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JP7508414B2 - Method for manufacturing positive electrode for secondary battery - Google Patents

Method for manufacturing positive electrode for secondary battery Download PDF

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JP7508414B2 JP2021101752A JP2021101752A JP7508414B2 JP 7508414 B2 JP7508414 B2 JP 7508414B2 JP 2021101752 A JP2021101752 A JP 2021101752A JP 2021101752 A JP2021101752 A JP 2021101752A JP 7508414 B2 JP7508414 B2 JP 7508414B2
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Description

本発明は、二次電池用正極、及び二次電池用正極の製造方法に関する。 The present invention relates to a positive electrode for a secondary battery and a method for manufacturing a positive electrode for a secondary battery.

二次電池は、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として広く用いられている。二次電池の中でも、特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の車両の駆動用高出力電源として好適に用いられている。リチウムイオン二次電池は、正極及び負極の間を、電解質中のリチウムイオン(電荷担体)が移動することで充放電可能な二次電池である。 Secondary batteries are widely used as so-called portable power sources for personal computers and mobile terminals, and as power sources for driving vehicles. Among secondary batteries, lithium-ion secondary batteries, which are lightweight and have high energy density, are particularly suitable for use as high-output power sources for driving vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles, and plug-in hybrid vehicles. Lithium-ion secondary batteries are secondary batteries that can be charged and discharged by the movement of lithium ions (charge carriers) in the electrolyte between the positive and negative electrodes.

このような二次電池では、高入出力化を実現するために、電荷担体の挿入脱離をスムーズに行なうことができる二次電池用正極(以下、単に「正極」と称する場合がある)が求められる。 In order to achieve high input and output, such secondary batteries require a positive electrode for the secondary battery (hereinafter sometimes simply referred to as the "positive electrode") that can smoothly insert and remove charge carriers.

特許文献1には、粒子の中心から表面の方向に放射状に配向された柱状の一次粒子が凝集した単層構造の二次粒子を含み、前記二次粒子は、シェルの形状を有しており、前記一次粒子は、下記化学式1のNi‐Co‐Mnの複合金属水酸化物を含む、二次電池用正極活物質の前駆体およびこれを用いて製造した正極活物質が開示されている。
[化学式1]
Ni1-(x+y+z)CoMyMn(OH)
Patent Document 1 discloses a precursor of a positive electrode active material for a secondary battery, the precursor including secondary particles having a single-layer structure in which columnar primary particles oriented radially from the center of the particle toward the surface are aggregated, the secondary particles having a shell shape, and the primary particles including a Ni-Co-Mn composite metal hydroxide represented by the following Chemical Formula 1, and a positive electrode active material produced using the precursor.
[Chemical Formula 1]
Ni1-(x+y+z) CoxMyMnz ( OH) 2

特表2018-536972号公報JP 2018-536972 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、正極活物質の粒子同士の重なり等により電気化学反応に寄与する反応面積が減少した場合、正極活物質と電解液との界面における電荷担体の挿入脱離が妨げられて、二次電池の入出力特性が良好にならないという問題がある。 However, the technology described in Patent Document 1 has a problem in that if the reaction area contributing to the electrochemical reaction is reduced due to overlapping of particles of the positive electrode active material, the insertion and removal of charge carriers at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte is hindered, resulting in poor input/output characteristics of the secondary battery.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、二次電池の入出力特性を向上する二次電池用正極、及び二次電池用正極の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve these problems, and aims to provide a positive electrode for a secondary battery that improves the input/output characteristics of the secondary battery, and a method for manufacturing the positive electrode for the secondary battery.

一実施の形態にかかる二次電池用正極は、集電体と、集電体上に形成され、正極活物質及び導電材を含む正極合材層と、を有し、正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物で構成される略球殻状又は略楕円球殻状の中空活物質粒子の一部が切断面により切り取られた略球冠状に形成され、一方向に突出する略球冠状の凸曲面と、一方向側の反対側に存在するとともに一方向に窪む略球冠状の凹曲面と、を有する。 The positive electrode for a secondary battery according to one embodiment has a current collector and a positive electrode composite layer formed on the current collector and containing a positive electrode active material and a conductive material. The positive electrode active material is formed in a substantially spherical crown shape in which a part of a hollow active material particle in a substantially spherical shell shape or a substantially elliptical shell shape made of lithium transition metal oxide is cut off by a cut surface, and has a substantially spherical crown-shaped convex curved surface that protrudes in one direction, and a substantially spherical crown-shaped concave curved surface that exists on the opposite side of the one direction and is recessed in one direction.

一実施の形態にかかる二次電池用正極の製造方法は、リチウム遷移金属酸化物で構成される略球殻状又は略楕円球殻状の中空活物質粒子を形成するステップと、中空活物質粒子を粉砕して、中空活物質粒子の一部が切断面により切り取られた略球冠状に形成される正極活物質を形成するステップと、集電体上に正極活物質及び導電材を含む正極合材層を形成するステップと、を有し、正極活物質は、一方向に突出する略球冠状の凸曲面と、一方向側の反対側に存在するとともに一方向に窪む略球冠状の凹曲面と、を有する。 The method for manufacturing a positive electrode for a secondary battery according to one embodiment includes the steps of forming hollow active material particles in the shape of a roughly spherical shell or roughly elliptical shell made of lithium transition metal oxide, crushing the hollow active material particles to form a roughly spherical crown-shaped positive electrode active material in which a part of the hollow active material particle is cut off by a cut surface, and forming a positive electrode composite layer containing a positive electrode active material and a conductive material on a current collector, and the positive electrode active material has a roughly spherical crown-shaped convex surface that protrudes in one direction and a roughly spherical crown-shaped concave surface that exists on the opposite side of the one direction and is recessed in one direction.

本発明により、二次電池の入出力特性を向上する二次電池用正極、及び二次電池用正極の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a positive electrode for a secondary battery that improves the input/output characteristics of the secondary battery, and a method for manufacturing the positive electrode for the secondary battery.

実施の形態1にかかる二次電池用正極を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a positive electrode for a secondary battery according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる二次電池用正極の製造方法を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a method for manufacturing a positive electrode for a secondary battery according to the first embodiment. 図1に示す正極に含まれる球冠状活物質粒子の一例を示す図である。2 is a diagram showing an example of a spherical cap-shaped active material particle contained in the positive electrode shown in FIG. 1 . 図1に示す正極に含まれる球冠状活物質粒子の他の例を示す図である。2 is a diagram showing another example of a spherical active material particle contained in the positive electrode shown in FIG. 1 . FIG. 図1に示す正極に含まれる球冠状活物質粒子の他の例を示す図である。2 is a diagram showing another example of a spherical active material particle contained in the positive electrode shown in FIG. 1 . FIG. 角度θが異なる活物質粒子をそれぞれ含む各種正極を示す図である。FIG. 1 shows various positive electrodes each including active material particles with different angles θ. 図6に示す各種正極の液伝導度を示すグラフである。7 is a graph showing the liquid conductivities of the various positive electrodes shown in FIG. 6. 図6に示す各種正極の固体伝導度を示すグラフである。7 is a graph showing the solid conductivity of the various positive electrodes shown in FIG. 6. 図6に示す各種正極の有効反応面積を示すグラフである。7 is a graph showing the effective reaction areas of the various positive electrodes shown in FIG. 6. 実施例及び比較例を説明する表である。1 is a table illustrating examples and comparative examples. 反応面積の評価に用いた各種正極を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating various positive electrodes used in the evaluation of the reaction area. 図11に示す各種正極について活物質粒子の反応面積を評価した結果を示すグラフである。12 is a graph showing the results of evaluating the reaction area of active material particles for the various positive electrodes shown in FIG. 11 . 中空活物質粒子の反応面積について説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the reaction area of hollow active material particles. 球冠状活物質粒子の反応面積について説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the reaction area of a spherical active material particle. 空隙率の評価に用いた各種正極を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating various positive electrodes used in the evaluation of porosity. 図15に示す各種正極について空隙率を評価した結果を示すグラフである。16 is a graph showing the results of evaluating the porosity of the various positive electrodes shown in FIG. 15 . 比較例の二次電池用正極を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a positive electrode for a secondary battery of a comparative example.

実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。以下の説明において同一又は同等の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
First embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to clarify the description, the following description and drawings are appropriately simplified. In the following description, the same or equivalent elements are given the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted.

ここで、本実施形態における「短軸の長さ」及び「長軸の長さ」は、特に断りがない場合、FIB-SEM測定により得られた3次元モデルに対する画像解析から、任意に選ばれる複数の活物質粒子の外側に配置される面又は内側に配置される面を用いて計測されるものである。活物質粒子の外側の面又は内側の面において、活物質粒子の曲率中心を通る最も短い径の平均値を「短軸の長さ」として求めることができる。また、活物質粒子の外側の面又は内側の面において、活物質粒子の曲率中心を通る最も長い径の平均値を「長軸の長さ」として求めることができる。さらに、活物質粒子の外側の面における「長軸の長さ」は、活物質粒子の「直径(粒径)」に相当する。 Here, unless otherwise specified, the "short axis length" and "long axis length" in this embodiment are measured using the surfaces arranged on the outside or inside of a plurality of arbitrarily selected active material particles from image analysis of a three-dimensional model obtained by FIB-SEM measurement. The average value of the shortest diameter passing through the center of curvature of the active material particles on the outside or inside surface of the active material particles can be obtained as the "short axis length". In addition, the average value of the longest diameter passing through the center of curvature of the active material particles on the outside or inside surface of the active material particles can be obtained as the "long axis length". Furthermore, the "long axis length" on the outside surface of the active material particles corresponds to the "diameter (particle size)" of the active material particles.

また、本実施形態における「厚さ」は、特に断りがない場合、FIB-SEM測定により得られた3次元モデルに対する画像解析から、任意に選ばれる活物質粒子の断面において、活物質粒子の内側に配置される面の複数の位置から外側に配置される面への最短距離が計測されるものである。活物質粒子の内側の面の複数の位置で計測された当該最短距離の平均値を「厚さ」として求めることができる。 In addition, unless otherwise specified, the "thickness" in this embodiment refers to the shortest distance measured from multiple positions on the inner surface of the active material particle to the outer surface in a cross section of an arbitrarily selected active material particle through image analysis of a three-dimensional model obtained by FIB-SEM measurement. The average value of the shortest distances measured at multiple positions on the inner surface of the active material particle can be obtained as the "thickness".

例えば、活物質粒子が球冠状活物質粒子20である場合、外側に配置される面が凸曲面21であり、内側に配置される面が凹曲面22である。活物質粒子が中空活物質粒子120である場合、外側に配置される面が外面121であり、内側に配置される面が内面122である。 For example, when the active material particles are spherical active material particles 20, the surface disposed on the outside is a convex curved surface 21, and the surface disposed on the inside is a concave curved surface 22. When the active material particles are hollow active material particles 120, the surface disposed on the outside is an outer surface 121, and the surface disposed on the inside is an inner surface 122.

なお、FIB-SEMとは、集束イオンビーム(FIB;Focused Ion Beam)にて試料を加工し、当該試料の露出した断面を走査型電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)にて観察することを意味する。試料を加工する方法としては、例えば、適当な樹脂で固めた試料を、所望の断面で切断し、その断面を少しずつ削りながらSEM観察を行うとよい。 Note that FIB-SEM refers to processing a sample with a focused ion beam (FIB) and observing the exposed cross section of the sample with a scanning electron microscope (SEM). One method of processing a sample is, for example, to cut a sample solidified with an appropriate resin at the desired cross section and perform SEM observation while gradually scraping off the cross section.

FIB-SEMを用いた手法では、試料に対して、FIBによる断続的な加工とSEMによる観察とを繰り返し、得られたSEM像を3次元的に構築した3次元モデルを得ることによって、内部構造を含めた物質の構造を可視化することができる。 In the FIB-SEM technique, a sample is subjected to repeated intermittent processing with an FIB and observation with an SEM, and the resulting SEM images are then used to create a three-dimensional model, which makes it possible to visualize the structure of the material, including its internal structure.

以下、本実施形態にかかる二次電池用正極の好適な実施形態の一つとして、リチウムイオン二次電池用の正極に具体化して説明する。リチウムイオン二次電池は、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正極(正極板)と負極(負極板)との間における電荷の移動により充放電が実現される二次電池である。リチウムイオン二次電池は、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の車両の駆動用電源として用いられる。 The following describes a preferred embodiment of the positive electrode for a secondary battery according to this embodiment, specifically as a positive electrode for a lithium-ion secondary battery. A lithium-ion secondary battery is a secondary battery that uses lithium ions as a charge carrier and achieves charging and discharging by the movement of charge between a positive electrode (positive electrode plate) and a negative electrode (negative electrode plate). Lithium-ion secondary batteries are used as power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HVs), and plug-in hybrid vehicles (PHEVs).

まず、図1を参照して、本実施形態にかかる二次電池用正極(正極1)の構成について説明する。図1は、実施の形態1にかかる二次電池用正極を示す図である。図1には、正極1の3次元モデルを示している。正極1は、集電体(正極集電体)と、正極集電体上に形成される正極合材層10と、を有する。 First, the configuration of the positive electrode for a secondary battery (positive electrode 1) according to this embodiment will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a diagram showing the positive electrode for a secondary battery according to the first embodiment. FIG. 1 shows a three-dimensional model of the positive electrode 1. The positive electrode 1 has a current collector (positive electrode current collector) and a positive electrode composite layer 10 formed on the positive electrode current collector.

