JP2019175631A - Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用正極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same.
近年、携帯電話やパソコン等の電子機器の小型化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として小型、軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要求が高くなっている。また、このような状況下において、充放電容量が大きく、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が注目されている。 In recent years, electronic devices such as mobile phones and personal computers have been rapidly reduced in size and cordless, and there is an increasing demand for secondary batteries having a small size, light weight, and high energy density as power sources for driving these devices. Under such circumstances, a lithium ion secondary battery having a large charge / discharge capacity and a high energy density has attracted attention.
リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化には高電位・高容量の正極活物質の開発が急務である。従来、高電位を示す正極活物質の探索、開発によって、電池電圧が4V前後を示すものが現れ、注目を浴びている。たとえば、LixNiO2(0<x≦1.0)、LixCoO2(0<x≦1.0)などのニッケルまたはコバルトを主体とするリチウム遷移金属複合酸化物が、高電位、安定性、長寿命という点から最も有望である。このなかでもニッケル酸リチウム(LiNiO2)を主体とする正極活物質であるLiaNixCoyAlzO2(但し、式中a、x、y、zは、0.9≦a≦1.3、0.3≦x≦0.95、0.01≦y≦0.50、0.001≦z≦0.70の範囲内の値であり、x、yおよびzの間にはx+y+z=1の関係がある。)は、比較的高い電位を示す正極活物質であり、放電容量が高く、エネルギー密度を高めることが期待される。 To increase the energy density of lithium ion secondary batteries, it is urgent to develop positive electrode active materials with high potential and high capacity. Conventionally, the search and development of a positive electrode active material exhibiting a high potential has led to the appearance of a battery voltage of around 4 V, which has attracted attention. For example, lithium transition metal composite oxides mainly composed of nickel or cobalt such as Li x NiO 2 (0 <x ≦ 1.0) and Li x CoO 2 (0 <x ≦ 1.0) have high potential and stability. The most promising in terms of sex and long life. Among these, Li a Ni x Co y Al z O 2, which is a positive electrode active material mainly composed of lithium nickelate (LiNiO 2 ), where a, x, y, and z are 0.9 ≦ a ≦ 1. .3, 0.3 ≦ x ≦ 0.95, 0.01 ≦ y ≦ 0.50, 0.001 ≦ z ≦ 0.70, and x + y + z between x, y and z = 1)) is a positive electrode active material exhibiting a relatively high potential, and is expected to have a high discharge capacity and an increased energy density.
これらの正極活物質は4.4V以上の更なる高電位にて使用することでより多くの容量を引き出すことが可能であることが知られている。 It is known that these positive electrode active materials can draw more capacity when used at a higher potential of 4.4 V or higher.
しかしながら、これらの正極活物質を4.4V以上の更なる高電位において使用すると電解液との副反応により、サイクル特性が悪くなるという問題があった。 However, when these positive electrode active materials are used at a higher potential of 4.4 V or higher, there is a problem that the cycle characteristics deteriorate due to side reactions with the electrolytic solution.
このような問題を解決するため、正極活物質表面を酸化物被膜や炭素等でコートする方法が提唱されている。例えば特許文献1にはカーボンを被覆したリン酸バナジウム及びリチウムニッケル複合酸化物を混合することで安全性及びサイクル特性を向上させることが報告されている。
In order to solve such a problem, a method of coating the surface of the positive electrode active material with an oxide film or carbon has been proposed. For example,
しかしながら、特許文献1の手法ではリチウムニッケル複合酸化物の劣化の抑制は十分ではなく、リチウムイオン二次電池の多用途化に伴い、高電位における更なるサイクル特性の向上が求められている。
However, the method of
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、高電位における高いサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a lithium ion secondary battery having high cycle characteristics at a high potential.
上記課題を解決するため、本発明に係るリチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウム金属複合酸化物と、下記一般式(1)で表される炭素材料を含有することを特徴とする。
一般式(1):
LiCx ・・・(1)
(上記一般式(1)においてx>12)
In order to solve the above problems, a lithium ion secondary battery according to the present invention is characterized by containing a lithium metal composite oxide as a positive electrode active material and a carbon material represented by the following general formula (1).
General formula (1):
LiC x (1)
(In the general formula (1), x> 12)
これによれば、上記一般式(1)で表される炭素材料付近の電位は、正極活物質粒子付近の電位よりも低くなる。正極活物質粒子表面付近に上記一般式(1)で表される炭素材料が存在することにより、正極活物質粒子表面付近の電位が正極活物質粒子内部よりも低くなり、高電位における正極活物質粒子表面と電解液との反応や、正極活物質からの酸素放出を抑制し、高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, the electric potential in the vicinity of the carbon material represented by the general formula (1) is lower than the electric potential in the vicinity of the positive electrode active material particles. The presence of the carbon material represented by the general formula (1) near the surface of the positive electrode active material particle makes the potential near the surface of the positive electrode active material particle lower than the inside of the positive electrode active material particle, and the positive electrode active material at a high potential. The reaction between the particle surface and the electrolytic solution and the release of oxygen from the positive electrode active material can be suppressed, and the cycle characteristics at a high potential can be improved.
上記被覆層中の炭素材料はグラフェン、多層グラフェン、グラファイトの少なくとも一種を含むことが好ましい。 The carbon material in the coating layer preferably contains at least one of graphene, multilayer graphene, and graphite.
