JP6769451B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本開示はリチウムイオン二次電池に関する。 The present disclosure relates to a lithium ion secondary battery.
特開2017−037776号公報(特許文献1)は、一般式LixNi1-a-bCoaMnbMcO2(1−a−b≧0.6)で表される正極活物質を開示している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-0377776 (Patent Document 1) discloses a positive electrode active material represented by the general formula Li x Ni 1-ab Co a Mn b M c O 2 (1-ab ≧ 0.6). are doing.
リチウムイオン二次電池(以下「電池」と略記され得る)の正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物が知られている。リチウム遷移金属複合酸化物に含まれる遷移金属は例えばニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)等であり得る。Ni含有率が高いリチウム遷移金属複合酸化物は「ハイニッケル正極活物質」とも称されている。一般にハイニッケル正極活物質において、Ni含有率は遷移金属の合計に対して例えば50mоl%以上である。 A lithium transition metal composite oxide is known as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery (hereinafter, may be abbreviated as "battery"). The transition metal contained in the lithium transition metal composite oxide can be, for example, nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), or the like. Lithium transition metal composite oxides with a high Ni content are also referred to as "high nickel positive electrode active materials". Generally, in a high nickel positive electrode active material, the Ni content is, for example, 50 mL% or more with respect to the total of transition metals.
ハイニッケル正極活物質は高容量を有し得る。ただしハイニッケル正極活物質には水分が吸着しやすい傾向がある。水分が吸着した正極活物質が電池内に持ち込まれた場合、水分が電解液中の支持塩と反応することにより、酸(例えばフッ化水素酸等)が生成されると考えられる。生成された酸によって正極活物質が侵されることにより、正極活物質から遷移金属が電解液中に溶出すると考えられる。電解液中に溶出した遷移金属は対極(負極)の表面に堆積することになると考えられる。負極のうち遷移金属が堆積した領域では局所的にリチウム(Li)が析出しやすくなると考えられる。 The high nickel positive electrode active material can have a high capacity. However, the high nickel positive electrode active material tends to adsorb water easily. When the positive electrode active material on which water is adsorbed is brought into the battery, it is considered that an acid (for example, hydrofluoric acid) is generated by the water reacting with the supporting salt in the electrolytic solution. It is considered that the transition metal is eluted from the positive electrode active material into the electrolytic solution when the positive electrode active material is attacked by the generated acid. It is considered that the transition metal eluted in the electrolytic solution will be deposited on the surface of the counter electrode (negative electrode). It is considered that lithium (Li) is likely to be locally deposited in the region of the negative electrode where the transition metal is deposited.
電池が巻回型の電極群を含み、かつ正極板がハイニッケル正極活物質を含む場合、負極板の幅方向の端部において局所的にLiが析出しやすい傾向がある。「幅方向」は長手方向と直交する方向を示す。巻回型の電極群に使用される正極板は帯状である。通常、帯状の正極板は巻き芯に巻き付けられた状態(以下「巻き付け状態」とも記される)で保管される。巻き付け状態では、正極板の幅方向の端部から中央部に向かって水分が侵入すると考えられる。そのため正極板の幅方向の端部には局所的に水分が吸着しやすいと考えられる。その結果、電池内において、正極板の幅方向の端部では局所的に遷移金属の溶出が起こりやすくなると考えられる。 When the battery contains a winding type electrode group and the positive electrode plate contains a high nickel positive electrode active material, Li tends to be locally deposited at the end portion in the width direction of the negative electrode plate. The "width direction" indicates a direction orthogonal to the longitudinal direction. The positive electrode plate used for the winding type electrode group is strip-shaped. Normally, the strip-shaped positive electrode plate is stored in a state of being wound around a winding core (hereinafter, also referred to as a “wrapped state”). In the wound state, it is considered that water penetrates from the end portion in the width direction of the positive electrode plate toward the center portion. Therefore, it is considered that water is likely to be locally adsorbed on the edge of the positive electrode plate in the width direction. As a result, it is considered that the transition metal is likely to elute locally at the end of the positive electrode plate in the width direction in the battery.
本開示の目的は、電極群が巻回型であり、かつ正極板がハイニッケル正極活物質を含むリチウムイオン二次電池において、リチウムの析出を抑制することである。 An object of the present disclosure is to suppress the precipitation of lithium in a lithium ion secondary battery in which the electrode group is a winding type and the positive electrode plate contains a high nickel positive electrode active material.
以下本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。 Hereinafter, the technical configuration and the action and effect of the present disclosure will be described. However, the mechanism of action of the present disclosure includes estimation. The scope of claims should not be limited by the correctness of the mechanism of action.