正極集電体は、板状又は箔状に形成され、導電性の良好な金属により構成される。正極1に用いられる正極集電体には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等を用いることができる。 The positive electrode current collector is formed in a plate or foil shape and is made of a metal with good electrical conductivity. For example, aluminum, an aluminum alloy, nickel, titanium, stainless steel, etc. can be used as the positive electrode current collector used for the positive electrode 1.

正極合材層10は、少なくとも、正極活物質(球冠状活物質粒子20)と、導電材30と、を有する。正極合材層10は、その他に、分散剤及びバインダ等の添加剤を含んでもよい。 The positive electrode mixture layer 10 has at least a positive electrode active material (spherical active material particles 20) and a conductive material 30. The positive electrode mixture layer 10 may also contain additives such as a dispersant and a binder.

導電材30は、正極合材層10中に導電パスを形成するための材料である。正極合材層10に適量の導電材30を混合することにより、正極1内部の電子伝導性を高めて、電池の充放電効率および入出力特性を向上させることができる。導電材30としては、例えば、各種カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック)、炭素繊維(例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ)を初めとする炭素材料を用いることができる。 The conductive material 30 is a material for forming a conductive path in the positive electrode composite layer 10. By mixing an appropriate amount of the conductive material 30 into the positive electrode composite layer 10, the electronic conductivity inside the positive electrode 1 can be increased, and the charge/discharge efficiency and input/output characteristics of the battery can be improved. As the conductive material 30, for example, various carbon blacks (e.g., acetylene black, ketjen black) and carbon fibers (e.g., carbon nanotubes, carbon nanofibers) and other carbon materials can be used.

図1には、導電材30としてアセチレンブラック(AB)を用いた正極合材層10aと、導電材30としてカーボンナノチューブ(CNT)を用いた正極合材層10bと、をそれぞれ例示し、正極合材層10a、10bにおける各導電材30の分布が図示されている。本実施形態においては、導電材30としてABを用いる場合、平均粒径20~50μmのABを用いることが好ましい。また、導電材30としてCNTを用いる場合。外形が5~30nm、アスペクト比が15~300のCNTを用いることが好ましい。 Figure 1 illustrates a positive electrode composite layer 10a using acetylene black (AB) as the conductive material 30, and a positive electrode composite layer 10b using carbon nanotubes (CNT) as the conductive material 30, and shows the distribution of the conductive materials 30 in the positive electrode composite layers 10a and 10b. In this embodiment, when AB is used as the conductive material 30, it is preferable to use AB with an average particle size of 20 to 50 μm. When CNT is used as the conductive material 30, it is preferable to use CNT with an outer diameter of 5 to 30 nm and an aspect ratio of 15 to 300.

分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリアルキレンポリアミン、ベンゾイミダゾール等が挙げられる。バインダには、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)、ポリアクリル酸、ポリアクリレート等を用いることができる。 Examples of dispersants include polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyacrylate, polymethacrylate, polyoxyethylene alkyl ether, polyalkylene polyamine, benzimidazole, etc. Examples of binders that can be used include polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, polyacrylate, etc.

個々の正極活物質は、粒子形態をなしており、略球冠状に形成される。また、正極活物質は、一方向に突出する略球冠状の凸曲面21と、一方向側の反対側に存在するとともに一方向に窪む略球冠状の凹曲面22と、を有する。以下の説明では、本実施形態にかかる二次電池用正極(正極1)に含まれる正極活物質を球冠状活物質粒子20と称して説明する。 Each positive electrode active material has a particle form and is formed into a roughly spherical crown shape. The positive electrode active material has a roughly spherical crown-shaped convex surface 21 that protrudes in one direction, and a roughly spherical crown-shaped concave surface 22 that is on the opposite side of the one direction and is recessed in one direction. In the following explanation, the positive electrode active material contained in the secondary battery positive electrode (positive electrode 1) according to this embodiment will be referred to as a spherical crown-shaped active material particle 20.

球冠状活物質粒子20は、層状の結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物を含有する。リチウム遷移金属酸化物は、Li(リチウム)以外に、1乃至複数の所定の遷移金属元素を含む。リチウム遷移金属酸化物に含有される遷移金属元素は、Ni、Co、Mnの少なくとも一つであることが好ましい。リチウム遷移金属酸化物の好適な一例として、Ni、Co及びMnの全てを含むリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。 The spherical cap-shaped active material particles 20 contain a lithium transition metal oxide having a layered crystal structure. The lithium transition metal oxide contains one or more specific transition metal elements in addition to Li (lithium). The transition metal element contained in the lithium transition metal oxide is preferably at least one of Ni, Co, and Mn. A suitable example of the lithium transition metal oxide is a lithium transition metal oxide that contains all of Ni, Co, and Mn.

球冠状活物質粒子20は、遷移金属元素(すなわち、Ni、Co及びMnの少なくとも1種)の他に、付加的に、1種又は複数種の元素を含有し得る。付加的な元素としては、周期表の1族(ナトリウム等のアルカリ金属)、2族(マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属)、4族(チタン、ジルコニウム等の遷移金属)、6族(クロム、タングステン等の遷移金属)、8族(鉄等の遷移金属)、13族(半金属元素であるホウ素、もしくはアルミニウムのような金属)及び17族(フッ素のようなハロゲン)に属するいずれかの元素を含むことができる。 The spherical active material particles 20 may contain one or more additional elements in addition to the transition metal element (i.e., at least one of Ni, Co, and Mn). The additional elements may include any of the elements belonging to Group 1 (alkali metals such as sodium), Group 2 (alkaline earth metals such as magnesium and calcium), Group 4 (transition metals such as titanium and zirconium), Group 6 (transition metals such as chromium and tungsten), Group 8 (transition metals such as iron), Group 13 (metalloid elements such as boron or aluminum), and Group 17 (halogens such as fluorine) of the periodic table.

好ましい一態様において、球冠状活物質粒子20は、下記一般式(1)で表される組成(平均組成)を有し得る。
LiNiCoMn(1-y-z)MAαMBβ…(1)
In a preferred embodiment, the spherical active material particles 20 may have a composition (average composition) represented by the following general formula (1).
Li 1 + x Ni y Co z Mn (1-y-z) MA α MB β O 2 ... (1)

上記式(1)において、xは、0≦x≦0.2を満たす実数であり得る。yは、0.1<y<0.6を満たす実数であり得る。zは、0.1<z<0.6を満たす実数であり得る。MAは、W、Cr及びMoから選択される少なくとも1種の金属元素であり、αは0<α≦0.01(典型的には0.0005≦α≦0.01、例えば0.001≦α≦0.01)を満たす実数である。MBは、Zr、Mg、Ca、Na、Fe、Zn、Si、Sn、Al、B及びFからなる群から選択される1種又は2種以上の元素であり、βは0≦β≦0.01を満たす実数であり得る。βが実質的に0(すなわち、MBを実質的に含有しない酸化物)であってもよい。なお、層状構造のリチウム遷移金属酸化物を示す化学式では、便宜上、O(酸素)の組成比を2として示しているが、この数値は厳密に解釈されるべきではなく、多少の組成の変動(典型的には1.95以上2.05以下の範囲に包含される)を許容し得るものである。 In the above formula (1), x may be a real number satisfying 0≦x≦0.2. y may be a real number satisfying 0.1<y<0.6. z may be a real number satisfying 0.1<z<0.6. MA is at least one metal element selected from W, Cr, and Mo, and α is a real number satisfying 0<α≦0.01 (typically 0.0005≦α≦0.01, for example 0.001≦α≦0.01). MB is one or more elements selected from the group consisting of Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Zn, Si, Sn, Al, B, and F, and β may be a real number satisfying 0≦β≦0.01. β may be substantially 0 (i.e., an oxide that does not substantially contain MB). In addition, in the chemical formula showing the lithium transition metal oxide with a layered structure, the composition ratio of O (oxygen) is shown as 2 for convenience, but this value should not be interpreted strictly, and some variation in the composition (typically within the range of 1.95 to 2.05) is acceptable.

球冠状活物質粒子20は、略球殻状又は略楕円球殻状の中空活物質粒子120の一部が切断面23により切り取られて、略球冠状に形成される。すなわち、球冠状活物質粒子20の材料となる中空活物質粒子120は、上記で説明した層状の結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物により構成されるものである。 The spherical crown-shaped active material particle 20 is formed by cutting a part of a hollow active material particle 120 having a roughly spherical shell shape or a roughly elliptical shell shape at a cutting surface 23, into a roughly spherical crown shape. In other words, the hollow active material particle 120, which is the material for the spherical crown-shaped active material particle 20, is composed of a lithium transition metal oxide having the layered crystal structure described above.

そこで、図2を参照して、上記した正極1の製造方法について一例を説明する。図2は、実施の形態1にかかる二次電池用正極の製造方法を示すフローチャートである。図2に示すように、本実施形態にかかる正極1の製造方法は、ステップS1~S6の工程を有する。なお、ステップS3及びステップS5の各工程は、製造される正極1の品質が確保される場合には省略することができ、その他の手法によっても代替可能である。 Now, an example of the method for manufacturing the above-mentioned positive electrode 1 will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a flowchart showing the method for manufacturing a positive electrode for a secondary battery according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the method for manufacturing the positive electrode 1 according to this embodiment includes steps S1 to S6. Note that steps S3 and S5 can be omitted if the quality of the manufactured positive electrode 1 is ensured, and can be replaced by other methods.

ステップS1は、中空活物質粒子120を形成する工程である。ステップS2は、中空活物質粒子120を粉砕して正極活物質(球冠状活物質粒子20)を形成する工程である。ステップS3は、ステップS2で得られた正極活物質(球冠状活物質粒子20)の物性を所定値と比べて適切な値であるか否かを確認する工程である。ステップS4は、正極合材層10を形成するためのペーストを作製する工程である。ステップS5は、ステップS4で作製したペーストの粘度が所定値と比べて適切な値であるか否かを確認する工程である。ステップS6は、正極集電体上にペーストを塗工して正極合材層10を形成する工程である。 Step S1 is a process for forming hollow active material particles 120. Step S2 is a process for crushing the hollow active material particles 120 to form a positive electrode active material (spherical crown-shaped active material particles 20). Step S3 is a process for checking whether the physical properties of the positive electrode active material (spherical crown-shaped active material particles 20) obtained in step S2 are appropriate or not compared with predetermined values. Step S4 is a process for preparing a paste for forming the positive electrode composite layer 10. Step S5 is a process for checking whether the viscosity of the paste prepared in step S4 is appropriate or not compared with a predetermined value. Step S6 is a process for applying the paste onto a positive electrode current collector to form the positive electrode composite layer 10.

上記の各工程について詳細に説明する。まず、ステップS1では、球冠状活物質粒子20の材料となる中空活物質粒子120を形成する。中空活物質粒子120は、殻部123と、殻部123の内部に形成される中空部124と、を有する中空構造の粒子形態をなし、略球殻状又は略楕円球殻状を有する。すなわち、中空活物質粒子120の外形は、概ね球形状、又は楕円球状(やや歪んだ球形状等)を呈している。また、中空活物質粒子120は、ともに球面状又は楕円球面状に形成される外面121と内面122とを有する。 Each of the above steps will be described in detail. First, in step S1, hollow active material particles 120 are formed as the material for the spherical active material particles 20. The hollow active material particles 120 have a hollow structure with a shell 123 and a hollow portion 124 formed inside the shell 123, and have a roughly spherical shell shape or a roughly elliptical shell shape. That is, the outer shape of the hollow active material particles 120 is roughly spherical or elliptical (slightly distorted spherical shape, etc.). The hollow active material particles 120 also have an outer surface 121 and an inner surface 122, both of which are formed in a spherical or elliptical spherical shape.

殻部123は、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子が連なって略球殻状又は略楕円球殻状に形成された二次粒子である。殻部123の内部には、中空部124が形成される。殻部123の厚さ方向において、一次粒子は単層であってもよく、多層であってもよい。好ましい一態様にかかる中空活物質粒子120は、殻部123の全体に亘って、一次粒子が実質的に単層で連なった形態に構成されている。 The shell 123 is a secondary particle formed by connecting primary particles of lithium transition metal oxide to form an approximately spherical shell or an approximately elliptical shell. Inside the shell 123, a hollow portion 124 is formed. In the thickness direction of the shell 123, the primary particles may be a single layer or multiple layers. In one preferred embodiment, the hollow active material particle 120 is configured in such a manner that the primary particles are connected in a substantially single layer throughout the entire shell 123.

ここで、一次粒子は、外見上の幾何学的形態から判断して単位粒子(ultimateparticle)と考えられる粒子を指す。ここに開示される中空活物質粒子120において、一次粒子は、典型的にはリチウム遷移金属酸化物の結晶子の集合物である。中空活物質粒子120の形状観察はSEM観察で取得される画像により行うことができる。 Here, the primary particle refers to a particle that is considered to be an ultimate particle based on its apparent geometric shape. In the hollow active material particles 120 disclosed herein, the primary particles are typically an aggregate of crystallites of lithium transition metal oxide. The shape of the hollow active material particles 120 can be observed from images obtained by SEM observation.