これによれば、上記一般式(1)で表される炭素材料として好適であり、より効率的に正極活物質表面の電位を低下させ、より効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as a carbon material represented by the above general formula (1), and more effectively lowers the potential of the surface of the positive electrode active material, and more efficiently improves cycle characteristics at a high potential. it can.
上記正極活物質の総質量に対する上記炭素材料の割合が0.1質量%〜10質量%であることが好ましい。 The ratio of the carbon material to the total mass of the positive electrode active material is preferably 0.1% by mass to 10% by mass.
これによれば、上記一般式(1)で表される炭素材料の添加量として好適であり、より効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as the addition amount of the carbon material represented by the general formula (1), and the cycle characteristics at a high potential can be improved more efficiently.
上記炭素材料は上記正極活物質粒子表面の少なくとも一部を被覆する被覆層として存在していることが好ましい。 The carbon material is preferably present as a coating layer covering at least a part of the surface of the positive electrode active material particles.
これによれば、上記一般式(1)で表される炭素材料の含有形態として好適であり、被覆層として形成されることでより効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as a containing form of the carbon material represented by the general formula (1), and the cycle characteristics at a high potential can be improved more efficiently by being formed as a coating layer.
上記正極活物質粒子の平均粒径(DA)に対する上記被覆層の平均厚み(DB)が0.001≦DB/DA≦0.5を満たすことが好ましい。 The average thickness (D B ) of the coating layer with respect to the average particle diameter (D A ) of the positive electrode active material particles preferably satisfies 0.001 ≦ D B / D A ≦ 0.5.
これによれば、正極活物質粒子の粒径に対する被覆層厚みとして好適であり、より効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as the coating layer thickness with respect to the particle diameter of the positive electrode active material particles, and the cycle characteristics at a high potential can be improved more efficiently.
上記被覆層の平均厚みが10nm≦DB≦500nmであることが好ましい。 The average thickness of the covering layer is preferably 10 nm ≦ D B ≦ 500 nm.
上記態様にかかる正極活物質層を用いることで、高電位における高いサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。 By using the positive electrode active material layer according to the above aspect, a lithium ion secondary battery having high cycle characteristics at a high potential can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to the invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.
<リチウムイオン二次電池>
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池1の断面模式図である。図1に示すように、リチウムイオン二次電池1は、発電素子10と外装体20とを有する。発電素子10は、電解液が含浸されている。外装体20は、電解液が外部に漏洩すること、及び、外部の空気及び水分が発電素子10に至ることを防ぐ。
<Lithium ion secondary battery>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion
(発電素子)
発電素子10は、正極101と負極102とセパレータ103とを有する。図1に示す発電素子10は、一対の正極101と負極102とが、セパレータ103を挟んで対向配置されている。ここでは、正極101及び負極102が1層ずつの例をもとに説明するが、これらの積層数は問わない。
(Power generation element)
The
正極101は、正極集電体101Aと、正極集電体101A上に形成された正極活物質層101Bと、を有する。また、負極102は、負極集電体102Aと、負極集電体102A上に形成された負極活物質層102Bと、を有する。セパレータ103は、負極活物質層102Bと正極活物質層101Bとの間に位置している。
The
<正極>
本実施形態に係る正極101は、正極集電体101Aに、正極活物質と、正極用バインダーと、正極用導電助剤と下記一般式(1)で表される炭素材料を含む正極活物質層101Bを有するものである。前記炭素材料は上記正極活物質粒子表面の少なくとも一部を被覆する被覆層として存在していてもよい。
一般式(1):
LiCx ・・・(1)
(上記一般式(1)においてx>12)
(正極集電体)
正極集電体101Aは、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム又はそれらの合金、ステンレス等の金属薄板(金属箔)を用いることができる。
<Positive electrode>
The
General formula (1):
LiC x (1)
(In the general formula (1), x> 12)
(Positive electrode current collector)
The positive electrode
(正極活物質層)
正極活物質層101Bは、正極活物質、正極用バインダー、正極用導電助剤、下記一般式(1)で表される炭素材料、および正極用添加剤から主に構成されるものである。上記炭素材料は上記正極活物質粒子表面の少なくとも一部を被覆する被覆層として存在していてもよい。
一般式(1):
LiCx ・・・(1)
(上記一般式(1)においてx>12)
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode
General formula (1):
LiC x (1)
(In the general formula (1), x> 12)
(正極活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6 −)のドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能であれば特に限定されず、公知の電極活物質を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、化学式:LiNixCoyMnzMaO2(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物Lia(M)b(PO4)c(ただし、M=VOまたはV、かつ、0.9≦a≦3.3、0.9≦b≦2.2、0.9≦c≦3.3)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、LiNixCoyAlzO2(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物が挙げられる。
(Positive electrode active material)
As the positive electrode active material, lithium ion occlusion and release, lithium ion desorption and insertion (intercalation), or doping and dedoping of a counter anion (for example, PF 6 − ) of the lithium ion are reversibly performed. If it can be made to advance, it will not specifically limit, A well-known electrode active material can be used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and chemical formula: LiNi x Co y Mn z M a O 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, M is a composite represented by one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr) Metal oxide, lithium vanadium compound Li a (M) b (PO 4 ) c (where M = VO or V, and 0.9 ≦ a ≦ 3.3, 0.9 ≦ b ≦ 2.2, 0 .9 ≦ c ≦ 3.3), olivine-type LiMPO 4 (wherein M represents one or more elements selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, and Zr or VO) , lithium titanate (Li 4 T 5 O 12), LiNi x Co y Al z O 2 ( composite metal oxide such as 0.9 <x + y + z < 1.1) can be mentioned.
