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JP2001236948A - Positive electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents

Positive electrode for lithium ion secondary battery

Info

Publication number
JP2001236948A
JP2001236948A JP2000045730A JP2000045730A JP2001236948A JP 2001236948 A JP2001236948 A JP 2001236948A JP 2000045730 A JP2000045730 A JP 2000045730A JP 2000045730 A JP2000045730 A JP 2000045730A JP 2001236948 A JP2001236948 A JP 2001236948A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
lithium ion
secondary battery
ion secondary
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000045730A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasufumi Shibata
靖文 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2000045730A priority Critical patent/JP2001236948A/en
Publication of JP2001236948A publication Critical patent/JP2001236948A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニッケル酸リチウムを正極活物質として使用
したリチウムイオン2次電池において、サイクル特性を
向上することができるリチウムイオン2次電池用正極を
提供する。 【解決手段】 正極集電箔10上に形成された正極活物
質12と負極集電箔14上に形成された負極活物質16
とがセパレータ18を介して対向配置されているリチウ
ムイオン2次電池において、正極活物質12にはニッケ
ル酸リチウムが使用されており、これにニッケルファイ
バが添加されている。これにより、ニッケル酸リチウム
からのニッケル溶出を抑制でき、リチウムイオン2次電
池の内部抵抗の上昇を抑制できるので、サイクル特性を
向上させることができる。
(57) Abstract: A lithium ion secondary battery using lithium nickelate as a positive electrode active material, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery capable of improving cycle characteristics. SOLUTION: A positive electrode active material 12 formed on a positive electrode current collector foil 10 and a negative electrode active material 16 formed on a negative electrode current collector foil 14 are provided.
In the lithium ion secondary battery in which the lithium ion oxide and the lithium ion battery are opposed to each other with the separator 18 interposed therebetween, lithium nickel oxide is used for the positive electrode active material 12 and nickel fiber is added to this. As a result, nickel elution from lithium nickel oxide can be suppressed, and an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, so that cycle characteristics can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン2次
電池に使用される正極の改良に関する。
The present invention relates to an improvement in a positive electrode used for a lithium ion secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、リチウムイオン2次電池用の
正極には、活物質としてリチウムコバルト化合物やリチ
ウムマンガン化合物等が使用されていた。しかし、コバ
ルトはコストが高いという問題があり、またリチウムマ
ンガン化合物では、使用中にマンガンの溶出に基づく結
晶構造の崩壊という問題があった。
2. Description of the Related Art Heretofore, a lithium cobalt compound, a lithium manganese compound, or the like has been used as an active material in a positive electrode for a lithium ion secondary battery. However, cobalt has a problem of high cost, and a lithium manganese compound has a problem of collapse of the crystal structure due to elution of manganese during use.

【0003】そこで、正極活物質としてニッケル酸リチ
ウム(LiNiO2)を使用することが検討されてい
る。
[0003] Therefore, the use of lithium nickelate (LiNiO 2 ) as a positive electrode active material has been studied.

【0004】しかし、上記ニッケル酸リチウムを使用し
た正極では、リチウムイオン2次電池の充放電時にニッ
ケル酸リチウムの膨張・収縮が起こり、活物質であるニ
ッケル酸リチウムと導電化材との間及びニッケル酸リチ
ウムを含む正極材と集電箔との間の密着性が低下し、内
部抵抗が上昇するという問題があった。
However, in the positive electrode using lithium nickelate, the lithium nickelate expands and contracts during charging and discharging of the lithium ion secondary battery, and the space between the lithium nickelate as an active material and the conductive material and the nickel is reduced. There has been a problem that the adhesion between the positive electrode material containing lithium oxide and the current collector foil is reduced, and the internal resistance is increased.