中空活物質粒子120の外面121の直径(粒径)は、例えば、およそ2μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましい。また、中空活物質粒子120の直径は25μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。生産性の観点から、好ましい一態様では、中空活物質粒子120の直径は、4μm以上6μm以下である。なお、外面121は、中空活物質粒子120の輪郭にあたる面である。 The diameter (particle size) of the outer surface 121 of the hollow active material particle 120 is, for example, preferably approximately 2 μm or more, and more preferably 3 μm or more. The diameter of the hollow active material particle 120 is preferably 25 μm or less, and more preferably 15 μm or less. From the viewpoint of productivity, in a preferred embodiment, the diameter of the hollow active material particle 120 is 4 μm or more and 6 μm or less. The outer surface 121 is the surface that corresponds to the outline of the hollow active material particle 120.

殻部123の厚さは、好ましくは3.0μm以下であり、より好ましくは2.5μm以下、さらに好ましくは2.0μm以下である。殻部123の厚さが小さいほど、充電時には殻部123の内部(厚さの中央部)からもリチウムイオンが放出されやすく、リチウムイオン二次電池の放電時にはリチウムイオンが殻部123の内部まで吸収されやすくなる。殻部123の厚さの下限値は、0.1μm以上であることが好ましい。内部抵抗低減効果と耐久性とを両立させる観点から、好ましい一態様では、殻部123の厚さは、0.8μm以上1.5μm以下である。 The thickness of the shell portion 123 is preferably 3.0 μm or less, more preferably 2.5 μm or less, and even more preferably 2.0 μm or less. The smaller the thickness of the shell portion 123, the easier it is for lithium ions to be released from the inside of the shell portion 123 (the center of the thickness) during charging, and the easier it is for lithium ions to be absorbed into the inside of the shell portion 123 during discharging of the lithium ion secondary battery. The lower limit of the thickness of the shell portion 123 is preferably 0.1 μm or more. From the viewpoint of achieving both the effect of reducing internal resistance and durability, in one preferred embodiment, the thickness of the shell portion 123 is 0.8 μm or more and 1.5 μm or less.

中空活物質粒子120の内面122の直径は、外面121の直径から殻部123の厚さを減算することにより求めることができる。なお、内面122は、中空部124の輪郭にあたる面である。 The diameter of the inner surface 122 of the hollow active material particle 120 can be calculated by subtracting the thickness of the shell portion 123 from the diameter of the outer surface 121. The inner surface 122 is the surface that corresponds to the outline of the hollow portion 124.

そして、中空活物質粒子120の外面121について、短軸の長さL2に対する長軸の長さL1の比(長軸の長さ/短軸の長さ、L1/L2)は、1.0以上1.8未満であることが好ましい。また、中空活物質粒子120の内面122について、短軸の長さに対する長軸の長さの比(長軸の長さ/短軸の長さ)は、1.0以上1.5未満であることが好ましい。このような比率で構成される中空活物質粒子120を用いて球冠状活物質粒子20を形成すると、球冠状活物質粒子20の表裏面(凸曲面21及び凹曲面22)が湾曲した形状となって粒子が嵩高くなる。 For the outer surface 121 of the hollow active material particle 120, the ratio of the long axis length L1 to the short axis length L2 (long axis length/short axis length, L1/L2) is preferably 1.0 or more and less than 1.8. For the inner surface 122 of the hollow active material particle 120, the ratio of the long axis length to the short axis length (long axis length/short axis length) is preferably 1.0 or more and less than 1.5. When the spherical crown-shaped active material particle 20 is formed using the hollow active material particle 120 configured in such a ratio, the front and back surfaces (convex curved surface 21 and concave curved surface 22) of the spherical crown-shaped active material particle 20 become curved, and the particle becomes bulky.

上記の中空活物質粒子120を形成する方法は、例えば、原料水酸化物生成工程と、混合工程と、焼成工程と、を含む。これらの各工程について詳述する。ただし、中空活物質粒子120を形成する方法はこれに限られるものではない。 The method for forming the hollow active material particles 120 includes, for example, a raw hydroxide production process, a mixing process, and a firing process. Each of these processes will be described in detail. However, the method for forming the hollow active material particles 120 is not limited to this.

原料水酸化物生成工程は、遷移金属化合物の水溶液にアンモニウムイオン(NH )を供給して、遷移金属水酸化物の粒子を水溶液から析出させる工程である。ここで、水溶液は、リチウム遷移金属酸化物を構成する遷移金属元素の少なくとも1種を含む。 The raw hydroxide production process is a process in which ammonium ions ( NH4 + ) are supplied to an aqueous solution of a transition metal compound to precipitate transition metal hydroxide particles from the aqueous solution. Here, the aqueous solution contains at least one transition metal element that constitutes the lithium transition metal oxide.

原料水酸化物生成工程は、水溶液から遷移金属水酸化物を析出させる核生成段階と、核生成段階よりも水溶液のpHを減少させた状態で遷移金属水酸化物の粒子を成長させる粒子成長段階とを含むことが好ましい。粒子成長段階では、pH及びアンモニウムイオン濃度を変更することにより、遷移金属水酸化物の析出速度を調整することで、中空活物質粒子120の構造(一次粒子同士の配置間隔、粒子空孔率等)を変化させることができる。 The raw hydroxide production process preferably includes a nucleation stage in which transition metal hydroxide is precipitated from an aqueous solution, and a particle growth stage in which transition metal hydroxide particles are grown in a state in which the pH of the aqueous solution is reduced from that in the nucleation stage. In the particle growth stage, the structure of the hollow active material particles 120 (the arrangement distance between primary particles, the particle porosity, etc.) can be changed by adjusting the precipitation rate of the transition metal hydroxide by changing the pH and ammonium ion concentration.

混合工程では、原料水酸化物生成工程で生成した遷移金属水酸化物粒子を反応液から分離し、洗浄、濾過、乾燥させる。このようにして得られた遷移金属水酸化物とリチウム化合物とを混合して混合物を調製する。当該遷移金属水酸化物とリチウム化合物とは、所定の割合でできるだけ均一に混合すると良い。混合工程では、典型的には、目的物である中空活物質粒子120の組成に対応する量比で、リチウム化合物と遷移金属水酸化物粒子とを混合する。 In the mixing step, the transition metal hydroxide particles produced in the raw hydroxide production step are separated from the reaction liquid, washed, filtered, and dried. The transition metal hydroxide thus obtained is mixed with a lithium compound to prepare a mixture. The transition metal hydroxide and lithium compound are preferably mixed as uniformly as possible in a predetermined ratio. In the mixing step, the lithium compound and transition metal hydroxide particles are typically mixed in a quantitative ratio that corresponds to the composition of the hollow active material particles 120, which are the target product.

焼成工程は、混合物を焼成して中空活物質粒子120を得る工程である。焼成工程は、例えば酸化性雰囲気中(例えば大気雰囲気中)で行われる。焼成温度は、例えば700℃以上1100℃以下である。また、焼成工程は、異なる温度範囲で焼成する複数の工程を含んでいてもよい。焼成後には、必要に応じて、焼成物を解砕したものを分級して粒径を調整することが好ましい。 The firing process is a process in which the mixture is fired to obtain hollow active material particles 120. The firing process is carried out, for example, in an oxidizing atmosphere (for example, in an air atmosphere). The firing temperature is, for example, 700°C or higher and 1100°C or lower. The firing process may also include multiple steps in which firing is carried out at different temperature ranges. After firing, it is preferable to crush the fired product and classify it to adjust the particle size, if necessary.

この工程では、リチウム遷移金属酸化物の一次粒子の焼結反応を進行させる。これにより、一次粒子同士が焼結されて連なった略球殻状又は略楕円球殻状の中空活物質粒子120が形成されるとともに、中空活物質粒子120の内部には中空部124が形成される。 In this process, the sintering reaction of the primary particles of the lithium transition metal oxide is allowed to proceed. As a result, the primary particles are sintered together to form hollow active material particles 120 in the shape of a roughly spherical shell or roughly elliptical shell, and a hollow portion 124 is formed inside the hollow active material particles 120.

続いて、ステップS2では、ステップS1で得られた中空活物質粒子120を粉砕機に投入し、中空活物質粒子120に対して剪断力を与えることにより、中空活物質粒子120の一部が切断面23により切り取られた球冠状活物質粒子20を形成する。中空活物質粒子120の粉砕に用いる粉砕機としては、ジェットミルを用いることが好ましい。粉砕の方式は、乾式であっても良く、湿式であっても良い。 Next, in step S2, the hollow active material particles 120 obtained in step S1 are fed into a grinder, and a shearing force is applied to the hollow active material particles 120 to form spherical crown-shaped active material particles 20 in which a portion of the hollow active material particles 120 is cut off by a cutting surface 23. It is preferable to use a jet mill as the grinder used to grind the hollow active material particles 120. The grinding method may be either a dry method or a wet method.

ジェットミルによる粉砕では、粉砕ガス圧力、中空活物質粒子120の供給速度、粉砕回数等の粉砕条件を適宜設定して粉砕の度合いを調整する。粉砕条件は、中空活物質粒子120の曲率中心Oを通る最も長い径である長軸に沿った切断面23で中空活物質粒子120を切り取ることができるように設定されることが好ましい。すなわち、粉砕条件を制御することによって、所望の球冠状活物質粒子20を形成することができる。 In the case of grinding using a jet mill, the degree of grinding is adjusted by appropriately setting grinding conditions such as the grinding gas pressure, the supply speed of the hollow active material particles 120, and the number of grinding times. It is preferable that the grinding conditions are set so that the hollow active material particles 120 can be cut at a cut surface 23 along the major axis, which is the longest diameter passing through the center of curvature O of the hollow active material particles 120. In other words, by controlling the grinding conditions, the desired spherical crown-shaped active material particles 20 can be formed.

ここで、球冠とは、球又は楕円球の一部を任意の面(本実施形態では切断面23)で切り取った球欠の側面部分である。球冠状活物質粒子20の形状は、略椀状とも言える。中空活物質粒子120の曲率中心Oは、球冠状活物質粒子20の曲率中心Oと一致する。また、中空活物質粒子120の曲率中心Oは、外面121の曲率中心Oと内面122の曲率中心Oと同一であるものとし、球冠状活物質粒子20の曲率中心Oは、凸曲面21の曲率中心Oと凹曲面22の曲率中心Oと同一であるものとする。 Here, the spherical crown refers to the side portion of a notch formed by cutting a portion of a sphere or an oval sphere at any plane (cut plane 23 in this embodiment). The shape of the spherical crown-shaped active material particle 20 can be said to be roughly bowl-shaped. The center of curvature O of the hollow active material particle 120 coincides with the center of curvature O of the spherical crown-shaped active material particle 20. In addition, the center of curvature O of the hollow active material particle 120 is the same as the center of curvature O of the outer surface 121 and the center of curvature O of the inner surface 122, and the center of curvature O of the spherical crown-shaped active material particle 20 is the same as the center of curvature O of the convex curved surface 21 and the center of curvature O of the concave curved surface 22.

粉砕条件は、特に限定されるものではなく、用いる粉砕機や中空活物質粒子120によって異なる。粉砕後には、粉砕物を分級して微粉末の除去を行ない、所望の粒径を有する球冠状活物質粒子20を得ることができる。粉砕物の分級は、分級機能を備えたジェットミルにより実施しても良く、ジェットミルとは別の分級機を用いて実施しても良い。 The grinding conditions are not particularly limited and vary depending on the grinding machine and hollow active material particles 120 used. After grinding, the ground material is classified to remove fine powder, and spherical crown-shaped active material particles 20 having the desired particle size can be obtained. Classification of the ground material may be performed using a jet mill equipped with a classification function, or may be performed using a classifier other than the jet mill.

中空活物質粒子120を粉砕することにより得られる球冠状活物質粒子20は、所定の厚みを有する略球冠状に形成され、凸曲面21と、凹曲面22と、切断面23と、を有する。凸曲面21は、中空活物質粒子120の外面121に対応し、外面121の一部が切断面23により切り取られたものである。凸曲面21は、一方向に突出する略球冠状に形成される。凹曲面22は、中空活物質粒子120の内面122に対応し、内面122の一部が切断面23により切り取られたものである。凹曲面22は、凸曲面21の突出方向と同じ一方向に窪む略球冠状に形成される。凹曲面22は、凸曲面21の突出方向側の反対側に存在し、凹曲面22と凸曲面21とは、互いに対向している。 The spherical crown-shaped active material particles 20 obtained by crushing the hollow active material particles 120 are formed into a substantially spherical crown shape having a predetermined thickness, and have a convex curved surface 21, a concave curved surface 22, and a cut surface 23. The convex curved surface 21 corresponds to the outer surface 121 of the hollow active material particles 120, and a part of the outer surface 121 is cut off by the cut surface 23. The convex curved surface 21 is formed into a substantially spherical crown shape that protrudes in one direction. The concave curved surface 22 corresponds to the inner surface 122 of the hollow active material particles 120, and a part of the inner surface 122 is cut off by the cut surface 23. The concave curved surface 22 is formed into a substantially spherical crown shape that is recessed in the same direction as the protruding direction of the convex curved surface 21. The concave curved surface 22 is present on the opposite side of the protruding direction side of the convex curved surface 21, and the concave curved surface 22 and the convex curved surface 21 face each other.

