JP2023121481A - Cured product for lithium-ion secondary battery, negative electrode for lithium-ion secondary battery, and 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用硬化物、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cured product for lithium ion secondary batteries, a negative electrode for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器やハイブリットカー等の動力源としても広く用いられている。 Lithium ion secondary batteries are also widely used as power sources for mobile devices such as mobile phones and laptop computers, and hybrid cars.
リチウムイオン二次電池の容量は主に電極の活物質に依存する。負極活物質には、一般に黒鉛が利用されているが、より高容量な負極活物質が求められている。そのため、黒鉛の理論容量(372mAh/g)に比べてはるかに大きな理論容量をもつシリコン(Si)が注目されている。 The capacity of a lithium ion secondary battery mainly depends on the active material of the electrodes. Graphite is generally used as a negative electrode active material, but there is a demand for a negative electrode active material with a higher capacity. Therefore, silicon (Si), which has a much larger theoretical capacity than that of graphite (372 mAh/g), has attracted attention.
Siを含む負極活物質は充電時に大きな体積膨張を伴う。負極活物質の体積膨張は、電池のサイクル特性の低下の原因となる。負極活物質が体積膨張すると、例えば、負極活物質にクラックが生じたり、負極活物質層と集電体の界面で剥離が生じたり、SEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜にクラックが生じ電解液の分解等が生じる場合がある。これらは、電池のサイクル特性を低下させる。 A negative electrode active material containing Si undergoes a large volume expansion during charging. The volume expansion of the negative electrode active material causes deterioration in the cycle characteristics of the battery. When the negative electrode active material expands in volume, for example, cracks occur in the negative electrode active material, separation occurs at the interface between the negative electrode active material layer and the current collector, or cracks occur in the SEI (Solid Electrolyte Interphase) coating, resulting in decomposition of the electrolyte. etc. may occur. These degrade the cycle characteristics of the battery.
電池のサイクル特性を向上させるために、負極活物質層にバインダーが用いられる。例えば、特許文献1には、アルカリ陽イオンで置換されたポリビニルアクリル酸とポリビニルアルコールとの架橋化合物を含むバインダー組成物が開示されている。
A binder is used in the negative electrode active material layer to improve the cycle characteristics of the battery. For example,
サイクル特性の更なる向上が求められている。 Further improvement in cycle characteristics is required.
本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができるリチウムイオン二次電池用硬化物を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a cured product for lithium ion secondary batteries that can improve the cycle characteristics of lithium ion secondary batteries.
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 In order to solve the above problems, the following means are provided.
(1)第1の態様にかかるリチウムイオン二次電池用硬化物は、水溶性高分子がチタン化合物で架橋されたポリマーを有し、CuKα線を用いた広角X線散乱(WAXS)測定した際に、回折角2θが16°以上21°以下の範囲にピークを有し、前記ピークの半値幅が7.1°以下である。 (1) The cured product for a lithium ion secondary battery according to the first aspect has a polymer in which a water-soluble polymer is crosslinked with a titanium compound, and is measured by wide-angle X-ray scattering (WAXS) using CuKα rays. Furthermore, it has a peak in the range of the diffraction angle 2θ of 16° or more and 21° or less, and the half width of the peak is 7.1° or less.
(2)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用硬化物において、前記水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、アクリル酸とビニルアルコールとの共重合体からなる群から選択されるいずれか一つ以上でもよい。 (2) In the cured product for a lithium ion secondary battery according to the above aspect, the water-soluble polymer is any selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and a copolymer of acrylic acid and vinyl alcohol. or one or more.
(3)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用硬化物において、前記水溶性高分子の重量平均分子量が、9000以上200000以下でもよい。 (3) In the cured product for a lithium ion secondary battery according to the above aspect, the water-soluble polymer may have a weight average molecular weight of 9000 or more and 200000 or less.
(4)第2の態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質と、上記態様にかかる二次電池用硬化物とを有する。 (4) A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the second aspect has a negative electrode active material and the cured product for a secondary battery according to the above aspect.
(5)第3の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、前記リチウムイオン二次電池用負極と前記正極との間にあるセパレータと、を備える。 (5) A lithium ion secondary battery according to a third aspect includes the lithium ion secondary battery negative electrode according to the above aspect, a positive electrode, and a separator between the lithium ion secondary battery negative electrode and the positive electrode. , provided.
上記態様に係るリチウムイオン用硬化物は、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させる。 The lithium ion cured product according to the above aspect improves the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, characteristic portions may be enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratios and the like of each component may differ from the actual. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate modifications without changing the gist of the invention.
「リチウムイオン二次電池」
図1は、第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、発電素子40と外装体50と非水電解液(図示略)とを備える。外装体50は、発電素子40の周囲を被覆する。発電素子40は、接続された一対の端子60、62によって外部と接続される。非水電解液は、外装体50内に収容されている。図1では、外装体50内に発電素子40が一つの場合を例示したが、発電素子40が複数積層されていてもよい。またリチウムイオン二次電池100は、円筒型、角型、ラミネート型、ボタン型等のいずれでもよい。
"Lithium-ion secondary battery"
FIG. 1 is a schematic diagram of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment. A lithium-ion
(発電素子)
発電素子40は、セパレータ10と正極20と負極30とを備える。
(power generation element)
The
<正極>
正極20は、例えば、正極集電体22と正極活物質層24とを有する。正極活物質層24は、正極集電体22の少なくとも一面に接する。
<Positive electrode>
The
[正極集電体]
正極集電体22は、例えば、導電性の板材である。正極集電体22は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属薄板である。重量が軽いアルミニウムは、正極集電体22に好適に用いられる。正極集電体22の平均厚みは、例えば、10μm以上30μm以下である。
[Positive collector]
The positive electrode
[正極活物質層]
正極活物質層24は、例えば、正極活物質を含む。正極活物質層24は、必要に応じて、導電助剤、バインダーを含んでもよい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode
正極活物質は、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、リチウムイオンとカウンターアニオン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な電極活物質を含む。 The positive electrode active material is an electrode active material that can reversibly absorb and release lithium ions, desorb and insert (intercalate) lithium ions, or dope and dedope lithium ions and counter anions. including.