【0005】このような問題に対しては、たとえば特開
平3−263769号公報に記載されているように、電
極材料に繊維状物質を添加することも有効と考えられ
る。繊維状物質の添加により、活物質と導電化材との間
及び正極材と集電箔との間が多少離れても、繊維が粒子
にからまっているので、導電性を確保することができる
ためである。
To solve such a problem, it is considered effective to add a fibrous substance to the electrode material as described in, for example, JP-A-3-263693. Due to the addition of the fibrous substance, even if the distance between the active material and the conductive material and the distance between the positive electrode material and the current collector foil are slightly apart, the fibers are entangled with the particles, so that the conductivity can be secured. That's why.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例
は、負極の崩壊等を防止するための技術であって、ニッ
ケル酸リチウム特有の問題を解決するものとはいえなか
った。すなわち、ニッケル酸リチウムは、リチウムイオ
ン2次電池の充放電時の膨張・収縮にともない、ニッケ
ルが溶出するという性質がある。このように、溶出した
ニッケルは、ニッケル酸化物(NiO等)となり、負極
表面に析出して電池の内部抵抗を上昇させ、リチウムイ
オン2次電池のサイクル特性が低下するという問題があ
った。
However, the above-mentioned prior art is a technique for preventing the collapse of the negative electrode and the like, and cannot be said to solve the problems specific to lithium nickelate. That is, lithium nickelate has a property that nickel elutes with expansion and contraction during charging and discharging of a lithium ion secondary battery. As described above, the eluted nickel becomes a nickel oxide (NiO or the like), which is deposited on the surface of the negative electrode, increases the internal resistance of the battery, and has a problem in that the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery deteriorate.

【0007】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、ニッケル酸リチウムを正極活
物質として使用したリチウムイオン2次電池において、
サイクル特性を向上することができるリチウムイオン2
次電池用正極を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide a lithium ion secondary battery using lithium nickelate as a positive electrode active material.
Lithium ion 2 that can improve cycle characteristics
An object of the present invention is to provide a positive electrode for a secondary battery.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、活物質としてニッケル酸リチウムを使用
したリチウムイオン2次電池用正極であって、ニッケル
ファイバが添加されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a positive electrode for a lithium ion secondary battery using lithium nickelate as an active material, wherein a nickel fiber is added. Features.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。
Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1には、本発明に係るリチウムイオン2
次電池用正極を使用したリチウムイオン2次電池の構成
例の断面図が示される。図1において、正極集電箔10
の上にニッケル酸リチウムを使用した正極活物質12が
形成されており、負極集電箔14の上に負極活物質16
が形成されている。これらの正極活物質12及び負極活
物質16は、セパレータ18を介して対向配置されてお
り、リチウムイオン2次電池が構成されている。なお、
正極活物質12、負極活物質16、セパレータ18に
は、所定の電解液が含浸されている。
FIG. 1 shows a lithium ion 2 according to the present invention.
A sectional view of a configuration example of a lithium ion secondary battery using a positive electrode for a secondary battery is shown. In FIG. 1, a positive electrode current collector foil 10
The positive electrode active material 12 using lithium nickelate is formed on the negative electrode current collector foil 14, and the negative electrode active material 16
Are formed. The positive electrode active material 12 and the negative electrode active material 16 are opposed to each other with a separator 18 interposed therebetween, and constitute a lithium ion secondary battery. In addition,
The positive electrode active material 12, the negative electrode active material 16, and the separator 18 are impregnated with a predetermined electrolytic solution.

【0011】本発明者らは、正極活物質12に使用され
るニッケル酸リチウムからニッケルの溶出を抑制するた
めに、活物質中にニッケルファイバを添加することが有
効であることを見いだした。ニッケルファイバを正極活
物質12中に添加すると、リチウムイオン2次電池の充
放電時にニッケル酸リチウムの結晶が膨張、収縮して生
じる歪みに対してニッケルファイバが緩衝材となり、結
晶の歪みを緩和することができる。このため、ニッケル
酸リチウムの結晶の歪みにもとづくニッケルの溶出を抑
制することができる。
The present inventors have found that it is effective to add a nickel fiber to the active material in order to suppress the elution of nickel from lithium nickelate used for the positive electrode active material 12. When the nickel fiber is added to the positive electrode active material 12, the nickel fiber acts as a buffer against the strain caused by the expansion and contraction of the lithium nickelate crystal during charge and discharge of the lithium ion secondary battery, and the crystal strain is relaxed. be able to. For this reason, the elution of nickel based on the distortion of the crystal of lithium nickelate can be suppressed.