また、球冠状活物質粒子20には、凸曲面21に向かって端面の中央付近が略球冠状に窪んだ凹部24が形成される。凹部24は、中空活物質粒子120の中空部124に対応し、凹曲面22により画成される。切断面23は、凸曲面21の先端縁と凹曲面22の先端縁とを繋ぐ部分である。切断面23は、凹部24の開口を囲む略円環状を有する。 The spherical crown-shaped active material particle 20 also has a recess 24 that is recessed in a roughly spherical crown shape near the center of the end face toward the convex curved surface 21. The recess 24 corresponds to the hollow portion 124 of the hollow active material particle 120, and is defined by the concave curved surface 22. The cut surface 23 is the portion that connects the leading edge of the convex curved surface 21 and the leading edge of the concave curved surface 22. The cut surface 23 has a roughly circular ring shape that surrounds the opening of the recess 24.

このように、凸曲面21及び凹曲面22が湾曲した形状であると、嵩高い球冠状活物質粒子20が形成されるため、正極合材層10中における球冠状活物質粒子20同士の重なりを抑制することができる。これにより、球冠状活物質粒子20を用いた正極1では、活物質粒子同士の重なりに起因する反応面積の低下が抑制されるとともに、球冠状活物質粒子20間に電解液の浸透経路となる空隙が確保される。その結果、二次電池における入出力特性が向上する。 In this way, when the convex curved surface 21 and the concave curved surface 22 are curved, bulky spherical crown-shaped active material particles 20 are formed, and overlapping of the spherical crown-shaped active material particles 20 in the positive electrode mixture layer 10 can be suppressed. As a result, in the positive electrode 1 using the spherical crown-shaped active material particles 20, the reduction in the reaction area caused by the overlapping of the active material particles is suppressed, and gaps that serve as permeation paths for the electrolyte are secured between the spherical crown-shaped active material particles 20. As a result, the input/output characteristics of the secondary battery are improved.

続いて、ステップS3では、ステップS2で得られた球冠状活物質粒子20の物性を測定し、球冠状活物質粒子20の物性の測定値が所定値より大きい値であるか否かを確認する。球冠状活物質粒子20の物性としては、例えば、吸油量及びBET比表面積を用いることができる。また、ステップSにおける所定値としては、球冠状活物質粒子20の材料となる中空活物質粒子120の吸油量及びBET比表面積を用いることができる。 Next, in step S3, the physical properties of the spherical-crown-shaped active material particles 20 obtained in step S2 are measured, and it is confirmed whether the measured values of the physical properties of the spherical-crown-shaped active material particles 20 are greater than a predetermined value. For example, the oil absorption and BET specific surface area can be used as the physical properties of the spherical-crown-shaped active material particles 20. In addition, as the predetermined values in step S3 , the oil absorption and BET specific surface area of the hollow active material particles 120 that are the material for the spherical-crown-shaped active material particles 20 can be used.

この工程では、球冠状活物質粒子20について、吸油量とBET比表面積との少なくとも一方を測定する。そして、球冠状活物質粒子20の物性について測定した結果(測定値)が、中空活物質粒子120の同じ物性について測定した結果(所定値)と比べて大きい場合(ステップS3;YES)に、次のステップS4に進む。一方、球冠状活物質粒子20の物性について測定した結果(測定値)が、所定値以下である場合(ステップS3;NO)は、粉砕が不十分である等の理由により所望の球冠状活物質粒子20が得られていないと考えられるため、ステップS2に戻る。 In this step, at least one of the oil absorption and the BET specific surface area is measured for the spherical crown-shaped active material particles 20. If the result of the measurement (measured value) of the physical property of the spherical crown-shaped active material particles 20 is greater than the result of the measurement (predetermined value) of the same physical property of the hollow active material particles 120 (step S3; YES), proceed to the next step S4. On the other hand, if the result of the measurement (measured value) of the physical property of the spherical crown-shaped active material particles 20 is equal to or less than the predetermined value (step S3; NO), it is considered that the desired spherical crown-shaped active material particles 20 have not been obtained due to insufficient pulverization or other reasons, and so return to step S2.

ここで、図3~5を参照して、本実施形態において望ましい球冠状活物質粒子20の構造について詳細を説明する。図3は、図1に示す正極に含まれる球冠状活物質粒子の一例を示す図である。図4は、図1に示す正極に含まれる球冠状活物質粒子の他の例を示す図である。図5は、図1に示す正極に含まれる球冠状活物質粒子の他の例を示す図である。 Now, with reference to Figures 3 to 5, the structure of the spherical crown-shaped active material particle 20 that is desirable in this embodiment will be described in detail. Figure 3 is a diagram showing an example of a spherical crown-shaped active material particle contained in the positive electrode shown in Figure 1. Figure 4 is a diagram showing another example of a spherical crown-shaped active material particle contained in the positive electrode shown in Figure 1. Figure 5 is a diagram showing another example of a spherical crown-shaped active material particle contained in the positive electrode shown in Figure 1.

なお、図3~図5に示す実線は、球冠状活物質粒子20の凸曲面21を模式的に表したものとする。また、図3~図5に示す破線は、球冠状活物質粒子20の材料となる中空活物質粒子120の外面121を模式的に表したものとする。図3~図5では、球冠状活物質粒子20の全部が中空活物質粒子120の一部と一致するように球冠状活物質粒子20と中空活物質粒子120とを重ねて配置した場合を示している。そして、凸曲面21及び外面121の長軸は水平方向に延在し、凸曲面21及び外面121の短軸は鉛直方向に延在するように配置されている。 The solid lines shown in Figures 3 to 5 are intended to represent the convex curved surface 21 of the spherical crown-shaped active material particle 20. The dashed lines shown in Figures 3 to 5 are intended to represent the outer surface 121 of the hollow active material particle 120 that is the material for the spherical crown-shaped active material particle 20. Figures 3 to 5 show the case where the spherical crown-shaped active material particle 20 and the hollow active material particle 120 are arranged in an overlapping manner so that the entire spherical crown-shaped active material particle 20 coincides with a part of the hollow active material particle 120. The convex curved surface 21 and the outer surface 121 are arranged so that their major axes extend horizontally, and their minor axes extend vertically.

図3~図5に示すように、中空活物質粒子120を分割する切断面23は、曲率中心Oを通る面であっても良く、曲率中心Oから隔てた位置にある面であっても良い。切断面23が形成される位置は、曲率中心Oから凸曲面21における切断面23側の先端に向かう方向と、凸曲面21における長軸と、のなす角が角度θとなる位置に形成される。そして、本実施形態では、角度θが±15°以内であることが好ましい。すなわち、球冠状活物質粒子20は、中心角が150°以上210°以下の球冠状であることが好ましい。 As shown in Figures 3 to 5, the cut surface 23 that divides the hollow active material particle 120 may be a surface that passes through the center of curvature O, or may be a surface located at a position away from the center of curvature O. The cut surface 23 is formed at a position where the angle between the direction from the center of curvature O toward the tip of the cut surface 23 side of the convex curved surface 21 and the major axis of the convex curved surface 21 is angle θ. In this embodiment, it is preferable that the angle θ is within ±15°. In other words, it is preferable that the spherical crown-shaped active material particle 20 has a central angle of 150° or more and 210° or less.

具体的には、θ=0°である場合、切断面23は曲率中心Oを通る面であり、球冠状活物質粒子20は半球状に形成される。θ=15°である場合、切断面23は曲率中心Oから上側に間隔を隔てた位置にある面であり、球冠状活物質粒子20は、曲率中心Oを含む相対的に大きな体積の方の立体である。θ=-15°である場合、切断面23は曲率中心Oから下側に間隔を隔てた位置にある面であり、球冠状活物質粒子20は、曲率中心Oを含まない相対的に小さな体積の方の立体である。 Specifically, when θ = 0°, the cut surface 23 is a surface that passes through the center of curvature O, and the spherical crown-shaped active material particle 20 is formed in a hemispherical shape. When θ = 15°, the cut surface 23 is a surface that is spaced above the center of curvature O, and the spherical crown-shaped active material particle 20 is a solid with a relatively large volume that includes the center of curvature O. When θ = -15°, the cut surface 23 is a surface that is spaced below the center of curvature O, and the spherical crown-shaped active material particle 20 is a solid with a relatively small volume that does not include the center of curvature O.

さらに、角度θが±15°以内において、切断面23の形状は、図3及び図4に示すように、平面であっても良く、図5に示すように、凹凸状等の非平面であっても良い。このように、切断面23の位置及び形状に応じて球冠状活物質粒子20の形状が決定される。 Furthermore, when the angle θ is within ±15°, the shape of the cut surface 23 may be flat, as shown in Figures 3 and 4, or may be non-flat, such as uneven, as shown in Figure 5. In this way, the shape of the spherical crown-shaped active material particle 20 is determined according to the position and shape of the cut surface 23.

そして、本実施形態では、正極合材層10が含有する全活物質粒子のうち、角度θが±15°以内で形成される球冠状活物質粒子20が占める割合は、好ましくは30質量%以上100質量%以下であり、より好ましくは50質量%以上100質量%以下である。このような割合で構成されることにより、二次電池の入出力特性を向上する効果が一層高められる。なお、正極合材層10は、上述した角度θが±15°以内で形成される球冠状活物質粒子20の他に別の活物質粒子を含んでも良い。別の活物質粒子とは、例えば中実構造の活物質粒子、中空構造の活物質粒子、角度θが±15°以外で形成される球冠状活物質粒子20等である。 In this embodiment, the proportion of the spherical crown-shaped active material particles 20 formed with an angle θ of ±15° among all the active material particles contained in the positive electrode composite layer 10 is preferably 30% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 100% by mass or less. By being configured in such a proportion, the effect of improving the input/output characteristics of the secondary battery is further enhanced. In addition to the spherical crown-shaped active material particles 20 formed with the angle θ of ±15° or less described above, the positive electrode composite layer 10 may contain other active material particles. The other active material particles are, for example, active material particles with a solid structure, active material particles with a hollow structure, spherical crown-shaped active material particles 20 formed with an angle θ other than ±15°, etc.

続いて、ステップS4では、ステップS3において、物性が確認された球冠状活物質粒子20を用いて正極合材層10を形成するためのペーストを作製する。球冠状活物質粒子20を含むペーストは、球冠状活物質粒子20、導電材30、その他の添加剤、及び溶媒(水系溶媒、非水系溶媒又はこれらの混合溶媒)を所定の割合で混練することにより得られる。 Next, in step S4, a paste for forming the positive electrode composite layer 10 is prepared using the spherical-crown-shaped active material particles 20 whose physical properties have been confirmed in step S3. The paste containing the spherical-crown-shaped active material particles 20 is obtained by kneading the spherical-crown-shaped active material particles 20, the conductive material 30, other additives, and a solvent (aqueous solvent, non-aqueous solvent, or a mixture thereof) in a predetermined ratio.

ステップS5では、ステップS4で得られたペーストの粘度を測定することにより、球冠状活物質粒子20を含むペーストの粘度の測定値が所定値より小さい値であるか否かを確認する。ステップS5における所定値としては、球冠状活物質粒子20の材料となる中空活物質粒子120を含むペーストの粘度を用いることができる。中空活物質粒子120を含むペーストは、中空活物質粒子120、導電材30、その他の添加剤、及び溶媒を、活物質粒子の種類を除いて球冠状活物質粒子20の場合と同じ材料及び割合で混練することにより得られる。 In step S5, the viscosity of the paste obtained in step S4 is measured to check whether the measured viscosity of the paste containing the spherical crown-shaped active material particles 20 is smaller than a predetermined value. The predetermined value in step S5 can be the viscosity of the paste containing the hollow active material particles 120 that are the material for the spherical crown-shaped active material particles 20. The paste containing the hollow active material particles 120 is obtained by kneading the hollow active material particles 120, the conductive material 30, other additives, and the solvent in the same materials and proportions as those for the spherical crown-shaped active material particles 20, except for the type of active material particles.

この工程では、球冠状活物質粒子20を含むペーストの粘度を測定する。そして、球冠状活物質粒子20を含むペーストの粘度を測定した結果(測定値)が、中空活物質粒子120を含むペーストの粘度を測定した結果(所定値)と比べて小さい場合(ステップS5;YES)に、次のステップS6に進む。一方、球冠状活物質粒子20を含むペーストの粘度を測定した結果(測定値)が、所定値以上である場合(ステップS5;NO)は、粉砕が不十分である等の理由により所望の球冠状活物質粒子20が得られていないと考えられるため、ステップS2に戻る。 In this step, the viscosity of the paste containing the spherical-crown-shaped active material particles 20 is measured. If the result of measuring the viscosity of the paste containing the spherical-crown-shaped active material particles 20 (measured value) is smaller than the result of measuring the viscosity of the paste containing the hollow active material particles 120 (predetermined value) (step S5; YES), proceed to the next step S6. On the other hand, if the result of measuring the viscosity of the paste containing the spherical-crown-shaped active material particles 20 (measured value) is equal to or greater than the predetermined value (step S5; NO), it is considered that the desired spherical-crown-shaped active material particles 20 have not been obtained due to insufficient grinding or other reasons, so return to step S2.