本開示のリチウムイオン二次電池は電極群および電解液を少なくとも含む。電解液は溶媒および支持塩を少なくとも含む。電極群は巻回型である。電極群は正極板および負極板を少なくとも含む。正極板は正極活物質層を少なくとも含む。正極活物質層は帯状の平面形状を有する。正極活物質層は中央部および端部を含む。正極活物質層の幅方向において、端部は正極活物質層の両端にそれぞれ配置されている。中央部は正極活物質層のうち端部を除く部分である。かつ端部の幅および中央部の幅の合計に対する端部の幅の比率は4.3%以上である。
正極活物質層は第1正極活物質および第2正極活物質を少なくとも含む。第1正極活物質は中央部に含まれている。第2正極活物質は端部に含まれている。
第1正極活物質は下記式(I):
LiNixM1 (1-x)O2 …(I)
〔ただし式中xは0.5≦x≦0.8を満たし、M1はCo、MnおよびAlからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
第2正極活物質は下記式(II):
LiNiyM2 (1-y)O2 …(II)
〔ただし式中yは0.2≦y≦0.4を満たし、M2はCoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
第1正極活物質の抵抗値に対する第2正極活物質の抵抗値の比は0.88以上1.13以下である。
The lithium ion secondary battery of the present disclosure includes at least an electrode group and an electrolytic solution. The electrolytic solution contains at least a solvent and a supporting salt. The electrode group is a winding type. The electrode group includes at least a positive electrode plate and a negative electrode plate. The positive electrode plate contains at least a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer has a strip-shaped planar shape. The positive electrode active material layer includes a central portion and an end portion. In the width direction of the positive electrode active material layer, the ends are arranged at both ends of the positive electrode active material layer. The central portion is the portion of the positive electrode active material layer excluding the end portion. Moreover, the ratio of the width of the edge to the sum of the width of the edge and the width of the center is 4.3% or more.
The positive electrode active material layer contains at least a first positive electrode active material and a second positive electrode active material. The first positive electrode active material is contained in the central portion. The second positive electrode active material is contained in the end portion.
The first positive electrode active material is the following formula (I):
LiNi x M 1 (1-x) O 2 … (I)
[However, x in the formula satisfies 0.5 ≦ x ≦ 0.8, and M 1 is at least one selected from the group consisting of Co, Mn and Al]
Represented by.
The second positive electrode active material is the following formula (II):
LiNi y M 2 (1-y) O 2 … (II)
[However, y in the formula satisfies 0.2 ≦ y ≦ 0.4, and M 2 is at least one selected from the group consisting of Co and Mn]
Represented by.
The ratio of the resistance value of the second positive electrode active material to the resistance value of the first positive electrode active material is 0.88 or more and 1.13 or less.
本開示の正極活物質層では、幅方向の中央部にハイニッケル正極活物質(第1正極活物質)が配置されている。ハイニッケル正極活物質の使用により電池容量の増加が期待される。 In the positive electrode active material layer of the present disclosure, the high nickel positive electrode active material (first positive electrode active material) is arranged in the central portion in the width direction. The use of high nickel positive electrode active material is expected to increase battery capacity.
正極活物質層の幅方向の端部は水分と接触しやすいと考えられる。正極活物質層の端部には、第2正極活物質が配置されている。第2正極活物質はNi含有率が低いため、水分が吸着し難いと考えられる。そのため正極活物質層の端部において遷移金属の溶出が起こり難いと考えられる。 It is considered that the end portion of the positive electrode active material layer in the width direction is likely to come into contact with moisture. A second positive electrode active material is arranged at the end of the positive electrode active material layer. Since the second positive electrode active material has a low Ni content, it is considered that water is not easily adsorbed. Therefore, it is considered that the elution of the transition metal is unlikely to occur at the end of the positive electrode active material layer.
正極活物質層の幅方向において中央部は端部よりも内側に存在する。端部が所定の幅を有するため、水分は中央部まで到達し難いと考えられる。すなわち中央部に含まれる第1正極活物質への水分の吸着が抑制されると考えられる。そのため正極活物質層の中央部においても遷移金属の溶出が起こり難いと考えられる。 In the width direction of the positive electrode active material layer, the central portion exists inside the end portion. Since the edges have a predetermined width, it is considered that moisture does not easily reach the center. That is, it is considered that the adsorption of water to the first positive electrode active material contained in the central portion is suppressed. Therefore, it is considered that the elution of the transition metal is unlikely to occur even in the central portion of the positive electrode active material layer.