(正極用バインダー)
正極用バインダーとしては、正極活物質同士を結合すると共に、正極活物質層101Bと正極用集電体101Aとを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂や、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いてもよい。また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン等が挙げられる。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物と、LiClO4、LiBF4、LiPF6等のリチウム塩とを複合化させたもの等が挙げられる。
(Binder for positive electrode)
As the positive electrode binder, the positive electrode active materials are bonded together, and the positive electrode
正極活物質層101B中のバインダーの含有量は特に限定されないが、添加する場合には正極活物質の質量に対して0.5〜5質量部であることが好ましい。
The content of the binder in the positive electrode
(正極用導電助剤)
正極用導電助剤としては、正極活物質層101Bの導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素系材料や、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。
(Conductive aid for positive electrode)
The conductive auxiliary agent for positive electrode is not particularly limited as long as it improves the conductivity of the positive electrode
(正極活物質被覆層)
本実施形態係る正極活物質被覆層は下記一般式(1)で表される炭素材料を含むものである。
一般式(1):
LiCx ・・・(1)
(上記一般式(1)においてx>12)
(Positive electrode active material coating layer)
The positive electrode active material coating layer according to this embodiment includes a carbon material represented by the following general formula (1).
General formula (1):
LiC x (1)
(In the general formula (1), x> 12)
上記一般式(1)で表される炭素材料付近の電位は、正極活物質粒子付近の電位よりも低くなる。正極活物質粒子表面付近に上記一般式(1)で表される炭素材料が存在することにより、正極活物質粒子表面付近の電位が正極活物質粒子内部よりも低くなる。このことから、高電位における正極活物質粒子表面と電解液との反応や、正極活物質からの酸素放出を抑制し、高電位におけるサイクル特性を向上させる効果が得られる。 The potential near the carbon material represented by the general formula (1) is lower than the potential near the positive electrode active material particles. By the presence of the carbon material represented by the general formula (1) near the surface of the positive electrode active material particles, the potential near the surface of the positive electrode active material particles becomes lower than the inside of the positive electrode active material particles. From this, the effect of improving the cycle characteristics at a high potential can be obtained by suppressing the reaction between the surface of the positive electrode active material particles and the electrolytic solution at a high potential and the release of oxygen from the positive electrode active material.
本実施形態係る正極活物質被覆層はさらに、前記被覆層中の炭素材料がグラフェン、多層グラフェン、グラファイトの少なくとも一種を含むことが好ましい。 In the positive electrode active material coating layer according to this embodiment, the carbon material in the coating layer preferably further includes at least one of graphene, multilayer graphene, and graphite.
これによれば、リチウムを挿入可能な炭素材料として好適であり、より効率的に正極活物質表面の電位を低下させ、より効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as a carbon material into which lithium can be inserted, and the potential on the surface of the positive electrode active material can be more efficiently lowered and the cycle characteristics at a high potential can be more efficiently improved.
これらの炭素材料とLiの比率はLiCx中のLi量とC量をそれぞれ定量することで同定することができる。各成分量は既知の分析法、たとえばLi量はICP発光分光分析法、C量は炭素・硫黄分析装置(CS計)によって同定することができる。 The ratio of these carbon materials and Li can be identified by quantifying the amounts of Li and C in LiC x , respectively. The amount of each component can be identified by a known analysis method, for example, the amount of Li can be identified by ICP emission spectroscopy, and the amount of C can be identified by a carbon / sulfur analyzer (CS meter).
本実施形態係る正極活物質被覆層はさらに、上記正極活物質の総質量に対する上記炭素材料の割合が0.1質量%〜10質量%であることが好ましい。 In the positive electrode active material coating layer according to this embodiment, the ratio of the carbon material to the total mass of the positive electrode active material is preferably 0.1% by mass to 10% by mass.
これによれば、炭素材料の添加量として好適であり、より効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as an addition amount of the carbon material, and the cycle characteristics at a high potential can be improved more efficiently.
これらの炭素材料の添加量は、既知の分析法、たとえば炭素・硫黄分析装置(CS計)によって同定することができる。 The amount of these carbon materials added can be identified by a known analysis method such as a carbon / sulfur analyzer (CS meter).
本実施形態係る正極活物質被覆層はさらに、上記炭素材料は上記正極活物質粒子表面の少なくとも一部を被覆する被覆層として存在していることが好ましい。 In the positive electrode active material coating layer according to this embodiment, the carbon material is preferably present as a coating layer that covers at least a part of the surface of the positive electrode active material particles.
これによれば、上記一般式(1)で表される炭素材料の含有形態として好適であり、被覆層として形成されることでより効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as a containing form of the carbon material represented by the general formula (1), and the cycle characteristics at a high potential can be improved more efficiently by being formed as a coating layer.
本実施形態係る正極活物質被覆層はさらに、上記正極活物質粒子の平均粒径(DA)に対する上記被覆層の平均厚み(DB)が0.001≦DB/DA≦0.5を満たすことが好ましい。 In the cathode active material coating layer according to the present embodiment, the average thickness (D B ) of the coating layer with respect to the average particle diameter (D A ) of the cathode active material particles is 0.001 ≦ D B / D A ≦ 0.5. It is preferable to satisfy.