正極活物質は、例えば、複合金属酸化物である。複合金属酸化物は、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixCoyMnzMaO2の化合物(一般式中において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)、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、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)である。正極活物質は、有機物でもよい。例えば、正極活物質は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンでもよい。 The positive electrode active material is, for example, a composite metal oxide. Composite metal oxides include, for example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and general formula: LiNi x Co yMn z M a O 2 compound (in the general formula, x + y + z + a = 1, 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1, 0 ≤ a < 1, M is Al, Mg, Nb, one or more elements selected from Ti, Cu, Zn, and Cr), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti , Al, and one or more elements selected from Zr or VO), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), LiNi x Co y Al z O 2 (0.9<x+y+z<1.1) be. The positive electrode active material may be organic. For example, the positive electrode active material may be polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene.
正極活物質は、リチウム非含有の材料でもよい。リチウム非含有の材料は、例えば、FeF3、有機導電性物質を含む共役系ポリマー、シェブレル相化合物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物等である。リチウム非含有の材料は、いずれか一つの材料のみを用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。正極活物質がリチウム非含有の材料の場合は、例えば、最初に放電を行う。放電により正極活物質にリチウムが挿入される。このほか、正極活物質がリチウム非含有の材料に対して、化学的又は電気化学的にリチウムをプレドープしてもよい。 The positive electrode active material may be a non-lithium containing material. Lithium-free materials are, for example, FeF 3 , conjugated polymers containing organic conductive materials, Chevrell phase compounds, transition metal chalcogenides, vanadium oxides, niobium oxides, and the like. Only one of the lithium-free materials may be used, or a plurality of materials may be used in combination. When the positive electrode active material is a lithium-free material, for example, it is first discharged. Lithium is inserted into the positive electrode active material by discharging. In addition, lithium may be chemically or electrochemically pre-doped into a positive electrode active material that does not contain lithium.
導電助剤は、正極活物質の間の電子伝導性を高める。導電助剤は、例えば、カーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、導電性酸化物である。カーボン粉末は、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等である。金属微粉は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の粉である。 A conductive aid enhances the electronic conductivity between the positive electrode active materials. Examples of conductive aids include carbon powder, carbon nanotubes, carbon materials, metal fine powders, mixtures of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides. Examples of carbon powder include carbon black, acetylene black, and ketjen black. Metal fine powder is, for example, powder of copper, nickel, stainless steel, iron, or the like.
正極活物質層24における導電助剤の含有率は特に限定されない。例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーの総質量に対して導電助剤の含有率は、0.5質量%以上20質量%以下であり、好ましくは1質量%以上5質量%以下である。
The content of the conductive aid in the positive electrode
正極活物質層24におけるバインダーは、正極活物質同士を結合する。バインダーは、公知のものを用いることができる。またバインダーは、後述する負極活物質層34に用いられるものと同様のものでもよい。バインダーは、電解液に溶解せず、耐酸化性を有し、接着性を有するものが好ましい。バインダーは、例えば、フッ素樹脂である。バインダーは、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)、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)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアクリル酸及びその共重合体、ポリアクリル酸及びその共重合体の金属イオン架橋体、無水マレイン酸をグラフト化したポリプロピレン(PP)又はポリエチレン(PE)、これらの混合物である。正極活物質層に用いるバインダーは、PVDFが特に好ましい。
The binder in the positive electrode
正極活物質層24におけるバインダーの含有率は特に限定されない。例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーの総質量に対してバインダーの含有率は、1質量%以上15質量%以下であり、好ましくは1.5質量%以上5質量%以下である。バインダーの含有率が少ないと、正極20の接着強度が弱まる。バインダーの含有率が高いと、バインダーは電気化学的に不活性で放電容量に寄与しないため、リチウムイオン二次電池100のエネルギー密度が低くなる。
The binder content in the positive electrode
<負極>
負極30は、例えば、負極集電体32と負極活物質層34とを有する。負極活物質層34は、負極集電体32の少なくとも一面に形成されている。負極30は、リチウムイオン二次電池用負極の一例である。
<Negative Electrode>
The
[負極集電体]
負極集電体32は、例えば、導電性の板材である。負極集電体32は、正極集電体22と同様のものを用いることができる。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode
[負極活物質層]
負極活物質層34は、負極活物質とバインダーとを含む。負極活物質層34は、必要に応じて導電助剤を含んでもよい。バインダーは、リチウムイオン二次電池用硬化物の一例である。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode
負極活物質は、シリコン又はシリコン化合物を含む。シリコン化合物は、例えば、シリコン合金、酸化シリコン等である。例えば、シリコン又はシリコン化合物は、結晶質でも、非晶質でも、非晶質中に結晶質が分散したものよい。非晶質のシリコン又はシリコン化合物は、メルトスパン法、ガスアトマイズ法等で作製できる。 The negative electrode active material contains silicon or a silicon compound. The silicon compound is, for example, a silicon alloy, silicon oxide, or the like. For example, the silicon or silicon compound may be crystalline, amorphous, or crystalline dispersed in amorphous. Amorphous silicon or a silicon compound can be produced by a melt spun method, a gas atomization method, or the like.
シリコン合金は、XnSiで表される。Xは、カチオンである。Xは、例えば、Ba、Mg、Al、Zn、Sn、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、W、Au、Ti、Na、K等である。nは、0≦n≦0.5を満たす。酸化シリコンは、SiOxで表記される。xは、例えば、0.8≦x≦2を満たす。酸化シリコンは、SiO2のみからなってもよいし、SiOのみからなってもよいし、SiOとSiO2との混合物でもよい。また酸化シリコンは、酸素の一部が欠損していてもよい。 A silicon alloy is represented by XnSi. X is a cation. X is, for example, Ba, Mg, Al, Zn, Sn, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, W, Au, Ti, Na , K, etc. n satisfies 0≦n≦0.5. Silicon oxide is denoted by SiO x . x satisfies 0.8≦x≦2, for example. The silicon oxide may consist of only SiO2 , may consist of only SiO, or may be a mixture of SiO and SiO2 . In addition, silicon oxide may be partially deficient in oxygen.