【0012】また、上記のようにニッケル酸リチウムか
らのニッケル溶出が抑制できれば、ニッケル酸リチウム
の結晶構造の崩壊も抑制でき、正極活物質12が微細化
することによって生じる内部抵抗の上昇も抑制すること
ができる。
If the elution of nickel from lithium nickelate can be suppressed as described above, the collapse of the crystal structure of lithium nickelate can be suppressed, and the increase in internal resistance caused by the finer cathode active material 12 can be suppressed. be able to.

【0013】以上のような目的で、正極活物質12に添
加されるニッケルファイバとしては、直径が20μm以
下であり、長さが0.5〜5mmの範囲のものがよい。
ニッケルファイバの直径が20μm以上あるいは長さが
5mm以上のものとなると、ファイバが硬くなり、セパ
レータ18を破ってショートの原因となる。また、長さ
が長すぎると電極作成時にニッケルファイバの分散性が
悪化し、十分な歪みの緩衝効果を得ることができなくな
る。
For the above purpose, the nickel fiber added to the positive electrode active material 12 preferably has a diameter of 20 μm or less and a length in the range of 0.5 to 5 mm.
If the nickel fiber has a diameter of 20 μm or more or a length of 5 mm or more, the fiber becomes hard and breaks the separator 18 to cause a short circuit. On the other hand, if the length is too long, the dispersibility of the nickel fiber is deteriorated at the time of forming the electrode, and it is not possible to obtain a sufficient strain buffering effect.

【0014】ニッケルファイバは、ニッケル酸リチウム
に導電化材と結着剤とを加えた正極材料に対し、0.1
〜10wt%の範囲で添加する。添加量が少なすぎる
と、歪みの緩衝効果が小さくなり、多すぎると電極の容
量が低下するとともに重量増の原因となる。
The nickel fiber is used in an amount of 0.1% with respect to a positive electrode material obtained by adding a conductive material and a binder to lithium nickel oxide.
It is added in the range of 10 wt%. If the addition amount is too small, the effect of buffering strain becomes small, and if it is too large, the capacity of the electrode decreases and the weight increases.

【0015】以上のように、正極活物質12にニッケル
ファイバを添加した場合としなかった場合につき、これ
らを使用したリチウムイオン2次電池に60℃で充放電
を100サイクル行った後のニッケル溶出量の比較が表
1に示される。
As described above, the amount of nickel eluted after performing 100 cycles of charge / discharge at 60 ° C. in a lithium ion secondary battery using the same, with or without nickel fibers added to the positive electrode active material 12. Are shown in Table 1.

【0016】[0016]

【表1】 上記表1において、ニッケル(Ni)溶出割合は、正極
活物質12に使用されたニッケル酸リチウムに含まれる
ニッケル重量に対する溶出したニッケル量をあらわして
いる。表1に示されるように、ニッケルファイバを添加
すると、ニッケル溶出量が大幅に減少することがわか
る。
[Table 1] In Table 1 above, the nickel (Ni) elution ratio indicates the amount of nickel eluted with respect to the weight of nickel contained in the lithium nickelate used for the positive electrode active material 12. As shown in Table 1, it can be seen that the addition of nickel fiber significantly reduces the amount of nickel eluted.