これによれば、正極活物質粒子の粒径に対する被覆層厚みとして好適であり、より効率的に高電位におけるサイクル特性を向上させることができる。 According to this, it is suitable as the coating layer thickness with respect to the particle diameter of the positive electrode active material particles, and the cycle characteristics at a high potential can be improved more efficiently.
本実施形態係る正極活物質被覆層はさらに、上記被覆層の平均厚みが10nm≦DB≦500nmであることが好ましい。 In the positive electrode active material coating layer according to this embodiment, the average thickness of the coating layer is preferably 10 nm ≦ D B ≦ 500 nm.
上記被覆層の厚みは既知の分析法、たとえば走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)によって同定することができるが、同定法は以下のような手法を用いる。正極活物質層101Bの断面画像を撮影し、任意の100個の粒子を選択する。このとき正極活物質の中心から観察して、中心から表面までの距離の平均値をDA/2、また、正極活物質の表面から被覆層の最外層までの距離の平均値を正極活物質被覆層の平均厚みDBとする。
The thickness of the coating layer can be identified by a known analysis method such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The identification method uses the following method. A cross-sectional image of the positive electrode
<負極>
(負極集電体)
負極集電体102Aは、導電性を有する材料により構成されていればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン等の金属箔を用いることができる。
<Negative electrode>
(Negative electrode current collector)
The negative electrode
(負極活物質層)
負極活物質層102Bは、負極活物質、負極用バインダー、および負極用導電助剤から主に構成されるものである。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode
(負極活物質)
負極活物質層102Bに用いる負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出(析出・溶解、合金化・非合金化)可能な化合物であればよく、公知の負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウムと化合することのできる金属、シリコン酸化物SiOx(0<x<2)、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)等を含む粒子が挙げられる。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material used for the negative electrode
負極102においてリチウム金属を用いる場合、初期充電前にリチウム金属が存在しない場合もある(リチウム金属が初期充電前に存在しない場合、電池は放電状態なので電池の製造時に安全である)。この場合、充電時に負極集電体102A上にリチウム金属が析出し、放電時に析出したリチウム金属が溶出する。このリチウム金属を含む層を負極活物質層24とみなすことができる。また放電に寄与するリチウム金属量が不足することに備え、初期充電前に負極集電体22の少なくとも一部にリチウム金属箔を設けてもよい。
When lithium metal is used in the
(負極用バインダー)
負極活物質と負極活物質、負極活物質と導電助剤、負極活物質と負極集電体102Aとを接着させるために、負極活物質層102Bにはバインダーを添加する。バインダーに要求される特性としては、電解液に溶解または極端に膨潤しないこと、耐還元性があること、接着性が良いことが挙げられる。負極活物質層102Bに用いられるバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはそのコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸(PA)及び共重合体、ポリアクリル酸(PA)及び共重合体の金属イオン架橋体、無水カルボン酸をグラフト化したポリプロピレン(PP)及びポリエチレン(PE)、またはこれらの混合物などが挙げられる。中でも、ポリアミドイミドが好ましい。尚、ポリイミドは、前駆体のポリアミック酸として添加し、電極形成後に熱処理してポリイミドとなる。
(Binder for negative electrode)
In order to bond the negative electrode active material and the negative electrode active material, the negative electrode active material and the conductive additive, and the negative electrode active material and the negative electrode
負極活物質層102Bにおけるバインダーの含有率は特に限定されないが、負極活物質、導電助剤及びバインダーの合計重量を基準にして、1重量%〜15重量%であることが好ましく、3重量%〜10重量%であることがより好ましい。バインダー量が少な過ぎると、十分な接着強度の負極を形成できなくなる傾向がある。逆にバインダー量が多過ぎると、バインダーは一般には電気化学的に不活性なので放電容量に寄与せず、十分な体積または重量エネルギー密度を得ることが困難となる傾向がある。負極活物質層102Bにおける導電助剤の含有率も特に限定されないが、導電助剤を添加する場合には通常、負極活物質に対して0.5重量%〜20重量%であることが好ましく、1重量%〜12重量%とすることがより好ましい。
The binder content in the negative electrode
(負極用導電助剤)
負極用導電助剤としては特に限定はなく、上記で記載した正極用導電助剤と同様のものを用いることができる。
(Conductive aid for negative electrode)
There is no limitation in particular as a conductive support agent for negative electrodes, The thing similar to the conductive support agent for positive electrodes described above can be used.
<セパレータ>
セパレータ103は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
<Separator>
The
<電解液>
電解液は、発電素子10内に含浸される。電解液には、リチウム塩等を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する非水系電解質溶液)を使用することができる。
<Electrolyte>
The electrolytic solution is impregnated in the
(溶媒)
非水電解質溶液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。
(solvent)
In the non-aqueous electrolyte solution, an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent, and a cyclic carbonate and a chain carbonate may be contained as a non-aqueous solvent.
環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。 As cyclic carbonate, what can solvate electrolyte can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like can be used.
鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。 The chain carbonate can reduce the viscosity of the cyclic carbonate. Examples thereof include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. In addition, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like may be mixed and used.
非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9〜1:1にすることが好ましい。 The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 1: 9 to 1: 1 by volume.
