristics are improved without inhibiting the insertion / extraction of Li ions.
本実施形態における正極活物質としては、リチウムマンガンニッケル複合酸化物のみを用いてもよいし、リチウムマンガンニッケル複合酸化物とともにその他の正極活物質を併用してもよい。その他の正極活物質としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixNiyM(1−y)O2(式中、Mは、Co、Mn、Al、Fe、Mg、及びTiから成る群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、かつyは0.2<y<0.97を満たす。)、LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LixMnO2、α−LixFeO2、LixVO2、LixCrO2、LixFePO4(式中、xは0≦x≦1を満たす)等が挙げられる。その他の正極活物質の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、15質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、10質量%以下である。その他の正極活物質の含有割合が15質量%以下の場合、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を高めることができる。 As the positive electrode active material in the present embodiment, only a lithium manganese nickel composite oxide may be used, or another positive electrode active material may be used in combination with the lithium manganese nickel composite oxide. Other positive electrode active materials include, for example, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Ni y M (1-y) O 2 (wherein M is Co, Mn, Al, Fe, Mg, and And at least one element selected from the group consisting of Ti and y satisfies 0.2 <y <0.97.), Li x Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li x MnO 2 , α-Li x FeO 2 , Li x VO 2 , Li x CrO 2 , Li x FePO 4 (wherein x satisfies 0 ≦ x ≦ 1) and the like. The content ratio of the other positive electrode active material is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. When the content rate of other positive electrode active materials is 15 mass% or less, the energy density of a lithium ion secondary battery can be raised.
正極活物質の平均粒子径は、1〜20μmであることが好ましい。正極活物質の平均粒子径が1μm以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。正極活物質の平均粒子径が小さいと耐久性が低くなる場合があるが、平均粒子径が1μm以上であれば耐久性が低くなり難い。正極活物質の平均粒子径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。正極活物質の平均粒子径は、より好ましくは1〜15μmであり、更に好ましくは1〜10μmである。 The average particle size of the positive electrode active material is preferably 1 to 20 μm. When the average particle diameter of the positive electrode active material is 1 μm or more, the capacity per electrode volume tends to increase because the density of the active material layer is high. If the average particle size of the positive electrode active material is small, the durability may be low. However, if the average particle size is 1 μm or more, the durability is unlikely to decrease. When the average particle size of the positive electrode active material is 20 μm or less, it tends to be easily adapted to high-speed charge / discharge. The average particle diameter of the positive electrode active material is more preferably 1 to 15 μm, still more preferably 1 to 10 μm.
正極活物層における正極活物質の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、35質量%以上95質量%以下であることが好ましい。正極活物質の含有割合の下限としては、45質量%以上であることがより好ましく、55質量%以上であることがさらに好ましい。正極活物質の含有割合の上限としては、90質量%以下であることが更に好ましい。正極活物質層における正極活物質の含有割合が35質量%以上95質量%以下であることにより、好適な充放電特性を発揮する。 The content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 35% by mass or more and 95% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. As a minimum of the content rate of a positive electrode active material, it is more preferable that it is 45 mass% or more, and it is further more preferable that it is 55 mass% or more. As an upper limit of the content rate of a positive electrode active material, it is still more preferable that it is 90 mass% or less. When the content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is 35% by mass or more and 95% by mass or less, suitable charge / discharge characteristics are exhibited.
(リチウム化合物)
本願明細書において、「リチウム化合物」とは、正極活物質ではなく、かつ式(1)〜(3)の化合物でもないリチウム化合物を意味する。
(Lithium compound)
In the present specification, the “lithium compound” means a lithium compound that is not a positive electrode active material and is not a compound of the formulas (1) to (3).
リチウム化合物としては、後述のリチウムドープ工程において正極で分解し、リチウムイオンを放出することが可能である、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、シュウ化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、硫化リチウム、リン化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、リン酸リチウム、シュウ酸リチウム、ギ酸リチウム、及び酢酸リチウムから成る群から選択される少なくとも1種が挙げられる。リチウム化合物としては、好ましくは炭酸リチウム、酸化リチウム、又は水酸化リチウムであり、より好ましくは、空気中での取り扱いが可能であり、吸湿性が低い炭酸リチウムである。このようなリチウム化合物は、電圧の印加によって分解し、負極へのリチウムドープのドーパント源として機能するとともに、正極活物質層において空孔を形成するので、電解液の保持性に優れ、かつイオン伝導性に優れる正極を形成することができる。 As a lithium compound, lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, lithium oxalate, and iodide can be decomposed at the positive electrode in the lithium doping step described later and release lithium ions. Examples thereof include at least one selected from the group consisting of lithium, lithium nitride, lithium sulfide, lithium phosphide, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium phosphate, lithium oxalate, lithium formate, and lithium acetate. The lithium compound is preferably lithium carbonate, lithium oxide, or lithium hydroxide, and more preferably lithium carbonate that can be handled in air and has low hygroscopicity. Such a lithium compound is decomposed by the application of a voltage, functions as a lithium-doped dopant source for the negative electrode, and forms pores in the positive electrode active material layer, so that it has excellent electrolyte retention and ion conduction. A positive electrode having excellent properties can be formed.
リチウム化合物は粒子状であることが好ましい。粒子状のリチウム化合物の平均粒子径は0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。リチウム化合物の平均粒子径の上限としては50μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが更に好ましい。リチウム化合物の平均粒子径が0.1μm以上であれば、正極におけるリチウム化合物の酸化反応後に残る空孔の容積が電解液を保持するのに十分に大きくなるため、高負荷充放電特性が向上する。リチウム化合物の平均粒子径が100μm以下であれば、リチウム化合物の表面積が過度に小さくはならないから、リチウム化合物の酸化反応の速度を確保することができる。リチウム化合物の平均粒子径が10μm以下であれば、リチウム化合物の表面積が増え、酸化速度がより向上できるため、更に好ましい。
リチウム化合物の微粒子化には、様々な方法を用いることができる。例えば、ボールミル、ビーズミル、リングミル、ジェットミル、ロッドミル等の粉砕機を使用することができる。
The lithium compound is preferably particulate. The average particle diameter of the particulate lithium compound is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. The upper limit of the average particle diameter of the lithium compound is more preferably 50 μm or less, and still more preferably 10 μm or less. If the average particle diameter of the lithium compound is 0.1 μm or more, the volume of the vacancies remaining after the oxidation reaction of the lithium compound in the positive electrode becomes sufficiently large to hold the electrolyte solution, so that high load charge / discharge characteristics are improved. . When the average particle size of the lithium compound is 100 μm or less, the surface area of the lithium compound does not become excessively small, so that the speed of the oxidation reaction of the lithium compound can be ensured. If the average particle diameter of a lithium compound is 10 micrometers or less, since the surface area of a lithium compound increases and an oxidation rate can be improved more, it is still more preferable.
Various methods can be used for micronization of the lithium compound. For example, a pulverizer such as a ball mill, a bead mill, a ring mill, a jet mill, or a rod mill can be used.
正極前駆体における正極活物質層中に含まれるリチウム化合物の含有割合は、正極前駆体における正極活物質層の全質量を基準として、1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、1質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。正極前駆体における正極活物質層中に含まれるリチウム化合物の含有割合が1質量%以上であれば、負極に十分なリチウムドープをすることができ、50質量%以下であれば、リチウム化合物が反応した後の正極密度を高くすることができ、正極の強度を保つことができるため好ましい。 The content ratio of the lithium compound contained in the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor. % To 20% by mass is more preferable. If the content ratio of the lithium compound contained in the positive electrode active material layer in the positive electrode precursor is 1% by mass or more, the negative electrode can be sufficiently doped with lithium, and if it is 50% by mass or less, the lithium compound reacts. It is preferable because the positive electrode density can be increased and the strength of the positive electrode can be maintained.
正極における正極活物質層中に含まれるリチウム化合物の量は、正極における正極活物質層の全質量を基準として、好ましくは0.5質量%以上50質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以上20質量%以下である。正極における正極活物質層中に含まれるリチウム化合物の量が0.5質量%以上であれば、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオン等の活性生成物を吸着する十分な量のリチウム化合物が存在するため、高負荷充放電サイクル特性が向上する。正極における正極活物質層中に含まれるリチウム化合物の量が50質量%以下であれば、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を高めることができる。 The amount of the lithium compound contained in the positive electrode active material layer in the positive electrode is preferably 0.5% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 0.5% by mass, based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode. It is 20 mass% or less. If the amount of the lithium compound contained in the positive electrode active material layer in the positive electrode is 0.5% by mass or more, a sufficient amount of the lithium compound that adsorbs an active product such as fluorine ions generated in a high load charge / discharge cycle is present. Therefore, the high load charge / discharge cycle characteristics are improved. When the amount of the lithium compound contained in the positive electrode active material layer in the positive electrode is 50% by mass or less, the energy density of the lithium ion secondary battery can be increased.
(高負荷充放電特性)
リチウムイオン二次電池を充放電する際、電解液中のリチウムイオンが充放電に伴って移動し、活物質と反応する。ここで、活物質へのイオンの挿入反応及び脱離反応の活性化エネルギーは、それぞれ異なる。そのため、特に充放電の負荷が大きい場合、イオンは充放電の変化に追従できなくなる。その結果、バルク電解液中の電解質濃度が下がるため、リチウムイオン二次電池の抵抗が上昇してしまう。
正極前駆体にリチウム化合物を含有させると、リチウム化合物を酸化分解することにより、正極内部に電解液を保持できる良好な空孔が形成される。理論に限定されないが、このような空孔を有する正極には、充放電中、活物質近傍に形成された空孔内の電解液からイオンが随時供給されるため、高負荷充放電サイクル特性が向上すると考えられる。
(High load charge / discharge characteristics)
When charging / discharging a lithium ion secondary battery, lithium ions in the electrolytic solution move along with charging / discharging and react with the active material. Here, the activation energies of the ion insertion reaction and desorption reaction into the active material are different. Therefore, especially when the charge / discharge load is large, ions cannot follow the change in charge / discharge. As a result, the electrolyte concentration in the bulk electrolyte solution decreases, and the resistance of the lithium ion secondary battery increases.
When a lithium compound is contained in the positive electrode precursor, good vacancies that can hold the electrolytic solution are formed inside the positive electrode by oxidizing and decomposing the lithium compound. Although not limited to theory, the positive electrode having such vacancies is supplied with ions from the electrolyte in the vacancies formed in the vicinity of the active material at any time during charge and discharge, and therefore has high load charge / discharge cycle characteristics. It is thought to improve.
(任意成分)
本実施形態における正極活物質層は、必要に応じて、正極活物質及びリチウム化合物の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
(Optional component)
The positive electrode active material layer in the present embodiment may contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer in addition to the positive electrode active material and the lithium compound as necessary.
導電性フィラーとしては、特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、カーボンナノチューブ、これらの混合物等を用いることができる。導電性フィラーの使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部超30質量部以下、より好ましくは0質量部超25質量部以下、さらに好ましくは1質量部以上20質量部以下である。混合量が30質量部以下であれば、正極活物質層における正極活物質の含有割合が多くなり、正極活物質層体積当たりのエネルギー密度を確保することができる。 The conductive filler is not particularly limited, and for example, acetylene black, ketjen black, vapor grown carbon fiber, graphite, carbon nanotube, a mixture thereof, and the like can be used. The amount of the conductive filler to be used is preferably more than 0 parts by mass and 30 parts by mass or less, more preferably more than 0 parts by mass and 25 parts by mass or less, further preferably 1 part by mass or more and 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Or less. When the mixing amount is 30 parts by mass or less, the content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is increased, and the energy density per volume of the positive electrode active material layer can be ensured.
結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは1質量部以上30質量部以下、より好ましくは1質量部以上15質量部以下、さらに好ましくは1質量部以上10質量部以下である。結着剤の量が1質量%以上であれば、十分な電極強度が発現される。一方で結着剤の量が30質量部以下であれば、正極活物質へのイオンの出入り及び拡散を阻害せず、高い入出力特性が発現される。 The binder is not particularly limited. For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, and the like. Can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass or more and 15 parts by mass or less, and further preferably 1 part by mass or more and 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Or less. When the amount of the binder is 1% by mass or more, sufficient electrode strength is exhibited. On the other hand, when the amount of the binder is 30 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without hindering the entry / exit and diffusion of ions to / from the positive electrode active material.
分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部超10質量部以下である。分散安定剤の量が10質量部以下であれば、正極活物質へのイオンの出入り及び拡散を阻害せず、高い入出力特性が発現される。 Although it does not restrict | limit especially as a dispersion stabilizer, For example, PVP (polyvinyl pyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), a cellulose derivative etc. can be used. The amount of the dispersion stabilizer used is preferably more than 0 parts by mass and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. When the amount of the dispersion stabilizer is 10 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without hindering the entry / exit and diffusion of ions to / from the positive electrode active material.
[正極集電体]
本実施形態における正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こり難い材料であれば特に制限はないが、金属箔が好ましい。本実施形態のリチウムイオン二次電池における正極集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。
金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
正極集電体の厚みは、正極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmが好ましい。なお、正極集電体が凹凸又は貫通孔を持つ場合には、凹凸又は貫通孔の存在しない部分に基づいて正極集電体の厚みを測定するものとする。
[Positive electrode current collector]
The material constituting the positive electrode current collector in the present embodiment is not particularly limited as long as it is a material that has high electron conductivity and does not easily deteriorate due to elution into the electrolyte solution and reaction with the electrolyte or ions. A foil is preferred. As the positive electrode current collector in the lithium ion secondary battery of the present embodiment, an aluminum foil is particularly preferable.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal, A metal foil having a through-hole such as an etching foil may be used.
Although the thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the positive electrode can be sufficiently maintained, for example, 1 to 100 μm is preferable. When the positive electrode current collector has irregularities or through holes, the thickness of the positive electrode current collector is measured based on a portion where there are no irregularities or through holes.
<負極>
本実施形態における負極は、負極集電体と、その片面又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有する。
<Negative electrode>
The negative electrode in the present embodiment includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material provided on one or both surfaces thereof.
[負極活物質層]
負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含み、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散材安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material that can occlude and release lithium ions, and may include optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer as necessary.
(負極活物質)
負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な物質を用いることができる。負極活物質としては、具体的には、炭素材料、チタン酸化物、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金、ケイ素化合物、錫、及び錫化合物等が挙げられる。炭素材料の含有率は、負極活物質の合計質量に対して、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上である。炭素材料の含有率は100質量%であってもよいが、他の材料との併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
(Negative electrode active material)
As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Specific examples of the negative electrode active material include carbon materials, titanium oxide, silicon, silicon oxide, silicon alloys, silicon compounds, tin, and tin compounds. The content of the carbon material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, with respect to the total mass of the negative electrode active material. The content of the carbon material may be 100% by mass, but is preferably 90% by mass or less, for example, 80% by mass or less from the viewpoint of obtaining the effect of the combined use with other materials. Also good.
炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素材料;易黒鉛化性炭素材料;カーボンブラック;カーボンナノ粒子;活性炭;人造黒鉛;天然黒鉛;黒鉛化メソフェーズカーボン小球体;黒鉛ウイスカ;ポリアセン系物質等のアモルファス炭素質材料;石油系のピッチ、石炭系のピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等の炭素質材料前駆体を熱処理して得られる炭素質材料;フルフリルアルコール樹脂又はノボラック樹脂の熱分解物;フラーレン;カーボンナノフォーン;及びこれらの複合炭素材料を挙げることができる。 Examples of carbon materials include non-graphitizable carbon materials; graphitizable carbon materials; carbon blacks; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; natural graphite; graphitized mesophase carbon microspheres; graphite whiskers; Amorphous carbonaceous materials; carbonaceous materials obtained by heat-treating carbonaceous material precursors such as petroleum pitch, coal pitch, mesocarbon microbeads, coke, synthetic resin (eg phenol resin); furfuryl Examples include thermal decomposition products of alcohol resins or novolak resins; fullerenes; carbon nanophones; and composite carbon materials thereof.