ステップS6では、球冠状活物質粒子20を含むペーストを正極集電体の表面に塗工し、これを乾燥することにより溶媒を揮発させ、乾燥したものを必要に応じてプレスする。これにより、正極集電体上に、正極合材層10を形成することができる。 In step S6, a paste containing spherical active material particles 20 is applied to the surface of the positive electrode current collector, and the paste is dried to volatilize the solvent, and the dried product is pressed as necessary. This allows the positive electrode composite layer 10 to be formed on the positive electrode current collector.

正極集電体上への正極合材層10の単位面積当たりの塗布量は、特に限定されるものではないが、十分な導電パスを確保する観点から、正極集電体の片面当たり3mg/cm以上が好ましく、5mg/cm以上がより好ましく、特に6mg/cm以上であるとよい。なお、塗布量は、ペーストの固形分換算の塗付量である。 The amount of the positive electrode mixture layer 10 applied per unit area on the positive electrode current collector is not particularly limited, but from the viewpoint of ensuring a sufficient conductive path, it is preferably 3 mg/ cm2 or more, more preferably 5 mg/ cm2 or more, and particularly preferably 6 mg/ cm2 or more per one side of the positive electrode current collector. The application amount is the application amount converted into the solid content of the paste.

また、正極集電体の片面当たりの塗布量は、45mg/cm以下が好ましく、28mg/cm以下がより好ましく、特に15mg/cm以下が好ましい。正極合材層10の密度も、特に限定されないが、1.0g/cm以上3.8g/cm以下であることが好ましく、1.5g/cm以上3.0g/cm以下がより好ましく、特に1.8g/cm以上2.4g/cm以下とすることが好ましい。
以上の製造方法により、本実施形態にかかる二次電池用正極を製造することができる。
The coating amount per side of the positive electrode current collector is preferably 45 mg/ cm2 or less, more preferably 28 mg/ cm2 or less, and particularly preferably 15 mg/ cm2 or less. The density of the positive electrode mixture layer 10 is not particularly limited, but is preferably 1.0 g/ cm3 to 3.8 g/ cm3 , more preferably 1.5 g/ cm3 to 3.0 g/ cm3 , and particularly preferably 1.8 g/ cm3 to 2.4 g/ cm3 .
By the above-described manufacturing method, the positive electrode for a secondary battery according to this embodiment can be manufactured.

次に、図6~図9を参照して、球冠状活物質粒子20における角度θの最適な範囲について、正極の3次元モデルを用いて液伝導度、固体伝導度、及び有効反応面積をシミュレーションした結果に基づいて説明する。 Next, with reference to Figures 6 to 9, the optimal range of angle θ for the spherical active material particles 20 will be explained based on the results of simulating the liquid conductivity, solid conductivity, and effective reaction area using a three-dimensional model of the positive electrode.

図6は、角度θが異なる活物質粒子をそれぞれ含む各種正極を示す図である。図7は、図6に示す各種正極の液伝導度を示すグラフである。図8は、図6に示す各種正極の固体伝導度を示すグラフである。図9は、図6に示す各種正極の有効反応面積を示すグラフである。 Figure 6 shows various positive electrodes each containing active material particles with different angles θ. Figure 7 is a graph showing the liquid conductivity of the various positive electrodes shown in Figure 6. Figure 8 is a graph showing the solid conductivity of the various positive electrodes shown in Figure 6. Figure 9 is a graph showing the effective reaction area of the various positive electrodes shown in Figure 6.

図6に示すように、液伝導度、固体伝導度、及び有効反応面積をシミュレーションにより計測するにあたっては、角度θを90°、15°、0°、-15°に設計した各種活物質粒子を用いて各種正極を製造した。具体的には、活物質粒子のそれぞれと、導電材30、その他の添加剤、及び溶媒を含むペーストを正極集電体上に塗工し、これを乾燥、プレスした後、正極合材層中に電解液を浸透させることにより各種正極を製造した。角度θ=-15°、0°、15°の活物質粒子は、それぞれ球冠状活物質粒子20である。角度θ=90°の活物質粒子は、中空活物質粒子120である。 As shown in FIG. 6, when measuring the liquid conductivity, solid conductivity, and effective reaction area by simulation, various positive electrodes were manufactured using various active material particles designed with angles θ of 90°, 15°, 0°, and -15°. Specifically, a paste containing each of the active material particles, a conductive material 30, other additives, and a solvent was applied to a positive electrode current collector, which was then dried and pressed, and the electrolyte was allowed to penetrate into the positive electrode mixture layer to manufacture various positive electrodes. The active material particles with angles θ = -15°, 0°, and 15° are spherical crown-shaped active material particles 20, respectively. The active material particles with angle θ = 90° are hollow active material particles 120.

さらに、FIB-SEM測定により各種正極の3次元モデルを取得した。そして、各種正極の3次元モデルを用いて画像解析を行い、それぞれ液伝導度、固体伝導度、及び有効反応面積を算出して図7~図9に示すグラフを作成した。 Furthermore, three-dimensional models of various positive electrodes were obtained by FIB-SEM measurement. Then, image analysis was performed using the three-dimensional models of various positive electrodes, and the liquid conductivity, solid conductivity, and effective reaction area were calculated for each, and the graphs shown in Figures 7 to 9 were created.

図7に示すグラフの横軸は角度θ[°]を示し、縦軸は液伝導度[S/m]を示している。なお、液伝導度は、電解液の電気伝導度である。図7に示すように、角度θが-90°~45°の範囲では、角度θが小さいほど液伝導度が上昇することが判った。一方、角度θが45°~90°の範囲では、角度θ=45°から角度θが大きくなるにつれて液伝導度は低下傾向であるが、角度θ=90°になると液伝導度が上昇することが判った。すなわち、角度θが45°以下では、角度θが小さいほど電気抵抗が減少することが示された。 The horizontal axis of the graph shown in Figure 7 indicates the angle θ [°], and the vertical axis indicates the liquid conductivity [S/m]. The liquid conductivity is the electrical conductivity of the electrolyte. As shown in Figure 7, it was found that when the angle θ is in the range of -90° to 45°, the smaller the angle θ, the higher the liquid conductivity. On the other hand, when the angle θ is in the range of 45° to 90°, the liquid conductivity tends to decrease as the angle θ increases from 45°, but when the angle θ becomes 90°, the liquid conductivity increases. In other words, it was shown that when the angle θ is 45° or less, the smaller the angle θ, the lower the electrical resistance.

続いて、図8に示すグラフの横軸は角度θ[°]を示し、縦軸は固体伝導度[S/m]を示している。なお、固体伝導度は、活物質粒子の電気伝導度である。図8に示すように、角度θが-90°~90°の範囲では、角度θが大きいほど固体伝導度が上昇することが判った。一方、角度θが小さすぎると、固体伝導度が低下することが判った。角度θが小さい活物質粒子は、比較的小さく分断された粒子であるため、十分な電気伝導性を確保するためには、角度θが大きい活物質粒子と比べると正極合材層中の導電材30の必要量が多くなることが示された。 The horizontal axis of the graph shown in FIG. 8 indicates the angle θ [°], and the vertical axis indicates the solid conductivity [S/m]. The solid conductivity is the electrical conductivity of the active material particles. As shown in FIG. 8, it was found that when the angle θ is in the range of -90° to 90°, the larger the angle θ, the higher the solid conductivity. On the other hand, it was found that if the angle θ is too small, the solid conductivity decreases. Since active material particles with a small angle θ are relatively small and divided particles, it was shown that a larger amount of conductive material 30 is required in the positive electrode mixture layer to ensure sufficient electrical conductivity compared to active material particles with a large angle θ.

続いて、図9に示すグラフの横軸は角度θ[°]を示し、縦軸は有効反応面積[m]を示している。なお、有効反応面積は、活物質粒子と電解液との界面において電気化学反応に実際に寄与する活物質粒子の反応面積である。図9に示すように、角度θが-15°~90°の範囲では、角度θが小さいほど有効反応面積が上昇することが判った。一方、角度θが大きすぎると、有効反応面積が低下することが判った。すなわち、比較的小さく分断された粒子では、表面積が増加するため、有効反応面積が大きくなることが示された。 Next, the horizontal axis of the graph shown in Fig. 9 indicates the angle θ [°], and the vertical axis indicates the effective reaction area [m 2 ]. The effective reaction area is the reaction area of the active material particles that actually contributes to the electrochemical reaction at the interface between the active material particles and the electrolyte. As shown in Fig. 9, it was found that when the angle θ is in the range of -15° to 90°, the effective reaction area increases as the angle θ becomes smaller. On the other hand, it was found that when the angle θ is too large, the effective reaction area decreases. In other words, it was shown that the surface area increases in the particles that are divided into relatively small pieces, and therefore the effective reaction area increases.

図7~図9に示す結果から、角度θを±15°以内とした場合、液伝導度、固体伝導度、及び有効反応面積のバランスが良く、良好な性能を有する正極1を得ることができると判断し、角度θの最適範囲を決定した。 From the results shown in Figures 7 to 9, it was determined that if the angle θ is within ±15°, a positive electrode 1 with good performance and a good balance between liquid conductivity, solid conductivity, and effective reaction area can be obtained, and the optimal range for the angle θ was determined.

次に、図10を参照して、実施例1~3、比較例1~7について説明する。なお、実施例は本発明を限定するものではない。図10は、実施例及び比較例を説明する表である。
図10に示す構成を備える10種類の正極を製造し、製造した正極と負極と2枚のセパレータとを重ね合わせて電極体を作製した。これを、注液口を有する電池ケースに収容した。続いて、電池ケースの注液口から電解液を注入し、当該注液口を気密に封止した。以上のようにして、10種類の評価用電池を作製した。セパレータには、ポリオレフィン多孔フィルムを用いた。電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解させた非水電解液を用いた。
Next, Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7 will be described with reference to Fig. 10. Note that the present invention is not limited to the Examples. Fig. 10 is a table for explaining the Examples and Comparative Examples.
Ten types of positive electrodes having the configuration shown in FIG. 10 were manufactured, and the manufactured positive electrodes, negative electrodes, and two separators were stacked to manufacture an electrode body. This was housed in a battery case having a liquid inlet. Then, an electrolyte was injected from the liquid inlet of the battery case, and the liquid inlet was sealed airtight. In this manner, ten types of evaluation batteries were manufactured. A polyolefin porous film was used as the separator. A nonaqueous electrolyte solution in which lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) was used as the electrolyte solution.

実施例1~3は、図2に示すフローにしたがって製造した正極1である。実施例1~3の正極1は、粒径:5μm、厚さ:0.8~1.5μmの球冠状活物質粒子20を正極1の活物質粒子として用いた。球冠状活物質粒子20の材料としては、粒径:5μm、厚さ:0.8~1.5μm、外面121における長軸の長さ/短軸の長さ(L1/L2):1.0~1.5、内面122における長軸の長さ/短軸の長さ:1.0~1.8の中空活物質粒子120を用いた。中空活物質粒子120に対して、分級機能を備えたジェットミルによる粉砕を施した後、粉砕物を分級することにより、角度θ=0°の球冠状活物質粒子20を得た。 In Examples 1 to 3, the positive electrodes 1 were manufactured according to the flow shown in FIG. 2. In the positive electrodes 1 of Examples 1 to 3, spherical crown-shaped active material particles 20 with a particle size of 5 μm and a thickness of 0.8 to 1.5 μm were used as the active material particles of the positive electrode 1. As the material for the spherical crown-shaped active material particles 20, hollow active material particles 120 with a particle size of 5 μm, a thickness of 0.8 to 1.5 μm, a major axis length/minor axis length (L1/L2) of 1.0 to 1.5 on the outer surface 121, and a major axis length/minor axis length of 1.0 to 1.8 on the inner surface 122 were used. The hollow active material particles 120 were pulverized using a jet mill equipped with a classification function, and the pulverized product was classified to obtain spherical crown-shaped active material particles 20 with an angle θ = 0°.

得られた球冠状活物質粒子20について、吸油量及びBET比表面積を測定した。そして、球冠状活物質粒子20の吸油量を測定した測定値が中空活物質粒子120の吸油量を測定して得られた所定値と比べて大きいことを確認した。また、球冠状活物質粒子20のBET比表面積を測定した測定値が中空活物質粒子120のBET比表面積を測定して得られた所定値と比べて大きいことを確認した。 The oil absorption and BET specific surface area of the obtained spherical crown-shaped active material particles 20 were measured. It was confirmed that the measured oil absorption of the spherical crown-shaped active material particles 20 was greater than the predetermined value obtained by measuring the oil absorption of the hollow active material particles 120. It was also confirmed that the measured BET specific surface area of the spherical crown-shaped active material particles 20 was greater than the predetermined value obtained by measuring the BET specific surface area of the hollow active material particles 120.

比較例1~4の正極は、実施例1~3で用いた球冠状活物質粒子20の材料である中空活物質粒子120を正極の活物質粒子として用いた。比較例5~7の正極は、粒径:3μmに形成した小粒径活物質粒子を正極の活物質粒子として用いた。ここで用いられる小粒径活物質粒子は、中実構造を有し、一次粒子が集まって形成された二次粒子である。 In the positive electrodes of Comparative Examples 1 to 4, hollow active material particles 120, which are the material of the spherical active material particles 20 used in Examples 1 to 3, were used as the active material particles of the positive electrodes. In the positive electrodes of Comparative Examples 5 to 7, small-diameter active material particles formed to a particle size of 3 μm were used as the active material particles of the positive electrodes. The small-diameter active material particles used here have a solid structure and are secondary particles formed by the aggregation of primary particles.