(電解質)
電解質としては、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB(リチウムビスオキサレートボラート)等のリチウム塩が使用できる。尚、これらのリチウム塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、LiPF6を含むことが好ましい。
(Electrolytes)
Examples of the electrolyte include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2) 2, LiN ( CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2, lithium salts such as LiBOB (lithium bis oxalate borate) may be used. In addition, these lithium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In particular, LiPF 6 is preferably included from the viewpoint of the degree of ionization.
LiPF6を非水溶媒に溶解する際は、非水電解質溶液中の電解質の濃度を、0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度を2.0mol/L以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。 When LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte solution is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L. When the concentration of the electrolyte is 0.5 mol / L or more, the lithium ion concentration of the nonaqueous electrolytic solution can be sufficiently secured, and a sufficient capacity can be easily obtained during charging and discharging. In addition, by suppressing the electrolyte concentration to within 2.0 mol / L, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte, to sufficiently secure the mobility of lithium ions, and to obtain a sufficient capacity during charging and discharging. It becomes easy.
LiPF6をその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度を0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましく、LiPF6からのリチウムイオン濃度はその50mol%以上含まれることがさらに好ましい。 Even when LiPF 6 is mixed with another electrolyte, the lithium ion concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L, and the lithium ion concentration from LiPF 6 is 50 mol%. More preferably, it is contained.
(外装体)
外装体20は、その内部に発電素子10及び電解液を密封するものである。外装体20は、電解液の外部への漏出や、外部からの電池1内部への水分等の侵入等を抑止するものである。
(Exterior body)
The
図1に示すように、外装体20は、発電素子10から順に、熱融着樹脂層201と、金属層202と、耐熱樹脂層203と、を有する。熱融着樹脂層201の材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを使用できる。金属層202の材料としては、アルミニウム、ステンレス等を使用できる。耐熱樹脂層203の材料としては、融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)等を使用できる。
As illustrated in FIG. 1, the
(端子)
端子30、31は、アルミニウム、ニッケルなどの導電材料から形成されている。端子は、一方が正極端子30、他方が負極端子31である。端子30、31の一端(内側端部)は発電素子10に接続され、他端(外側端部)は外装体20の外部に延出する。2つの端子30、31は、それぞれ同じ方向に延出してもよいし、異なる方向に延出してもよい。正極端子30は正極集電体101Aに接続され、負極端子31は負極集電体102Aに接続される。接続方法は特に問わず、溶接、ネジ止め等を用いることができる。
(Terminal)
The
<リチウムイオン二次電池の作製方法>
本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池1は、例えば以下のような方法で製造することができる。
<Method for manufacturing lithium ion secondary battery>
The lithium ion
(正極の作製方法)
正極101の製造方法は、複合化工程と、スラリー作製工程と、電極塗布工程と、圧延工程と、を備える。
(Production method of positive electrode)
The manufacturing method of the
「複合化工程」
複合化工程では、正極活物質と被覆炭素材料とをせん断力を加えながら混合し、前記炭素材料が変質しない程度に複合化粒子の密度を高めながら、正極活物質の表面に均一に前記炭素材料を付着させる。
"Composite process"
In the compounding step, the positive electrode active material and the coated carbon material are mixed while applying a shearing force, and the carbon material is uniformly formed on the surface of the positive electrode active material while increasing the density of the composite particles to such an extent that the carbon material does not deteriorate. To attach.
「スラリー作製工程」
次に、正極活物質と被覆炭素材料とからなる複合化粒子にバインダー及びそれらの種類に応じた溶媒、例えばPVDFの場合はN−メチル−2−ピロリドン等の溶媒を混合して、スラリーを作製する。
"Slurry preparation process"
Next, the composite particles composed of the positive electrode active material and the coated carbon material are mixed with a binder and a solvent according to the type thereof, for example, a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone in the case of PVDF, to prepare a slurry. To do.
「電極作製工程」
ドクターブレード、スロットダイ、ノズル、グラビアロール等の公知の方法の中から適宜選択した方法を用いて、上述のスラリーを正極集電体101A上に塗布する。塗布の量やライン速度の調整により、正極の活物質担持量を調整することができる。続いて、正極集電体101A上に塗布されたスラリー中の溶媒を除去する。除去法は特に限定されず、スラリーが塗布された正極集電体101Aを、例えば60℃〜150℃で乾燥させればよい。
"Electrode fabrication process"
The above-mentioned slurry is applied onto the positive electrode
「圧延工程」
最後にロールプレスにより圧延を行い、正極101が完成する。このとき、ロールを加熱しバインダーを柔らかくすることにより、より高い電極密度を得ることができる。ロールの温度は100℃〜200℃の範囲が好ましい。
"Rolling process"
Finally, rolling is performed by a roll press, and the
(負極の作製方法)
負極102は、上述の複合化工程を除いた、スラリー作製工程、電極塗布工程、及び圧延工程により作製することができる。尚、各工程は、正極101と同様の条件にて作製可能である。
(Production method of negative electrode)
The
最後に、正極101と負極102とをセパレータ103を介して積層することで、発電素子10が作製される。
Finally, the
そして、公知の方法により、端子30及び31を正極集電体101A、負極集電体102Aにそれぞれ溶接する。
Then, the
(外装体の作製方法)
次いで、外装体20を作製する。外装体20の作製方法は、まず、熱融着樹脂層201、金属層202、耐熱樹脂層203となるそれぞれのフィルムを準備する。次に、各層間の接着を行う。接着には、耐電解質性の接着剤(ウレタン系接着剤など)を使用できる。特に信頼性が必要な場合、樹脂層201、203と金属層202との間には接着剤を使用せずに、樹脂層201、203自体に接着性を有する酸(無水マレイン酸)変性樹脂を使用することが好ましい。そして、各層を積層して得られた外装体用ラミネートフィルムの長手方向の中心部分で熱融着樹脂層201を内側にして折り、長手方向の左右の端部を200℃で熱融着することで、外装体20が作製される。