負極活物質の平均粒子径は1μm以上10μm以下であることが好ましく、下限値は、より好ましくは2μm以上、更に好ましくは2.5μm以上であり、上限値は、より好ましくは6μm以下、更に好ましくは4μm以下である。負極活物質の平均粒子径が1μm以上10μm以下であれば良好な耐久性が保たれる。 The average particle diameter of the negative electrode active material is preferably 1 μm or more and 10 μm or less, the lower limit value is more preferably 2 μm or more, further preferably 2.5 μm or more, and the upper limit value is more preferably 6 μm or less, still more preferably. Is 4 μm or less. When the average particle diameter of the negative electrode active material is 1 μm or more and 10 μm or less, good durability is maintained.
(任意成分)
本実施形態における負極活物質層は、負極活物質の他に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散材安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
(Optional component)
In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material layer in the present embodiment may include optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer as necessary.
導電性フィラーの種類は特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維等が例示される。導電性フィラーの使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部超30質量部以下、より好ましくは0質量部超20質量部以下、さらに好ましくは0質量部超15質量部以下である。 The type of the conductive filler is not particularly limited, and examples thereof include acetylene black, ketjen black, and vapor grown carbon fiber. The amount of the conductive filler used is preferably more than 0 parts by mass and less than 30 parts by mass, more preferably more than 0 parts by mass and less than 20 parts by mass, and even more preferably more than 0 parts by mass and more than 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. Or less.
結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは1質量部以上30質量部以下、より好ましくは2質量部以上27質量部以下、さらに好ましくは3質量部以上25質量部以下である。結着剤の量が1質量%以上であれば、十分な電極強度が発現される。結着剤の量が30質量部以下であれば、負極活物質へのリチウムイオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。 The binder is not particularly limited. For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), polyimide, latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, and the like. Can be used. The amount of the binder used is preferably 1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 27 parts by mass or less, and still more preferably 3 parts by mass or more and 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. Or less. When the amount of the binder is 1% by mass or more, sufficient electrode strength is exhibited. When the amount of the binder is 30 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting lithium ions from entering and leaving the negative electrode active material.
分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVP(ポリビニルピロリドン)、PVA(ポリビニルアルコール)、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、負極活物質100質量部に対して、好ましくは0質量部以上10質量部以下である。分散安定剤の量が10質量部以下であれば、負極活物質へのリチウムイオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。 Although it does not restrict | limit especially as a dispersion stabilizer, For example, PVP (polyvinyl pyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), a cellulose derivative etc. can be used. The amount of the dispersion stabilizer used is preferably 0 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. When the amount of the dispersion stabilizer is 10 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting lithium ions from entering and leaving the negative electrode active material.
[負極集電体]
本実施形態における負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、非水系電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化がおこらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔等が挙げられる。本実施形態のリチウムイオン二次電池における負極集電体としては、銅箔が好ましい。
金属箔は凹凸や貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
負極集電体の厚みは、負極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、1〜100μmが好ましい。なお、負極集電体が凹凸又は貫通孔を持つ場合には、凹凸又は貫通孔の存在しない部分に基づいて負極集電体の厚みを測定するものとする。
[Negative electrode current collector]
The material constituting the negative electrode current collector in this embodiment is preferably a metal foil that has high electron conductivity and does not deteriorate due to elution into a non-aqueous electrolyte and reaction with an electrolyte or ions. There is no restriction | limiting in particular as such metal foil, For example, aluminum foil, copper foil, nickel foil, stainless steel foil, etc. are mentioned. The negative electrode current collector in the lithium ion secondary battery of this embodiment is preferably a copper foil.
The metal foil may be a normal metal foil having no irregularities or through holes, or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic deposition, blasting, etc., expanded metal, punching metal, A metal foil having a through-hole such as an etching foil may be used.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the negative electrode can be sufficiently maintained, but for example, 1 to 100 μm is preferable. When the negative electrode current collector has irregularities or through holes, the thickness of the negative electrode current collector is measured based on a portion where there are no irregularities or through holes.
<正極前駆体および負極の製造>
正極前駆体及び負極は、それぞれ、正極集電体の片面又は両面上に正極活物質層、負極集電体の片面又は両面上に負極活物質層を有する。典型的には、正極活物質層は正極集電体の片面又は両面上に、負極活物質層は負極集電体の片面又は両面上に固着している。
<Production of positive electrode precursor and negative electrode>
Each of the positive electrode precursor and the negative electrode has a positive electrode active material layer on one side or both sides of the positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer on one side or both sides of the negative electrode current collector. Typically, the positive electrode active material layer is fixed on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector, and the negative electrode active material layer is fixed on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector.
正極前駆体及び負極は、既知のリチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、正極活物質又は負極活物質を含む各種材料を、水又は有機溶剤中に分散又は溶解して、それぞれ、スラリー状の正極用塗工液及び負極用塗工液を調製する。これらの正極用塗工液及び負極用塗工液を、それぞれ、正極集電体及び負極集電体の片面又は両面上に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより、正極前駆体及び負極を得ることができる。得られた正極前駆体及び/又は負極にプレスを施して、正極活物質層及び/又は負極活物質層の膜厚、嵩密度等を調整してもよい。或いは、溶剤を使用せずに、正極活物質又は負極活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて正極集電体又は負極集電体に貼り付ける方法も可能である。 The positive electrode precursor and the negative electrode can be manufactured by an electrode manufacturing technique in a known lithium ion secondary battery, electric double layer capacitor, or the like. For example, various materials including a positive electrode active material or a negative electrode active material are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare slurry-like positive electrode coating solution and negative electrode coating solution, respectively. By coating these positive electrode coating liquid and negative electrode coating liquid on one side or both sides of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively, a coating film is formed, and this is dried, whereby the positive electrode A precursor and a negative electrode can be obtained. You may press the obtained positive electrode precursor and / or negative electrode, and may adjust the film thickness, bulk density, etc. of a positive electrode active material layer and / or a negative electrode active material layer. Alternatively, various materials including a positive electrode active material or a negative electrode active material are mixed by a dry method without using a solvent, and the resulting mixture is press-molded, and then a positive electrode current collector or a negative electrode current collector using a conductive adhesive. A method of attaching to an electric body is also possible.
正極用塗工液及び負極用塗工液は、正極活物質または負極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水若しくは有機溶媒、及び/又はそれらに結着剤や分散安定剤が溶解若しくは分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤や分散安定剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、正極活物質又は負極活物質を含む各種材料粉末を追加して塗工液を調製してもよい。 The positive electrode coating liquid and the negative electrode coating liquid are obtained by dry blending part or all of various positive electrode active materials or various material powders containing the negative electrode active material, and then water or an organic solvent, and / or a binder or It may be prepared by adding a liquid or slurry substance in which the dispersion stabilizer is dissolved or dispersed. Also, a coating liquid is prepared by adding various material powders containing a positive electrode active material or a negative electrode active material to a liquid or slurry substance in which a binder or dispersion stabilizer is dissolved or dispersed in water or an organic solvent. May be.
正極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドする方法として、例えばボールミル等を使用して正極活物質及びリチウム化合物、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低いリチウム化合物に導電材をコーティングさせる予備混合をしてもよい。これにより、後述のリチウムドープ工程において正極前駆体でリチウム化合物が分解し易くなる。正極用塗工液の溶媒に水を使用する場合には、リチウム化合物を加えることで塗工液がアルカリ性になることもあるため、必要に応じてpH調整剤を添加してもよい。 As a method of dry blending part or all of various material powders including the positive electrode active material, for example, using a ball mill or the like, the positive electrode active material and the lithium compound, and a conductive filler as necessary are pre-mixed to be conductive. Alternatively, premixing may be performed in which a conductive material is coated on a lithium compound having a low content. Thereby, a lithium compound becomes easy to decompose | disassemble with a positive electrode precursor in the lithium dope process mentioned later. When water is used as a solvent for the positive electrode coating solution, the addition of a lithium compound may make the coating solution alkaline, so a pH adjuster may be added as necessary.
溶解又は分散方法は特に制限されるものではないが、好適にはホモディスパーや多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることができる。良好な分散状態の塗工液を得るためには、周速1m/s以上50m/s以下で分散することが好ましい。周速が1m/s以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。周速が50m/s以下であれば、分散による熱やせん断力により各種材料が破壊され難く、再凝集が低減されるため好ましい。 The dissolving or dispersing method is not particularly limited, but preferably a disperser such as a homodisper, a multi-axis disperser, a planetary mixer, a thin film swirl type high speed mixer or the like can be used. In order to obtain a coating liquid in a good dispersion state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m / s to 50 m / s. A peripheral speed of 1 m / s or more is preferable because various materials can be dissolved or dispersed satisfactorily. A peripheral speed of 50 m / s or less is preferable because various materials are not easily broken by heat and shearing force due to dispersion, and reaggregation is reduced.
塗工液の分散度は、粒ゲージで測定した粒度が0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。分散度の上限としては、より好ましくは粒度が80μm以下、さらに好ましくは粒度が50μm以下である。粒度が0.1μm以上であることは、正極活物質を含む各種材料粉末が塗工液作製時に過度に破砕されていないことを意味する。また、粒度が100μm以下であれば、塗工液吐出時の詰まりや塗膜のスジを発生することが少なく安定に塗工ができる。 Regarding the degree of dispersion of the coating liquid, the particle size measured with a particle gauge is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. As the upper limit of the degree of dispersion, the particle size is more preferably 80 μm or less, and further preferably the particle size is 50 μm or less. A particle size of 0.1 μm or more means that various material powders including the positive electrode active material are not excessively crushed during the preparation of the coating liquid. Further, when the particle size is 100 μm or less, clogging during coating liquid discharge and streaking of the coating film are not generated, and coating can be performed stably.
塗工液の粘度(ηb)は、好ましくは1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下、より好ましくは1,500mPa・s以上10,000mPa・s以下、さらに好ましくは1,700mPa・s以上5,000mPa・s以下である。塗工液の粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。塗工液の粘度(ηb)が20,000mPa・s以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.5以上である。TI値が1.1以上であれば、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。
The viscosity (ηb) of the coating solution is preferably 1,000 mPa · s or more and 20,000 mPa · s or less, more preferably 1,500 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less, and further preferably 1,700 mPa · s or more. 5,000 mPa · s or less. When the viscosity (ηb) of the coating liquid is 1,000 mPa · s or more, dripping during coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be controlled well. If the viscosity (ηb) of the coating liquid is 20,000 mPa · s or less, the coating liquid can be stably applied with little pressure loss in the flow path of the coating liquid when a coating machine is used, and the desired coating thickness The following can be controlled.
The TI value (thixotropic index value) of the coating solution is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and still more preferably 1.5 or more. When the TI value is 1.1 or more, the coating film width and thickness can be favorably controlled.
塗膜の形成方法は特に制限されるものではないが、好適にはダイコーターやコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることができる。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。正極前駆体を多層塗工する場合には、塗膜各層内のリチウム化合物の含有量が異なるように塗工液組成を調整してもよい。塗工速度は、好ましくは0.1m/分以上100m/分以下、より好ましくは0.5m/分以上70m/分以下、さらに好ましくは1m/分以上50m/分以下である。塗工速度が0.1m/分以上であれば、安定に塗工でき、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。 The method for forming the coating film is not particularly limited, but preferably a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, or a gravure coating machine can be used. The coating film may be formed by single layer coating or may be formed by multilayer coating. In the case of multilayer coating of the positive electrode precursor, the coating solution composition may be adjusted so that the lithium compound content in each layer of the coating film is different. The coating speed is preferably 0.1 m / min to 100 m / min, more preferably 0.5 m / min to 70 m / min, and further preferably 1 m / min to 50 m / min. If the coating speed is 0.1 m / min or more, the coating can be performed stably, and if it is 100 m / min or less, sufficient coating accuracy can be secured.
塗膜の乾燥方法は特に制限されるものではないが、好適には熱風乾燥や赤外線(IR)乾燥等の乾燥方法を用いることができる。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、好ましくは25℃以上200℃以下、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることができる。乾燥温度が200℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れやマイグレーションによる結着剤の偏在、正極集電体や負極集電体、正極活物質層や負極活物質層の酸化を抑制できる。 The method for drying the coating film is not particularly limited, but a drying method such as hot air drying or infrared (IR) drying can be preferably used. The coating film may be dried at a single temperature or may be dried by changing the temperature in multiple stages. Moreover, you may dry combining several drying methods. The drying temperature is preferably 25 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. When the drying temperature is 25 ° C. or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. If the drying temperature is 200 ° C. or lower, the cracking of the coating due to rapid solvent volatilization, the uneven distribution of the binder due to migration, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer Oxidation can be suppressed.
正極前駆体及び負極のプレス方法は特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることができる。正極活物質層および負極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は、後述するプレス圧力、隙間、プレス部の表面温度により調整できる。
プレス圧力は、好ましくは0.5kN/cm以上20kN/cm以下、より好ましくは1kN/cm以上10kN/cm以下、さらに好ましくは2kN/cm以上7kN/cm以下である。プレス圧力が0.5kN/cm以上であれば、電極強度を十分に高くできる。プレス圧力が20kN/cm以下であれば、正極前駆体および負極に撓みやシワが生じ難く、所望の膜厚や嵩密度に調整し易い。
プレスロール同士の隙間は、所望の膜厚や嵩密度となるように乾燥後の膜厚に応じて任意の値を設定できる。
プレス速度は、撓みやシワが低減されるよう任意の速度に設定できる。
プレス部の表面温度は、室温でもよいし、必要によりプレス部の表面を加熱してもよい。加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、好ましくは使用する結着材の融点マイナス60℃以上、より好ましくは結着材の融点マイナス45℃以上、さらに好ましくは結着材の融点マイナス30℃以上である。加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、好ましくは使用する結着材の融点プラス50℃以下、より好ましくは結着材の融点プラス30℃以下、さらに好ましくは結着材の融点プラス20℃以下である。例えば、結着材にPVdF(ポリフッ化ビニリデン:融点150℃)を用いた場合、好ましくは90℃以上200℃以下、より好ましく105℃以上180℃以下、さらに好ましくは120℃以上170℃以下にプレス部の表面を加熱する。結着材にスチレン−ブタジエン共重合体(融点100℃)を用いた場合、好ましくは40℃以上150℃以下、より好ましくは55℃以上130℃以下、さらに好ましくは70℃以上120℃以下にプレス部の表面を加温する。
結着剤の融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry、示差走査熱量分析)の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「DSC7」を用いて、試料樹脂10mgを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度30℃から10℃/分の昇温速度で250℃まで昇温し、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
The method for pressing the positive electrode precursor and the negative electrode is not particularly limited, but a press such as a hydraulic press or a vacuum press can be preferably used. The film thickness, bulk density, and electrode strength of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer can be adjusted by the press pressure, the gap, and the surface temperature of the press part described later.