実施例1~3、比較例1~7において、正極の活物質粒子は、全てLiNi(1-X-Y)CoMn、0≦X≦0.35、0≦Y≦0.35で表される平均組成を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(NCM)を用いた。 In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7, the positive electrode active material particles were all made of lithium nickel cobalt manganese composite oxide (NCM) having an average composition represented by LiNi(1-XY)CoXMnYO2 , 0 X≦0.35, 0≦Y≦0.35.

各種正極は以下のように製造した。まず、活物質粒子(球冠状活物質粒子20、中空活物質粒子120、又は小粒径活物質粒子)と、導電材30(AB又はCNT)と、その他の添加剤とを図10に示す混合比で混合し、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドンを添加して混練することによりペーストを作製した。作製したペーストを正極集電体であるアルミニウム箔の両面に、一定の厚み・塗工量となるように塗工し、乾燥後、プレスすることにより10種類のシート状の正極を製造した。なお、添加剤には、バインダとしてのPVdFを一定の割合で添加した。 Various positive electrodes were manufactured as follows. First, active material particles (spherical cap-shaped active material particles 20, hollow active material particles 120, or small particle size active material particles), conductive material 30 (AB or CNT), and other additives were mixed in the mixing ratio shown in FIG. 10, and N-methyl-2-pyrrolidone was added as a solvent and kneaded to prepare a paste. The prepared paste was applied to both sides of aluminum foil, which serves as a positive electrode current collector, to a certain thickness and coating amount, and then dried and pressed to produce 10 types of sheet-shaped positive electrodes. A certain ratio of PVdF was added as a binder to the additives.

ここで、球冠状活物質粒子20を含むペーストについては粘度を測定した。そして、球冠状活物質粒子20を含むペーストの粘度を測定した測定値が中空活物質粒子120を含むペーストの粘度を測定して得られた所定値と比べて小さいことを確認した。中空活物質粒子120を含むペーストは、活物質粒子の種類を除いて球冠状活物質粒子20の場合と同じ材料及び割合で作製されたものである。 Here, the viscosity of the paste containing the spherical crown-shaped active material particles 20 was measured. It was confirmed that the measured viscosity of the paste containing the spherical crown-shaped active material particles 20 was smaller than the predetermined value obtained by measuring the viscosity of the paste containing the hollow active material particles 120. The paste containing the hollow active material particles 120 was made with the same materials and proportions as the spherical crown-shaped active material particles 20, except for the type of active material particles.

また、負極は以下のように製造した。負極の活物質粒子としての非晶質炭素でコートされた粒子状の天然黒鉛と、バインダとしてのスチレンブタジエンラバー(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、一定の質量比にてイオン交換水中で混錬することにより、負極合材層を形成するためのペーストを調製した。得られたペーストを、負極集電体である銅箔の両面に塗工し、乾燥後、プレスすることにより負極を製造した。 The negative electrode was manufactured as follows. A paste for forming the negative electrode composite layer was prepared by kneading particulate natural graphite coated with amorphous carbon as the active material particles of the negative electrode, styrene butadiene rubber (SBR) as the binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as the thickener in ion-exchanged water at a certain mass ratio. The obtained paste was applied to both sides of copper foil as the negative electrode current collector, dried, and pressed to manufacture the negative electrode.

以上の実施例1~3及び比較例1~7の各正極をそれぞれ含む10種類の評価用電池について、電圧降下量を測定した。10種類の評価用電池は、25℃の環境下において、SOC(State Of Charge)60%の充電状態から10~40Cの電流値で放電を行った時の放電開始から10秒間後のそれぞれの電圧降下量を測定した。電圧降下量を測定した結果を図10の結果欄に示す。 The voltage drop was measured for 10 types of evaluation batteries containing the positive electrodes of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7. The voltage drop was measured for each of the 10 types of evaluation batteries 10 seconds after the start of discharge when the batteries were discharged from a charged state of SOC (State of Charge) of 60% at a current value of 10 to 40 C in an environment of 25°C. The results of measuring the voltage drop are shown in the results column in Figure 10.

図10の結果より、導電材30がABである場合、実施例1、2と比較例1とを比べると、実施例1、2ではABの使用量を増量することにより電圧降下量を低減できることが判った。また、導電材30がCNTである場合、実施例3と比較例2~7とを比べると、実施例3は、比較例2~7と比べて、例えばCNTの使用量が同じであっても電圧降下量を効果的に低減できるため、必要以上にCNTを増量する必要がないことが判った。 From the results in Figure 10, when the conductive material 30 is AB, comparing Examples 1 and 2 with Comparative Example 1, it was found that in Examples 1 and 2, the amount of voltage drop can be reduced by increasing the amount of AB used. Also, when the conductive material 30 is CNT, comparing Example 3 with Comparative Examples 2 to 7, it was found that, for example, Example 3 can effectively reduce the amount of voltage drop compared to Comparative Examples 2 to 7 even when the amount of CNT used is the same, so there is no need to increase the amount of CNT more than necessary.

さらに、正極合材層10中における導電材30の分布について図1及び図17を参照して説明する。図17は、比較例の二次電池用正極を示す図である。ここで、図1の上側には、導電材30としてABを用いた実施例1にかかる正極1の3次元モデルを示している。また、図17には、導電材30としてABを用いた比較例1にかかる正極の3次元モデルを示している。実施例1及び比較例1は、活物質粒子を除いて共通の構成を有する。 The distribution of the conductive material 30 in the positive electrode composite layer 10 will be described with reference to Figs. 1 and 17. Fig. 17 is a diagram showing a comparative example of a positive electrode for a secondary battery. Here, the upper side of Fig. 1 shows a three-dimensional model of the positive electrode 1 according to Example 1, in which AB is used as the conductive material 30. Fig. 17 also shows a three-dimensional model of the positive electrode according to Comparative Example 1, in which AB is used as the conductive material 30. Example 1 and Comparative Example 1 have a common configuration except for the active material particles.

そして、実施例1及び比較例1について導電材30の分布を比較すると、比較例1では、中空活物質粒子120の中空部124には導電材30が存在せず、中空活物質粒子120の粒子間に形成される空隙に導電材30が偏在していることが確認できる。これに対し、実施例1では、球冠状活物質粒子20の凸曲面21及び凹曲面22を含む外表面全体に亘って導電材30が接触可能に分布していることが確認できる。このように、本実施形態によれば、球冠状活物質粒子20の外表面を最大限に活用できるため、効率良く有効反応面積を確保することができる。 Comparing the distribution of conductive material 30 between Example 1 and Comparative Example 1, it can be seen that in Comparative Example 1, conductive material 30 is not present in the hollow portion 124 of the hollow active material particle 120, and conductive material 30 is unevenly distributed in the gaps formed between the hollow active material particles 120. In contrast, in Example 1, it can be seen that conductive material 30 is distributed so as to be in contact with the entire outer surface, including the convex curved surface 21 and the concave curved surface 22, of the spherical-crown-shaped active material particle 20. Thus, according to this embodiment, the outer surface of the spherical-crown-shaped active material particle 20 can be utilized to the maximum extent, and therefore the effective reaction area can be efficiently secured.

次に、図10に示す結果が得られた理由について、正極の3次元モデルを用いて活物質粒子の反応面積及び正極の空隙率をシミュレーションした結果に基づいて説明する。これらのシミュレーションを行うにあたっては、4種類の活物質粒子を用意した。 Next, the reason why the results shown in Figure 10 were obtained will be explained based on the results of simulating the reaction area of the active material particles and the porosity of the positive electrode using a three-dimensional model of the positive electrode. Four types of active material particles were prepared to perform these simulations.

4種類の活物質粒子は、球冠状活物質粒子20、中空活物質粒子120、中実活物質粒子220、及び板状活物質粒子320である。球冠状活物質粒子20は、半径:2.5μm(すなわち、粒径:5μm)、厚さ:1μmを有する。中空活物質粒子120は、半径:2.5μm(すなわち、粒径:5μm)、厚さ:1μm、外面121における長軸の長さ/短軸の長さ(L1/L2):1.05、内面122における長軸の長さ/短軸の長さ:1.05を有する。中実活物質粒子220は、一次粒子が集まって形成された略球状の二次粒子であって、半径:2.5μm(すなわち、粒径:5μm)、長軸の長さ/短軸の長さ:1.05を有する。板状活物質粒子320は、略矩形板状に形成され、長軸の長さ:2.5μm、短軸の長さ(厚さ):1μmを有する。ここで用いられる球冠状活物質粒子20は、半径:2.5μm(すなわち、粒径:5μm)、厚さ:1μm、外面121における長軸の長さ/短軸の長さ(L1/L2):1.05、内面122における長軸の長さ/短軸の長さ:1.05を有する中空活物質粒子120を粉砕したものである。 The four types of active material particles are spherical crown-shaped active material particles 20, hollow active material particles 120, solid active material particles 220, and plate-shaped active material particles 320. The spherical crown-shaped active material particles 20 have a radius of 2.5 μm (i.e., particle size: 5 μm) and a thickness of 1 μm. The hollow active material particles 120 have a radius of 2.5 μm (i.e., particle size: 5 μm), a thickness of 1 μm, a major axis length/minor axis length (L1/L2) on the outer surface 121 of 1.05, and a major axis length/minor axis length on the inner surface 122 of 1.05. The solid active material particles 220 are approximately spherical secondary particles formed by the aggregation of primary particles, and have a radius of 2.5 μm (i.e., particle size: 5 μm), a major axis length/minor axis length: 1.05. The plate-shaped active material particles 320 are formed in a roughly rectangular plate shape, with a long axis length of 2.5 μm and a short axis length (thickness) of 1 μm. The spherical cap-shaped active material particles 20 used here are obtained by pulverizing hollow active material particles 120 having a radius of 2.5 μm (i.e., particle size: 5 μm), a thickness of 1 μm, a long axis length/short axis length (L1/L2) on the outer surface 121 of 1.05, and a long axis length/short axis length on the inner surface 122 of 1.05.

まず、図11及び図12を参照して活物質粒子の反応面積についてシミュレーションした結果を説明する。図11は、反応面積の評価に用いた各種正極を説明する図である。図12は、図11に示す各種正極について活物質粒子の反応面積を評価した結果を示すグラフである。 First, the results of a simulation of the reaction area of active material particles will be described with reference to Figures 11 and 12. Figure 11 is a diagram explaining the various positive electrodes used in the evaluation of the reaction area. Figure 12 is a graph showing the results of evaluating the reaction area of active material particles for the various positive electrodes shown in Figure 11.

図11に示すように、活物質粒子の反応面積をシミュレーションにより計測するにあたっては、20μm四方の筐体を用いて形成される(20μm)の領域内に各種活物質粒子をランダムに充填した。具体的には、活物質粒子のそれぞれと、導電材30、その他の添加剤、及び溶媒を含むペーストを正極集電体上に塗工し、これを乾燥、プレスした後、正極合材層中に電解液を浸透させた。これにより、(20μm)の領域内に形成される各種正極を製造した。各種正極におけるそれぞれの活物質粒子の充填率は、45%とした。 As shown in FIG. 11, when measuring the reaction area of the active material particles by simulation, various active material particles were randomly filled in the area of (20 μm) 3 formed by using a 20 μm square case. Specifically, a paste containing each of the active material particles, a conductive material 30, other additives, and a solvent was applied onto a positive electrode current collector, which was then dried and pressed, and the electrolyte was allowed to penetrate into the positive electrode mixture layer. In this way, various positive electrodes formed within the area of (20 μm) 3 were manufactured. The filling rate of each active material particle in each positive electrode was set to 45%.

実施例Aは、球冠状活物質粒子20を含む正極1である。比較例Aは、中空活物質粒子120を含む正極である。参考例1Aは、中実活物質粒子220を含む正極である。参考例2Aは、板状活物質粒子320を含む正極である。 Example A is a positive electrode 1 containing spherical active material particles 20. Comparative Example A is a positive electrode containing hollow active material particles 120. Reference Example 1A is a positive electrode containing solid active material particles 220. Reference Example 2A is a positive electrode containing plate-shaped active material particles 320.

さらに、FIB-SEM測定により各種正極の3次元モデルを取得した。そして、各種正極の3次元モデルを用いて画像解析を行い、理論反応面積及び有効反応面積を算出して図12に示すグラフを作成した。図12には、各種正極における活物質粒子と電解液との界面おける反応面積(理論反応面積及び有効反応面積)を比較した結果を示している。図12に示す実線は、理論反応面積のプロット値から算出した近似曲線である。図12に示す破線は、比較例Aについては有効反応面積のプロット値を用いて算出した近似曲線である。 Furthermore, three-dimensional models of various positive electrodes were obtained by FIB-SEM measurement. Then, image analysis was performed using the three-dimensional models of various positive electrodes, and the theoretical reaction area and effective reaction area were calculated to create the graph shown in Figure 12. Figure 12 shows the results of comparing the reaction areas (theoretical reaction area and effective reaction area) at the interface between the active material particles and the electrolyte in various positive electrodes. The solid line in Figure 12 is an approximation curve calculated from the plotted values of the theoretical reaction area. The dashed line in Figure 12 is an approximation curve calculated using the plotted values of the effective reaction area for Comparative Example A.