(Method for manufacturing exterior body)
Next, the
そして、作製した発電素子10を外装体20に封入し、電解液を外装体20内に注入する。外装体20開口部をヒートシールすることで、リチウムイオン二次電池1が完成する。
Then, the produced
以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although preferred embodiment which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
[実施例1]
(正極の作製)
正極活物質として平均粒径10μmのLiCoO2、下記一般式(1)においてx=24の被覆炭素材料としてLi:C=1:24となるように作製したグラフェンを正極活物質LiCoO2に対して1.2質量部使用し、10度に傾斜させたホソカワミクロン製メカノフュージョンを用いて、回転数2500rpm条件下で複合化をおこなった。得られた複合化粒子をSEMで観察したところ、LiCoO2の粒径(DA)は約10μm、被覆層の厚み(DB)は約30nmであった。このときの正極活物質粒子の平均粒径(DA)被覆層の厚み(DB)の比はDB/DA=0.003となる。次に、前述した炭素被覆層が形成されている正極活物質LiCoO285質量部、カーボンブラック5質量部、PVDF10質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、正極活物質層形成用のスラリーを調整した。このスラリーを、厚さ20μmのアルミ金属箔の一面に、正極活物質の塗布量が9.0mg/cm2となるように塗布し、100℃で乾燥することで正極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって加圧成形し、正極を作製した。
一般式(1):
LiCx ・・・(1)
(上記一般式(1)においてx>12)
[Example 1]
(Preparation of positive electrode)
LiCoO 2 having an average particle diameter of 10 μm as a positive electrode active material, and graphene prepared so that Li: C = 1: 24 as a covering carbon material of x = 24 in the following general formula (1) with respect to the positive electrode active material LiCoO 2 Using 1.2 parts by mass and using a meso-fusion made by Hosokawa Micron inclined at 10 degrees, the composite was performed under the condition of 2500 rpm. When the obtained composite particles were observed with an SEM, the particle size (D A ) of LiCoO 2 was about 10 μm, and the thickness (D B ) of the coating layer was about 30 nm. At this time, the ratio of the average particle diameter (D A ) of the positive electrode active material particles and the thickness (D B ) of the coating layer is D B / D A = 0.003. Next, 85 parts by mass of the positive electrode active material LiCoO 2 on which the carbon coating layer described above is formed, 5 parts by mass of carbon black, and 10 parts by mass of PVDF are dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the positive electrode active material layer A slurry for formation was prepared. This slurry was applied to one surface of an aluminum metal foil having a thickness of 20 μm so that the applied amount of the positive electrode active material was 9.0 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a positive electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roller press and produced the positive electrode.
General formula (1):
LiC x (1)
(In the general formula (1), x> 12)
(負極の作製)
天然黒鉛90質量部、カーボンブラック5質量部、PVDF5質量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させ、負極活物質層形成用のスラリーを調整した。上記スラリーを、厚さ20μmの銅箔の一面に、負極活物質の塗布量が6.0mg/cm2となるように塗布し、100℃で乾燥することで負極活物質層を形成した。その後、ローラープレスによって加圧成形し、負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
90 parts by mass of natural graphite, 5 parts by mass of carbon black, and 5 parts by mass of PVDF were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a slurry for forming a negative electrode active material layer. The slurry was applied to one surface of a copper foil having a thickness of 20 μm so that the amount of the negative electrode active material applied was 6.0 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. to form a negative electrode active material layer. Then, it pressure-molded with the roller press and produced the negative electrode.
(電解液の作製)
体積比でEC/DEC=3/7となるように混合し、これに1mol/Lの濃度となるようにLiPF6を溶解させた。その後、この溶液に対し、添加剤としてジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)を1.0×10−2mol/Lの濃度となるように添加し、電解液を作製した。
(Preparation of electrolyte)
Were mixed so that EC / DEC = 3/7 by volume and this dissolved LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L. Thereafter, to this solution, lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) was added as an additive so as to have a concentration of 1.0 × 10 −2 mol / L, thereby preparing an electrolytic solution.
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極および負極と、それらの間にポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んでアルミラミネートパックに入れた。このアルミラミネートパックに、上記で作製した電解液を注入した後、真空シールし、実施例1の評価用リチウムイオン二次電池を作製した。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
The positive electrode and negative electrode produced above and a separator made of a polyethylene microporous film were sandwiched between them to be put in an aluminum laminate pack. The electrolytic solution prepared above was injected into this aluminum laminate pack and then vacuum-sealed to prepare a lithium ion secondary battery for evaluation of Example 1.