The pressing pressure is preferably 0.5 kN / cm or more and 20 kN / cm or less, more preferably 1 kN / cm or more and 10 kN / cm or less, and further preferably 2 kN / cm or more and 7 kN / cm or less. If the pressing pressure is 0.5 kN / cm or more, the electrode strength can be sufficiently increased. When the pressing pressure is 20 kN / cm or less, the positive electrode precursor and the negative electrode are unlikely to bend or wrinkle, and can be easily adjusted to a desired film thickness and bulk density.
The gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the film thickness after drying so as to have a desired film thickness and bulk density.
The press speed can be set to an arbitrary speed so that bending and wrinkles are reduced.
The surface temperature of the press part may be room temperature, or the surface of the press part may be heated if necessary. The lower limit of the surface temperature of the press part when heating is preferably the melting point of the binder used minus 60 ° C. or more, more preferably the melting point of the binder minus 45 ° C. or more, and more preferably the melting point of the binder minus 30. It is above ℃. The upper limit of the surface temperature of the press portion when heating is preferably the melting point of the binder used plus 50 ° C. or less, more preferably the melting point of the binder plus 30 ° C. or less, and more preferably the melting point of the binder plus 20 It is below ℃. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, it is preferably pressed at 90 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 105 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 120 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. Heat the surface of the part. When a styrene-butadiene copolymer (melting point 100 ° C.) is used as the binder, it is preferably pressed at 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, and further preferably 70 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. Warm the surface of the part.
The melting point of the binder can be determined at the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter “DSC7” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd., 10 mg of sample resin is set in a measurement cell, and the temperature is increased from 30 ° C. to 250 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature is raised, and the endothermic peak temperature in the temperature raising process becomes the melting point.
You may press several times, changing conditions of press pressure, a crevice, speed, and surface temperature of a press part.
正極活物質層の厚さは、正極集電体の片面当たり20μm以上200μm以下であることが好ましい。正極活物質層の厚さは、より好ましくは片面当たり25μm以上100μm以下であり、更に好ましくは30μm以上80μm以下である。正極活物質層の厚さが20μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。正極活物質層の厚さが200μm以下であれば、電極内のイオン拡散抵抗を低く維持することができる。そのため、正極集電体層の厚さが20μm以上200μm以下であれば、十分な出力特性が得られるとともに、セル体積を縮小することができ、従ってエネルギー密度を高めることができる。なお、正極集電体が貫通孔や凹凸を有する場合における正極活物質層の厚さとは、正極集電体の貫通孔や凹凸を有していない部分における片面当たりの正極活物質層の厚さの平均値をいう。 The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 200 μm or less per side of the positive electrode current collector. The thickness of the positive electrode active material layer is more preferably 25 μm or more and 100 μm or less, more preferably 30 μm or more and 80 μm or less per side. If the thickness of the positive electrode active material layer is 20 μm or more, sufficient charge / discharge capacity can be exhibited. If the thickness of the positive electrode active material layer is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. Therefore, if the thickness of the positive electrode current collector layer is 20 μm or more and 200 μm or less, sufficient output characteristics can be obtained, the cell volume can be reduced, and therefore the energy density can be increased. The thickness of the positive electrode active material layer in the case where the positive electrode current collector has through-holes and irregularities is the thickness of the positive electrode active material layer per side in the portion of the positive electrode current collector that does not have through-holes and irregularities. The average value of
負極活物質層の厚さは、負極集電体の片面当たり5μm以上100μm以下が好ましい。負極活物質層の厚みの下限は、より好ましくは7μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上である。負極活物質層の厚みの上限は、より好ましくは80μm以下であり、さらに好ましくは60μm以下である。負極活物質層の厚さが5μm以上であれば、負極活物質層を塗工した際にスジ等が発生し難く、塗工性に優れる。負極活物質層の厚さが100μm以下であれば、セル体積を縮小することによって高いエネルギー密度を発現できる。なお、負極集電体が凹凸を有する場合における負極活物質層の厚さとは、負極集電体の凹凸を有していない部分における片面当たりの負極活物質層の厚さの平均値をいう。 The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 100 μm or less per side of the negative electrode current collector. The lower limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 7 μm or more, and further preferably 10 μm or more. The upper limit of the thickness of the negative electrode active material layer is more preferably 80 μm or less, and even more preferably 60 μm or less. When the thickness of the negative electrode active material layer is 5 μm or more, streaks or the like hardly occur when the negative electrode active material layer is applied, and the coating property is excellent. When the thickness of the negative electrode active material layer is 100 μm or less, a high energy density can be expressed by reducing the cell volume. Note that the thickness of the negative electrode active material layer in the case where the negative electrode current collector has unevenness means an average value of the thickness of the negative electrode active material layer per one surface in a portion where the negative electrode current collector does not have unevenness.
負極活物質層の嵩密度は、好ましくは0.30g/cm3以上1.8g/cm3以下、より好ましくは0.40g/cm3以上1.5g/cm3以下、さらに好ましくは0.45g/cm3以上1.3g/cm3以下である。負極活物質層の嵩密度が0.30g/cm3以上であれば、十分な強度を保つことができるとともに、負極活物質間の十分な導電性を発現することができる。負極活物質層の嵩密度が1.8g/cm3以下であれば、負極活物質層内でイオンが十分に拡散できる空孔が確保できる。 The bulk density of the negative electrode active material layer is preferably 0.30 g / cm 3 or more and 1.8 g / cm 3 or less, more preferably 0.40 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less, and further preferably 0.45 g. / Cm 3 or more and 1.3 g / cm 3 or less. When the bulk density of the negative electrode active material layer is 0.30 g / cm 3 or more, sufficient strength can be maintained and sufficient conductivity between the negative electrode active materials can be exhibited. If the bulk density of the negative electrode active material layer is 1.8 g / cm 3 or less, vacancies capable of sufficiently diffusing ions in the negative electrode active material layer can be secured.
<セパレータ>
正極前駆体及び負極は、一般に、セパレータを介して積層又は捲回され、正極前駆体と、負極と、セパレータとを有する電極積層体、又は電極捲回体を形成する。
<Separator>
The positive electrode precursor and the negative electrode are generally laminated or wound via a separator to form an electrode laminate or an electrode winding body having a positive electrode precursor, a negative electrode, and a separator.
セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜、又は電気二重層キャパシタで用いられるセルロース製の不織紙等を用いることができる。これらのセパレータの片面又は両面上に、有機又は無機の微粒子から構成される膜が積層されていてもよい。また、セパレータの内部に有機又は無機の微粒子が含まれていてもよい。 As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, a cellulose nonwoven paper used in an electric double layer capacitor, or the like can be used. A film composed of organic or inorganic fine particles may be laminated on one side or both sides of these separators. Further, organic or inorganic fine particles may be contained inside the separator.
セパレータの厚みは5μm以上35μm以下が好ましい。セパレータの厚みが5μm以上であることにより、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。セパレータの厚みが35μm以下であることにより、リチウムイオン二次電池の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。 The thickness of the separator is preferably 5 μm or more and 35 μm or less. It is preferable that the thickness of the separator is 5 μm or more because self-discharge due to an internal micro short circuit tends to be small. It is preferable that the thickness of the separator is 35 μm or less because the output characteristics of the lithium ion secondary battery tend to be high.
有機又は無機の微粒子から構成される膜の厚さは、1μm以上10μm以下であることが好ましい。有機又は無機の微粒子から構成される膜の厚さが1μm以上であることにより、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。有機又は無機の微粒子から構成される膜の厚さが10μm以下であることにより、リチウムイオン二次電池の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。 The thickness of the film composed of organic or inorganic fine particles is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. A film composed of organic or inorganic fine particles having a thickness of 1 μm or more is preferable because self-discharge due to internal micro-shorts tends to be small. It is preferable that the film composed of organic or inorganic fine particles has a thickness of 10 μm or less because the output characteristics of the lithium ion secondary battery tend to be high.
セパレータは、非水系電解液の浸透により膨潤する有機ポリマーを含んでいてもよいし、セパレータの代替として有機ポリマーを単体で用いてもよい。有機ポリマーとしては、特に制限はないが、非水系電解液との親和性がよく、電解液を浸透させ膨潤させることでゲル化するものが好ましい。有機ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビリニデン、ポリメチルメタクリレート、及びこれらの混合物は、ゲル化したときに高いリチウムイオン伝導性を発現できるため、好適に用いられる。
有機ポリマーは、電解液を有機ポリマー内に包含することができる。そのため、外装体が傷ついた際、リチウムイオン二次電池から電解液が外部に流出することを防ぐ効果があり、安全上好ましい。
The separator may contain an organic polymer that swells by permeation of the non-aqueous electrolyte solution, or an organic polymer may be used alone as an alternative to the separator. Although there is no restriction | limiting in particular as an organic polymer, Affinity with non-aqueous electrolyte solution is good, and what gelatinizes by making electrolyte solution osmose | permeate and swell is preferable. As the organic polymer, for example, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, poly (vinylidene fluoride), polymethyl methacrylate, and a mixture thereof can be suitably used because they can exhibit high lithium ion conductivity when gelled.
The organic polymer can include an electrolyte within the organic polymer. Therefore, when an exterior body is damaged, there exists an effect which prevents that an electrolyte solution flows out from a lithium ion secondary battery, and it is preferable on safety.
<リチウムイオン二次電池の製造>
[組立]
セル組み立て工程では、枚葉の形状にカットした正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層して成る積層体に、正極端子及び負極端子を接続して、電極積層体を作製する。あるいは、正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層及び捲回した捲回体に、正極端子及び負極端子を接続して、電極捲回体を作製する。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
[assembly]
In the cell assembling step, a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are connected to a laminate formed by laminating a positive electrode precursor and a negative electrode cut into a sheet shape via a separator to produce an electrode laminate. Or a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are connected to the winding body which laminated | stacked and wound the positive electrode precursor and the negative electrode through the separator, and an electrode winding body is produced. The shape of the electrode winding body may be a cylindrical shape or a flat shape.
正極端子及び負極端子の接続方法は特に限定されないが、抵抗溶接や超音波溶接などの方法で行うことができる。 Although the connection method of a positive electrode terminal and a negative electrode terminal is not specifically limited, It can carry out by methods, such as resistance welding and ultrasonic welding.
[外装体]
外装体としては、金属缶、ラミネート包材等を使用できる。金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。ラミネート包材としては、金属箔と樹脂フィルムとを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム/金属箔/内層樹脂フィルムの3層から構成されるラミネート包材が例示される。外層樹脂フィルムは、接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロン又はポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分及びガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内層樹脂フィルムは、内部に収納する電解液から金属箔を保護するとともに、外装体のヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変成ポリオレフィン等が好適に使用できる。
[Exterior body]
As the exterior body, a metal can, a laminate packaging material, or the like can be used. The metal can is preferably made of aluminum. As the laminate packaging material, a film in which a metal foil and a resin film are laminated is preferable, and a laminate packaging material composed of three layers of outer layer resin film / metal foil / inner layer resin film is exemplified. The outer layer resin film is for preventing the metal foil from being damaged by contact or the like, and a resin such as nylon or polyester can be suitably used. The metal foil is for preventing the permeation of moisture and gas, and foils of copper, aluminum, stainless steel and the like can be suitably used. The inner layer resin film protects the metal foil from the electrolyte contained therein, and melts and seals the outer body during heat sealing. Polyolefin, acid-modified polyolefin, and the like can be suitably used.
[外装材への収納]
乾燥した電極積層体または電極捲回体は、金属缶やラミネート包材に代表される外装体の中に収納し、開口部を1方だけ残して封止することが好ましい。外装体の封止方法は特に限定されないが、ラミネート包材を用いる場合は、ヒートシールやインパルスシールなどの方法を用いることができる。
[Storage in exterior material]
The dried electrode laminate or electrode winding body is preferably housed in an exterior body typified by a metal can or a laminate packaging material, and is sealed with only one opening left. Although the sealing method of an exterior body is not specifically limited, When using a laminate packaging material, methods, such as a heat seal and an impulse seal, can be used.
[乾燥]
外装体の中に収納した電極積層体または電極捲回体は、乾燥することで残存溶媒を除去することが好ましい。乾燥方法は限定されないが、真空乾燥などにより乾燥することができる。残存溶媒は、正極活物質層または負極活物質層の重量を基準として、1.5質量%以下が好ましい。残存溶媒が1.5質量%より多いと、系内に溶媒が残存し、自己放電特性やサイクル特性を悪化させることがあるため好ましくない。
[Dry]
It is preferable to remove the residual solvent by drying the electrode laminate or the electrode winding body housed in the exterior body. Although a drying method is not limited, it can dry by vacuum drying etc. The residual solvent is preferably 1.5% by mass or less based on the weight of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. When the residual solvent is more than 1.5% by mass, the solvent remains in the system, and the self-discharge characteristics and the cycle characteristics may be deteriorated.
[非水系電解液]
本実施形態における電解液は、リチウムイオンを含む非水系電解液である。すなわちこの非水系電解液は、後述する非水溶媒を含む。非水系電解液は、非水系電解液の合計体積を基準として、0.5mol/L以上のリチウム塩を含有することが好ましい。すなわち、非水系電解液は、リチウムイオンを電解質として含む。
[Non-aqueous electrolyte]
The electrolytic solution in the present embodiment is a non-aqueous electrolytic solution containing lithium ions. That is, this non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent described later. The non-aqueous electrolyte solution preferably contains 0.5 mol / L or more lithium salt based on the total volume of the non-aqueous electrolyte solution. That is, the non-aqueous electrolyte contains lithium ions as an electrolyte.
リチウム塩としては、例えば、(LiN(SO2F)2)、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C2F5)、LiN(SO2CF3)(SO2C2F4H)、LiC(SO2F)3、LiC(SO2CF3)3、LiC(SO2C2F5)3、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiPF6、及びLiBF4等が挙げられ、これらは単独で用いることができ、2種以上を混合して用いてもよい。高い伝導度を発現できることから、リチウム塩はLiPF6及び/又はLiBF4を含むことが好ましい。 Examples of the lithium salt include (LiN (SO 2 F) 2 ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ), LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 4 H), LiC (SO 2 F) 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 , LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, LiPF 6, and LiBF 4 and the like. these can be used alone or may be used in combination of two or more. The lithium salt preferably contains LiPF 6 and / or LiBF 4 because it can exhibit high conductivity.
非水系電解液中のリチウム塩濃度は、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5〜2.0mol/Lの範囲がより好ましい。リチウム塩濃度が0.5mol/L以上であれば、陰イオンが十分に存在するので電池の容量を十分高くできる。リチウム塩濃度が2.0mol/L以下である場合、未溶解のリチウム塩が非水系電解液中に析出すること、及び非水系電解液の粘度が高くなり過ぎることを防止でき、伝導度が低下し難く、出力特性も低下し難いため好ましい。 The lithium salt concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more, and more preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / L. If the lithium salt concentration is 0.5 mol / L or more, since the anion is sufficiently present, the battery capacity can be sufficiently increased. When the lithium salt concentration is 2.0 mol / L or less, it is possible to prevent undissolved lithium salt from precipitating in the non-aqueous electrolyte and preventing the viscosity of the non-aqueous electrolyte from becoming too high, resulting in a decrease in conductivity. This is preferable because it is difficult to reduce output characteristics.