以上のように本開示の電池では、正極活物質層の全域に亘って遷移金属の溶出が起こり難いと考えられる。したがってLiの析出が抑制されると考えられる。 As described above, in the battery of the present disclosure, it is considered that the elution of the transition metal is unlikely to occur over the entire area of the positive electrode active material layer. Therefore, it is considered that the precipitation of Li is suppressed.
ただし第1正極活物質の抵抗値に対する第2正極活物質の抵抗値の比(以下「抵抗比」とも記される)は0.88以上1.13以下である。抵抗比が0.88未満であると、Liが析出しやすくなる可能性がある。抵抗比が1.13を超えても、Liが析出しやすくなる可能性がある。抵抗比が1から離れる程、中央部と端部との間で例えば電極反応速度等の差が大きくなり、電流集中等が起こりやすくなるためと考えられる。 However, the ratio of the resistance value of the second positive electrode active material to the resistance value of the first positive electrode active material (hereinafter, also referred to as “resistance ratio”) is 0.88 or more and 1.13 or less. If the resistivity ratio is less than 0.88, Li may easily precipitate. Even if the resistivity ratio exceeds 1.13, Li may easily precipitate. It is considered that the farther the resistivity ratio is from 1, the larger the difference in electrode reaction speed and the like between the central portion and the end portion, and the more likely the current concentration is to occur.
さらに端部の幅および中央部の幅の合計に対する端部の幅の比率は4.3%以上である。端部の幅の比率(以下「端部比率」とも記される)が4.3%未満であると、水分が中央部に到達する可能性がある。これにより遷移金属の溶出が起こる可能性がある。 Furthermore, the ratio of the width of the edge to the sum of the width of the edge and the width of the center is 4.3% or more. If the ratio of the width of the edges (hereinafter also referred to as the "ratio of the edges") is less than 4.3%, moisture may reach the center. This can lead to elution of transition metals.
以下本開示の実施形態(本明細書では「本実施形態」とも記される)が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure (also referred to as “the present embodiment” in the present specification) will be described. However, the following description does not limit the scope of claims.
<リチウムイオン二次電池>
図1は本実施形態のリチウムイオン二次電池の構成の一例を示す概略図である。
電池100はケース90を含む。ケース90は角形(扁平直方体形)である。ケース90は例えば円筒形であってもよい。ケース90は例えば金属製である。ケース90はアルミラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。ケース90は密閉されている。ケース90は電極群50および電解液(不図示)を収納している。すなわち電池100は電極群50および電解液を少なくとも含む。
<Lithium-ion secondary battery>
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the lithium ion secondary battery of the present embodiment.
The
図2は本実施形態の電極群の構成の一例を示す概略図である。
電極群50は巻回型である。電極群50は、正極板10、セパレータ30、負極板20およびセパレータ30がこの順序で積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回されることにより形成されている。すなわち電極群50は正極板10および負極板20を少なくとも含む。電極群50においても、正極板10の幅方向(図2のx軸方向)の端部から水分が侵入し得ると考えられる。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of the configuration of the electrode group of the present embodiment.
The
《正極板》
図3は本実施形態の正極板の構成の一例を示す平面概略図である。
正極板10は帯状のシートである。正極板10は正極集電体11および正極活物質層12を含む。すなわち正極板10は正極活物質層12を少なくとも含む。正極活物質層12は正極集電体11の表面に形成されている。正極活物質層12は正極集電体11の表裏両面に形成されていてもよい。正極集電体11は例えばアルミニウム(Al)箔等であってもよい。正極集電体11は例えば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
《Positive plate》
FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the positive electrode plate of the present embodiment.