(500サイクル後容量維持率の測定)
上記で作製した評価用リチウムイオン二次電池について、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用い、充電レート1.0C(25℃で定電流充電を行ったときに1時間で充電終了となる電流値)の定電流充電で電池電圧が一般的に高電位とされる4.5Vとなるまで充電を行い、放電レート1.0Cの定電流放電で電池電圧が2.8Vとなるまで放電を行った。上記充放電終了後の放電容量を検出し、サイクル試験前の電池容量Q1を求めた。
(Measurement of capacity retention after 500 cycles)
About the lithium ion secondary battery for evaluation produced above, using a secondary battery charge / discharge test apparatus (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), the charge rate is 1.0 C (when constant current charging is performed at 25 ° C. in 1 hour) Charging is performed until the battery voltage reaches 4.5 V, which is generally a high potential, by constant current charging (current value at which charging ends), and the battery voltage is 2.8 V by constant current discharging at a discharge rate of 1.0 C. Discharge was performed until Detecting the discharge capacity after the charge and discharge ends, to determine the battery capacity to Q 1 before the cycle test.
上記で電池容量Q1を求めた電池を、再び二次電池充放電試験装置を用い、充電レート1.0Cの定電流充電で電池電圧が一般的に高電位とされる4.5Vとなるまで充電を行い、放電レート1.0Cの定電流放電で電池電圧が3.0Vとなるまで放電を行った。上記充放電を1サイクルとカウントし、500サイクルの充放電を行った。その後、500サイクル充放電終了後の放電容量を検出し、500サイクル後の電池容量Q2を求めた。 The battery determined battery capacity Q 1 above, until again using a secondary battery charge and discharge test device, a 4.5V battery voltage is generally a high potential at a constant current charging charge rate 1.0C The battery was charged and discharged until the battery voltage reached 3.0 V by constant current discharge at a discharge rate of 1.0 C. The charge / discharge was counted as one cycle, and 500 cycles of charge / discharge were performed. Then, to detect the discharge capacity after 500 cycles of charge and discharge termination, to determine the battery capacity Q 2 after 500 cycles.
上記で求めた容量Q1、Q2から、式(2)に従い、500サイクル後の容量維持率Eを求めた。得られた結果を表1に示す。
E=Q2/Q1×100 ・・・(2)
From the
E = Q 2 / Q 1 × 100 (2)
[実施例2〜5]
正極活物質の種類と粒径によって適宜メカノフュージョンの回転数、処理時間を変えることで、DBを制御し、DB/DAが表1の通り変化したことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
[Examples 2 to 5]
Rotational speed of the appropriate mechanofusion the kind and particle diameter of the positive electrode active material, by changing the processing time, and controls the D B, except that D B / D A changes as shown in Table 1, Example 1 Similarly, a lithium ion secondary battery was produced. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
[実施例6〜12]
表1のように上記一般式(1)においてLiCxのxの値を変化させた炭素材料を用いたことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
[Examples 6 to 12]
As shown in Table 1, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a carbon material in which the value of x of LiC x was changed in the general formula (1) was used. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
「実施例13〜16」
表1のように被覆層を形成する炭素材料変化させたことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
"Examples 13 to 16"
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon material forming the coating layer was changed as shown in Table 1. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
[実施例17〜23]
表1のように被覆炭素材料量を変化させたことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。尚、被覆炭素材料量は、正極活物質と炭素材料の合計重量に対する比率(重量%)で示される。またメカノフュージョンの回転数、処理時間を変えることで、DBを一定値に保つことが可能となった。
[Examples 17 to 23]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of the coated carbon material was changed as shown in Table 1. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed. The amount of the coated carbon material is indicated by a ratio (% by weight) to the total weight of the positive electrode active material and the carbon material. The mechanofusion rotational speed, by changing the processing time, it has become possible to keep the D B to a constant value.
[実施例24〜31]
表1のように様々な平均粒径(DA)を有する正極活物質を使用し、メカノフュージョンの回転数、処理時間を変えることで、被覆層の厚み(DB)を制御し、DB/DAを変化させたことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
[Examples 24-31]
Using the positive electrode active material having a different average particle diameter (D A) as shown in Table 1, the rotational speed of mechanofusion, by changing the processing time, to control the thickness of the covering layer (D B), D B A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that / DA was changed. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
[実施例32〜39]
表1のように様々な平均粒径(DA)を有する正極活物質を使用し、被覆層の厚み(DB)を制御したことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。尚、メカノフュージョンの回転数、処理時間を変えることで、DB/DAを一定値に保つことが可能となった。
[Examples 32-39]
A lithium ion secondary battery as in Example 1 except that positive electrode active materials having various average particle diameters (D A ) were used as shown in Table 1 and the thickness (D B ) of the coating layer was controlled. Was made. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed. It should be noted that D B / D A can be maintained at a constant value by changing the rotation speed and processing time of mechanofusion.
[実施例40]
表1のように正極活物質と被覆炭素材料の複合化工程で複合化処理を行わなかったことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
[Example 40]
As shown in Table 1, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the composite treatment was not performed in the composite step of the positive electrode active material and the coated carbon material. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
「比較例1,2」
表1のように被覆炭素材料として上記一般式(1)を満たさず、層状炭素でない炭素材料を使用したことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
"Comparative Examples 1 and 2"
As shown in Table 1, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a carbon material that did not satisfy the general formula (1) and was not layered carbon was used as the covering carbon material. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
「比較例3」
表1のように被覆炭素材料として上記一般式(1)を満たさない炭素材料を使用したことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
“Comparative Example 3”
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a carbon material that did not satisfy the general formula (1) was used as the covering carbon material as shown in Table 1. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
「比較例4」
表1のように被覆炭素材料を使用せず、複合化も行わなかったことを除いて、実施例1と同様にリチウムイオン二次電池を作製した。そして、上述の条件で500回の充放電試験を行い、容量維持率を算出した。
“Comparative Example 4”
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the coated carbon material was not used and composite was not performed as shown in Table 1. And the charge / discharge test of 500 times was performed on the above-mentioned conditions, and the capacity | capacitance maintenance factor was computed.