本実施形態における非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有する。非水系電解液が環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有することは、所望の濃度のリチウム塩を溶解させる点、及び高いリチウムイオン伝導度を発現する点で有利である。環状カーボネートとしては、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に代表されるアルキレンカーボネート化合物が挙げられる。アルキレンカーボネート化合物は、典型的には非置換である。鎖状カーボネートとしては、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、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネート化合物が挙げられる。ジアルキルカーボネート化合物は典型的には非置換である。
本実施形態では、リチウム塩の溶解性と高リチウムイオン伝導度を確保し、かつ後述される式(1)〜(3)で表される化合物の前駆体を電池内に含有させるという観点から、非水系電解液が、有機溶媒として、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、ビニレンカーボネート及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。
The nonaqueous electrolytic solution in the present embodiment preferably contains a cyclic carbonate and a chain carbonate as a nonaqueous solvent. The nonaqueous electrolytic solution containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is advantageous in that a lithium salt having a desired concentration is dissolved and a high lithium ion conductivity is exhibited. Examples of the cyclic carbonate include alkylene carbonate compounds represented by ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. The alkylene carbonate compound is typically unsubstituted. Examples of the chain carbonate include dialkyl carbonate compounds represented by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. The dialkyl carbonate compound is typically unsubstituted.
In the present embodiment, from the viewpoint of ensuring the solubility of lithium salt and high lithium ion conductivity, and containing a precursor of a compound represented by formulas (1) to (3) described later in the battery, The nonaqueous electrolytic solution preferably contains at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate as an organic solvent.
環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の合計質量を基準として、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65質量%以上、更に好ましくは95質量%以下、より更に好ましくは90質量%以下である。環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計含有量が50質量%以上であれば、所望の濃度のリチウム塩を溶解させることが可能であり、高いリチウムイオン伝導度を発現することができる。環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計濃度が95質量%以下であれば、電解液が、後述する添加剤をさらに含有することができる。 The total content of the cyclic carbonate and the chain carbonate is preferably 50% by mass or more, more preferably 65% by mass or more, still more preferably 95% by mass or less, and still more preferably, based on the total mass of the nonaqueous electrolytic solution. 90% by mass or less. When the total content of the cyclic carbonate and the chain carbonate is 50% by mass or more, a lithium salt having a desired concentration can be dissolved, and high lithium ion conductivity can be expressed. When the total concentration of the cyclic carbonate and the chain carbonate is 95% by mass or less, the electrolytic solution can further contain an additive described later.
本実施形態における非水系電解液は、更に添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、特に制限されないが、例えば、スルトン化合物、環状ホスファゼン、非環状含フッ素エーテル、含フッ素環状カーボネート、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、及び環状酸無水物等が挙げられ、これらは単独で用いることができ、また2種以上を混合して用いてもよい。 The non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment may further contain an additive. The additive is not particularly limited, and examples thereof include sultone compounds, cyclic phosphazenes, acyclic fluorine-containing ethers, fluorine-containing cyclic carbonates, cyclic carbonates, cyclic carboxylic acid esters, and cyclic acid anhydrides. They can be used alone or in admixture of two or more.
[注液、含浸、封止工程]
組立工程の終了後に、外装体の中に収納された電極積層体に、非水系電解液を注液する。注液後に、更に含浸を行い、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に非水系電解液が浸っていない状態では、後述するリチウムドープ工程において、リチウムドープが不均一に進むため、得られるリチウムイオン二次電池の抵抗が上昇したり、耐久性が低下したりする。含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、非水系電解液を注液後に、電極積層体を外装材が開口した状態で減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にし、再度大気圧に戻す方法等を用いることができる。含浸後には、外装材が開口した状態で電極積層体を減圧しながら封止することで密閉することができる。
[Liquid injection, impregnation, sealing process]
After the assembly process is completed, a nonaqueous electrolytic solution is injected into the electrode laminate housed in the exterior body. It is desirable that further impregnation is performed after the injection, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator are sufficiently immersed in the nonaqueous electrolytic solution. In a state where the non-aqueous electrolyte solution is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the lithium doping proceeds in a non-uniform manner in the lithium doping step described later. It rises or the durability decreases. The impregnation method is not particularly limited. For example, after pouring a non-aqueous electrolyte, the electrode laminate is placed in a decompression chamber with the exterior material opened, and the inside of the chamber is decompressed using a vacuum pump. A method of returning the pressure to atmospheric pressure again can be used. After the impregnation, the electrode laminate can be sealed while being decompressed in a state where the exterior material is opened, and can be sealed.
[リチウムドープ工程]
本実施形態において、リチウムイオンを含む正極活物質及びリチウム化合物が、負極活物質へのリチウムイオンのドーパント源として機能する。リチウムドープ工程では、正極前駆体と負極との間に電圧を印加して、正極前駆体中のリチウム化合物を分解してリチウムイオンを放出し、負極でリチウムイオンを還元することにより負極活物質層にリオチウムイオンをプレドープすることが好ましい。
[Lithium doping process]
In this embodiment, the positive electrode active material and lithium compound containing lithium ions function as a dopant source for lithium ions into the negative electrode active material. In the lithium doping step, a negative electrode active material layer is formed by applying a voltage between the positive electrode precursor and the negative electrode, decomposing the lithium compound in the positive electrode precursor to release lithium ions, and reducing lithium ions at the negative electrode It is preferable to pre-dope riotium ions.
リチウムドープ工程において、正極前駆体中のリチウム化合物の酸化分解に伴い、CO2等のガスが発生する。そのため、電圧を印加する際には、発生したガスを外装体の外部に放出する手段を講ずることが好ましい。この手段としては、例えば、外装体の一部を開口させた状態で電圧を印加する方法;外装体の一部に予めガス抜き弁、ガス透過フィルム等の適宜のガス放出手段を設置した状態で電圧を印加する方法;
等を挙げることができる。
In the lithium doping step, a gas such as CO 2 is generated with the oxidative decomposition of the lithium compound in the positive electrode precursor. Therefore, when applying a voltage, it is preferable to provide a means for releasing the generated gas to the outside of the exterior body. As this means, for example, a method in which a voltage is applied in a state where a part of the exterior body is opened; in a state in which an appropriate gas releasing means such as a gas vent valve or a gas permeable film is previously installed in a part of the exterior body A method of applying a voltage;
Etc.
[エージング工程]
リチウムドープ後に、電極積層体にエージングを行うことが好ましい。エージングでは、非水系電解液中の溶媒が負極で分解し、負極表面にリチウムイオン透過性の固体高分子被膜が形成される。
[Aging process]
It is preferable to age the electrode stack after lithium doping. In aging, the solvent in the non-aqueous electrolyte is decomposed at the negative electrode, and a lithium ion permeable solid polymer film is formed on the negative electrode surface.
エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば高温環境下で電解液中の溶媒を反応させる方法等を用いることができる。 The aging method is not particularly limited. For example, a method of reacting a solvent in the electrolytic solution under a high temperature environment can be used.
[ガス抜き工程]
エージング後に、更にガス抜きを行い、電解液、正極、及び負極中に残存しているガスを確実に除去することが好ましい。電解液、正極、及び負極の少なくとも一部にガスが残存している状態では、イオン伝導が阻害されるため、得られるリチウムイオン二次電池の抵抗が上昇してしまう。
[Degassing process]
It is preferable to further degas after aging to reliably remove the gas remaining in the electrolyte, the positive electrode, and the negative electrode. In a state where gas remains in at least a part of the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode, ion conduction is inhibited, and thus the resistance of the obtained lithium ion secondary battery is increased.
ガス抜きの方法としては、特に制限されないが、例えば、外装体を開口した状態で電極積層体を減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にする方法等を用いることができる。ガス抜き後、外装体をシールすることにより外装体を密閉し、リチウムイオン二次電池を作製することができる。 The degassing method is not particularly limited. For example, a method in which the electrode stack is placed in a decompression chamber with the exterior body opened, and the interior of the chamber is decompressed using a vacuum pump can be used. . After degassing, the exterior body is sealed by sealing the exterior body, and a lithium ion secondary battery can be manufactured.
<リチウムイオン二次電池>
以上の方法により、リチウムイオン二次電池を製造することができる。このリチウムイオン二次電池は、一実施形態において、正極前駆体に含有されていたリチウム化合物が分解されて散逸した跡である空孔を有する多孔性の正極活物質層を有する正極と、リチウム化合物をドーパント源としてドープされた負極活物質層を有する負極と、を具備する。正極は、リチウムドープ工程にて分解しなかったリチウム化合物を含んでいてもよい。
<Lithium ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery can be manufactured by the above method. In one embodiment, the lithium ion secondary battery includes a positive electrode having a porous positive electrode active material layer having pores that are traces of decomposition and dissipation of a lithium compound contained in a positive electrode precursor, and a lithium compound. And a negative electrode having a negative electrode active material layer doped with a dopant source. The positive electrode may contain a lithium compound that has not been decomposed in the lithium doping step.
[正極]
正極活物質層の嵩密度は、好ましくは1.0g/cm3以上、より好ましくは1.2g/cm3以上4.5g/cm3以下の範囲である。正極活物質層の嵩密度が1.2g/cm3以上であれば、高いエネルギー密度を発現でき、リチウムイオン二次電池の小型化を達成できる。正極活物質層の嵩密度が4.5g/cm3以下であれば、正極活物質層内の空孔における電解液の拡散が十分となり、高い出力特性が得られる。
[Positive electrode]
The bulk density of the positive electrode active material layer is preferably 1.0 g / cm 3 or more, more preferably 1.2 g / cm 3 or more and 4.5 g / cm 3 or less. When the bulk density of the positive electrode active material layer is 1.2 g / cm 3 or more, a high energy density can be expressed, and downsizing of the lithium ion secondary battery can be achieved. When the bulk density of the positive electrode active material layer is 4.5 g / cm 3 or less, the electrolyte solution is sufficiently diffused in the pores in the positive electrode active material layer, and high output characteristics are obtained.
[リチウムドープ後の正極活物質層]
本実施形態におけるリチウムドープ後の正極活物質層は、下記式(1)〜(3)から選択される少なくとも1種の化合物を、正極活物質層の単位質量当たり1.0×10−8mol/g〜3.0×10−2mol/g含有する。
LiX1−OR1O−X2Li・・・・・・(1)
{式(1)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
LiX1−OR1O−X2R2・・・・・・(2)
{式(2)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R2は、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
R2X1−OR1O−X2R3・・・・・・(3)
{式(3)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R2及びR3は、それぞれ独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
[Positive electrode active material layer after lithium doping]
In the present embodiment, the positive electrode active material layer after lithium doping has at least one compound selected from the following formulas (1) to (3) at 1.0 × 10 −8 mol per unit mass of the positive electrode active material layer. / G to 3.0 × 10 −2 mol / g.
LiX 1 -OR 1 O—X 2 Li (1)
{In Formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n. (Where n is 0 or 1). }
LiX 1 -OR 1 O-X 2 R 2 ······ (2)
{In Formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon A mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X 1 -OR 1 O- X 2 R 3 ······ (3)
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, 10 alkyl groups, mono- or polyhydroxyalkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 6 carbon atoms, Or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
式(1)の化合物として特に好ましい化合物は、限定されないが、例えばLiOC2H4OLi、LiOC3H6OLi、LiOC2H4OCOOLi、LiOCOOC3H6OLi、LiOCOOC2H4OCOOLi、及びLiOCOOC3H6OCOOLiで表される化合物が挙げられる。 Particularly preferred compounds as the compound of formula (1) are not limited, but for example, LiOC 2 H 4 OLi, LiOC 3 H 6 OLi, LiOC 2 H 4 OCOOLi, LiOCOOC 3 H 6 OLi, LiOCOOC 2 H 4 OCOOLi, and LiOCOOC 3 A compound represented by H 6 OCOOLi is given.
式(2)の化合物として特に好ましい化合物は、限定されないが、例えばLiOC2H4OH、LiOC3H6OH、LiOC2H4OCOOH、LiOC3H6OCOOH、LiOCOOC2H4OCOOH、LiOCOOC3H6OCOOH、LiOC2H4OCH3、LiOC3H6OCH3、LiOC2H4OCOOCH3、LiOC3H6OCOOCH3、LiOCOOC2H4OCOOCH3、LiOCOOC3H6OCOOCH3、LiOC2H4OC2H5、LiOC3H6OC2H5、LiOC2H4OCOOC2H5、LiOC3H6OCOOC2H5、LiOCOOC2H4OCOOC2H5、LiOCOOC3H6OCOOC2H5で表される化合物が挙げられる。 Particularly preferable compounds as the compound of the formula (2) are not limited, but for example, LiOC 2 H 4 OH, LiOC 3 H 6 OH, LiOC 2 H 4 OCOOH, LiOC 3 H 6 OCOOH, LiOCOOC 2 H 4 OCOOH, LiOCOOC 3 H 6 OCOOH, LiOC 2 H 4 OCH 3, LiOC 3 H 6 OCH 3, LiOC 2 H 4 OCOOCH 3, LiOC 3 H 6 OCOOCH 3, LiOCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, LiOCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, LiOC 2 H 4 OC in 2 H 5, LiOC 3 H 6 OC 2 H 5, LiOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5, LiOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5, LiOCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5, LiOCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 It includes compounds.
式(3)の化合物として特に好ましい化合物は、限定されないが、例えばHOC2H4OH、HOC3H6OH、HOC2H4OCOOH、HOC3H6OCOOH、HOCOOC2H4OCOOH、HOCOOC3H6OCOOH、HOC2H4OCH3、HOC3H6OCH3、HOC2H4OCOOCH3、HOC3H6OCOOCH3、HOCOOC2H4OCOOCH3、HOCOOC3H6OCOOCH3、HOC2H4OC2H5、HOC3H6OC2H5、HOC2H4OCOOC2H5、HOC3H6OCOOC2H5、HOCOOC2H4OCOOC2H5、HOCOOC3H6OCOOC2H5、CH3OC2H4OCH3、CH3OC3H6OCH3、CH3OC2H4OCOOCH3、CH3OC3H6OCOOCH3、CH3OCOOC2H4OCOOCH3、CH3OCOOC3H6OCOOCH3、CH3OC2H4OC2H5、CH3OC3H6OC2H5、CH3OC2H4OCOOC2H5、CH3OC3H6OCOOC2H5、CH3OCOOC2H4OCOOC2H5、CH3OCOOC3H6OCOOC2H5、C2H5OC2H4OC2H5、C2H5OC3H6OC2H5、C2H5OC2H4OCOOC2H5、C2H5OC3H6OCOOC2H5、C2H5OCOOC2H4OCOOC2H5、及びC2H5OCOOC3H6OCOOC2H5で表される化合物が挙げられる。 Particularly preferred compounds as the compound of the formula (3) are not limited, but for example, HOC 2 H 4 OH, HOC 3 H 6 OH, HOC 2 H 4 OCOOH, HOC 3 H 6 OCOOH, HOCOOC 2 H 4 OCOOH, HOCOOC 3 H 6 OCOOH, HOC 2 H 4 OCH 3, HOC 3 H 6 OCH 3, HOC 2 H 4 OCOOCH 3, HOC 3 H 6 OCOOCH 3, HOCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, HOCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, HOC 2 H 4 OC 2 H 5 , HOC 3 H 6 OC 2 H 5 , HOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , HOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , HOCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , HOCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , 3 OC 2 H 4 OCH 3, CH OC 3 H 6 OCH 3, CH 3 OC 2 H 4 OCOOCH 3, CH 3 OC 3 H 6 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 2 H 4 OCOOCH 3, CH 3 OCOOC 3 H 6 OCOOCH 3, CH 3 OC 2 H 4 OC 2 H 5 , CH 3 OC 3 H 6 OC 2 H 5 , CH 3 OC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , CH 3 OCOOC 3 H 6 OCOOC 2 H 5 , C 2 H 5 OC 2 H 4 OC 2 H 5 , C 2 H 5 OC 3 H 6 OC 2 H 5 , C 2 H 5 OC 2 H 4 OCOOC 2 H 5 , C 2 H 5 OC 3 H 6 OCOOC 2 H 5, C 2 H 5 OCOOC 2 H 4 OCOOC 2 H 5, and C 2 H 5 OCO A compound represented by C 3 H 6 OCOOC 2 H 5 and the like.