The
正極活物質層12は例えば10μm以上200μm以下の厚さを有してもよい。正極活物質層12は帯状の平面形状を有する。図3のz軸方向は正極活物質層12の長手方向に相当する。図3のx軸方向は正極活物質層12の幅方向に相当する。正極活物質層12は中央部12Cおよび端部12Eを含む。正極活物質層12の幅方向において、端部12Eは正極活物質層12の両端にそれぞれ配置されている。中央部12Cは正極活物質層12のうち端部12Eを除く部分である。
The positive electrode
巻き付け状態または電極群50において、水分は正極活物質層12の幅方向の端部12Eから中央部12Cに向かって侵入すると考えられる。本実施形態では、端部12Eに水分が吸着し難い第2正極活物質が配置されている。中央部12Cには第1正極活物質(ハイニッケル正極活物質)が配置されている。第1正極活物質には水分が吸着しやすいと考えられる。しかし端部12Eが所定の幅を有するため、水分は中央部12Cに到達し難いと考えられる。したがって正極活物質層12の全体において水分が吸着し難いと考えられる。
In the wound state or the
(端部比率)
端部比率は4.3%以上である。端部比率は、端部12Eの幅(WE)および中央部12Cの幅(WC)の合計に対する端部12Eの幅(WE)の比率〔WE/(WE+WC)〕を示す。端部比率が4.3%未満であると、Liの析出が起こる可能性がある。水分が中央部12Cに到達し得るためと考えられる。端部比率は例えば8.5%以下であってもよい。これにより例えば電池容量の増加が期待される。
(End ratio)
The end ratio is 4.3% or more. End ratio, the width of the
(第1正極活物質)
正極活物質層12は第1正極活物質および第2正極活物質を少なくとも含む。第1正極活物質は中央部12Cに含まれている。例えば第1正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒を含む第1塗料が、正極集電体11の表面の所定領域に塗布され、乾燥されることにより、中央部12Cが形成されていてもよい。
(1st positive electrode active material)
The positive electrode
第1正極活物質は典型的には粒子群(粉体)である。第1正極活物質は例えば1μm以上30μm以下のD50を有してもよい。「D50」は体積基準の粒度分布において微粒側からの積算粒子体積が全粒子体積の50%になる粒径を示す。D50は例えばレーザ回折式粒度分布測定装置等により測定され得る。 The first positive electrode active material is typically a particle group (powder). The first positive electrode active material may have, for example, D50 of 1 μm or more and 30 μm or less. “D50” indicates a particle size in which the integrated particle volume from the fine particle side is 50% of the total particle volume in the volume-based particle size distribution. D50 can be measured by, for example, a laser diffraction type particle size distribution measuring device or the like.
第1正極活物質は下記式(I):
LiNixM1 (1-x)O2 …(I)
〔ただし式中xは0.5≦x≦0.8を満たし、M1はCo、MnおよびAlからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
The first positive electrode active material is the following formula (I):
LiNi x M 1 (1-x) O 2 … (I)
[However, x in the formula satisfies 0.5 ≦ x ≦ 0.8, and M 1 is at least one selected from the group consisting of Co, Mn and Al]
Represented by.
上記式(I)中、xは0.6≦x≦0.8を満たしてもよい。xは0.7≦x≦0.8を満たしてもよい。M1はCoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。 In the above formula (I), x may satisfy 0.6 ≦ x ≦ 0.8. x may satisfy 0.7 ≦ x ≦ 0.8. M 1 may be at least one selected from the group consisting of Co and Mn.
第1正極活物質は、例えばLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.82Co0.15Al0.03O2等であってもよい。中央部12Cに1種の第1正極活物質が単独で含まれていてもよい。中央部12Cに2種以上の第1正極活物質が含まれていてもよい。第1正極活物質は、例えばLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2およびLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。 The first positive electrode active material is, for example, LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , LiNi 0.7 Co 0.1 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03. It may be O 2 or the like. The central portion 12C may contain one kind of first positive electrode active material alone. Two or more kinds of first positive electrode active materials may be contained in the central portion 12C. The first positive electrode active material is selected from the group consisting of, for example, LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , LiNi 0.7 Co 0.1 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 and LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2. It may be at least one kind.
(第2正極活物質)
第2正極活物質は端部12Eに含まれている。例えば第2正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒を含む第2塗料が、正極集電体11の表面において中央部12Cの両側に塗布され、乾燥されることにより、端部12Eが形成されていてもよい。
(Second positive electrode active material)
The second positive electrode active material is contained in the
第2正極活物質は典型的には粒子群である。第2正極活物質は例えば1μm以上30μm以下のD50を有してもよい。 The second positive electrode active material is typically a particle swarm. The second positive electrode active material may have, for example, a D50 of 1 μm or more and 30 μm or less.
第2正極活物質は下記式(II):
LiNiyM2 (1-y)O2 …(II)
〔ただし式中yは0.2≦y≦0.4を満たし、M2はCoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表される。
The second positive electrode active material is the following formula (II):
LiNi y M 2 (1-y) O 2 … (II)
[However, y in the formula satisfies 0.2 ≦ y ≦ 0.4, and M 2 is at least one selected from the group consisting of Co and Mn]
Represented by.
