JP7601558B2 - Active material layer, electrode and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、活物質層、電極及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to an active material layer, an electrode, and a lithium-ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器やハイブリットカー等の動力源としても広く用いられている。これらの分野の発展と共に、リチウムイオン二次電池は、より高い性能が求められている。 Lithium-ion secondary batteries are also widely used as a power source for mobile devices such as mobile phones and laptops, as well as hybrid cars. As these fields develop, there is a demand for higher performance from lithium-ion secondary batteries.
例えば、特許文献1には、正極の表面に2種以上の混合物からなる被膜が形成されたリチウム二次電池が開示されている。特許文献1には、被膜が活物質と電解液との反応による電解液の分解を抑制し、サイクル特性が向上することが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a lithium secondary battery in which a coating made of a mixture of two or more types is formed on the surface of the positive electrode. Patent Document 1 discloses that the coating suppresses decomposition of the electrolyte due to reaction between the active material and the electrolyte, improving cycle characteristics.
また例えば、特許文献2には、活物質の周りを所定の金属、金属間化合物又は酸化物で被覆した正極が記載されている。活物質を被覆する金属が酸素を吸収することで、電池の安全性が向上することが記載されている。 For example, Patent Document 2 describes a positive electrode in which the active material is coated with a specific metal, intermetallic compound, or oxide. It describes how the metal coating the active material absorbs oxygen, thereby improving the safety of the battery.
電池の性能の指標の一つとして放電レート特性がある。放電レートは、満充電から終止電圧に達するまでに要するスピードである。放電レート特性は、所定の放電レートで放電した場合の放電容量に対する放電レートを早めた際の放電容量の比率である。放電レート特性に優れた電池は、急速放電が可能である。 One of the indicators of battery performance is the discharge rate characteristic. The discharge rate is the speed required to reach the final voltage from a full charge. The discharge rate characteristic is the ratio of the discharge capacity when the discharge rate is increased to the discharge capacity when discharging at a specified discharge rate. A battery with excellent discharge rate characteristics is capable of rapid discharge.
本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、放電レート特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 This disclosure was made in consideration of the above problems, and aims to provide a lithium-ion secondary battery with excellent discharge rate characteristics.
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 To solve the above problems, the following measures are provided:
(1)第1の態様にかかる活物質層は、活物質とバインダーとを少なくとも有し、前記活物質は、主成分の第1活物質と、前記第1活物質と組成が異なる副成分の第2活物質とを備え、前記第1活物質の割合は、前記活物質全体の60%以上100%未満であり、前記第2活物質の割合は、前記活物質全体の0%より大きく5%未満である。 (1) The active material layer according to the first aspect has at least an active material and a binder, the active material comprising a first active material as a main component and a second active material as a subcomponent having a composition different from that of the first active material, the proportion of the first active material being 60% or more and less than 100% of the total active material, and the proportion of the second active material being greater than 0% and less than 5% of the total active material.
(2)上記態様にかかる活物質層において、前記第1活物質は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であり、前記第2活物質は、一次粒子であってもよい。 (2) In the active material layer according to the above aspect, the first active material may be a secondary particle formed by agglomeration of a plurality of primary particles, and the second active material may be a primary particle.
(3)上記態様にかかる活物質層において、前記第1活物質の粒径は、前記第2活物質の粒径の0.6倍以上1.5倍以下であってもよい。 (3) In the active material layer according to the above aspect, the particle size of the first active material may be 0.6 to 1.5 times the particle size of the second active material.
(4)上記態様にかかる活物質層において、前記第2活物質の反応電位は、前記第1活物質の反応電位より高くてもよい。 (4) In the active material layer according to the above aspect, the reaction potential of the second active material may be higher than the reaction potential of the first active material.
(5)上記態様にかかる活物質層において、前記第2活物質は、LiaCo1-yMyO2 ・・・(1)で表記され、aは0.8≦a≦1.2、yは0≦y<0.5を満たし、MはNi、Mn、Fe、Mg、Zr、Al、Ti、Zn、Cu、Ca、Naのうちの少なくとも1種であってもよい。 (5) In the active material layer according to the above embodiment, the second active material may be expressed as Li a Co 1-y M y O 2 ... (1), where a satisfies 0.8≦a≦1.2, y satisfies 0≦y<0.5, and M may be at least one of Ni, Mn, Fe, Mg, Zr, Al, Ti, Zn, Cu, Ca, and Na.