本実施形態において、上記の式(1)〜(3)の化合物を正極活物質層内に含有させるための方法としては、例えば、正極活物質層に式(1)〜(3)の化合物を混合する方法;正極活物質層に式(1)〜(3)の化合物を吸着させる方法;及び正極活物質層に式(1)〜(3)の化合物を電気化学的に析出させる方法等が挙げられる。 In this embodiment, as a method for containing the compounds of the above formulas (1) to (3) in the positive electrode active material layer, for example, the compounds of formulas (1) to (3) are added to the positive electrode active material layer. A method of mixing; a method of adsorbing the compounds of formulas (1) to (3) on the positive electrode active material layer; and a method of electrochemically depositing the compounds of formulas (1) to (3) on the positive electrode active material layer. Can be mentioned.
式(1)〜(3)の化合物を正極活物質層内に含有させる好ましい方法としては、分解してこれらの化合物を生成し得る前駆体を非水系電解液中に含有させておき、リチウムイオン二次電池を作製する工程でこの前駆体を分解して、正極活物質層内に上記化合物を堆積させる方法が好ましい。 As a preferred method for incorporating the compounds of the formulas (1) to (3) into the positive electrode active material layer, a precursor that can be decomposed to produce these compounds is contained in a non-aqueous electrolyte, and lithium ions are added. A method in which the precursor is decomposed in the step of manufacturing a secondary battery and the compound is deposited in the positive electrode active material layer is preferable.
分解して式(1)〜(3)の化合物を形成する前駆体としては、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、ビニレンカーボネート、及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される少なくとも1種の有機溶媒が挙げられ、好ましくは、エチレンカーボネート、及びプロピレンカーボネートである。 The precursor that decomposes to form the compounds of formulas (1) to (3) is at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferred.
式(1)〜(3)の化合物の総量は、正極活物質層の単位質量当たりに、1.0×10−8mol/g以上であり、5.0×10−7mol/g以上であることがより好ましい。式(1)〜(3)の化合物の総量が、正極活物質層の単位質量当たり1.0×10−8mol/g以上であれば、非水系電解液が正極活物質に接することが少なく、非水系電解液が酸化分解することをより効果的に抑制できる。
式(1)〜(3)の化合物の総量は、正極活物質層の単位質量当たりに、3.0×10−2mol/g以下であり、好ましくは7.0×10−3mol/g以下、より好ましくは3.0×10−5mol/g以下である。式(1)〜(3)の化合物の総量が正極活物質層の単位質量当たり3.0×10−2mol/g以下であれば、リチウム(Li)イオンの拡散を阻害することが少なく、より高い入出力特性を発現することができる。
The total amount of the compounds of the formulas (1) to (3) is 1.0 × 10 −8 mol / g or more and 5.0 × 10 −7 mol / g or more per unit mass of the positive electrode active material layer. More preferably. When the total amount of the compounds of formulas (1) to (3) is 1.0 × 10 −8 mol / g or more per unit mass of the positive electrode active material layer, the non-aqueous electrolyte solution is less likely to come into contact with the positive electrode active material. In addition, the oxidative decomposition of the nonaqueous electrolytic solution can be more effectively suppressed.
The total amount of the compounds of the formulas (1) to (3) is 3.0 × 10 −2 mol / g or less, preferably 7.0 × 10 −3 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer. Hereinafter, it is more preferably 3.0 × 10 −5 mol / g or less. If the total amount of the compounds of the formulas (1) to (3) is 3.0 × 10 −2 mol / g or less per unit mass of the positive electrode active material layer, the diffusion of lithium (Li) ions is hardly inhibited, Higher input / output characteristics can be expressed.
[リチウムドープ後の負極活物質層]
本実施形態において負極活物質層は、前記式(1)〜(3)から選択される1種以上の化合物を該負極活物質層の単位質量当たり0.50×10−4mol/g〜120×10−4mol/g含有することが好ましい。リチウムドープ工程で前記式(1)〜(3)の化合物が負極活物質を被覆することで、正極活物質から溶出したニッケルイオンやマンガンイオンが、負極活物質の表面上でリチウムと反応して、リチウムを失活させてしまうということを効果的に抑制できる。
[Anode active material layer after lithium doping]
In the present embodiment, the negative electrode active material layer contains one or more compounds selected from the formulas (1) to (3) at 0.50 × 10 −4 mol / g to 120 per unit mass of the negative electrode active material layer. It is preferable to contain x10 < -4 > mol / g. In the lithium doping step, the compounds of the above formulas (1) to (3) coat the negative electrode active material, so that nickel ions and manganese ions eluted from the positive electrode active material react with lithium on the surface of the negative electrode active material. It is possible to effectively suppress the deactivation of lithium.
本実施形態において、上記の式(1)〜(3)の化合物を負極活物質層内に含有させるための方法としては、例えば、負極活物質層に式(1)〜(3)の化合物を混合する方法;負極活物質層に式(1)〜(3)の化合物を吸着させる方法;及び負極活物質層に式(1)〜(3)の化合物を電気化学的に析出させる方法等が挙げられる。 In this embodiment, as a method for containing the compounds of the above formulas (1) to (3) in the negative electrode active material layer, for example, the compounds of formulas (1) to (3) are added to the negative electrode active material layer. A method of mixing; a method of adsorbing the compounds of formulas (1) to (3) on the negative electrode active material layer; and a method of electrochemically depositing the compounds of formulas (1) to (3) on the negative electrode active material layer. Can be mentioned.
式(1)〜(3)の化合物を負極活物質層内に含有させる好ましい方法としては、分解してこれらの化合物を生成し得る前駆体を非水系電解液中に含有させておき、リチウムイオン二次電池を作製する工程でこの前駆体を分解して、負極活物質層内に上記化合物を堆積させる方法が好ましい。 As a preferred method for incorporating the compounds of the formulas (1) to (3) into the negative electrode active material layer, a precursor that can be decomposed to produce these compounds is contained in a non-aqueous electrolyte, and lithium ions are added. A method in which the precursor is decomposed in the step of manufacturing a secondary battery and the compound is deposited in the negative electrode active material layer is preferable.
分解して式(1)〜(3)の化合物を形成する前駆体としては、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、ビニレンカーボネート、及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される少なくとも1種の有機溶媒が挙げられ、好ましくは、エチレンカーボネート、及びプロピレンカーボネートである。 The precursor that decomposes to form the compounds of formulas (1) to (3) is at least one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferred.
式(1)〜(3)の化合物の総量は、負極活物質層の単位質量当たりに、好ましくは5.0×10−10mol/g以上、より好ましくは2.5×10−8mol/g以上である。式(1)〜(3)の化合物の総量が負極活物質層の単位質量当たり5.0×10−10mol/g以上であれば、非水系電解液が負極活物質に接することが少なく、非水系電解液が還元分解することをより効果的に抑制できる。
式(1)〜(3)の化合物の総量は、負極活物質層の単位質量当たりに、好ましくは1.5×10−3mol/g以下、より好ましくは3.5×10−4mol/g以下、更に好ましくは1.5×10−6mol/g以下である。式(1)〜(3)の化合物の総量が負極活物質層の単位質量当たり1.5×10−3mol/g以下であれば、リチウム(Li)イオンの拡散を阻害することが少なく、より高い入出力特性を発現することができる。
The total amount of the compounds of formulas (1) to (3) is preferably 5.0 × 10 −10 mol / g or more, more preferably 2.5 × 10 −8 mol / g per unit mass of the negative electrode active material layer. g or more. If the total amount of the compounds of formulas (1) to (3) is 5.0 × 10 −10 mol / g or more per unit mass of the negative electrode active material layer, the non-aqueous electrolyte solution is less likely to come into contact with the negative electrode active material, It can suppress more effectively that nonaqueous electrolyte solution carries out reductive decomposition.
The total amount of the compounds of formulas (1) to (3) is preferably 1.5 × 10 −3 mol / g or less, more preferably 3.5 × 10 −4 mol / g per unit mass of the negative electrode active material layer. g or less, more preferably 1.5 × 10 −6 mol / g or less. If the total amount of the compounds of the formulas (1) to (3) is 1.5 × 10 −3 mol / g or less per unit mass of the negative electrode active material layer, the diffusion of lithium (Li) ions is hardly inhibited, Higher input / output characteristics can be expressed.
本実施形態において、上記の式(1)〜(3)の化合物の、正極活物質層の単位質量当たりの含有量Aと前記負極活物質層の単位質量当たりの含有量Bの比A/Bは、0.2以上20以下であることが好ましい。A/Bは、0.8以上15以下であることがより好ましく、1.2以上12以下であることが更に好ましい。A/Bが0.2以上であることで、非水電解液が正極界面で酸化分解し難く、かつ、負極界面でLiイオンの拡散を阻害することがない。また、A/Bが20以下であることで、非水電解液が負極界面で還元分解し難く、かつ、正極界面でLiイオンの拡散を阻害することがない。そのため、A/Bが0.2以上20以下であることによって十分な高温耐久性と幅広い温度での高い入出力特性を両立することができる。 In this embodiment, the ratio A / B of the content A per unit mass of the positive electrode active material layer and the content B per unit mass of the negative electrode active material layer of the compounds of the above formulas (1) to (3) Is preferably 0.2 or more and 20 or less. A / B is more preferably 0.8 or more and 15 or less, and further preferably 1.2 or more and 12 or less. When A / B is 0.2 or more, the nonaqueous electrolytic solution is hardly oxidatively decomposed at the positive electrode interface, and does not inhibit the diffusion of Li ions at the negative electrode interface. In addition, when A / B is 20 or less, the nonaqueous electrolytic solution is difficult to undergo reductive decomposition at the negative electrode interface and does not inhibit the diffusion of Li ions at the positive electrode interface. Therefore, when A / B is 0.2 or more and 20 or less, sufficient high-temperature durability and high input / output characteristics at a wide temperature range can be achieved.
[リチウム化合物の平均粒子径]
一般的に、リチウムイオン二次電池は保存や使用などを重ねることで、電解液に含まれる電解質が分解し、フッ素イオンを発生させる。発生したフッ素イオンは主に負極でフッ化リチウムを形成し、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を増大させるため好ましくない。一方でリチウム化合物はフッ素イオンを吸着することができるため、負極でのフッ化リチウムの形成を抑制できる。そのため、リチウム化合物を正極活物質層中に存在させることで、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の増大を抑制することができるため、好ましい。
[Average particle size of lithium compound]
In general, when a lithium ion secondary battery is repeatedly stored and used, the electrolyte contained in the electrolytic solution is decomposed to generate fluorine ions. The generated fluorine ions are not preferred because they mainly form lithium fluoride at the negative electrode and increase the internal resistance of the lithium ion secondary battery. On the other hand, since the lithium compound can adsorb fluorine ions, formation of lithium fluoride at the negative electrode can be suppressed. Therefore, it is preferable that the lithium compound is present in the positive electrode active material layer because an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed.
リチウム化合物の平均粒子径は、0.1μm以上10μm以下が好ましく、更に好ましくは、0.5μm以上5μm以下である。リチウム化合物の平均粒子径が0.1μm以上である場合、高温保存により生成するフッ素イオンを効率的に吸着することにより高温保存による特性劣化とガス発生を抑制できる。リチウム化合物の平均粒子径が10μm以下である場合、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオンとの反応面積が増加するため、フッ素イオンの吸着を効率良く行うことができる。 The average particle size of the lithium compound is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 0.5 μm or more and 5 μm or less. When the average particle size of the lithium compound is 0.1 μm or more, it is possible to suppress characteristic deterioration and gas generation due to high temperature storage by efficiently adsorbing fluorine ions generated by high temperature storage. When the average particle diameter of the lithium compound is 10 μm or less, the reaction area with fluorine ions generated in a high-load charge / discharge cycle increases, so that fluorine ions can be adsorbed efficiently.
リチウム化合物の平均粒子径の測定方法は特に限定されないが、正極断面のSEM画像、及びSEM−EDX画像から算出することができる。正極断面の形成方法については、正極上部からArビームを照射し、試料直上に設置した遮蔽板の端部に沿って平滑な断面を作製するBIB加工を用いることができる。正極に炭酸リチウムを含有させる場合、正極断面のラマンイメージングを測定することで炭酸イオンの分布を求めることもできる。 Although the measuring method of the average particle diameter of a lithium compound is not specifically limited, It can calculate from the SEM image of a positive electrode cross section, and a SEM-EDX image. As a method for forming the positive electrode cross section, BIB processing can be used in which an Ar beam is irradiated from the upper part of the positive electrode and a smooth cross section is produced along the end of the shielding plate placed immediately above the sample. When lithium carbonate is contained in the positive electrode, the distribution of carbonate ions can be obtained by measuring Raman imaging of the cross section of the positive electrode.
[リチウム化合物の同定方法]
正極活物質中に含まれるリチウム化合物の同定方法は特に限定されないが、例えば下記の方法により同定することができる。リチウム化合物の同定には、以下に記載する複数の解析手法を組み合わせて同定することが好ましい。
[Identification method of lithium compound]
Although the identification method of the lithium compound contained in a positive electrode active material is not specifically limited, For example, it can identify by the following method. It is preferable to identify a lithium compound by combining a plurality of analysis methods described below.
以下に記載するSEM−EDX、ラマン分光法、及びXPSを測定する際には、アルゴンボックス中でリチウムイオン二次電池を解体して正極を取り出し、正極表面に付着した電解質を洗浄した後に測定を行うことが好ましい。正極を洗浄する溶媒としては、正極表面に付着した電解質を洗い流せればよく、例えばジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート溶媒が好適に利用できる。洗浄方法としては、例えば、正極重量の50〜100倍のジエチルカーボネート溶媒に正極を10分間以上浸漬させ、その後溶媒を取り替えて再度正極を浸漬させる。その後正極をジエチルカーボネートから取り出し、真空乾燥させた後に、SEM−EDX、ラマン分光法、及びXPSの解析を実施する。真空乾燥の条件は、温度:0〜200℃、圧力:0〜20kPa、時間:1〜40時間の範囲で正極中のジエチルカーボネートの残存が1質量%以下になる条件とする。ジエチルカーボネートの残存量については、後述する蒸留水洗浄、液量調整後の水のGC/MSを測定し、予め作成した検量線を基に定量することができる。 When measuring SEM-EDX, Raman spectroscopy, and XPS described below, the lithium ion secondary battery is disassembled in an argon box, the positive electrode is taken out, and the electrolyte attached to the positive electrode surface is washed before measurement. Preferably it is done. As the solvent for washing the positive electrode, it is only necessary to wash away the electrolyte attached to the surface of the positive electrode. For example, carbonate solvents such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate can be suitably used. As a cleaning method, for example, the positive electrode is immersed in a diethyl carbonate solvent 50 to 100 times the weight of the positive electrode for 10 minutes or more, and then the solvent is changed and the positive electrode is immersed again. Thereafter, the positive electrode is taken out from diethyl carbonate and vacuum-dried, and then SEM-EDX, Raman spectroscopy, and XPS analysis are performed. The conditions for vacuum drying are such that the residual amount of diethyl carbonate in the positive electrode is 1% by mass or less in the range of temperature: 0 to 200 ° C., pressure: 0 to 20 kPa, and time: 1 to 40 hours. About the residual amount of diethyl carbonate, GC / MS of the water after distilled water washing | cleaning mentioned later and liquid volume adjustment can be measured, and it can quantify based on the analytical curve created beforehand.