実施例1〜40及び比較例1〜4の各条件及び得られた500サイクル容量維持率E(%)を表1に示す。 Table 1 shows the conditions of Examples 1 to 40 and Comparative Examples 1 to 4 and the obtained 500 cycle capacity retention ratio E (%).
表1より、実施例1〜40はいずれも、被覆炭素材料として上記一般式(1)を満たす層状炭素材料を使用しなかった比較例1、比較例2、被覆炭素材料として上記一般式(1)を満す炭素材料を使用しなかった比較例3、被覆炭素材料を使用せず、複合化も行わなかったこと比較例4に対し、500サイクル後の容量維持率が向上しており、被覆炭素材料として上記一般式(1)を満たす層状炭素材料を使用し複合化を行うことにより、被覆層を形成することによる相乗効果が明らかとなった。実施例1〜5の結果から、いずれの正極活物質を使用しても上記一般式(1)を満たさす層状炭素材料を複合化することで500サイクル後の容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。 From Table 1, Examples 1-40 are all the comparative examples 1 and 2 which did not use the layered carbon material which satisfy | fills the said General formula (1) as a covering carbon material, and the said general formula (1) as a covering carbon material. In comparison with Comparative Example 3 in which no carbon material satisfying) was used and in Comparative Example 4 in which no coating carbon material was used and no composite was performed, the capacity retention rate after 500 cycles was improved, By using a layered carbon material satisfying the above general formula (1) as the carbon material and performing the composite, a synergistic effect by forming the coating layer was clarified. From the results of Examples 1 to 5, even if any positive electrode active material is used, there is an effect that the capacity maintenance rate after 500 cycles is further improved by combining the layered carbon material satisfying the general formula (1). It was confirmed that it was obtained.
実施例6〜12の結果から、被覆炭素材料として上記一般式(1)を満たす炭素材料を使用することで、500サイクル後の容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。 From the results of Examples 6 to 12, it was confirmed that by using a carbon material satisfying the general formula (1) as the covering carbon material, an effect of further improving the capacity retention rate after 500 cycles was obtained.
実施例1、および実施例13〜16の結果から、上記層状炭素の中でもグラフェン、多層グラフェン、グラファイトを使用することで、500サイクル後の容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。 From the results of Example 1 and Examples 13 to 16, it was confirmed that the effect of improving the capacity retention rate after 500 cycles can be obtained by using graphene, multilayer graphene, and graphite among the layered carbons. It was.
実施例17〜23の結果から、上記被覆炭素材料量を最適化することで、500サイクル後の容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。さらに、実施例24〜31の結果から、正極活物質の平均粒径(DA)と上記被覆層の厚み(DB)の比であるDB/DAを最適化することで、500サイクル後の容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。 From the results of Examples 17 to 23, it was confirmed that by optimizing the amount of the coated carbon material, an effect of further improving the capacity retention rate after 500 cycles was obtained. Furthermore, from the results of Examples 24 to 31, by optimizing the D B / D A is the ratio of the average particle size of the positive electrode active material (D A) and the thickness of the covering layer (D B), 500 cycles It was confirmed that the effect of further improving the capacity maintenance rate later was obtained.
実施例32〜39の結果から、被覆層の厚み(DB)を最適化することで、500サイクル後の容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。 From the results of Examples 32-39, it was confirmed that by optimizing the thickness (D B ) of the coating layer, an effect of further improving the capacity retention rate after 500 cycles was obtained.
実施例1、40の結果から、正極活物質と上記被覆炭素材料を複合化し被覆層を形成することで、500サイクル後の容量維持率がより向上する効果が得られることが確認された。 From the results of Examples 1 and 40, it was confirmed that an effect of further improving the capacity retention rate after 500 cycles was obtained by forming a coating layer by combining the positive electrode active material and the above-described coated carbon material.
表1から、本実施例にかかるリチウムイオン二次電池では、高電位における高いサイクル特性を達成できることが判明した。一方、比較例にかかるリチウムイオン二次電池では、高電位におけるサイクル特性は低下した。 From Table 1, it was found that the lithium ion secondary battery according to this example can achieve high cycle characteristics at a high potential. On the other hand, in the lithium ion secondary battery according to the comparative example, the cycle characteristics at a high potential were lowered.
本発明により、高電位における高いサイクル特性を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池用正極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池が提供される。 The present invention provides a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery using the same, having high cycle characteristics at a high potential.
1 リチウムイオン二次電池
10 発電素子
101 正極
101A 正極集電体
101B 正極活物質層
102 負極
102A 負極集電体
102B 負極活物質層
103 セパレータ
20 外装体
201 熱融着樹脂層
202 金属層
203 耐熱樹脂層
30 正極端子
31 負極端子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
一般式(1):
LiCx ・・・(1)
(上記一般式(1)においてx>12) A positive electrode for a lithium ion secondary battery comprising a lithium metal composite oxide as a positive electrode active material and a carbon material represented by the following general formula (1).
General formula (1):
LiC x (1)
(In the general formula (1), x> 12)
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