上記式(II)中、yは0.2≦y≦1/3を満たしてもよい。第2正極活物質は例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.2Co0.6Mn0.2O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2等であってもよい。端部12Eに1種の第2正極活物質が単独で含まれていてもよい。端部12Eに2種以上の第2正極活物質が含まれていてもよい。第2正極活物質は、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.2Co0.6Mn0.2O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2およびLiNi0.4Co0.4Mn0.2O2からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。
In the above formula (II), y may satisfy 0.2 ≦ y ≦ 1/3. The second positive electrode active material is, for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.2 Co 0.6 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.4 Co 0.2 Mn 0.4 O 2 , LiNi 0.4 Co 0.3 Mn 0.3 O 2 , LiNi. It may be 0.4 Co 0.4 Mn 0.2 O 2 or the like. The
(抵抗比)
抵抗比は0.88以上1.13以下である。抵抗比は第1正極活物質の抵抗値(R1)に対する第2正極活物質の抵抗値(R2)の比(R2/R1)を示す。第1正極活物質の抵抗値(R1)は、第1正極活物質の組成および結晶性等により調整され得る。第2正極活物質の抵抗値(R2)は、第2正極活物質の組成および結晶性等により調整され得る。抵抗値(R1)および抵抗値(R2)は次のようにして測定される。
(Resistance ratio)
The resistivity ratio is 0.88 or more and 1.13 or less. The resistance ratio indicates the ratio (R2 / R1) of the resistance value (R2) of the second positive electrode active material to the resistance value (R1) of the first positive electrode active material. The resistance value (R1) of the first positive electrode active material can be adjusted by the composition and crystallinity of the first positive electrode active material. The resistance value (R2) of the second positive electrode active material can be adjusted by the composition and crystallinity of the second positive electrode active material. The resistance value (R1) and the resistance value (R2) are measured as follows.
測定試料が準備される。測定試料は、1種の正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒を含む塗料がAl箔の表面に塗布され、乾燥されることにより準備される。すなわち測定試料は、正極活物質として第1正極活物質または第2正極活物質の一方を単独で含む正極板である。測定試料を含む電池が準備される。電池のSOC(state of charge)が50%に調整される。25℃の温度環境下、所定の放電電流により電池が10秒間放電される。放電開始から10秒後の電圧降下量が測定される。電圧降下量が放電電流で除されることにより、抵抗値(R1またはR2)が算出される。 The measurement sample is prepared. The measurement sample is prepared by applying a coating material containing one kind of positive electrode active material, a conductive material, a binder and a solvent to the surface of the Al foil and drying it. That is, the measurement sample is a positive electrode plate containing either the first positive electrode active material or the second positive electrode active material alone as the positive electrode active material. A battery containing the measurement sample is prepared. The SOC (state of charge) of the battery is adjusted to 50%. The battery is discharged for 10 seconds by a predetermined discharge current in a temperature environment of 25 ° C. The amount of voltage drop 10 seconds after the start of discharge is measured. The resistance value (R1 or R2) is calculated by dividing the amount of voltage drop by the discharge current.
抵抗比は1に近い程望ましいと考えられる。抵抗比が1に近い程、Liの析出が抑制されると考えられる。抵抗比は例えば0.94以上であってもよい。抵抗比は例えば1.06以下であってもよい。抵抗比は例えば1.03以下であってもよい。抵抗比は理想的には1である。 It is considered that the closer the resistivity ratio is to 1, the more desirable it is. It is considered that the closer the resistivity ratio is to 1, the more the precipitation of Li is suppressed. The resistivity ratio may be, for example, 0.94 or more. The resistivity ratio may be, for example, 1.06 or less. The resistivity ratio may be, for example, 1.03 or less. The resistivity ratio is ideally 1.
(その他の成分)
正極活物質層12は導電材およびバインダ等をさらに含んでもよい。導電材は例えばカーボンブラック、炭素短繊維、グラフェンフレーク、黒鉛等であってもよい。正極活物質層12に1種の導電材が単独で含まれていてもよい。正極活物質層12に2種以上の導電材が含まれていてもよい。導電材の含量は100質量部の正極活物質に対して、例えば0.1質量部以上10質量部以下であってもよい。中央部12Cと端部12Eとで導電材の含量は同じであってもよい。中央部12Cと端部12Eとで導電材の含量は互いに異なっていてもよい。
(Other ingredients)
The positive electrode
バインダ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)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸(PAA)等であってもよい。正極活物質層12に1種のバインダが単独で含まれていてもよい。正極活物質層12に2種以上のバインダが含まれていてもよい。バインダの含量は100質量部の正極活物質に対して、例えば0.1質量部以上10質量部以下であってもよい。中央部12Cと端部12Eとでバインダの含量は同じであってもよい。中央部12Cと端部12Eとでバインダの含量は互いに異なっていてもよい。
The binder may be, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylic acid (PAA) or the like. The positive electrode
《負極板》
負極板20は帯状のシートである。負極板20は負極集電体21および負極活物質層22を含む。すなわち負極板20は負極活物質層22を少なくとも含む。負極活物質層22は負極集電体21の表面に形成されている。負極活物質層22は負極集電体21の表裏両面に形成されていてもよい。負極集電体21は例えば銅(Cu)箔等であってもよい。負極集電体21は例えば5μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
《Negative electrode plate》
The
負極活物質層22は例えば10μm以上200μm以下の厚さを有してもよい。負極活物質層22は帯状の平面形状を有する。負極活物質層22は負極活物質を少なくとも含む。負極活物質は特に限定されるべきではない。負極活物質は例えば黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、酸化珪素、珪素基合金、錫、酸化錫、錫基合金等であってもよい。負極活物質層22に1種の負極活物質が単独で含まれていてもよい。負極活物質層22に2種以上の負極活物質が含まれていてもよい。 The negative electrode active material layer 22 may have a thickness of, for example, 10 μm or more and 200 μm or less. The negative electrode active material layer 22 has a strip-shaped planar shape. The negative electrode active material layer 22 contains at least the negative electrode active material. The negative electrode active material should not be particularly limited. The negative electrode active material may be, for example, graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, silicon, silicon oxide, silicon-based alloy, tin, tin oxide, tin-based alloy or the like. The negative electrode active material layer 22 may contain one kind of negative electrode active material alone. The negative electrode active material layer 22 may contain two or more kinds of negative electrode active materials.