後述するイオンクロマトグラフィーでは、正極を蒸留水で洗浄した後の水を解析することにより陰イオンを同定することができる。 In ion chromatography described later, anions can be identified by analyzing the water after washing the positive electrode with distilled water.
上記解析手法にてリチウム化合物を同定できなかった場合、その他の解析手法として、7Li−固体NMR、XRD(X線回折)、TOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析)、AES(オージェ電子分光)、TPD/MS(加熱発生ガス質量分析)、DSC(示差走査熱量分析)等を用いることにより、リチウム化合物を同定することもできる。 When a lithium compound could not be identified by the above analysis technique, other analysis techniques include 7 Li-solid NMR, XRD (X-ray diffraction), TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry), AES (Auger) Lithium compounds can also be identified by using electron spectroscopy, TPD / MS (heat generation gas mass spectrometry), DSC (differential scanning calorimetry), or the like.
正極断面のSEM観察によるリチウム化合物の同定方法を以下に例示する。リチウム化合物は、例えば炭酸リチウムの場合、観察倍率を1000倍〜4000倍にして測定した正極断面のSEM−EDX画像による、炭素マッピングおよび酸素マッピングにて判別できる。SEM−EDX画像の測定方法については、明るさは最大輝度に達する画素がなく、明るさの平均値が輝度40%〜60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整することが好ましい。得られた炭素マッピングと酸素マッピングそれぞれに対し、明るさの平均値を基準に二値化した明部を面積で50%以上含む領域を、それぞれ炭素領域および酸素領域としたとき、これらの領域が重複する部分を炭酸リチウムと判別することができる。 A method for identifying a lithium compound by SEM observation of the cross section of the positive electrode is exemplified below. For example, in the case of lithium carbonate, the lithium compound can be discriminated by carbon mapping and oxygen mapping based on the SEM-EDX image of the cross section of the positive electrode measured with an observation magnification of 1000 to 4000 times. With respect to the SEM-EDX image measurement method, it is preferable to adjust the brightness and contrast so that the brightness does not have pixels that reach the maximum brightness, and the average brightness is in the range of 40% to 60%. When each of the obtained carbon mapping and oxygen mapping is a carbon region and an oxygen region, the regions containing 50% or more of the bright portion binarized based on the average value of brightness are defined as the carbon region and the oxygen region, respectively. The overlapping portion can be identified as lithium carbonate.
[リチウムイオン二次電池の特性評価]
(放電容量)
本明細書では、容量Q(mAh)と、容量Q’(mAh)とは、以下の方法によって得られる値である。
[Characteristic evaluation of lithium ion secondary battery]
(Discharge capacity)
In this specification, the capacity Q (mAh) and the capacity Q ′ (mAh) are values obtained by the following method.
先ず、リチウムイオン二次電池と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、0.1Cの電流値で4.9Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて4.9Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行う。その後、3.0Vまで0.1Cの電流値で定電流放電を施した際の電気容量をQ(mAh)とする。ここで、1Cとは電池が1時間で放電される電流値である。また、電気容量Q(mAh)を正極の活物質重量(g)で除算した値を電気容量Q’(mAh/g(活物質))とする。 First, constant-current charging is performed until a voltage of 4.9 V is reached at a current value of 0.1 C in a thermostatic chamber in which a cell corresponding to the lithium ion secondary battery is set to 25 ° C., and then a constant voltage of 4.9 V is reached. A constant voltage charge is applied for 1 hour. Thereafter, the electric capacity when constant current discharge is performed at a current value of 0.1 C up to 3.0 V is defined as Q (mAh). Here, 1C is a current value at which the battery is discharged in one hour. A value obtained by dividing the electric capacity Q (mAh) by the active material weight (g) of the positive electrode is defined as an electric capacity Q ′ (mAh / g (active material)).
(常温内部抵抗)
本明細書では、常温内部抵抗Ra(Ω)とは、以下の方法によって得られる値である。
先ず、リチウムイオン二次電池と対応するセルを25℃に設定した恒温槽内で、0.1Cの電流値で4.9Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.9Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行う。続いて、1Cの電流値で3.0Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得る。この放電カーブにおいて、放電時間1秒及び10秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとしたときに、降下電圧ΔE=4.9−Eo、及びRa=ΔE/(1C(電流値A))により算出される値を、常温内部抵抗Ra(Ω)とする。
(Normal temperature internal resistance)
In the present specification, the room temperature internal resistance Ra (Ω) is a value obtained by the following method.
First, constant-current charging is performed until a voltage of 4.9 V is reached at a current value of 0.1 C in a thermostatic chamber in which a cell corresponding to the lithium ion secondary battery is set to 25 ° C., and then a constant voltage of 4.9 V is applied. The applied constant voltage charge is performed for 1 hour. Subsequently, a constant current discharge is performed up to 3.0 V at a current value of 1 C to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, when the voltage at the discharge time = 0 seconds obtained by extrapolating from the voltage values at the discharge time of 1 second and 10 seconds by linear approximation is Eo, the drop voltage ΔE = 4.9− A value calculated by Eo and Ra = ΔE / (1C (current value A)) is a room temperature internal resistance Ra (Ω).
[サイクル試験]
(100サイクル後の放電容量)
本明細書では、サイクル試験後の放電容量Q’’(mAh/g(活物質))は、以下の方法によって測定する。
上記で説明された電気容量Q測定後のセルを、55℃に設定した恒温槽内で、0.1Cの電流値で4.9Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて4.9Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行う。その後、3.0Vまで0.1Cの電流値で定電流放電を行う。その一連の充放電を1サイクルとし、更に99サイクル充放電する。100サイクル目の電気容量を正極の活物質重量(g)で除算した値を電気容量Q’’(mAh/g(活物質))とする。
[Cycle test]
(Discharge capacity after 100 cycles)
In this specification, the discharge capacity Q ″ (mAh / g (active material)) after the cycle test is measured by the following method.
The cell after measuring the electric capacity Q described above was charged in a constant current until reaching 4.9 V at a current value of 0.1 C in a thermostat set at 55 ° C., and then 4.9 V Constant voltage charging for applying a constant voltage is performed for 1 hour. Thereafter, constant current discharge is performed at a current value of 0.1 C up to 3.0 V. The series of charging / discharging is defined as one cycle, and charging / discharging is further performed 99 cycles. A value obtained by dividing the electric capacity at the 100th cycle by the active material weight (g) of the positive electrode is defined as an electric capacity Q ″ (mAh / g (active material)).
(100サイクル後の容量維持率)
100サイクル目の電気容量を、1サイクル目の電気容量で除算した値を100サイクル後容量維持率(%)とする。
(Capacity maintenance rate after 100 cycles)
A value obtained by dividing the electric capacity at the 100th cycle by the electric capacity at the first cycle is defined as a capacity retention rate (%) after 100 cycles.
以下、実施例及び比較例を示して本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例及び比較例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and embodiment of this invention is described concretely, this invention is not limited at all by the following example and comparative example.
<実施例1>
[正極活物質の合成]
遷移金属元素のモル比として1:3の割合の硫酸ニッケル(II)六水和物(和光純薬工業(株))と硫酸マンガン(II)五水和物(和光純薬工業(株))とを、水に溶解し、金属イオン濃度の総和が2mol/Lになるようにニッケル−マンガン混合水溶液を調製した。次いで、このニッケル−マンガン混合水溶液を、70℃に加温した濃度2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液1500mL中に、12.5mL/minの添加速度で120分間滴下した。なお、滴下時には、攪拌の下、200mL/minの流量の空気を水溶液中にバブリングしながら吹き込んだ。これにより析出物質が発生し、得られた析出物質を蒸留水で十分洗浄し、乾燥して、ニッケルマンガン化合物を得た。得られたニッケルマンガン化合物と粒径2μmの炭酸リチウムとを、リチウム:ニッケル:マンガンのモル比が1:0.5:1.5になるように秤量し、1時間乾式混合した後、得られた混合物を酸素雰囲気下において1000℃で4時間焼成し、LiNi0.5Mn1.5O4で表される正極活物質を得た。
[正極前駆体の製造]
上述のようにして得られたLiNi0.5Mn1.5O4を86.0質量部、導電助剤であるグラファイトの粉末(TIMCAL社製、KS−6)を3.0質量部とアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製、HS−100)を3.0質量部、リチウム化合物として炭酸リチウムを4.0重量部、及びバインダーであるポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製、L#7208)4.0質量部、並びに分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを混合して、固形分濃度35質量%の正極用スラリーを得た。得られた正極用スラリーを、正極集電体としての厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延物を、タブ部を除き30mm×50mmの長方形状に打ち抜いて正極前駆体を得た。正極前駆体の正極活物質層の厚さは、おおよそ70μmであった。
<Example 1>
[Synthesis of positive electrode active material]
Nickel sulfate (II) hexahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and manganese sulfate (II) pentahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in a molar ratio of transition metal element of 1: 3 Were dissolved in water to prepare a nickel-manganese mixed aqueous solution so that the total concentration of metal ions was 2 mol / L. Subsequently, this nickel-manganese mixed aqueous solution was dropped into 1500 mL of a 2 mol / L sodium carbonate aqueous solution heated to 70 ° C. at an addition rate of 12.5 mL / min for 120 minutes. At the time of dropping, air with a flow rate of 200 mL / min was blown into the aqueous solution while stirring. As a result, a precipitated substance was generated, and the obtained precipitated substance was sufficiently washed with distilled water and dried to obtain a nickel manganese compound. The obtained nickel-manganese compound and lithium carbonate having a particle size of 2 μm were weighed so that the molar ratio of lithium: nickel: manganese was 1: 0.5: 1.5, and obtained after dry-mixing for 1 hour. The obtained mixture was baked at 1000 ° C. for 4 hours in an oxygen atmosphere to obtain a positive electrode active material represented by LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .
[Production of positive electrode precursor]
86.0 parts by mass of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 obtained as described above, 3.0 parts by mass of graphite powder (manufactured by TIMCAL, KS-6) as a conductive auxiliary agent and acetylene 3.0 parts by weight of black powder (manufactured by Denki Kagaku Kogyo, HS-100), 4.0 parts by weight of lithium carbonate as a lithium compound, and a polyvinylidene fluoride solution as a binder (manufactured by Kureha, L # 7208) 4.0 parts by mass and N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion solvent were mixed to obtain a positive electrode slurry having a solid concentration of 35% by mass. The obtained positive electrode slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector, the solvent was removed by drying, and then rolled with a roll press. The rolled product was punched into a 30 mm × 50 mm rectangular shape excluding the tab portion to obtain a positive electrode precursor. The thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor was approximately 70 μm.
[負極の作製]
負極活物質であるグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製、OMAC1.2H/SS)を88.0質量部とグラファイト粉末(TIMCAL社製、SFG6)を9.5質量部、バインダーであるスチレンブタジエンゴム(SBR、旭化成ケミカルズ(株)、L−1571)を1.0質量部とカルボキシメチルセルロースアンモニウム(ダイセル化学工業(株)、DN−400H)を1.5質量部、並びに分散溶媒として水を混合して、固形分濃度45質量%の負極用スラリーを得た。得られた負極用スラリーを、負極集電体としての厚さ18μmの電解銅箔の片面に塗布乾燥し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延物を、タブ部を除き32mm×52mmの長方形状に打ち抜いて負極を得た。負極活物質層の厚さは、おおよそ40μmであった。
[Production of negative electrode]
88.0 parts by mass of graphite powder (OMAC1.2H / SS, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) and 9.5 parts by mass of graphite powder (manufactured by TIMCAL, SFG6), which is a negative electrode active material, and styrene-butadiene rubber (Binder) 1.0 part by mass of SBR, Asahi Kasei Chemicals Corporation, L-1571), 1.5 parts by mass of carboxymethylcellulose ammonium (Daicel Chemical Industries, Ltd., DN-400H), and water as a dispersion solvent were mixed. A slurry for negative electrode having a solid content concentration of 45% by mass was obtained. The obtained slurry for negative electrode was applied to and dried on one side of an 18 μm-thick electrolytic copper foil as a negative electrode current collector, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a rectangular shape of 32 mm × 52 mm excluding the tab portion to obtain a negative electrode. The thickness of the negative electrode active material layer was approximately 40 μm.
[非水系電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比1:2で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lとなるように溶解して、非水電解質である電解液を得た。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 so as to be 1 mol / L to obtain an electrolyte solution that was a nonaqueous electrolyte. .
[リチウムイオン二次電池の作製]
上述のようにして作製した正極前駆体と負極とをポリプロピレン製の微多孔膜から成るセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を、アルミニウム箔(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムから成る袋内に正負極の端子を突設させながら挿入した後、上記で調製された非水系電解液を0.5mL袋内に注入し、−90kPaに減圧後、−30kPaに戻す操作を2回実施した後、−95kPaで5分間保持した。常圧に戻した後、−85kPaに減圧後、仮封止を行って、シート状リチウムイオン二次電池を作製した。減圧及び仮封止に際しては、株式会社テクニー製の減圧シール装置(型式:M−3295)を用いた。
[Production of lithium ion secondary battery]
A laminate in which the positive electrode precursor and the negative electrode produced as described above are laminated on both sides of a separator (thickness 25 μm, porosity 50%, pore diameter 0.1 μm to 1 μm) made of a polypropylene microporous film. After inserting the positive and negative terminals into a bag made of a laminate film in which both surfaces of an aluminum foil (thickness 40 μm) are coated with a resin layer, the non-aqueous electrolyte solution prepared above is put in a 0.5 mL bag. Then, the pressure was reduced to -90 kPa, and the operation of returning to -30 kPa was carried out twice, and then held at -95 kPa for 5 minutes. After returning to normal pressure, the pressure was reduced to -85 kPa, and then temporary sealing was performed to produce a sheet-like lithium ion secondary battery. For decompression and temporary sealing, a reduced pressure sealing device (model: M-3295) manufactured by Techny Co., Ltd. was used.
[リチウムドープ工程]
仮封止により得られたシート状リチウムイオン二次電池に対して、アスカ電子(株)製の充放電装置を用いて、45℃環境下、電流値0.5Aで電圧4.5Vに到達するまで定電流充電を行った後、続けて4.5V定電圧充電を任意時間行うことで負極にリチウムドープを行った。
[Lithium doping process]
Using a charging / discharging device manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd., the sheet-like lithium ion secondary battery obtained by temporary sealing reaches a voltage of 4.5 V at a current value of 0.5 A in a 45 ° C. environment. Then, the negative electrode was lithium-doped by performing 4.5 V constant voltage charging for an arbitrary time.
[エージング工程]
リチウムドープ後のリチウムイオン二次電池を25℃環境下、0.5Aで電圧3.0Vに到達するまで定電流放電を行った後、3.0V定電流放電を1時間行うことにより電圧を3.0Vに調整した。続いて、リチウムイオン二次電池を60℃の恒温槽に5時間保管した。
[Aging process]
The lithium-ion secondary battery after lithium doping was subjected to constant current discharge in a 25 ° C. environment until reaching a voltage of 3.0 V at 0.5 A, and then subjected to 3.0 V constant current discharge for 1 hour to reduce the voltage to 3 Adjusted to 0.0V. Subsequently, the lithium ion secondary battery was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 5 hours.