負極活物質は、シリコン又はシリコン化合物の複合体でもよい。複合体は、シリコン又はシリコン化合物の粒子の表面の少なくとも一部に、導電性材料が被覆したものである。導電性材料は、例えば、炭素材料、Al、Ti、Fe、Ni、Cu、Zn、Ag、Sn等である。例えば、シリコン炭素複合化材料(Si-C)は複合体の一例である。シリコン又はシリコン化合物の粒子に対する導電性材料の被覆量は、例えば、複合体の総質量に対して0.01質量%以上30質量%以下であり、好ましくは0.1質量%以上20質量%以下である。複合体は、例えば、メカニカルアロイング法、化学蒸着法、湿式法、高分子を被覆後に高分子を熱分解して炭素化する方法等で作製できる。 The negative electrode active material may be a composite of silicon or a silicon compound. The composite is obtained by coating at least part of the surface of silicon or silicon compound particles with a conductive material. The conductive material is, for example, a carbon material, Al, Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, Sn, or the like. For example, a silicon carbon composite (Si—C) is one example of a composite. The coating amount of the conductive material on the silicon or silicon compound particles is, for example, 0.01% by mass or more and 30% by mass or less, preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total mass of the composite. is. The composite can be produced by, for example, a mechanical alloying method, a chemical vapor deposition method, a wet method, a method of coating a polymer and then thermally decomposing the polymer to carbonize it, or the like.
負極活物質のBET法で求めた比表面積は、例えば、0.5m2/g以上100m2/g以下であり、好ましくは1.0m2/g以上20m2/g以下である。比表面積が小さいと、Liイオンが負極活物質間に挿入脱離しにくくなる。比表面積が大きいと、電極化に多くのバインダーが必要であり、単位体積当たりの容量が小さくなる。
The specific surface area of the negative electrode active material determined by the BET method is, for example, 0.5 m 2 /g or more and 100
負極活物質層34におけるバインダーは、負極活物質同士を結合する。図2は、第1実施形態に係るバインダーを構成するポリマー1の模式図である。ポリマー1は、水溶性高分子2とチタン化合物3とを有する。
The binder in the negative electrode
ここで、高分子が「水溶性」であるか否かは以下の手順で判断できる。まずイオン交換水100重量部当たり高分子1重量部(固形分相当)を添加し攪拌して得られる混合物を準備する。この混合物を、温度20~95℃、pH3~12(pH調整にはNaOH水溶液及び/又はHCl水溶液を使用する)の範囲内の一条件に調整する。次いで、この混合物を、250メッシュのスクリーンを通過させる。スクリーンを通過せずにスクリーン上に残る残渣の固形分の重量が、添加した高分子の固形分に対して50重量%を超えない場合は、高分子が水溶性であると言える。なお、上記高分子と水との混合物が、静置した場合に二相に分離するエマルジョン状態であっても、上記定義を満たせば、その高分子は水溶性である。 Here, whether or not the polymer is "water-soluble" can be determined by the following procedure. First, 1 part by weight of polymer (equivalent to solid content) is added to 100 parts by weight of ion-exchanged water and stirred to prepare a mixture. The mixture is adjusted to one condition at a temperature of 20-95° C. and a pH within the range of 3-12 (using aqueous NaOH and/or aqueous HCl for pH adjustment). The mixture is then passed through a 250 mesh screen. A polymer is said to be water-soluble if the weight of the residual solids remaining on the screen that does not pass through the screen does not exceed 50% by weight relative to the solids content of the added polymer. Even if the mixture of the polymer and water is in an emulsion state in which it separates into two phases when allowed to stand still, the polymer is water-soluble as long as it satisfies the above definition.
図3は、第1実施形態に係るバインダーを構成するポリマー1の架橋前の模式図である。例えば、水溶性高分子2の水酸基とチタン化合物3の前駆体4の水酸基とが反応すると、水溶性高分子2とチタン化合物3とが架橋する。水溶性高分子2の水酸基の一部は、チタン化合物3の前駆体4とは反応せずに、未反応で残る。残存した水酸基は、負極活物質と相互作用し、負極活物質とポリマー1が結着する。ここでは、水酸基同士の反応の例を示したが、この例に限られない。例えば、チタン化合物3のアルコキシ基が脱離し、水溶性高分子2の水酸基と反応、又はチタン化合物3のイソシアネート基、カルボキシ基等と水溶性高分子2の水酸基とが反応し、架橋してもよい。ポリマー1は、水溶性高分子2がチタン化合物3で架橋されたものである。
FIG. 3 is a schematic diagram of the
水溶性高分子100重量部当たりのチタン化合物は、例えば、5重量部以上53重量部未満であり、好ましくは13重量部以上26重量部未満である。チタン化合物3の存在比が少ないと、ポリマー1内の架橋点が少なく、バインダーの弾性が低下する。チタン化合物3の存在比が多いと、ポリマー1内でフリーに存在し得る水酸基の割合が減り、負極活物質及び負極集電体32との結着性が低下する。
The titanium compound per 100 parts by weight of the water-soluble polymer is, for example, 5 parts by weight or more and less than 53 parts by weight, preferably 13 parts by weight or more and less than 26 parts by weight. If the abundance ratio of the titanium compound 3 is small, the number of cross-linking points in the
水溶性高分子2は、例えば、水酸基を有する高分子である。水溶性高分子2は、例えば、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、アクリル酸とビニルアルコールとの共重合体、アクリル酸ナトリウムとビニルアルコールとの共重合体、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリノルボルネンジカルボン酸である。水溶性高分子2は、好ましくは、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、アクリル酸とビニルアルコールとの共重合体である。アクリル酸とビニルアルコールとの共重合体は、例えば、ビニルエステルとエチレン不飽和カルボン酸エステルとを共重合し、この共重合体を酸性化で加水分解することで得られる。水溶性高分子2は、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。
The water-
水溶性高分子2の重量平均分子量は、例えば、9000~200000である。特に、水溶性高分子2としてポリビニルアルコールを用いる場合、重量平均分子量が9000~200000であることが好ましい。水溶性高分子2の分子量が小さいと、ポリマー1内の架橋点が少なく、バインダーの弾性が低下する。水溶性高分子2の分子量が大きいと、ポリマー1がゲル化し、均一分散が難しくなる。水溶性高分子2の重量平均分子量は、架橋前の水溶性高分子2を入手可能な場合は、架橋前の水溶性高分子を分析して求められる。架橋前の水溶性高分子2を入手できない場合は、ポリマー1の重量平均分子量と、ポリマー1内における水溶性高分子2とチタン化合物3との存在比から概算できる。