図12に示すように、理論反応面積は下記の通りである。
参考例1A:5.71×10-9[m
参考例2A:8.53×10-9[m
実施例A:11.2×10-9[m
比較例A(外面121及び内面122):10.3×10-9[m
As shown in FIG. 12, the theoretical reaction area is as follows:
Reference Example 1A: 5.71×10 −9 [m 2 ]
Reference Example 2A: 8.53×10 −9 [m 2 ]
Example A: 11.2×10 −9 [m 2 ]
Comparative Example A (outer surface 121 and inner surface 122): 10.3×10 −9 [m 2 ]

それぞれの反応面積について考察すると、参考例1Aに含まれる中実活物質粒子220では、粒子同士の重なりを除いた外側の面のみが反応面積にあたるため、他の例と比べて反応面積が低下した。また、参考例2Aに含まれる板状活物質粒子320では、製造時に行われるプレスに伴い、板状活物質粒子320の厚さ方向における両面が正極集電体の面内方向に配向した状態となる。これにより、板状活物質粒子320を用いた場合、粒子同士が重なり合う部分が多くなり、反応面積が低下した。 Considering the reaction area of each, in the solid active material particle 220 included in Reference Example 1A, only the outer surface excluding the overlapping of particles corresponds to the reaction area, so the reaction area was smaller than in the other examples. In addition, in the plate-shaped active material particle 320 included in Reference Example 2A, due to the pressing performed during production, both sides in the thickness direction of the plate-shaped active material particle 320 become oriented in the in-plane direction of the positive electrode current collector. As a result, when the plate-shaped active material particle 320 was used, the particles overlapped more, and the reaction area was reduced.

続いて、比較例Aについては、図13を参照しつつ説明する。図13は、中空活物質粒子の反応面積について説明する図である。比較例Aに含まれる中空活物質粒子120では、粒子同士の重なりを除いた中空活物質粒子120の外面121及び内面122が理論反応面積にあたる。しかしながら、比較例Aについて有効反応面積を考えた場合、中空部124には、導電材30が存在しないため、中空部124における電子伝導性を十分に確保することができない。 Next, Comparative Example A will be described with reference to FIG. 13. FIG. 13 is a diagram for explaining the reaction area of hollow active material particles. In the hollow active material particles 120 included in Comparative Example A, the outer surface 121 and the inner surface 122 of the hollow active material particles 120 excluding the overlapping of particles correspond to the theoretical reaction area. However, when considering the effective reaction area for Comparative Example A, since there is no conductive material 30 in the hollow portion 124, it is not possible to ensure sufficient electronic conductivity in the hollow portion 124.

このように、中空活物質粒子120を用いた場合、中空部124を十分に活用することができず、内面122と電解液との界面における反応性は低下する。したがって、中空部124を除外した外面121のみが有効反応面積にあたると考えて比較例Aの有効反応面積を算出すると、有効反応面積は7.22×10-9[m]となる。 In this way, when hollow active material particles 120 are used, hollow portions 124 cannot be fully utilized, and the reactivity at the interface between inner surface 122 and the electrolyte solution decreases. Therefore, when the effective reaction area of Comparative Example A is calculated assuming that only outer surface 121 excluding hollow portions 124 corresponds to the effective reaction area, the effective reaction area is 7.22 × 10 -9 [m 2 ].

これらに対し、実施例Aに含まれる球冠状活物質粒子20では、反応面積の低下を抑制することができる。図14は、球冠状活物質粒子の反応面積について説明する図である。図14に示すように、球冠状活物質粒子20は、粒子同士の重なりを除いた凸曲面21、凹曲面22、及び切断面23が理論反応面積にあたる。さらに、球冠状活物質粒子20においては、粒子の嵩高さにより、粒子同士の重なりが防止される。そのため、球冠状活物質粒子20を用いた場合、例えば、板状活物質粒子320と比べて粒子同士の重なりに起因する反応面積の低下が抑制される。また、中空活物質粒子120の中空部124に対応する凹曲面22についても、反応面積から除外されることなく反応場として有効に活用できる。 In contrast, the spherical crown-shaped active material particles 20 included in Example A can suppress the decrease in the reaction area. Figure 14 is a diagram explaining the reaction area of the spherical crown-shaped active material particles. As shown in Figure 14, the convex curved surface 21, the concave curved surface 22, and the cut surface 23 of the spherical crown-shaped active material particles 20, excluding the overlapping of the particles, correspond to the theoretical reaction area. Furthermore, in the spherical crown-shaped active material particles 20, the bulkiness of the particles prevents the particles from overlapping. Therefore, when the spherical crown-shaped active material particles 20 are used, the decrease in the reaction area caused by the overlapping of the particles is suppressed compared to, for example, the plate-shaped active material particles 320. In addition, the concave curved surface 22 corresponding to the hollow portion 124 of the hollow active material particles 120 can be effectively used as a reaction field without being excluded from the reaction area.

次に、図15及び図16を参照して正極の空隙率についてシミュレーションした結果を説明する。図15は、空隙率の評価に用いた各種正極を説明する図である。図16は、図15に示す各種正極について空隙率を評価した結果を示すグラフである。 Next, the results of a simulation of the porosity of the positive electrode will be described with reference to Figures 15 and 16. Figure 15 is a diagram explaining the various positive electrodes used in the evaluation of the porosity. Figure 16 is a graph showing the results of evaluating the porosity of the various positive electrodes shown in Figure 15.

図15に示すように、正極の空隙率をシミュレーションにより計測するにあたっては、16μm四方の筐体を用いて形成される(16μm)の領域内に各種活物質粒子をランダムに充填した。具体的には、活物質粒子のそれぞれと、導電材30、その他の添加剤、及び溶媒を含むペーストを正極集電体上に塗工し、これを乾燥した後、正極合材層中に電解液を浸透させた。これにより、(16μm)の領域内に形成される各種正極を製造した。各種正極におけるそれぞれの活物質粒子は、鉛直方向の上方から成り行きで充填したものである。 As shown in FIG. 15, when the porosity of the positive electrode was measured by simulation, various active material particles were randomly filled in the area of (16 μm) 3 formed by using a 16 μm square case. Specifically, a paste containing each of the active material particles, a conductive material 30, other additives, and a solvent was applied to a positive electrode current collector, and after drying, the electrolyte was allowed to penetrate into the positive electrode mixture layer. In this way, various positive electrodes formed in the area of (16 μm) 3 were manufactured. The active material particles in each positive electrode were filled from above in the vertical direction in a random manner.

実施例Bは、球冠状活物質粒子20を含む正極1である。比較例Bは、中空活物質粒子120を含む正極である。参考例1Bは、中実活物質粒子220を含む正極である。参考例2Bは、板状活物質粒子320を含む正極である。 Example B is a positive electrode 1 containing spherical active material particles 20. Comparative Example B is a positive electrode containing hollow active material particles 120. Reference Example 1B is a positive electrode containing solid active material particles 220. Reference Example 2B is a positive electrode containing plate-shaped active material particles 320.

さらに、FIB-SEM測定により各種正極の3次元モデルを取得した。そして、各種正極の3次元モデルを用いて画像解析を行い、理論空隙率及び有効空隙率を算出して図16に示すグラフを作成した。図16には、各種正極における活物質粒子間に形成される空隙率(理論空隙率及び有効空隙率)を比較した結果を示している。図16に示す実線は、理論空隙率のプロット値から算出した近似曲線である。図16に示す破線は、比較例Bについては有効空隙率のプロット値を用いて算出した近似曲線である。空隙率は、(16μm)の領域内に占める活物質粒子の体積の割合から、活物質粒子以外の体積が占める割合を算出した。 Furthermore, three-dimensional models of various positive electrodes were obtained by FIB-SEM measurement. Then, image analysis was performed using the three-dimensional models of various positive electrodes, and the theoretical porosity and effective porosity were calculated to create the graph shown in FIG. 16. FIG. 16 shows the results of comparing the porosity (theoretical porosity and effective porosity) formed between active material particles in various positive electrodes. The solid line shown in FIG. 16 is an approximation curve calculated from the plotted values of the theoretical porosity. The dashed line shown in FIG. 16 is an approximation curve calculated using the plotted values of the effective porosity for Comparative Example B. The porosity was calculated by calculating the ratio of the volume occupied by the active material particles other than the active material particles from the ratio of the volume of the active material particles occupied in the region of (16 μm) 3 .

図16に示すように、理論空隙率は下記の通りである。
参考例1B:42.0[%]
参考例2B:51.0[%]
実施例B:53.8[%]
比較例B(中空部124を含む):54.5[%]
As shown in FIG. 16, the theoretical porosity is as follows:
Reference Example 1B: 42.0 [%]
Reference Example 2B: 51.0 [%]
Example B: 53.8%
Comparative Example B (including hollow portion 124): 54.5%

それぞれの空隙率について考察すると、参考例1Bでは、中実活物質粒子220が略球状であるため、充填量が多くなり、他の例と比べて空隙率が低下した。また、参考例2Bでは、成り行きで充填された板状活物質粒子320がランダムに配向するため、粒子間に空隙が形成されやすく、参考例1Bと比べると空隙率が向上した。 Considering the porosity of each, in Reference Example 1B, the solid active material particles 220 are roughly spherical, so the filling amount is large and the porosity is lower than in the other examples. Also, in Reference Example 2B, the plate-like active material particles 320 that are filled in by chance are randomly oriented, so gaps are easily formed between the particles, and the porosity is improved compared to Reference Example 1B.

続いて、比較例Bでは、中空活物質粒子120の粒子間及び中空部124が理論空隙率にあたるため、理論空隙率は他の例と比べて大きくなる。しかしながら、比較例Bについて有効空隙率を考えた場合、反応面積の場合と同様に、中空部124には、導電材30が存在しないため、中空部124を十分に活用することができず、内面122と電解液との界面における反応性は低下する。したがって、中空部124を除外した粒子間の空隙のみが有効空隙率にあたると考えて比較例Bの有効空隙率を算出すると、有効空隙率は42.0[%]となる。 Next, in Comparative Example B, the gaps between the particles and the hollow portions 124 of the hollow active material particles 120 correspond to the theoretical porosity, so the theoretical porosity is larger than in the other examples. However, when considering the effective porosity of Comparative Example B, as in the case of the reaction area, the hollow portions 124 cannot be fully utilized because there is no conductive material 30 in them, and the reactivity at the interface between the inner surface 122 and the electrolyte solution decreases. Therefore, if the effective porosity of Comparative Example B is calculated assuming that only the gaps between the particles, excluding the hollow portions 124, correspond to the effective porosity, the effective porosity is 42.0%.

これらに対し、実施例Bでは、成り行きで充填された球冠状活物質粒子20がランダムに配向するため、粒子間に空隙が形成されやすい。また、球冠状活物質粒子20は湾曲した形状であるため、板状活物質粒子320と比べてさらに空隙率が向上する。したがって、実施例Bでは、正極合材層10中の空隙を十分に確保でき、正極合材層10に対する電解液の浸透性が向上する。そのため、実施例Bの正極1を用いれば、正極合材層10中でリチウムイオンをスムーズに拡散及び移動させることができ、二次電池における入出力特性が向上するものと考えられる。 In contrast, in Example B, the spherical crown-shaped active material particles 20, which are filled by chance, are randomly oriented, so that voids are likely to form between the particles. In addition, because the spherical crown-shaped active material particles 20 have a curved shape, the void ratio is further improved compared to the plate-shaped active material particles 320. Therefore, in Example B, sufficient voids can be secured in the positive electrode mixture layer 10, and the permeability of the electrolyte to the positive electrode mixture layer 10 is improved. Therefore, by using the positive electrode 1 of Example B, lithium ions can be smoothly diffused and moved in the positive electrode mixture layer 10, and it is believed that the input/output characteristics of the secondary battery are improved.

ところで、二次電池の入出力特性を向上するためには、活物質粒子を微細化して反応面積を増加させる方法も考えられるが、活物質粒子の粒径が小さすぎると生産性が低下したり、電池特性が低下したりする問題が生じる場合がある。一方、球冠状活物質粒子20は、ある程度の粒径を有するため、粒径が小さすぎることに起因する生産性の低下を抑制しつつ、正極1を容易に製造することができる。 In order to improve the input/output characteristics of a secondary battery, it is possible to consider a method of increasing the reaction area by making the active material particles finer, but if the particle size of the active material particles is too small, problems such as reduced productivity and reduced battery characteristics may occur. On the other hand, the spherical crown-shaped active material particles 20 have a certain particle size, so that the positive electrode 1 can be easily manufactured while suppressing the decrease in productivity caused by the particle size being too small.

以上説明したように、本実施形態にかかる二次電池用正極は、リチウム遷移金属酸化物で構成される略球殻状又は略楕円球殻状の中空活物質粒子120の一部が切断面23により切り取られた略球冠状に形成される球冠状活物質粒子20を含む。この球冠状活物質粒子20は、一方向に突出する略球冠状の凸曲面21と、一方向側の反対側に存在するとともに一方向に窪む略球冠状の凹曲面22と、を有する。 As described above, the positive electrode for a secondary battery according to this embodiment includes a spherical crown-shaped active material particle 20 formed in a substantially spherical crown shape by cutting a portion of a hollow active material particle 120 in the shape of a substantially spherical shell or a substantially elliptical shell made of a lithium transition metal oxide at a cutting surface 23. This spherical crown-shaped active material particle 20 has a substantially spherical crown-shaped convex curved surface 21 that protrudes in one direction, and a substantially spherical crown-shaped concave curved surface 22 that exists on the opposite side of the one direction and is recessed in one direction.