負極活物質層22はバインダ等をさらに含んでもよい。バインダは特に限定されるべきではない。バインダは例えばCMCおよびスチレンブタジエンゴム(SBR)等であってもよい。バインダの含量は100質量部の負極活物質に対して、例えば0.1質量部以上10質量部以下であってもよい。 The negative electrode active material layer 22 may further contain a binder or the like. Binders should not be particularly limited. The binder may be, for example, CMC and styrene butadiene rubber (SBR). The content of the binder may be, for example, 0.1 part by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
《セパレータ》
セパレータ30は帯状の平面形状を有する。セパレータ30は例えば10μm以上30μm以下の厚さを有してもよい。セパレータ30は電気絶縁性である。セパレータ30は正極板10および負極板20の間に配置されている。正極板10および負極板20はセパレータ30によって互いに隔離されている。セパレータ30は多孔質膜である。セパレータ30は例えばポリオレフィン製の多孔質膜等であってもよい。
<< Separator >>
The
セパレータ30は単層構造を有してもよい。セパレータ30は例えばポリエチレン(PE)製の多孔質膜のみから形成されていてもよい。セパレータ30は多層構造(例えば3層構造等)を有してもよい。セパレータ30は例えばポリプロピレン(PP)製の多孔質膜、PE製の多孔質膜およびPP製の多孔質膜がこの順序で積層されることにより形成されていてもよい。セパレータ30はその表面に耐熱膜を含んでもよい。耐熱膜は耐熱材料を含む。耐熱材料は例えばベーマイト等であってもよい。
The
《電解液》
電解液は溶媒および支持塩を少なくとも含む。電解液は各種の添加剤をさらに含んでもよい。電解液は例えば0.5mоl/L以上2mоl/L以下(0.5M以上2M以下)の支持塩を含んでもよい。支持塩は溶媒に溶解している。支持塩は、例えばLiPF6、LiBF4、Li[N(FSO2)2]、Li[N(CF3SO2)2]等であってもよい。電解液に1種の支持塩が単独で含まれていてもよい。電解液に2種以上の支持塩が含まれていてもよい。
《Electrolytic solution》
The electrolytic solution contains at least a solvent and a supporting salt. The electrolytic solution may further contain various additives. The electrolytic solution may contain, for example, a supporting salt of 0.5 mL / L or more and 2 mL / L or less (0.5 M or more and 2 M or less). The supporting salt is dissolved in the solvent. The supporting salt may be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , Li [N (FSO 2 ) 2 ], Li [N (CF 3 SO 2 ) 2 ], or the like. The electrolytic solution may contain one kind of supporting salt alone. The electrolytic solution may contain two or more kinds of supporting salts.
溶媒は非プロトン性である。溶媒は例えば環状カーボネートおよび鎖状カーボネートの混合物であってもよい。混合比は例えば「環状カーボネート:鎖状カーボネート=1:9〜5:5(体積比)」であってもよい。 The solvent is aprotic. The solvent may be, for example, a mixture of cyclic carbonate and chain carbonate. The mixing ratio may be, for example, "cyclic carbonate: chain carbonate = 1: 9 to 5: 5 (volume ratio)".
環状カーボネートは、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等であってもよい。溶媒に1種の環状カーボネートが単独で含まれていてもよい。溶媒に2種以上の環状カーボネートが含まれていてもよい。 The cyclic carbonate may be, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), fluoroethylene carbonate (FEC), or the like. The solvent may contain one type of cyclic carbonate alone. The solvent may contain two or more cyclic carbonates.