The weight average molecular weight of the water-
水溶性高分子2としてポリビニルアルコールを用いる場合、けん化したポリ酢酸ビニルを用いて作製された部分けん化ポリビニルアルコール、完全けん化ポリビニルアルコールが好ましい。ポリビニルアルコールは、例えば、ビニルアルコール-酢酸ビニル共重合体、ビニルアルコール-ビニルブチラール共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体であり、好ましくはビニルアルコール-酢酸ビニル共重合体である。
When polyvinyl alcohol is used as the water-
ポリビニルアルコールの共重合比率は、けん化度で表される。ポリビニルアルコールのけん化度は、例えば、60モル%以上99モル%以下である。ポリビニルアルコールのけん化度が60モル%以上であると、チタン化合物3の前駆体4と架橋しやすくなる。ポリビニルアルコールのけん化度は、酢酸ビニルなどの共重合単位の加水分解に要するアルカリ消費量やNMRによる組成分析で求めることができる。
The copolymerization ratio of polyvinyl alcohol is represented by the degree of saponification. The degree of saponification of polyvinyl alcohol is, for example, 60 mol % or more and 99 mol % or less. When the degree of saponification of polyvinyl alcohol is 60 mol % or more, it becomes easy to crosslink with the
チタン化合物3は、構造内にチタン元素を含む。チタン化合物3は、有機チタン化合物であり、例えば、チタンキレートである。チタン化合物3は、例えば、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネート、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンジエタノールアミネート、チタンアミノエチルアミノエタレート等である。チタン化合物3は、水溶性高分子2を繋ぐ架橋剤である。チタン化合物3は、コンパクトな架橋剤であり、水溶性高分子2の結晶性を崩しにくい。
Titanium compound 3 contains the element titanium in its structure. Titanium compound 3 is an organic titanium compound, such as a titanium chelate. Titanium compound 3 is, for example, titanium lactate, titanium triethanolamine, titanium lactate ammonium salt, titanium diethanolamine, titanium aminoethylaminoethrate, or the like. The titanium compound 3 is a cross-linking agent that connects the water-
図4は、第1実施形態に係るバインダーの広角X線散乱(WAXS)測定結果の一例である。広角X線散乱は、CuKα線を用いて行う。図4に示すように、第1実施形態に係るバインダーは、回折角2θが16°以上21°以下の範囲にピークpを有する。ピークpの半値幅(半値全幅:FWHM)は、7.1°以下である。広角X線散乱で生じるピークpが上記条件を満たすと、バインダーが高強度かつ高弾性になる。一般に、X線散乱の半値幅が狭いと、構造体の結晶性が高い。バインダーの半値幅が当該範囲ということは、バインダーがある程度の結晶性を有すると考えられ、バインダーが高強度になる。バインダーのピークpの位置及び半値幅は、バインダー内の水溶性高分子の割合、バインダーの効果条件等を制御することで、制御できる。 FIG. 4 is an example of wide-angle X-ray scattering (WAXS) measurement results of the binder according to the first embodiment. Wide-angle X-ray scattering is performed using CuKα radiation. As shown in FIG. 4, the binder according to the first embodiment has a peak p in the diffraction angle 2θ range of 16° or more and 21° or less. The half width (full width at half maximum: FWHM) of the peak p is 7.1° or less. When the peak p generated by wide-angle X-ray scattering satisfies the above conditions, the binder has high strength and high elasticity. In general, the narrower the half width of X-ray scattering, the higher the crystallinity of the structure. The fact that the half-value width of the binder is within the above range is considered to indicate that the binder has a certain degree of crystallinity, and the strength of the binder is high. The position and half width of the peak p of the binder can be controlled by controlling the ratio of the water-soluble polymer in the binder, the effect conditions of the binder, and the like.
負極活物質層34におけるバインダーの含有率は特に限定されない。例えば、負極活物質、導電助剤、バインダーの総質量に対してバインダーの含有率は、0.5質量%以上20質量%以下であり、好ましくは5質量%以上15質量%以下である。バインダーの含有率が少ないと、負極30の接着強度が弱まる。バインダーの含有率が高いと、バインダーは電気化学的に不活性で放電容量に寄与しないため、リチウムイオン二次電池100のエネルギー密度が低くなる。
The binder content in the negative electrode
負極活物質層34における導電助剤は、負極活物質の間の電子伝導性を高める。導電助剤は、正極活物質層24と同様のものを用いることができる。
The conductive aid in the negative electrode
負極活物質層34における導電助剤の含有率は特に限定されない。例えば、負極活物質、導電助剤、バインダーの総質量に対して導電助剤の含有率は、5質量%以上20質量%以下であり、好ましくは1質量%以上12質量%以下である。
The content of the conductive aid in the negative electrode
<セパレータ>
セパレータ10は、正極20と負極30とに挟まれる。セパレータ10は、正極20と負極30とを隔離し、正極20と負極30との短絡を防ぐ。セパレータ10は、正極20及び負極30に沿って面内に広がる。リチウムイオンは、セパレータ10を通過できる。
<Separator>
セパレータ10は、例えば、電気絶縁性の多孔質構造を有する。セパレータ10は、例えば、ポリオレフィンフィルムの単層体、積層体である。セパレータ10は、ポリエチレンやポリプロピレン等の混合物の延伸膜でもよい。セパレータ10は、セルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン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でもよい。セパレータ10は、例えば、固体電解質であってもよい。固体電解質は、例えば、高分子固体電解質、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質である。セパレータ10は、無機コートセパレータでもよい。無機コートセパレータは、上記のフィルムの表面に、PVDFやCMCなど樹脂とアルミナやシリカなどの無機物の混合物を塗布したものである。無機コートセパレータは、耐熱性に優れ、正極から溶出した遷移金属の負極表面への析出を抑制する。
The
<電解液>
電解液は、外装体50内に封入され、発電素子40に含浸している。非水電解液は、例えば、非水溶媒と電解塩とを有する。電解塩は、非水溶媒に溶解している。
<Electrolyte>
The electrolytic solution is enclosed in the
電解液は、公知の電解液を用いることができる。電解液は、例えば、非水溶媒と電解質塩とを含む。 A known electrolytic solution can be used as the electrolytic solution. The electrolytic solution contains, for example, a non-aqueous solvent and an electrolytic salt.