このような構成により、正極活物質である球冠状活物質粒子20の外表面全体を電気化学反応に寄与し得る有効な反応場として利用することができる。そして、球冠状活物質粒子20は湾曲した形状であるため、正極合材層10中において球冠状活物質粒子20同士が重なる部分が低減される。これより、粒子同士の重なりに起因する反応面積の低下が抑制される。さらに、球冠状活物質粒子20間には電解液の浸透経路となる空隙が確保されるため、内部抵抗の増加が抑制される。したがって、本実施形態によれば、高入出力特性を有する二次電池を提供することができる。 With this configuration, the entire outer surface of the spherical crown-shaped active material particles 20, which are the positive electrode active material, can be used as an effective reaction field that can contribute to the electrochemical reaction. Furthermore, because the spherical crown-shaped active material particles 20 have a curved shape, the overlapping portions of the spherical crown-shaped active material particles 20 in the positive electrode mixture layer 10 are reduced. This suppresses the reduction in reaction area caused by the overlapping of particles. Furthermore, because gaps that serve as permeation paths for the electrolyte are secured between the spherical crown-shaped active material particles 20, an increase in internal resistance is suppressed. Therefore, according to this embodiment, a secondary battery with high input/output characteristics can be provided.

また、本実施形態にかかる二次電池用正極では、球冠状活物質粒子20とCNTとの組み合わせにより、CNTの使用量を低減しても、正極合材層10中の電子伝導性を十分に確保することが可能であるため、相対的に球冠状活物質粒子20の割合を増加させることができる。したがって、本実施形態によれば、高エネルギー密度の二次電池を提供することができる。 In addition, in the positive electrode for a secondary battery according to this embodiment, the combination of the spherical crown-shaped active material particles 20 and CNTs makes it possible to ensure sufficient electronic conductivity in the positive electrode composite layer 10 even if the amount of CNT used is reduced, so that the proportion of the spherical crown-shaped active material particles 20 can be relatively increased. Therefore, according to this embodiment, a secondary battery with a high energy density can be provided.

また、球冠状活物質粒子20は、凸曲面21の曲率中心Oから凸曲面21の先端に向かう方向と、凸曲面21の長軸と、のなす角度θが±15°以内であることが好ましい。このような構成によれば、電子伝導性が良好、且つ反応場が確保された性能のバランスに優れた正極1を得ることができる。 In addition, it is preferable that the angle θ between the direction from the center of curvature O of the convex curved surface 21 toward the tip of the convex curved surface 21 and the major axis of the convex curved surface 21 of the spherical crown-shaped active material particle 20 is within ±15°. With this configuration, it is possible to obtain a positive electrode 1 with good electronic conductivity and excellent balance of performance with a secured reaction field.

また、球冠状活物質粒子20の材料となる中空活物質粒子120の内面122について、長軸の長さ/短軸の長さは、1.0以上1.5未満であることが好ましい。また、球冠状活物質粒子20の材料となる中空活物質粒子120の外面121について、長軸の長さ/短軸の長さ(L1/L2)は、1.0以上1.8未満であることが好ましい。このように構成される中空活物質粒子120を用いて球冠状活物質粒子20を形成すると、球冠状活物質粒子20の凸曲面21及び凹曲面22がそれぞれ湾曲した形状となって粒子が嵩高くなる。これにより、正極合材層10中における球冠状活物質粒子20同士の重なりを抑制することができる。 In addition, for the inner surface 122 of the hollow active material particle 120 that is the material for the spherical crown-shaped active material particle 20, the ratio of the major axis length to the minor axis length (L1/L2) is preferably 1.0 or more and less than 1.5. In addition, for the outer surface 121 of the hollow active material particle 120 that is the material for the spherical crown-shaped active material particle 20, the ratio of the major axis length to the minor axis length (L1/L2) is preferably 1.0 or more and less than 1.8. When the spherical crown-shaped active material particle 20 is formed using the hollow active material particle 120 configured in this manner, the convex curved surface 21 and the concave curved surface 22 of the spherical crown-shaped active material particle 20 each have a curved shape, and the particle becomes bulky. This makes it possible to suppress overlapping of the spherical crown-shaped active material particles 20 in the positive electrode mixture layer 10.

さらに、本実施形態にかかる二次電池用正極の製造方法によれば、中空活物質粒子120を粉砕する際の粉砕条件を制御することによって、上記の効果を奏する二次電池用正極を製造することができる。 Furthermore, according to the method for producing a positive electrode for a secondary battery according to this embodiment, by controlling the grinding conditions when grinding the hollow active material particles 120, a positive electrode for a secondary battery having the above-mentioned effects can be produced.

また、粉砕して得られた球冠状活物質粒子20の物性について適宜測定を行うことにより、中空活物質粒子120が適切に粉砕されているか確認しながら、粉砕条件を調整することができる。さらに、球冠状活物質粒子20を含むペーストの粘度について適宜測定を行うことにより、中空活物質粒子120が適切に粉砕されているか確認しながら、粉砕条件を調整することができる。このような構成によれば、所望の球冠状活物質粒子20を確実に得ることができ、球冠状活物質粒子20を用いて製造された二次電池用正極の品質が向上する。 In addition, by appropriately measuring the physical properties of the spherical crown-shaped active material particles 20 obtained by pulverization, it is possible to adjust the pulverization conditions while checking whether the hollow active material particles 120 are properly pulverized. Furthermore, by appropriately measuring the viscosity of the paste containing the spherical crown-shaped active material particles 20, it is possible to adjust the pulverization conditions while checking whether the hollow active material particles 120 are properly pulverized. With this configuration, it is possible to reliably obtain the desired spherical crown-shaped active material particles 20, and the quality of the positive electrode for secondary batteries manufactured using the spherical crown-shaped active material particles 20 is improved.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施形態では、ジェットミルを用いて中空活物質粒子120の粉砕を行ったが、これに限らず、他の粉砕方式を用いても良い。他の粉砕方式としては、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル等を用いることができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention. For example, in the above embodiment, the hollow active material particles 120 are pulverized using a jet mill, but this is not limiting and other pulverization methods may be used. Examples of other pulverization methods that can be used include a ball mill, a bead mill, and a rod mill.

また、吸油量については、中空活物質粒子120<板状活物質粒子320<微粉末活物質粒子<球冠状活物質粒子20の関係が成り立つことが判っている。ここで、微粉末活物質粒子は、例えば、中空活物質粒子120を粉砕機で粉砕した場合に、球冠状活物質粒子20よりさらに微細に粉砕して得られる活物質粒子である。そのため、吸油量の所定値として、板状活物質粒子320又は微粉末活物質粒子の吸油量を測定した結果を用いても良い。さらに、ペーストの粘度については、ペーストに含有される活物質粒子によって、球冠状活物質粒子20<中空活物質粒子120<板状活物質粒子320の関係が成り立つことが判っている。そのため、粘度の所定値として、板状活物質粒子320を含むペーストの粘度を測定した結果を用いても良い。 It is also known that the relationship of the oil absorption is hollow active material particles 120 < plate-shaped active material particles 320 < fine powder active material particles < spherical crown-shaped active material particles 20. Here, the fine powder active material particles are active material particles obtained by, for example, grinding the hollow active material particles 120 with a grinder to a finer size than the spherical crown-shaped active material particles 20. Therefore, the results of measuring the oil absorption of the plate-shaped active material particles 320 or the fine powder active material particles may be used as the predetermined value of the oil absorption. Furthermore, it is known that the relationship of the viscosity of the paste is spherical crown-shaped active material particles 20 < hollow active material particles 120 < plate-shaped active material particles 320 depending on the active material particles contained in the paste. Therefore, the results of measuring the viscosity of the paste containing the plate-shaped active material particles 320 may be used as the predetermined value of the viscosity.

1 正極
10、10a、10b 正極合材層
20 球冠状活物質粒子
21 凸曲面
22 凹曲面
23 切断面
24 凹部
30 導電材
120 中空活物質粒子
121 外面
122 内面
123 殻部
124 中空部
220 中実活物質粒子
320 板状活物質粒子
O 曲率中心
θ 角度
1 Positive electrode 10, 10a, 10b Positive electrode mixture layer 20 Spherical crown-shaped active material particle 21 Convex curved surface 22 Concave curved surface 23 Cut surface 24 Concave portion 30 Conductive material 120 Hollow active material particle 121 Outer surface 122 Inner surface 123 Shell portion 124 Hollow portion 220 Solid active material particle 320 Plate-shaped active material particle O Center of curvature θ Angle

Claims (7)

リチウム遷移金属酸化物で構成される略球殻状又は略楕円球殻状の中空活物質粒子を形成するステップと、
前記中空活物質粒子を粉砕して、前記中空活物質粒子の一部が切断面により切り取られた略球冠状に形成される正極活物質を形成するステップと、
集電体上に前記正極活物質及び導電材を含む正極合材層を形成するステップと、
を有し、
前記正極活物質は、一方向に突出する略球冠状の凸曲面と、前記一方向側の反対側に存在するとともに前記一方向に窪む略球冠状の凹曲面と、を有する二次電池用正極の製造方法。
forming hollow active material particles having a substantially spherical or elliptical shell shape composed of a lithium transition metal oxide;
a step of pulverizing the hollow active material particles to form a positive electrode active material having a substantially crown-shaped hollow active material particle formed by cutting a portion of the hollow active material particle along a cut surface;
forming a positive electrode mixture layer containing the positive electrode active material and a conductive material on a current collector;
having
The positive electrode active material has a generally spherical crown-shaped convex surface protruding in one direction, and a generally spherical crown-shaped concave surface present on the opposite side to the one direction and recessed in the one direction.
前記正極活物質を形成するステップでは、
前記正極活物質の吸油量とBET比表面積との少なくとも一方を測定した結果が、前記中空活物質粒子について測定した結果と比べて大きい場合に、前記正極合材層を形成するステップに進む請求項に記載の二次電池用正極の製造方法。
In the step of forming the positive electrode active material,
2. The method for producing a positive electrode for a secondary battery according to claim 1, further comprising the step of forming the positive electrode composite layer when a result of measuring at least one of an oil absorption amount and a BET specific surface area of the positive electrode active material is larger than a result of measuring the hollow active material particles.
前記正極合材層を形成するステップは、
前記正極活物質、前記導電材、及び溶媒を所定の割合で含むペーストを作製するステップを含み、
前記ペーストの粘度を測定した結果が、前記中空活物質粒子、前記導電材、及び前記溶媒を前記所定の割合で含むペーストの粘度を測定した結果と比べて小さい場合に、前記集電体上に前記正極活物質、前記導電材、及び前記溶媒を含むペーストを塗工して前記正極合材層を形成する請求項又はに記載の二次電池用正極の製造方法。
The step of forming the positive electrode mixture layer includes:
The method includes preparing a paste containing the positive electrode active material, the conductive material, and a solvent in a predetermined ratio,
3. The method for producing a positive electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein when a result of measuring a viscosity of the paste is smaller than a result of measuring a viscosity of a paste containing the hollow active material particles, the conductive material, and the solvent in the predetermined ratio , the paste containing the positive electrode active material, the conductive material , and the solvent is applied onto the current collector to form the positive electrode composite layer.
前記導電材は、カーボンナノチューブである請求項1から3のいずれか1項に記載の二次電池用正極の製造方法。The method for producing a positive electrode for a secondary battery according to claim 1 , wherein the conductive material is a carbon nanotube. 前記凸曲面の曲率中心から前記凸曲面における前記切断面側の先端に向かう方向と、前記凸曲面の曲率中心を通る前記凸曲面の長軸と、のなす角度が±15°以内である請求項1から4のいずれか1項に記載の二次電池用正極の製造方法。5. The method for producing a positive electrode for a secondary battery according to claim 1, wherein an angle between a direction from a center of curvature of the convex curved surface toward a tip of the convex curved surface on the cut surface side and a major axis of the convex curved surface passing through the center of curvature of the convex curved surface is within ±15°. 前記中空活物質粒子の内面の曲率中心を通る短軸の長さに対する長軸の長さの比が1.0以上1.5未満であり、the ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis passing through the center of curvature of the inner surface of the hollow active material particle is 1.0 or more and less than 1.5;
前記凹曲面は、前記内面の長軸に沿う前記切断面により切り取られた略球冠状に形成される請求項1から5のいずれか1項に記載の二次電池用正極の製造方法。The method for producing a positive electrode for a secondary battery according to claim 1 , wherein the concave curved surface is formed into a substantially spherical crown shape cut by the cut surface along the major axis of the inner surface.
前記中空活物質粒子の外面の曲率中心を通る短軸の長さに対する長軸の長さの比が1.0以上1.8未満であり、the ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis passing through the center of curvature of the outer surface of the hollow active material particle is 1.0 or more and less than 1.8;
前記凸曲面は、前記外面の長軸に沿う前記切断面により切り取られた略球冠状に形成される請求項1から6のいずれか1項に記載の二次電池用正極の製造方法。The method for producing a positive electrode for a secondary battery according to claim 1 , wherein the convex curved surface is formed in a substantially spherical crown shape cut by the cut surface along the major axis of the outer surface.
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