(6)第2の態様に係る電極は、集電体と、前記集電体の少なくとも一面に積層された上記態様に係る活物質層と、を備える。 (6) The electrode according to the second aspect comprises a current collector and an active material layer according to the above aspect laminated on at least one surface of the current collector.
(7)第3の態様に係るリチウムイオン二次電池は、上記態様に係る電極を含む。 (7) The lithium ion secondary battery according to the third aspect includes the electrode according to the above aspect.
上記態様に係るリチウムイオン二次電池は、放電レート特性に優れる。 The lithium ion secondary battery according to the above aspect has excellent discharge rate characteristics.
以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 The following describes the embodiments in detail, with reference to the drawings as appropriate. The drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of clarity, and the dimensional ratios of each component may differ from the actual ones. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them. Appropriate modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
「リチウムイオン二次電池」
図1は、第1実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、発電素子40と外装体50と非水電解液(図示略)とを備える。外装体50は、発電素子40の周囲を被覆する。発電素子40は、接続された一対の端子60、62によって外部と接続される。非水電解液は、外装体50内に収容されている。
"Lithium-ion secondary battery"
Fig. 1 is a schematic diagram of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment. The lithium ion
(発電素子)
発電素子40は、正極20と負極30とセパレータ10とを備える。
(Power generation element)
The power generating
<セパレータ>
セパレータ10は、正極20と負極30とに挟まれる。セパレータ10は、正極20と負極30とを隔離し、正極20と負極30との短絡を防ぐ。リチウムイオンは、セパレータ10を通過できる。
<Separator>
The
セパレータ10は、例えば、電気絶縁性の多孔質構造を有する。セパレータ10は、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
The
セパレータ10は、例えば、固体電解質であってもよい。固体電解質は、例えば、高分子固体電解質、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質である。高分子固体電解質は、例えば、ポリエチレンオキサイド系高分子にアルカリ金属塩を溶解させたものである。酸化物系固体電解質は、例えば、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(ナシコン型)、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3(ガラスセラミックス)、Li0.34La0.51TiO2.94(ペロブスカイト型)、Li7La3Zr2O12(ガーネット型)、Li2.9PO3.3N0.46(アモルファス、LIPON)、50Li4SiO4・50Li2BO3(ガラス)、90Li3BO3・10Li2SO4(ガラスセラミックス)である。硫化物系固体電解質は、例えば、Li3.25Ge0.25P0.75S4(結晶)、Li10GeP2S12(結晶、LGPS)、Li6PS5Cl(結晶、アルジロダイト型)、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3(結晶)、Li3.25P0.95S4(ガラスセラミックス)、Li7P3S11(ガラスセラミックス)、70Li2S・30P2S5(ガラス)、30Li2S・26B2S3・44LiI(ガラス)、50Li2S・17P2S5・33LiBH4(ガラス)、63Li2S・36SiS2・Li3PO4(ガラス)、57Li2S・38SiS2・5Li4SiO4(ガラス)である。
The
<正極>
正極20は、正極集電体22と正極活物質層24とを有する。正極活物質層24は、正極集電体22の少なくとも一面に形成されている。
<Positive electrode>
The
[正極集電体]
正極集電体22は、例えば、導電性の板材である。正極集電体22は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属薄板である。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode
[正極活物質層]
正極活物質層24は、例えば、正極活物質と導電助剤とバインダーとを有する。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode
正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとカウンターアニオンのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることができる。 The positive electrode active material can reversibly absorb and release lithium ions, remove and insert lithium ions (intercalation), or dope and dedope lithium ions and counter anions.
正極活物質は、少なくとも2種以上の活物質からなる。正極活物質は、例えば、主成分の第1活物質と、副成分の第2活物質と、を備える。第2活物質の存在比は、第1活物質と比較して極めて少ない。第2活物質は、正極活物質層24内に微量だけ存在する。
The positive electrode active material is composed of at least two or more active materials. The positive electrode active material includes, for example, a first active material as a main component and a second active material as a secondary component. The abundance ratio of the second active material is extremely small compared to the first active material. The second active material is present in only a trace amount in the positive electrode
正極活物質全体において第1活物質が占める割合は、60%以上100%未満であり、好ましくは60%以上99%以下であり、より好ましくは80%以上99%以下であり、さらに好ましくは96%以上98%以下である。正極活物質全体において第2活物質が占める割合は、0%より大きく5%未満であり、好ましくは0.5%以上4.5%以下であり、より好ましくは1%以上4%以下である。正極活物質が第1活物質と第2活物質とからなる場合は、第1活物質と第2活物質の割合の合計が100%となる。正極活物質が3種以上の場合は、第1活物質と第2活物質の割合の合計は100%未満となる。 The proportion of the first active material in the entire positive electrode active material is 60% or more and less than 100%, preferably 60% or more and less than 99%, more preferably 80% or more and less than 99%, and even more preferably 96% or more and less than 98%. The proportion of the second active material in the entire positive electrode active material is more than 0% and less than 5%, preferably 0.5% or more and less than 4.5%, and more preferably 1% or more and less than 4%. When the positive electrode active material is composed of the first active material and the second active material, the total proportion of the first active material and the second active material is 100%. When there are three or more types of positive electrode active materials, the total proportion of the first active material and the second active material is less than 100%.