電解塩は、例えば、リチウム塩である。電解質は、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB、LiN(FSO2)2等である。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。電離度の観点から、電解質はLiPF6を含むことが好ましい。電解塩の濃度は、例えば、0.8mol/L以上5.0mol/L以下である。 An electrolytic salt is, for example, a lithium salt. The electrolyte is, for example , LiPF6 , LiClO4 , LiBF4 , LiCF3SO3 , LiCF3CF2SO3 , LiC( CF3SO2 ) 3 , LiN( CF3SO2 ) 2 , LiN ( CF3CF2 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 )(C 4 F 9 SO 2 ), LiN(CF 3 CF 2 CO) 2 , LiBOB, LiN(FSO 2 ) 2 and the like. Lithium salt may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. From the point of view of the degree of ionization, the electrolyte preferably contains LiPF6 . The concentration of the electrolytic salt is, for example, 0.8 mol/L or more and 5.0 mol/L or less.
非水溶媒は、例えば、非プロトン性有機溶媒である。有機溶媒は、例えば、環状カーボネート、鎖状カーボネート、エーテル、これらの混合物等である。また溶媒は、イオン液体でもよい。 Non-aqueous solvents are, for example, aprotic organic solvents. Examples of organic solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, ethers, mixtures thereof, and the like. Alternatively, the solvent may be an ionic liquid.
環状カーボネートは、電解質を溶媒和する。環状カーボネートは、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、フルオロエチレンカーボネートである。環状カーボネートは、フルオロエチレンカーボネートを少なくとも含むことが好ましい。フルオロエチレンカーボネート(FEC)は、酸化還元電位が高く、還元されて分解されやすい。フルオロエチレンカーボネート(FEC)の一部が還元分解されることにより、電解液中の電解質や残りの溶媒が分解されにくくなる。また、フルオロエチレンカーボネート(FEC)は、リチウムイオン二次電池の使用初期に、負極活物質表面全体に薄く安定な被膜(SEI被膜)を形成する。SEI被膜は、負極活物質と電解液との直接接触を防ぎ、電解液の分解を防止する。 Cyclic carbonates solvate electrolytes. Cyclic carbonates are, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate. The cyclic carbonate preferably contains at least fluoroethylene carbonate. Fluoroethylene carbonate (FEC) has a high redox potential and is easily reduced and decomposed. Part of the fluoroethylene carbonate (FEC) is reductively decomposed, making it difficult for the electrolyte and the remaining solvent in the electrolytic solution to be decomposed. In addition, fluoroethylene carbonate (FEC) forms a thin and stable film (SEI film) on the entire surface of the negative electrode active material at the initial stage of use of the lithium ion secondary battery. The SEI coating prevents direct contact between the negative electrode active material and the electrolytic solution, and prevents decomposition of the electrolytic solution.
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。鎖状カーボネートは、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である。非水溶媒は、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、プロピオン酸プロピル、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン等を有してもよい。 Chain carbonates reduce the viscosity of cyclic carbonates. Chain carbonates are, for example, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate. Non-aqueous solvents may also include methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like. .
また電解液は、SEI(Solid Electrolyte Interface)形成材、界面活性剤等を有してもよい。添加剤は、例えば、炭酸ビニレン、炭酸ビニルエチレン、炭酸フェニルエチレン、コハク酸無水物、リチウムビスオキサラート、テトラフルオロホウ酸リチウム、ジニトル化合物、プロパンスルトン、ブタンスルトン、プロペンスルトン、3-スルフォレン、フッ素化アリルエーテル、フッ素化アクリレート等である。 The electrolytic solution may also contain an SEI (Solid Electrolyte Interface) forming material, a surfactant, and the like. Additives include, for example, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, phenylethylene carbonate, succinic anhydride, lithium bisoxalate, lithium tetrafluoroborate, dinitrile compounds, propanesultone, butanesultone, propenesultone, 3-sulfolene, fluorinated Allyl ether, fluorinated acrylate, and the like.
<外装体>
外装体50は、その内部に発電素子40及び非水電解液を密封する。外装体50は、非水電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止する。
<Exterior body>
The
外装体50は、例えば図1に示すように、金属箔52と、金属箔52の各面に積層された樹脂層54と、を有する。外装体50は、金属箔52を高分子膜(樹脂層54)で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムである。
The
金属箔52としては例えばアルミ箔を用いることができる。樹脂層54には、ポリプロピレン等の高分子膜を利用できる。樹脂層54を構成する材料は、内側と外側とで異なっていてもよい。例えば、外側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)等を用い、内側の高分子膜の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等を用いることができる。
For example, aluminum foil can be used as the
<端子>
端子60、62は、それぞれ正極20と負極30とに接続されている。正極20に接続された端子60は正極端子であり、負極30に接続された端子62は負極端子である。端子60、62は、外部との電気的接続を担う。端子60、62は、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電材料から形成されている。接続方法は、溶接でもネジ止めでもよい。端子60、62は短絡を防ぐために、絶縁テープで保護することが好ましい。
<Terminal>
「リチウムイオン二次電池の製造方法」
リチウムイオン二次電池100は、負極30、正極20、セパレータ10、電解液、外装体50をそれぞれ準備し、これらを組み上げて作製される。以下、リチウムイオン二次電池100の製造方法の一例を説明する。
"Manufacturing method of lithium ion secondary battery"
The lithium ion
まず負極30を作製する。負極30は、例えば、前駆体溶液作製工程、スラリー作製工程、電極塗布工程、硬化工程、圧延工程を順に行って作製される。
First, the
まず前駆体溶液作製工程を行う。まず水溶性高分子溶液とチタン化合物3の前駆体4とを準備する。チタン化合物3の前駆体4は、水溶性高分子と架橋前の物であり、前駆体4自体もチタン化合物である。ついで、水溶性高分子溶液と前駆体4とを混合し、バインダー前駆体溶液を調整する。水溶性高分子溶液とチタン化合物3の前駆体4との混合比は、目的のバインダーの構成に応じて調整する。
First, a precursor solution preparation step is performed. First, a water-soluble polymer solution and a
水溶性高分子の種類によって異なるが、水溶性高分子を水に溶解させる際は、室温から100℃以下で2時間以上攪拌を行う。攪拌の際の回転数は550rpm以上1500rpm以下に設定し、完全に溶解させる。その後、チタン化合物3の前駆体4を水溶性高分子溶液に添加し、室温で5分以上撹拌する。撹拌の際の回転数は、例えば、180rpm以上400rpm以下とする。チタン化合物3の前駆体4を水溶性高分子溶液に十分分散させることで、硬化後のバインダーの結晶性を高めることができる。
Although it depends on the type of water-soluble polymer, when dissolving the water-soluble polymer in water, it is stirred at room temperature to 100° C. or less for 2 hours or more. The number of revolutions during stirring is set to 550 rpm or more and 1500 rpm or less to completely dissolve. After that, the
次いで、スラリー作製工程を行う。スラリー作製工程では、バインダーの前駆体溶液に、負極活物質(シリコン又はシリコン化合物)と導電助剤を添加する。 Next, a slurry preparation step is performed. In the slurry preparation step, a negative electrode active material (silicon or silicon compound) and a conductive aid are added to a binder precursor solution.