鎖状カーボネートは、例えばジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等であってもよい。溶媒に1種の鎖状カーボネートが単独で含まれていてもよい。溶媒に2種以上の鎖状カーボネートが含まれていてもよい。 The chain carbonate may be, for example, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC) or the like. The solvent may contain one kind of chain carbonate alone. The solvent may contain two or more chain carbonates.
溶媒は、例えばラクトン、環状エーテル、鎖状エーテル、カルボン酸エステル等を含んでもよい。ラクトンは、例えばγ−ブチロラクトン(GBL)、δ−バレロラクトン等であってもよい。環状エーテルは、例えばテトラヒドロフラン(THF)、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン等であってもよい。鎖状エーテルは、例えば1,2−ジメトキシエタン(DME)等であってもよい。カルボン酸エステルは、例えばメチルホルメート(MF)、メチルアセテート(MA)、メチルプロピオネート(MP)等であってもよい。 The solvent may contain, for example, lactone, cyclic ether, chain ether, carboxylic acid ester and the like. The lactone may be, for example, γ-butyrolactone (GBL), δ-valerolactone and the like. The cyclic ether may be, for example, tetrahydrofuran (THF), 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane or the like. The chain ether may be, for example, 1,2-dimethoxyethane (DME) or the like. The carboxylic acid ester may be, for example, methylformate (MF), methylacetate (MA), methylpropionate (MP) or the like.
以下本開示の実施例が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。 Examples of the present disclosure will be described below. However, the following description does not limit the scope of claims.
<リチウムイオン二次電池の製造>
実施例1〜7、比較例1〜8、参考例1〜2に係る電池100がそれぞれ製造された。各電池100における正極活物質層12の構成は下記表1に示される。
<Manufacturing of lithium-ion secondary batteries>
<評価>
充放電サイクルが1000サイクル繰り返された。1サイクルは下記の放電および充電の一巡を示す。なお「20C」の電流では、電池100の定格容量が3分(180秒)で放電される。
<Evaluation>
The charge / discharge cycle was repeated 1000 cycles. One cycle shows the following cycle of discharge and charge. At a current of "20C", the rated capacity of the
放電:電流=20C、放電時間=100秒
充電:電流=20C、充電時間=100秒
Discharge: Current = 20C, Discharge time = 100 seconds Charging: Current = 20C, Charging time = 100 seconds
1000サイクル後、電池100が解体され、負極板20が回収された。目視により負極板20の表面にLiが析出しているか否かが確認された。結果は下記表1に示される。
After 1000 cycles, the
<結果>
比較例1〜3ではLiの析出が確認された。比較例1〜3ではハイニッケル正極活物質が単独で使用されている。そのため正極活物質層12の幅方向の端部において、ハイニッケル正極活物質に水分が吸着し、局所的に遷移金属が溶出していると考えられる。
<Result>
In Comparative Examples 1 to 3, the precipitation of Li was confirmed. In Comparative Examples 1 to 3, the high nickel positive electrode active material is used alone. Therefore, it is considered that water is adsorbed on the high nickel positive electrode active material at the widthwise end of the positive electrode
参考例1〜2ではLiの析出が確認されなかった。ただし参考例1〜2ではハイニッケル正極活物質が使用されていない。そのため参考例1〜2では電池容量の増加が期待できないと考えられる。 No precipitation of Li was confirmed in Reference Examples 1 and 2. However, in Reference Examples 1 and 2, the high nickel positive electrode active material is not used. Therefore, it is considered that an increase in battery capacity cannot be expected in Reference Examples 1 and 2.
実施例1〜7ではLiの析出が確認されなかった。実施例1〜7では、正極活物質層12の幅方向において、中央部に第1正極活物質(ハイニッケル正極活物質)が配置され、かつ端部に第2正極活物質(Ni比率が低い正極活物質)が配置されているためと考えられる。
No precipitation of Li was confirmed in Examples 1 to 7. In Examples 1 to 7, in the width direction of the positive electrode
比較例4および5ではLiの析出が確認された。抵抗比(R2/R1)が0.88未満であるためと考えられる。比較例6でもLiの析出が確認された。抵抗比が1.13を超えているためと考えられる。実施例1〜7では抵抗比(R2/R1)が0.88以上1.13以下である。 In Comparative Examples 4 and 5, the precipitation of Li was confirmed. It is considered that the resistance ratio (R2 / R1) is less than 0.88. Precipitation of Li was also confirmed in Comparative Example 6. This is probably because the resistivity ratio exceeds 1.13. In Examples 1 to 7, the resistivity ratio (R2 / R1) is 0.88 or more and 1.13 or less.