【0017】図2には、ニッケルファイバを添加したも
のと添加しないものとで、リチウムイオン2次電池の充
放電サイクルを繰り返した場合のリチウムイオン2次電
池の内部抵抗の変化が示される。図2に示されるよう
に、ニッケルファイバを添加した場合の方が添加しない
場合に比べ、サイクル数の増加とともに内部抵抗が上昇
することを抑制することができる。これは、ニッケルフ
ァイバにより、ニッケル酸リチウムからのニッケル溶出
が抑制される結果、ニッケル酸リチウムの結晶構造の崩
壊が抑制されて、活物質と導電化材との間及び正極活物
質12と正極集電箔12との間の剥離が防止されるから
である。
FIG. 2 shows changes in the internal resistance of the lithium ion secondary battery when the charge / discharge cycle of the lithium ion secondary battery is repeated with and without the addition of the nickel fiber. As shown in FIG. 2, when the nickel fiber is added, the internal resistance can be suppressed from increasing as the number of cycles increases, as compared with the case where the nickel fiber is not added. This is because the nickel fiber suppresses the elution of nickel from lithium nickelate, which suppresses the collapse of the crystal structure of lithium nickelate, and between the active material and the conductive material and between the positive electrode active material 12 and the positive electrode collection material. This is because peeling between the electrofoil 12 is prevented.

【0018】図3には、ニッケルファイバを添加したも
のと添加しないものとで、リチウムイオン2次電池の充
放電サイクルを繰り返した場合のリチウムイオン2次電
池の容量維持率の変化が示される。図3においても、ニ
ッケルファイバを添加したものの方が、容量維持率が高
くなっており、サイクル特性が向上していることがわか
る。図3の例では、100サイクル後の値で約10%容
量維持率が向上していることがわかる。
FIG. 3 shows a change in the capacity retention of the lithium ion secondary battery when the charge / discharge cycle of the lithium ion secondary battery is repeated between the case where the nickel fiber is added and the case where the nickel fiber is not added. FIG. 3 also shows that the case where the nickel fiber was added had a higher capacity retention ratio and improved cycle characteristics. In the example of FIG. 3, it can be seen that the capacity retention rate is improved by about 10% at the value after 100 cycles.

【0019】なお、図2及び図3は、直径4μm、長さ
1mmのニッケルファイバを1wt%添加した場合の測
定結果である。また、この測定は60℃の温度で行った
ものである。
FIGS. 2 and 3 show the measurement results when 1 wt% of a nickel fiber having a diameter of 4 μm and a length of 1 mm was added. This measurement was performed at a temperature of 60 ° C.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ニッケル酸リチウムを使用した正極活物質にニッケルフ
ァイバを添加することにより、ニッケル酸リチウムから
のニッケル溶出を抑制でき、内部抵抗の上昇を防止する
とともに、リチウムイオン2次電池のサイクル特性を向
上させることができる。
As described above, according to the present invention,
By adding nickel fibers to the positive electrode active material using lithium nickelate, nickel elution from lithium nickelate can be suppressed, preventing an increase in internal resistance and improving the cycle characteristics of lithium ion secondary batteries. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係るリチウムイオン2次電池用正極
を使用したリチウムイオン2次電池の構成例の断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a configuration example of a lithium ion secondary battery using a positive electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention.

【図2】 正極活物質にニッケルファイバを添加したも
のと添加しないものを正極として使用したリチウムイオ
ン2次電池の充放電サイクルに対する内部抵抗の変化を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change in internal resistance with respect to a charge / discharge cycle of a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material with and without a nickel fiber as a positive electrode.

【図3】 正極活物質にニッケルファイバを添加したも
のと添加しないものを正極として使用したリチウムイオ
ン2次電池の充放電サイクルに対する容量維持率の変化
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a change in a capacity retention ratio with respect to a charge / discharge cycle of a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material with and without a nickel fiber as a positive electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 正極集電箔、12 正極活物質、14 負極集電
箔、16 負極活物質、18 セパレータ。
Reference Signs List 10 positive electrode current collector foil, 12 positive electrode active material, 14 negative electrode current collector foil, 16 negative electrode active material, 18 separator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活物質としてニッケル酸リチウムを使用
したリチウムイオン2次電池用正極であって、 ニッケルファイバが添加されていることを特徴とするリ
チウムイオン2次電池用正極。
1. A positive electrode for a lithium ion secondary battery using lithium nickel oxide as an active material, wherein a nickel fiber is added to the positive electrode.
JP2000045730A 2000-02-23 2000-02-23 Positive electrode for lithium ion secondary battery Pending JP2001236948A (en)

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Effective date: 20040330