溶媒は、例えば、水、N-メチル-2-ピロリドン等である。負極活物質、導電助剤、バインダー前駆体溶液の構成比率は、例えば、質量比で70wt%~100wt%:0wt%~10wt%:0wt%~20wt%である。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。 Solvents are, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone, and the like. The composition ratio of the negative electrode active material, the conductive aid, and the binder precursor solution is, for example, 70 wt % to 100 wt %:0 wt % to 10 wt %:0 wt % to 20 wt % in mass ratio. These mass ratios are adjusted so that the total is 100 wt %.
負極活物質は、活物質粒子と導電性材料とをせん断力を加えながら混合し、複合化したものでもよい。活物質粒子が変質しない程度にせん断力を加えて混合すると、活物質粒子の表面が導電性材料で被覆される。また当該混合の程度により負極活物質の粒径を調整できる。また作製後の負極活物質を篩にかけて、粒径をそろえてもよい。 The negative electrode active material may be a composite obtained by mixing active material particles and a conductive material while applying a shearing force. When the active material particles are mixed by applying a shearing force to such an extent that the active material particles are not degraded, the surfaces of the active material particles are coated with the conductive material. In addition, the particle size of the negative electrode active material can be adjusted by the degree of mixing. Further, the negative electrode active material after production may be sieved to make the particle size uniform.
次いで、電極塗布工程を行う。電極塗布工程は、負極集電体32の表面に、スラリーを塗布する工程である。スラリーの塗布方法は、特に制限はない。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法をスラリーの塗布方法として用いることができる。
Next, an electrode coating process is performed. The electrode application step is a step of applying slurry to the surface of the negative electrode
次いで、硬化工程を行う。硬化工程では、スラリーをアニールする。スラリーをアニールすることで、水溶性高分子2とチタン化合物3とが架橋する。また硬化工程で、溶媒が除去される。硬化工程は、例えば、窒素雰囲気中で行う。硬化温度は、例えば、120℃以上150℃以下とする。また硬化温度に至るまでの昇温速度を、例えば、2℃/分以上5℃/分以下とする。また硬化後の降温速度を、例えば、2℃/分以上5℃/分以下とする。上記のように、前駆体溶液作製工程でチタン化合物3の前駆体4を水溶性高分子溶液に十分分散させると共にバインダーにおける水溶性高分子2とチタン化合物3の前駆体4との混合比を調整し、バインダーの硬化を上記の条件で行うことで、硬化後のバインダーの広角X線散乱(WAXS)測定結果におけるピークpの位置及び半値幅を制御できる。
A curing step is then performed. In the curing step, the slurry is annealed. By annealing the slurry, the water-
圧延工程は、必要に応じて行われる。圧延工程は、負極活物質層34に圧力を加え、負極活物質層34の密度を調整する工程である。圧延工程は、例えば、ロールプレス装置等で行われる。
A rolling process is performed as needed. The rolling step is a step of applying pressure to the negative electrode
正極20は、負極30と同様の手順で作製できる。セパレータ10及び外装体50は、市販のものを用いることができる。
The
次いで、作製した正極20及び負極30の間にセパレータ10が位置するようにこれらを積層して、発電素子40を作製する。発電素子40が捲回体の場合は、正極20、負極30及びセパレータ10の一端側を軸として、これらを捲回する。
Next, the
最後に、発電素子40を外装体50に封入する。非水電解液は外装体50内に注入する。非水電解液を注入後に減圧、加熱等を行うことで、発電素子40内に非水電解液が含浸する。熱等を加えて外装体50を封止することで、リチウムイオン二次電池100が得られる。なお、外装体50に電解液を注入するのではなく、発電素子40を電解液に含浸してもよい。
Finally, the
第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100は、サイクル特性に優れる。これは、負極活物質層34に含まれるバインダーが、高強度で高弾性であるためと考えられる。本実施形態に係るバインダーは、コンパクトなチタン化合物が水溶性高分子を架橋することで、水溶性高分子の結晶構造が維持される。このことは、広角X線散乱(WAXS)測定結果が所定のピークpを有することからも確認できる。水溶性高分子の結晶性が維持されることで、高強度なバインダーが得られる。また水溶性高分子の間をチタン化合物で架橋することで、高弾性なバインダーが得られる。
The lithium ion
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. , substitutions, and other modifications are possible.