比較例7ではLiの析出が確認された。比較例7では、中央部12Cと端部12Eとで正極活物質が互いに異なっている。しかし比較例7において、中央部12Cに含まれる正極活物質、および端部12Eに含まれる正極活物質は、いずれもハイニッケル正極活物質である。
In Comparative Example 7, precipitation of Li was confirmed. In Comparative Example 7, the positive electrode active materials are different from each other in the central portion 12C and the
比較例8ではLiの析出が確認された。比較例8では端部比率が4.3%未満であるためと考えられる。実施例1〜7では端部比率が4.3%以上である。 In Comparative Example 8, precipitation of Li was confirmed. It is considered that the edge ratio is less than 4.3% in Comparative Example 8. In Examples 1 to 7, the end ratio is 4.3% or more.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。 The embodiments and examples disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. The technical scope defined by the description of the scope of claims includes all changes within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
10 正極板、11 正極集電体、12 正極活物質層、12C 中央部、12E 端部、20 負極板、21 負極集電体、22 負極活物質層、30 セパレータ、50 電極群、90 ケース、100 電池。 10 Positive electrode plate, 11 Positive electrode current collector, 12 Positive electrode active material layer, 12C central part, 12E end, 20 Negative electrode plate, 21 Negative electrode current collector, 22 Negative electrode active material layer, 30 Separator, 50 Electrode group, 90 cases, 100 batteries.
Claims (1)
前記電解液は溶媒および支持塩を少なくとも含み、
前記電極群は巻回型であり、
前記電極群は正極板および負極板を少なくとも含み、
前記正極板は正極活物質層を少なくとも含み、
前記正極活物質層は帯状の平面形状を有し、
前記正極活物質層は中央部および端部を含み、
前記正極活物質層の幅方向において、前記端部は前記正極活物質層の両端にそれぞれ配置されており、前記中央部は前記正極活物質層のうち前記端部を除く部分であり、かつ前記端部の幅および前記中央部の幅の合計に対する前記端部の幅の比率は4.3%以上8.5%以下であり、
前記正極活物質層は第1正極活物質および第2正極活物質を少なくとも含み、
前記第1正極活物質は前記中央部に含まれており、
前記第2正極活物質は前記端部に含まれており、
前記第1正極活物質は下記式(I):
LiNixM1 (1-x)O2 …(I)
〔ただし式中xは0.5≦x≦0.8を満たし、M1はCo、MnおよびAlからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表され、
前記第2正極活物質は下記式(II):
LiNiyM2 (1-y)O2 …(II)
〔ただし式中yは0.2≦y≦0.4を満たし、M2はCoおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種である〕
により表され、
前記第1正極活物質の抵抗値に対する前記第2正極活物質の抵抗値の比は0.88以上1.13以下である、
リチウムイオン二次電池。 Contains at least the electrode group and electrolyte,
The electrolyte contains at least a solvent and a supporting salt and contains at least.
The electrode group is a winding type and is
The electrode group includes at least a positive electrode plate and a negative electrode plate, and includes at least a positive electrode plate and a negative electrode plate.
The positive electrode plate contains at least a positive electrode active material layer and contains at least a positive electrode active material layer.
The positive electrode active material layer has a strip-shaped planar shape.
The positive electrode active material layer includes a central portion and an end portion.
In the width direction of the positive electrode active material layer, the end portions are arranged at both ends of the positive electrode active material layer, and the central portion is a portion of the positive electrode active material layer excluding the end portion and said. The ratio of the width of the end to the sum of the width of the end and the width of the center is 4.3% or more and 8.5% or less .
The positive electrode active material layer contains at least a first positive electrode active material and a second positive electrode active material.
The first positive electrode active material is contained in the central portion.
The second positive electrode active material is contained in the end portion, and the second positive electrode active material is contained in the end portion.
The first positive electrode active material has the following formula (I):
LiNi x M 1 (1-x) O 2 … (I)
[However, x in the formula satisfies 0.5 ≦ x ≦ 0.8, and M 1 is at least one selected from the group consisting of Co, Mn and Al]
Represented by
The second positive electrode active material has the following formula (II):
LiNi y M 2 (1-y) O 2 … (II)
[However, y in the formula satisfies 0.2 ≦ y ≦ 0.4, and M 2 is at least one selected from the group consisting of Co and Mn]
Represented by
The ratio of the resistance value of the second positive electrode active material to the resistance value of the first positive electrode active material is 0.88 or more and 1.13 or less.
Lithium-ion secondary battery.
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