第1活物質は、第2活物質と組成が異なる。第2活物質の反応電位は、例えば、第1活物質の反応電位より高い。反応電位とは、リチウムのインターカレーション反応が生じる電気的なポテンシャルエネルギーであり、Liの平衡電位に対する反応電位である。例えば、スピネル化合物(以下、LMOと称する。)、リン酸マンガン化合物(以下、LMPと称する。)、コバルト酸リチウム(以下、LCOと称する。)、ニッケル-コバルト-マンガンの三元系化合物(以下、NMCと称する。)、ニッケル-コバルト-アルミニウムの三元系化合物(以下、NCAと称する。)、リン酸鉄リチウム(以下、LFPと称する。)、硫黄系化合物及びリチウムチタン酸化物(以下、LTOと称する。)の反応電位は、LMO>LMP>LCO>NMC≒NCA>LFP>硫黄系化合物>LTOの関係を満たす。 The first active material has a different composition from the second active material. The reaction potential of the second active material is, for example, higher than the reaction potential of the first active material. The reaction potential is the electrical potential energy at which the lithium intercalation reaction occurs, and is the reaction potential relative to the equilibrium potential of Li. For example, the reaction potentials of spinel compounds (hereinafter referred to as LMO), manganese phosphate compounds (hereinafter referred to as LMP), lithium cobalt oxide (hereinafter referred to as LCO), nickel-cobalt-manganese ternary compounds (hereinafter referred to as NMC), nickel-cobalt-aluminum ternary compounds (hereinafter referred to as NCA), lithium iron phosphate (hereinafter referred to as LFP), sulfur-based compounds, and lithium titanium oxide (hereinafter referred to as LTO) satisfy the relationship of LMO>LMP>LCO>NMC≒NCA>LFP>sulfur-based compounds>LTO.
第2活物質は、例えば、LiaCo1-yMyO2 ・・・(1)で表記される化合物である。aは0.8≦a≦1.2を満たし、yは0≦y<0.5を満たし、MはNi、Mn、Fe、Mg、Zr、Al、Ti、Zn、Cu、Ca、Naのうちの少なくとも1種である。上記式(1)においてy=0の場合がLCOである。 The second active material is, for example, a compound represented by Li a Co 1-y M y O 2 ... (1), where a satisfies 0.8≦a≦1.2, y satisfies 0≦y<0.5, and M is at least one of Ni, Mn, Fe, Mg, Zr, Al, Ti, Zn, Cu, Ca, and Na. In the above formula (1), when y=0, it is LCO.
例えば、第1活物質は二次粒子であり、第2活物質は一次粒子でもよい。二次粒子は、複数の一次粒子が凝集した粒子である。例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察において、粒子内に粒界が見えた場合は二次粒子であり、粒界が見えない場合は一次粒子である。 For example, the first active material may be a secondary particle, and the second active material may be a primary particle. A secondary particle is a particle formed by agglomeration of multiple primary particles. For example, when observing a cross section using a transmission electron microscope (TEM), if grain boundaries are visible within the particle, it is a secondary particle, and if no grain boundaries are visible, it is a primary particle.
第1活物質の粒径は、例えば、第2活物質の粒径の0.6倍以上1.5倍以下であり、好ましくは0.9倍以上1.1倍以下である。ここで粒径とは、10個以上の粒子の平均粒径である。また粒子が不定形の場合は、長軸の長さと短軸の長さの合計の半分の値を粒径と見なす。また二次粒子を形成している場合は、二次粒子の粒径である。 The particle size of the first active material is, for example, 0.6 to 1.5 times the particle size of the second active material, and preferably 0.9 to 1.1 times. Here, the particle size is the average particle size of 10 or more particles. If the particles are irregular, the particle size is considered to be half the sum of the length of the major axis and the length of the minor axis. If secondary particles are formed, the particle size is the particle size of the secondary particles.