「実施例1」
まずバインダーの前駆体溶液を作製した。まず100質量部の水溶性高分子と水とを加えて、室温で2時間以上攪拌を行い、攪拌の際の回転数は550rpm以上1500rpm以下に設定し完全に溶解するまで攪拌した。その後、水溶性高分子水溶液に対し3質量部のチタン化合物を添加した。この溶液を室温で、回転数300rpmで5分以上撹拌した。水溶性高分子は、カルボキシメチルセルロースを用いた。チタン化合物は、チタンラクテート(マツモトファインケミカル社製オルガチックスTC-315)を用いた。
"Example 1"
First, a binder precursor solution was prepared. First, 100 parts by mass of a water-soluble polymer and water were added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours or more. After that, 3 parts by mass of a titanium compound was added to the water-soluble polymer aqueous solution. This solution was stirred at room temperature at 300 rpm for 5 minutes or longer. Carboxymethyl cellulose was used as the water-soluble polymer. Titanium lactate (Orgatics TC-315 manufactured by Matsumoto Fine Chemicals Co., Ltd.) was used as the titanium compound.
次いで、このバインダーの前駆体溶液に負極活物質と導電助剤とを添加した。負極活物質は、減圧下において1000℃の熱処理で不均化反応させたSiOxとした。導電助剤は、Super-P(登録商標)とした。そして負極活物質25gと導電助剤1.4gとバインダー前駆体溶液4.5g(固形分濃度30%)を混合し、塗工液(スラリー)を調整した。塗工液中の全固形分濃度は35wt%とした。次いでスラリーを負極集電体である銅箔上にドクターブレードで塗工した。 Next, a negative electrode active material and a conductive aid were added to the binder precursor solution. The negative electrode active material was SiO x that had undergone a disproportionation reaction by heat treatment at 1000° C. under reduced pressure. Super-P (registered trademark) was used as the conductive aid. Then, 25 g of the negative electrode active material, 1.4 g of the conductive aid, and 4.5 g of the binder precursor solution (solid concentration: 30%) were mixed to prepare a coating liquid (slurry). The total solid concentration in the coating liquid was 35 wt%. Then, the slurry was applied on a copper foil as a negative electrode current collector with a doctor blade.
次いで、スラリーが塗工された負極集電体を窒素雰囲気中でアニールした。アニールは、5℃/分で昇温し、150℃で2時間キープし、5℃/分で降温するという条件で行った。アニールにより水溶性高分子とチタン化合物とが架橋し、スラリーは硬化する。そしてスラリー硬化後の負極集電体を圧延することで、負極活物質層34を形成した。金型を用いて22×32mmの電極サイズに打ち抜き、負極を作成した。
Next, the slurry-coated negative electrode current collector was annealed in a nitrogen atmosphere. Annealing was performed under the conditions of increasing the temperature at 5° C./min, keeping the temperature at 150° C. for 2 hours, and decreasing the temperature at 5° C./min. Annealing causes the water-soluble polymer and the titanium compound to crosslink, and the slurry hardens. Then, the negative electrode
ここで、上記と同条件でバインダーの前駆体溶液を準備し、このバインダーの前駆体溶液をアニールし、バインダー(負極活物質及び導電助剤を含まない)を作製した。このバインダーを、CuKα線を用いて広角X線散乱測定行った。実施例1のバインダーの回折角2θは16.2°で、半値幅は3.4°であった。 Here, a binder precursor solution was prepared under the same conditions as above, and this binder precursor solution was annealed to prepare a binder (excluding the negative electrode active material and the conductive aid). This binder was subjected to wide-angle X-ray scattering measurement using CuKα rays. The diffraction angle 2θ of the binder of Example 1 was 16.2° and the half width was 3.4°.
正極活物質は、LixCoO2を用いた。導電助剤は、ケッチェンブラックを用いた。バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた。溶媒は、N-メチル-2-ピロリドンを用いた。96質量部の正極活物質と、2質量部の導電助剤と、2質量部のバインダーと、70質量部の溶媒を混合して、正極スラリーを作製した。そして、厚さ15μmのアルミニウム箔の一面に、正極スラリーを塗布し、100℃で2時間真空乾燥、圧延することで、正極活物質層24を形成した。そして、金型を用いて22×32mmの電極サイズに打ち抜き、正極を作成した。
Li x CoO 2 was used as the positive electrode active material. Ketjenblack was used as the conductive aid. Polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the binder. N-methyl-2-pyrrolidone was used as the solvent. A positive electrode slurry was prepared by mixing 96 parts by mass of a positive electrode active material, 2 parts by mass of a conductive aid, 2 parts by mass of a binder, and 70 parts by mass of a solvent. Then, the positive electrode slurry was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, vacuum-dried at 100° C. for 2 hours, and rolled to form a positive electrode
次いで、電解液を作製した。溶媒は、質量比でエチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=3:7となるように混合したものを用いた。電解塩は、LiPF6を用いた。LiPF6の濃度は1mol/Lとした。 Next, an electrolytic solution was prepared. The solvent used was a mixture of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at a mass ratio of 3:7. LiPF 6 was used as the electrolytic salt. The concentration of LiPF 6 was 1 mol/L.
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
作製した負極と正極とを、正極活物質層と負極活物質層とが互いに対向するように、セパレータ(多孔質ポリエチレンシート)を介して積層して積層体を得た。積層体の負極に、ニッケル製の負極リードを取り付けた。積層体の正極に、アルミニウム製の正極リードを取り付けた。正極リード及び負極リードは、超音波溶接機によって溶接した。この積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成した。そして、最後に、外装体内に上記電解液を注入した後に、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封して、リチウムイオン二次電池を作製した。
(Production of lithium ion secondary battery for evaluation)
The produced negative electrode and positive electrode were laminated via a separator (porous polyethylene sheet) so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer faced each other to obtain a laminate. A negative electrode lead made of nickel was attached to the negative electrode of the laminate. A positive electrode lead made of aluminum was attached to the positive electrode of the laminate. The positive lead and negative lead were welded by an ultrasonic welder. This laminate was inserted into an outer package made of an aluminum laminate film, and heat-sealed except for one peripheral portion to form a closed portion. Finally, after the electrolytic solution was injected into the exterior body, the remaining one portion was heat-sealed while the pressure was reduced by a vacuum sealer to fabricate a lithium ion secondary battery.
(200サイクル後容量維持率の測定)
リチウムイオン二次電池のサイクル特性を測定した。サイクル特性は、二次電池充放電試験装置(北斗電工株式会社製)を用いて行った。
(Measurement of capacity retention rate after 200 cycles)
Cycle characteristics of lithium ion secondary batteries were measured. Cycle characteristics were measured using a secondary battery charge/discharge test device (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.).