[ガス抜き工程]
エージング後のリチウムイオン二次電池を、温度25℃、露点−40℃のドライエアー環境下でラミネートフィルムの一部を開封した。続いて、減圧チャンバーの中にリチウムイオン二次電池を入れ、大気圧から−80kPaまで3分間かけて減圧した後、3分間かけて大気圧に戻す工程を合計3回繰り返した。その後、減圧シール機にリチウムイオン二次電池を入れ、−90kPaに減圧した後、200℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりラミネートフィルムを封止した。
[Degassing process]
A part of the laminate film of the lithium ion secondary battery after aging was opened in a dry air environment at a temperature of 25 ° C. and a dew point of −40 ° C. Subsequently, the step of putting the lithium ion secondary battery in the reduced pressure chamber, reducing the pressure from atmospheric pressure to −80 kPa over 3 minutes, and then returning to atmospheric pressure over 3 minutes was repeated a total of 3 times. Then, after putting a lithium ion secondary battery in the decompression sealing machine and depressurizing to -90 kPa, the laminate film was sealed by sealing at 200 ° C. for 10 seconds with a pressure of 0.1 MPa.
<実施例2>
正極活物質の合成時に、遷移金属元素のモル比を9:31の割合にしてLiNi0.45Mn1.55O4で表される正極活物質を得た以外は、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 2>
Except for obtaining a positive electrode active material represented by LiNi 0.45 Mn 1.55 O 4 with a transition metal element molar ratio of 9:31 during synthesis of the positive electrode active material, the same as in Example 1. Thus, a lithium ion secondary battery was obtained.
<実施例3>
正極活物質の合成時に、遷移金属元素のモル比を1:4の割合にしてLiNi0.4Mn1.5O4で表される正極活物質を得た以外は、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 3>
Except for obtaining a positive electrode active material represented by LiNi 0.4 Mn 1.5 O 4 with a transition metal element molar ratio of 1: 4 during the synthesis of the positive electrode active material, the same as in Example 1. Thus, a lithium ion secondary battery was obtained.
<実施例4>
正極活物質の合成時に、遷移金属元素のモル比を7:33の割合にしてLiNi0.35Mn1.65O4で表される正極活物質を得た以外は、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 4>
Except for obtaining the positive electrode active material represented by LiNi 0.35 Mn 1.65 O 4 with the transition metal element molar ratio of 7:33 during the synthesis of the positive electrode active material, the same as in Example 1. Thus, a lithium ion secondary battery was obtained.
<実施例5>
正極活物質の合成時に、遷移金属元素のモル比を3:17の割合にしてLiNi0.3Mn1.7O4で表される正極活物質を得た以外は、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 5>
The same procedure as in Example 1 was performed except that the positive electrode active material represented by LiNi 0.3 Mn 1.7 O 4 was obtained at the synthesis of the positive electrode active material at a molar ratio of the transition metal element of 3:17. Thus, a lithium ion secondary battery was obtained.
<実施例6>
正極活物質の合成時に、遷移金属元素のモル比を2:9の割合にしてLiNi0.2Mn1.8O4で表される正極活物質を得た以外は、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 6>
The same procedure as in Example 1 was performed except that the positive electrode active material represented by LiNi 0.2 Mn 1.8 O 4 was obtained at the synthesis of the positive electrode active material at a molar ratio of transition metal element of 2: 9. Thus, a lithium ion secondary battery was obtained.
<実施例7>
正極活物質の合成時に、遷移金属元素のモル比を11:29の割合にしてLiNi0.55Mn1.45O4で表される正極活物質を得た以外は、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 7>
Except for obtaining a positive electrode active material represented by LiNi 0.55 Mn 1.45 O 4 with a transition metal element molar ratio of 11:29 during the synthesis of the positive electrode active material, the same as in Example 1. Thus, a lithium ion secondary battery was obtained.
<実施例8>
正極活物質の合成時に、遷移金属元素のモル比を3:7の割合にしてLiNi0.6Mn1.4O4で表される正極活物質を得た以外は、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 8>
The same procedure as in Example 1 was performed except that the positive electrode active material represented by LiNi 0.6 Mn 1.4 O 4 was obtained by synthesizing the molar ratio of the transition metal element at a ratio of 3: 7 during the synthesis of the positive electrode active material. Thus, a lithium ion secondary battery was obtained.
<実施例9>
正極前駆体の製造時に、LiNi0.5Mn1.5O4を89.0質量部、炭酸リチウムを1.0重量部として正極前駆体を得た以外は、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 9>
In the same manner as in Example 1, except that the positive electrode precursor was obtained by using 89.0 parts by mass of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and 1.0 part by weight of lithium carbonate during the production of the positive electrode precursor. An ion secondary battery was obtained.
<実施例10>
正極前駆体の製造時に、LiNi0.5Mn1.5O4を80.0質量部、炭酸リチウムを10.0重量部として正極前駆体を得た以外は、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 10>
In the same manner as in Example 1, except that the positive electrode precursor was obtained by using 80.0 parts by mass of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and 10.0 parts by weight of lithium carbonate during the production of the positive electrode precursor. An ion secondary battery was obtained.
<実施例11>
正極前駆体の製造時に、LiNi0.5Mn1.5O4を60.0質量部、炭酸リチウムを3.0重量部として正極前駆体を得た以外は、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 11>
In the same manner as in Example 1, except that the positive electrode precursor was obtained by producing 60.0 parts by mass of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and 3.0 parts by weight of lithium carbonate during the production of the positive electrode precursor. An ion secondary battery was obtained.
<実施例12>
正極前駆体の製造時に、LiNi0.5Mn1.5O4を40.0質量部、炭酸リチウムを50.0重量部として正極前駆体を得た以外は、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 12>
In the same manner as in Example 1, except that the positive electrode precursor was obtained by using 40.0 parts by mass of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and 50.0 parts by weight of lithium carbonate at the time of manufacturing the positive electrode precursor. An ion secondary battery was obtained.
<実施例13>
正極前駆体の製造時に、リチウム化合物として酸化リチウムを用いて正極前駆体を得た以外は、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 13>
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode precursor was obtained using lithium oxide as the lithium compound during the production of the positive electrode precursor.
<実施例14>
正極前駆体の製造時に、リチウム化合物として水酸化リチウムを用いて正極前駆体を得た以外は、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 14>
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode precursor was obtained using lithium hydroxide as the lithium compound during the production of the positive electrode precursor.
<実施例15>
正極活物質の合成時に、焼成の条件を1000℃で8時間として正極活物質を得た以外は、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 15>
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that during the synthesis of the positive electrode active material, the positive electrode active material was obtained by setting the firing conditions at 1000 ° C. for 8 hours.
<実施例16>
正極活物質の合成時に、焼成の条件を1000℃で2時間として正極活物質を得た以外は、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 16>
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that during the synthesis of the positive electrode active material, the positive electrode active material was obtained by setting the firing conditions at 1000 ° C. for 2 hours.
<実施例17>
正極活物質の合成時に、焼成の条件を900℃で2時間として正極活物質を得た以外は、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 17>
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that during the synthesis of the positive electrode active material, the positive electrode active material was obtained by setting the firing conditions at 900 ° C. for 2 hours.
<比較例1>
正極活物質の合成時に、炭酸リチウム(和光純薬工業(株))と炭酸マンガン(II)n水和物(和光純薬工業(株))を、リチウム:マンガンのモル比が1:2になるように秤量し、1時間乾式混合した。その後、得られた混合物を酸素雰囲気下において1000℃で5時間焼成し、LiMn2O4で表される正極活物質前駆体を得た。
その後、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
<Comparative Example 1>
When synthesizing the positive electrode active material, lithium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and manganese carbonate (II) n hydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were used at a molar ratio of lithium: manganese of 1: 2. And weighed for 1 hour. Then, the obtained mixture was baked at 1000 ° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere to obtain a positive electrode active material precursor represented by LiMn 2 O 4 .
Thereafter, a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例2>
正極前駆体の製造時に、正極活物質としてLiCoO2粉体(日亜化学工業株式会社製)を用いて正極前駆体を得た以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
<Comparative example 2>
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode precursor was obtained using LiCoO 2 powder (manufactured by Nichia Corporation) as the positive electrode active material during the production of the positive electrode precursor. It was.
<比較例3>
正極活物質の合成時に、LiNi0.5Mn1.5O4を90.0質量部として、リチウム化合物を用いずに正極前駆体を得た以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
<Comparative Example 3>
In the same manner as in Example 1, except that LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 was 90.0 parts by mass at the time of synthesis of the positive electrode active material and a positive electrode precursor was obtained without using a lithium compound, The next battery was obtained.
[正極活物質層に含まれる式(1)〜(3)の化合物の定量]
実施例1〜17、比較例1〜3で得られたリチウムイオン二次電池を2.9Vに調整した後、23℃の部屋に設置された露点−90℃以下、酸素濃度1ppm以下で管理されているアルゴン(Ar)ボックス内で解体して正極を取り出した。取り出した正極をジメチルカーボネート(DMC)で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態で、サイドボックス中で真空乾燥させた。
[Quantification of compounds of formulas (1) to (3) contained in the positive electrode active material layer]
After the lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 3 were adjusted to 2.9 V, they were controlled at a dew point of −90 ° C. or less and an oxygen concentration of 1 ppm or less installed in a room at 23 ° C. Was disassembled in an argon (Ar) box, and the positive electrode was taken out. The positive electrode taken out was immersed and washed with dimethyl carbonate (DMC), and then vacuum-dried in a side box in a state in which exposure to the atmosphere was not maintained.
乾燥後の正極を、大気非暴露を維持した状態でサイドボックスからArボックスに移し、重水で浸漬抽出して、正極抽出液を得た。抽出液の解析は、(i)イオンクロマトグラフィー(IC)及び(ii)1H−NMRにて行い、求めた正極抽出液中の各化合物の濃度A(mol/ml)、抽出に用いた重水の体積B(ml)、及び抽出に用いた正極活物質層の質量C(g)から、下記数式2:
単位質量当たりの存在量(mol/g)=A×B÷C ・・・(数式2)
により、正極に堆積する各化合物の、正極活物質層単位質量当たりの存在量(mol/g)を求めた。
The positive electrode after drying was transferred from the side box to the Ar box in a state where exposure to air was not performed, and immersion extraction was performed with heavy water to obtain a positive electrode extract. The analysis of the extract was performed by (i) ion chromatography (IC) and (ii) 1 H-NMR, the concentration A (mol / ml) of each compound in the obtained positive electrode extract, and heavy water used for extraction From the volume B (ml) and the mass C (g) of the positive electrode active material layer used for extraction, the following formula 2:
Abundance per unit mass (mol / g) = A × B ÷ C (Formula 2)
Thus, the abundance (mol / g) of each compound deposited on the positive electrode per unit mass of the positive electrode active material layer was determined.
抽出に用いた正極活物質層の質量は、以下の方法によって求めた。重水抽出後に残った正極電極体の集電体から合剤(正極活物質層)を剥がし取り、剥がし取った合剤を、水洗した後、真空乾燥した。真空乾燥して得た合剤を、NMP又はDMFにより洗浄した。続いて、得られた正極活物質層を再度真空乾燥した後、秤量することにより、抽出に用いた正極活物質層の質量を調べた。 The mass of the positive electrode active material layer used for extraction was determined by the following method. The mixture (positive electrode active material layer) was peeled off from the current collector of the positive electrode remaining after the heavy water extraction, and the peeled mixture was washed with water and then vacuum dried. The mixture obtained by vacuum drying was washed with NMP or DMF. Subsequently, the obtained positive electrode active material layer was vacuum-dried again and weighed to examine the mass of the positive electrode active material layer used for extraction.
正極抽出液を3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、1H NMR測定を行った。1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、観測された各化合物の積分値を求めた。 The positive electrode extract was put in a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and a 5 mmφ NMR tube containing deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene (N-5 manufactured by Japan Precision Science Co., Ltd.). ) And 1 H NMR measurement was performed by a double tube method. Normalization was performed with a signal of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene of 7.1 ppm (m, 2H), and an integral value of each observed compound was determined.
また、濃度既知のジメチルスルホキシドの入った重水素化クロロホルムを3mmφNMRチューブ(株式会社シゲミ製PN−002)に入れ、上記と同一の1,2,4,5−テトラフルオロベンゼン入りの重水素化クロロホルムの入った5mmφNMRチューブ(日本精密科学株式会社製N−5)に挿し込み、二重管法にて、1H NMR測定を行った。上記と同様に、1,2,4,5−テトラフルオロベンゼンのシグナル7.1ppm(m,2H)で規格化して、ジメチルスルホキシドのシグナル2.6ppm(s,6H)の積分値を求めた。用いたジメチルスルホキシドの濃度と積分値の関係から、正極抽出液中の各化合物の濃度Aを求めた。 In addition, deuterated chloroform containing dimethyl sulfoxide of known concentration is put into a 3 mmφ NMR tube (PN-002 manufactured by Shigemi Co., Ltd.), and the same deuterated chloroform containing 1,2,4,5-tetrafluorobenzene as above. Was inserted into a 5 mmφ NMR tube (N-5 manufactured by Japan Precision Science Co., Ltd.), and 1 H NMR measurement was performed by a double tube method. In the same manner as described above, the signal was normalized with 7.1 ppm (m, 2H) of 1,2,4,5-tetrafluorobenzene, and the integral value of 2.6 ppm (s, 6H) of dimethyl sulfoxide was obtained. From the relationship between the concentration of dimethyl sulfoxide used and the integral value, the concentration A of each compound in the positive electrode extract was determined.
1H NMRスペクトルの帰属は、以下のとおりである。
[XOCH2CH2OXについて]
XOCH2CH2OXのCH2:3.7ppm(s,4H)
CH3OX:3.3ppm(s,3H)
CH3CH2OXのCH3:1.2ppm(t,3H)
CH3CH2OXのCH2O:3.7ppm(q,2H)
Assignment of 1 H NMR spectrum is as follows.
[About XOCH 2 CH 2 OX]
XOCH 2 CH 2 OX CH 2 : 3.7 ppm (s, 4H)
CH 3 OX: 3.3 ppm (s, 3H)
CH 3 CH 2 OX CH 3 : 1.2 ppm (t, 3H)
CH 3 CH 2 OX of CH 2 O: 3.7ppm (q, 2H)
上記のように、XOCH2CH2OXのCH2のシグナル(3.7ppm)は、CH3CH2OXのCH2Oのシグナル(3.7ppm)と重なってしまうため、CH3CH2OXのCH3のシグナル(1.2ppm)から算出されるCH3CH2OXのCH2O相当分を除いて、式(1)〜(3)の化合物量を算出した。
上記において、Xは、それぞれ、−(COO)nLiまたは−(COO)nR1(ここで、nは0又は1であり、かつR1は、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキル基である。)である。
As described above, the signal (3.7 ppm) is XOCH 2 CH 2 OX of CH 2, since the overlaps with CH 3 CH 2 OX of CH 2 O signals (3.7 ppm), the CH 3 CH 2 OX except for the CH 2 O equivalent of CH 3 CH 2 OX calculated from CH 3 signal (1.2 ppm), was calculated an amount of a compound of formula (1) to (3).
In the above, each X is — (COO) n Li or — (COO) n R 1 (where n is 0 or 1, and R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or carbon A halogenated alkyl group of 1 to 4).