充電レート0.5C(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4.2V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2.5Vとなるまで放電を行った。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。 Charge until the battery voltage reaches 4.2 V at a constant current charge of 0.5C (current value at which charging ends in 1 hour when constant current charge is performed at 25°C), discharge rate 1.0C. The battery was discharged at a constant current until the battery voltage reached 2.5V. The discharge capacity after charging/discharging was detected to obtain the battery capacity Q1 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0.5Cの定電流充電で電池電圧が4.2Vとなるまで充電を行い、放電レート0.5Cの定電流放電で電池電圧が2.5V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、200サイクルの充放電を行った。その後、200サイクル充放電終了後の放電容量を検出し、200サイクル後の電池容量Q2を求めた。 The battery for which the battery capacity Q1 was obtained as described above was again charged with a constant current charge at a charge rate of 0.5C using the secondary battery charge/discharge test equipment until the battery voltage reached 4.2V. The battery was discharged at a constant current of 5C until the battery voltage reached 2.5V. The above charge/discharge was counted as one cycle, and 200 cycles of charge/discharge were performed. After that, the discharge capacity after 200 cycles of charging and discharging was detected, and the battery capacity Q2 after 200 cycles was obtained.
上記で求めた容量Q1、Q2から、200サイクル後の容量維持率Eを求めた。容量維持率Eは、E=Q2/Q1×100 で求められる。実施例1の容量維持率は、66%であった。 From the capacities Q 1 and Q 2 obtained above, the capacity retention rate E after 200 cycles was obtained. The capacity retention rate E is obtained by E=Q 2 /Q 1 ×100. The capacity retention rate of Example 1 was 66%.
「実施例2~28」
実施例2~28は、水溶性高分子の種類、チタン化合物の種類、水溶性高分子に対するチタン化合物の重量部のいずれかを変えた点が実施例1と異なる。また、水溶性高分子にポリビニルアルコールを用いる際は、100℃で溶解し、ポリビニルアルコール水溶液を得た点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様にして、バインダーのピーク位置及び半値幅、及び、容量維持率を求めた。
"Examples 2-28"
Examples 2 to 28 differ from Example 1 in that either the type of water-soluble polymer, the type of titanium compound, or the weight part of the titanium compound relative to the water-soluble polymer was changed. Moreover, when polyvinyl alcohol is used as the water-soluble polymer, it is different from Example 1 in that it is dissolved at 100° C. to obtain an aqueous solution of polyvinyl alcohol. Other conditions were the same as in Example 1, and the peak position and half width of the binder and the capacity retention rate were determined.
「比較例1」
比較例1は、バインダーを作製する際に、チタン化合物を添加しなかった点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様にして、バインダーのピーク位置及び半値幅、及び、容量維持率を求めた。
"Comparative Example 1"
Comparative Example 1 is different from Example 1 in that no titanium compound was added during the preparation of the binder. Other conditions were the same as in Example 1, and the peak position and half width of the binder and the capacity retention rate were determined.
「比較例2」
比較例2は、水溶性高分子の種類、水溶性高分子に対するチタン化合物の重量部、及び、バインダーの硬化条件を変えた点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様にして、バインダーのピーク位置及び半値幅、及び、容量維持率を求めた。
"Comparative Example 2"
Comparative Example 2 differs from Example 1 in that the type of water-soluble polymer, the weight part of the titanium compound with respect to the water-soluble polymer, and the curing conditions of the binder were changed. Other conditions were the same as in Example 1, and the peak position and half width of the binder and the capacity retention rate were determined.
実施例1~28及び比較例1、2の結果を表1にまとめた。表1におけるTC-300は、マツモトファインケミカル社製オルガチックスTC-300を意味する。TC-300は、チタンラクテートアンモニウム塩である。同じく表1におけるTC-315は、マツモトファインケミカル社製オルガチックスTC-315を意味する。TC-315は、チタンラクテートである。また部分けん化ポリビニルアルコールは、その重量平均分子量を併記した。 The results of Examples 1 to 28 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1. TC-300 in Table 1 means Orgatics TC-300 manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd. TC-300 is a titanium lactate ammonium salt. Similarly, TC-315 in Table 1 means Orgatics TC-315 manufactured by Matsumoto Fine Chemicals. TC-315 is titanium lactate. The weight average molecular weight of the partially saponified polyvinyl alcohol is also shown.
実施例1~28に係るバインダーを用いたリチウムイオン二次電池は、200サイクル後も高い容量維持率を示し、高いサイクル特性を示していた。これに対し、比較例1に係るバインダーを用いたリチウムイオン二次電池は、バインダーが十分な弾性を示さず、複数回の充放電処理を行うことができなかった。比較例2に係るバインダーを用いたリチウムイオン二次電池は、実施例1~28と比較して、サイクル特性が十分ではなかった。 The lithium ion secondary batteries using the binders according to Examples 1 to 28 exhibited high capacity retention rates even after 200 cycles, and exhibited high cycle characteristics. On the other hand, in the lithium ion secondary battery using the binder according to Comparative Example 1, the binder did not exhibit sufficient elasticity and could not be charged and discharged multiple times. The lithium ion secondary battery using the binder according to Comparative Example 2 had insufficient cycle characteristics as compared with Examples 1-28.
1 ポリマー
2 水溶性高分子
3 チタン化合物
4 前駆体
10 セパレータ
20 正極
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極
32 負極集電体
34 負極活物質層
40 発電素子
50 外装体
52 金属箔
54 樹脂層
60、62 端子
100 リチウムイオン二次電池
1
Claims (5)
CuKα線を用いた広角X線散乱(WAXS)測定した際に、回折角2θが16°以上21°以下の範囲にピークを有し、
前記ピークの半値幅が7.1°以下である、リチウムイオン二次電池用硬化物。 The water-soluble polymer has a polymer crosslinked with a titanium compound,
When measured by wide-angle X-ray scattering (WAXS) using CuKα rays, the diffraction angle 2θ has a peak in the range of 16 ° or more and 21 ° or less,
A cured product for a lithium ion secondary battery, wherein the half width of the peak is 7.1° or less.
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