上記(i)及び(ii)の解析により求めた各化合物の抽出液中の濃度、及び抽出に用いた重水の体積、抽出に用いた正極の活物質質量から、正極活物質層に含まれる式(1)〜(3)の化合物の存在量を測定し、表1にまとめた。炭酸リチウムを正極前駆体に添加しなかった比較例3では、正極活物質層中に式(1)〜(3)の化合物がほとんど存在しないが、それ以外の例ではリチウムドープ工程での4.5V定電圧充電に応じ、式(1)〜(3)の化合物が存在することがわかる。 The formula contained in the positive electrode active material layer from the concentration of each compound obtained by the analysis of (i) and (ii) above, the volume of heavy water used for extraction, and the active material mass of the positive electrode used for extraction The amounts of the compounds (1) to (3) were measured and summarized in Table 1. In Comparative Example 3 in which lithium carbonate was not added to the positive electrode precursor, the compounds of the formulas (1) to (3) were scarcely present in the positive electrode active material layer. It can be seen that the compounds of the formulas (1) to (3) exist according to the 5V constant voltage charging.
[負極活物質層に含まれる式(1)〜(3)の化合物の定量]
前記正極活物質層の解析と同様の方法で、負極活物質層の解析を行い、解析結果を表1にまとめた。ニッケルを含まない比較例1では、負極活物質層中に式(1)〜(3)の化合物がほとんど存在しないことがわかる。
[Quantification of compounds of formulas (1) to (3) contained in negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer was analyzed in the same manner as the analysis of the positive electrode active material layer, and the analysis results are summarized in Table 1. In the comparative example 1 which does not contain nickel, it turns out that the compound of Formula (1)-(3) hardly exists in a negative electrode active material layer.
[放電容量の測定]
実施例1〜17及び比較例3で得られたリチウムイオン二次電池について、25℃に設定した恒温槽内で、アスカ電子(株)製の充放電装置を用いて、0.1Cの電流値で4.9Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて4.9Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行った。
比較例1及び2で得られたリチウムイオン二次電池について、25℃に設定した恒温槽内で、アスカ電子(株)製の充放電装置を用いて、0.1Cの電流値で4.35Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて4.35Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行った。
その後、実施例1〜17及び比較例1〜3で得られたリチウムイオン二次電池について、3.0Vまで0.1Cの電流値で定電流放電を施した際の放電容量Qを、表1にまとめた。また、放電容量Q(mAh)を正極の活物質重量(g)で除算した値を放電容量Q’(mAh/g(活物質))として表1にまとめた。
[Measurement of discharge capacity]
About the lithium ion secondary battery obtained in Examples 1-17 and Comparative Example 3, in a thermostat set to 25 ° C., using a charge / discharge device manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd., a current value of 0.1C Then, constant current charging was performed until 4.9 V was reached, followed by constant voltage charging for applying a constant voltage of 4.9 V for 1 hour.
About the lithium ion secondary battery obtained in Comparative Examples 1 and 2, it was 4.35 V at a current value of 0.1 C using a charge / discharge device manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. in a thermostat set at 25 ° C. Then, constant current charging was performed until the voltage reached, and then constant voltage charging for applying a constant voltage of 4.35 V was performed for 1 hour.
Then, about the lithium ion secondary battery obtained in Examples 1-17 and Comparative Examples 1-3, the discharge capacity Q at the time of performing a constant current discharge to the current value of 0.1C to 3.0V is shown in Table 1. Summarized in The values obtained by dividing the discharge capacity Q (mAh) by the active material weight (g) of the positive electrode are summarized in Table 1 as the discharge capacity Q ′ (mAh / g (active material)).
[Raの算出]
前記工程で得られた実施例1〜17及び比較例3のリチウムイオン二次電池について、25℃に設定した恒温槽内で、アスカ電子(株)製の充放電装置を用いて、0.1Cの電流値で4.9Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.9Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行い、続いて、5Cの電流値で3.0Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得た。この放電カーブにおいて、放電時間1秒及び10秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとし、降下電圧ΔE=4.9−Eo、及びR=ΔE/(1C(電流値A))により内部抵抗Raを算出し、表1にまとめた。
前記工程で得られた比較例1及び2のリチウムイオン二次電池について、25℃に設定した恒温槽内で、アスカ電子(株)製の充放電装置を用いて、0.1Cの電流値で4.35Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.35Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行い、続いて、5Cの電流値で3.0Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧)を得た。この放電カーブにおいて、放電時間1秒及び10秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をEoとし、降下電圧ΔE=4.35−Eo、及びR=ΔE/(1C(電流値A))により内部抵抗Raを算出し、表1にまとめた。
[Calculation of Ra]
About the lithium ion secondary battery of Examples 1-17 obtained by the said process, and the comparative example 3, 0.1C was used in the thermostat set to 25 degreeC using the charging / discharging apparatus by Asuka Electronics Co., Ltd. Charge at a constant current until it reaches 4.9V, followed by constant voltage charging for 1 hour to apply a constant voltage of 4.9V, and then discharge at a constant current to 3.0V at a current value of 5C. To obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, Eo is the voltage at discharge time = 0 seconds obtained by extrapolation by linear approximation from the voltage values at time points of 1 second and 10 seconds, and the drop voltage ΔE = 4.9−Eo, and The internal resistance Ra was calculated from R = ΔE / (1C (current value A)) and summarized in Table 1.
About the lithium ion secondary battery of Comparative Examples 1 and 2 obtained in the above process, using a charge / discharge device manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. 4. Constant current charge until 4.35V is reached, followed by constant voltage charge for applying a constant voltage of 4.35V for 1 hour, followed by constant current discharge to 3.0V at a current value of 5C, A discharge curve (time-voltage) was obtained. In this discharge curve, Eo is the voltage at discharge time = 0 seconds obtained by extrapolation by linear approximation from the voltage values at the discharge time of 1 second and 10 seconds, and the drop voltage ΔE = 4.35−Eo, and The internal resistance Ra was calculated from R = ΔE / (1C (current value A)) and summarized in Table 1.
[100サイクル後の放電容量の算出]
電気容量Q測定後の実施例1〜17及び比較例3のリチウムイオン二次電池について、55℃に設定した恒温槽内で、アスカ電子(株)製の充放電装置を用いて、0.1Cの電流値で4.9Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて4.9Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行った。その後、3.0Vまで0.1Cの電流値で定電流放電を行った。その一連の充放電を1サイクルとし、更に99サイクル充放電した。100サイクル目の電気容量を正極の活物質重量(g)で除算した値を電気容量Q’’(mAh/g(活物質))として表1にまとめた。
電気容量Q測定後の比較例1及び2のリチウムイオン二次電池について、55℃に設定した恒温槽内で、アスカ電子(株)製の充放電装置を用いて、0.1Cの電流値で4.35Vに到達するまで定電流充電を行い、続いて4.35Vの定電圧を印加する定電圧充電を1時間行った。その後、3.0Vまで0.1Cの電流値で定電流放電を行った。その一連の充放電を1サイクルとし、更に99サイクル充放電した。100サイクル目の電気容量を正極の活物質重量(g)で除算した値を電気容量Q’’(mAh/g(活物質))として表1にまとめた。
[Calculation of discharge capacity after 100 cycles]
About the lithium ion secondary battery of Examples 1-17 after the electrical capacity Q measurement, and the comparative example 3, 0.1C was used in the thermostat set to 55 degreeC using the charging / discharging apparatus by Asuka Electronics Co., Ltd. The constant current charge was performed until the current value reached 4.9 V, and then the constant voltage charge for applying the constant voltage of 4.9 V was performed for 1 hour. Thereafter, constant current discharge was performed at a current value of 0.1 C up to 3.0 V. The series of charging / discharging was made into 1 cycle, and 99 cycles were further charged / discharged. Values obtained by dividing the electric capacity at the 100th cycle by the active material weight (g) of the positive electrode are shown in Table 1 as electric capacity Q ″ (mAh / g (active material)).
About the lithium ion secondary battery of Comparative Examples 1 and 2 after measuring the electric capacity Q, using a charging / discharging device manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. Constant current charging was performed until 4.35V was reached, followed by constant voltage charging for which a constant voltage of 4.35V was applied for 1 hour. Thereafter, constant current discharge was performed at a current value of 0.1 C up to 3.0 V. The series of charging / discharging was made into 1 cycle, and 99 cycles were further charged / discharged. Values obtained by dividing the electric capacity at the 100th cycle by the active material weight (g) of the positive electrode are shown in Table 1 as electric capacity Q ″ (mAh / g (active material)).
[100サイクル後の容量維持率の算出]
100サイクルの充放電を行ったリチウムイオン電池について、100サイクル目の電気容量を、1サイクル目の電気容量で除算した値を100サイクル後容量維持率(%)として表1にまとめた。
[Calculation of capacity maintenance rate after 100 cycles]
For the lithium ion battery that was charged and discharged for 100 cycles, values obtained by dividing the electric capacity at the 100th cycle by the electric capacity at the first cycle are shown in Table 1 as the capacity retention rate (%) after 100 cycles.
表1より、正極活物質が、下記一般式(A):
Li1+aMn1.5−bNi0.5−cMdO4−δ (A)
{式中、aは、−0.2≦a≦0.2であり、bは、−0.3≦b≦0.3であり、cは、−0.3≦c≦0.3であり、dは、0≦d≦0.3であり、δは、−0.2≦δ≦0.2であり、Mは、Ni及びMn以外の遷移金属、並びにNa、K、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、P、Sb、B及びSから成る群より選ばれる少なくとも1つの元素であり、かつLiは、その一部が水素で置換されていてもよい}で表されるリチウムマンガンニッケル複合酸化物を含み、かつ正極活物質層に含まれる式(1)〜(3)の化合物の存在量が、1.0×10−8mol/g以上3.0×10−2mol/g以下であれば、Qが大きく、Raが小さく、高温時の耐久性に優れるリチウムイオン二次電池が提供されることが分かった。理論に限定されないが、その理由は、正極活物質層に含まれる式(1)〜(3)の化合物が、正極活物質の表面に被膜状に存在することで良好なイオン伝導体として働き、内部抵抗を低減させる役割を果たすとともに、正極活物質上の反応活性点を被覆し、正極活物質からニッケルイオンとマンガンイオンが溶出する量が減り、充放電容量又は高温サイクル特性が良化するためと考えられる。
From Table 1, the positive electrode active material has the following general formula (A):
Li 1 + a Mn 1.5-b Ni 0.5-c M d O 4-δ (A)
{Wherein, a is −0.2 ≦ a ≦ 0.2, b is −0.3 ≦ b ≦ 0.3, and c is −0.3 ≦ c ≦ 0.3. Yes, d is 0 ≦ d ≦ 0.3, δ is −0.2 ≦ δ ≦ 0.2, M is a transition metal other than Ni and Mn, and Na, K, Mg, Ca , Zn, Sr, Ba, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, P, Sb, B and S is at least one element, and Li is partially substituted with hydrogen The amount of the compound of formulas (1) to (3) contained in the positive electrode active material layer is 1.0 × 10 −8 mol. if / g or more 3.0 × 10 -2 mol / g or less, Q is large, Ra is small, provides a lithium ion secondary cell having excellent durability at high temperature It is found. Although not limited to theory, the reason is that the compounds of the formulas (1) to (3) contained in the positive electrode active material layer function as a good ionic conductor by being present in the form of a film on the surface of the positive electrode active material, In addition to reducing the internal resistance, it covers the reaction active sites on the positive electrode active material, reduces the amount of nickel ions and manganese ions eluted from the positive electrode active material, and improves charge / discharge capacity or high-temperature cycle characteristics. it is conceivable that.
本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、電気自動車などの車載用途、ノートパソコン、携帯電話などの民生用途等におけるリチウムイオン二次電池として、好適に利用できる。 The lithium ion secondary battery of the present invention can be suitably used, for example, as a lithium ion secondary battery in in-vehicle applications such as electric vehicles and consumer applications such as notebook computers and mobile phones.
Claims (8)
負極;
セパレータ;及び
リチウムイオンを含む非水系電解液;
を含むリチウムイオン二次電池であって、
前記負極が、負極集電体と、前記負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、
前記正極活物質が、下記一般式(A):
Li1+aMn1.5−bNi0.5−cMdO4−δ (A)
{式(A)中、aは、−0.2≦a≦0.2であり、bは、−0.3≦b≦0.3であり、cは、−0.3≦c≦0.3であり、dは、0≦d≦0.3であり、δは、−0.2≦δ≦0.2であり、Mは、Ni及びMn以外の遷移金属、並びにNa、K、Mg、Ca、Zn、Sr、Ba、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、P、Sb、B及びSから成る群より選ばれる少なくとも1つの元素であり、かつLiは、その一部が水素で置換されていてもよい。}
で表されるリチウムマンガンニッケル複合酸化物を含み、かつ
前記正極活物質層が、前記リチウムマンガンニッケル複合酸化物とは異なるリチウム化合物を含有し、さらに下記式(1)〜(3):
LiX1−OR1O−X2Li・・・・・・(1)
{式(1)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
LiX1−OR1O−X2R2・・・・・・(2)
{式(2)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R2は、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
R2X1−OR1O−X2R3・・・・・・(3)
{式(3)中、R1は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は炭素数1〜4のハロゲン化アルキレン基であり、R2及びR3は、それぞれ独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のモノ若しくはポリヒドロキシアルケニル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、又はアリール基であり、かつX1及びX2は、それぞれ独立に−(COO)n(ここで、nは0又は1である。)である。}
から選択される1種以上の化合物を前記正極活物質層の単位質量当たり1.0×10−8mol/g〜3.0×10−2mol/g含有する、
前記リチウムイオン二次電池。 Positive electrode;
Negative electrode;
A separator; and a non-aqueous electrolyte containing lithium ions;
A lithium ion secondary battery comprising
The negative electrode has a negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector,
The positive electrode has a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector,
The positive electrode active material has the following general formula (A):
Li 1 + a Mn 1.5-b Ni 0.5-c M d O 4-δ (A)
{In Formula (A), a is −0.2 ≦ a ≦ 0.2, b is −0.3 ≦ b ≦ 0.3, and c is −0.3 ≦ c ≦ 0. .3, d is 0 ≦ d ≦ 0.3, δ is −0.2 ≦ δ ≦ 0.2, M is a transition metal other than Ni and Mn, and Na, K, Mg, Ca, Zn, Sr, Ba, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, P, Sb, B and S are at least one element selected from the group consisting of Li, It may be substituted with hydrogen. }
And the positive electrode active material layer contains a lithium compound different from the lithium manganese nickel composite oxide, and the following formulas (1) to (3):
LiX 1 -OR 1 O—X 2 Li (1)
{In Formula (1), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n. (Where n is 0 or 1). }
LiX 1 -OR 1 O-X 2 R 2 ······ (2)
{In Formula (2), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, carbon A mono- or polyhydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a mono- or polyhydroxyalkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or an aryl group, X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
R 2 X 1 -OR 1 O- X 2 R 3 ······ (3)
{In Formula (3), R 1 is an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a halogenated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 3 are each independently hydrogen, 10 alkyl groups, mono- or polyhydroxyalkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, mono- or polyhydroxyalkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, cycloalkyl groups having 3 to 6 carbon atoms, Or an aryl group, and X 1 and X 2 are each independently — (COO) n (where n is 0 or 1). }
Containing at least one compound selected from 1.0 × 10 −8 mol / g to 3.0 × 10 −2 mol / g per unit mass of the positive electrode active material layer,
The lithium ion secondary battery.
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