バインダーは、正極活物質層24における正極活物質同士を結合する。バインダーは、公知のものを用いることができる。バインダーは、例えば、フッ素樹脂である。フッ素樹脂は、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)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等である。
The binder binds the positive electrode active material in the positive electrode
上記の他に、バインダーは、例えば、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムでもよい。 In addition to the above, the binder may be, for example, vinylidene fluoride-based fluororubber such as vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluororubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethylvinylether-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), or vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber).
導電助剤は、正極活物質層24における正極活物質間の導電性を高める。導電助剤は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物である。導電助剤は、カーボンブラック等の炭素材料が好ましい。活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、正極活物質層24は導電助剤を含まなくてもよい。
The conductive assistant enhances the conductivity between the positive electrode active materials in the positive electrode
また正極活物質層24は、固体電解質又はゲル電解質を含んでもよい。固体電解質は、例えば、セパレータに用いることができるものと同様である。
The positive electrode
<負極>
負極30は、例えば、負極集電体32と負極活物質層34とを有する。負極活物質層34は、負極集電体32の少なくとも一面に形成されている。
<Negative Electrode>
The
[負極集電体]
負極集電体32は、例えば、導電性の板材である。負極集電体32は、正極集電体22と同様のものを用いることができる。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode
[負極活物質層]
負極活物質層34は、負極活物質を含む。また必要に応じて、導電材、バインダー、固体電解質を含んでもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode
負極活物質は、イオンを吸蔵・放出可能な化合物であればよく、公知のリチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質を使用できる。負極活物質は、例えば、金属リチウム、リチウム合金、イオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ、ゲルマニウム等のリチウム等の金属と化合することのできる半金属または金属、SiOx(0<x<2)、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)等を含む粒子である。 The negative electrode active material may be any compound capable of absorbing and releasing ions, and may be any negative electrode active material used in known lithium ion secondary batteries. The negative electrode active material may be, for example, metallic lithium, lithium alloy, graphite (natural graphite, artificial graphite) capable of absorbing and releasing ions, carbon materials such as carbon nanotubes, non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon, and low-temperature fired carbon, semimetals or metals capable of combining with metals such as lithium, such as aluminum, silicon, tin, and germanium, amorphous compounds mainly composed of oxides such as SiO x (0<x<2) and tin dioxide, and particles containing lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ).
負極活物質層34は、上述のように例えば、シリコン、スズ、ゲルマニウムを含んでもよい。シリコン、スズ、ゲルマニウムは、単体元素として存在してもよいし、化合物として存在してもよい。化合物は、例えば、合金、酸化物等である。一例として、負極活物質がシリコンの場合、負極30はSi負極と呼ばれることがある。負極活物質は、例えば、シリコン、スズ、ゲルマニウムの単体又は化合物と炭素材との混合系でもよい。炭素材は、例えば天然黒鉛である。また負極活物質は、例えば、シリコン、スズ、ゲルマニウムの単体又は化合物の表面が炭素で被覆されたものでもよい。炭素材及び被覆された炭素は、負極活物質と導電助剤との間の導電性を高める。負極活物質層がシリコン、スズ、ゲルマニウムを含むと、リチウムイオン二次電池100の容量が大きくなる。
The negative electrode
負極活物質層34は、上述のように例えば、リチウムを含んでもよい。リチウムは、金属リチウムでもリチウム合金でもよい。負極活物質層34は、金属リチウム又はリチウム合金でもよい。リチウム合金は、例えば、Si、Sn、C、Pt、Ir、Ni、Cu、Ti、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Alからなる群から選択される1種以上の元素と、リチウムと、の合金である。一例として、負極活物質が金属リチウムの場合、負極30はLi負極と呼ばれることがある。負極活物質層34は、リチウムのシートでもよい。
The negative electrode
負極30は、作製時に負極活物質層34を有さずに、負極集電体32のみであってもよい。リチウムイオン二次電池100を充電すると、負極集電体32の表面に金属リチウムが析出する。金属リチウムはリチウムイオンが析出した単体のリチウムであり、金属リチウムは負極活物質層34として機能する。
The
導電材及びバインダーは、正極20と同様のものを用いることができる。負極30におけるバインダーは、正極20に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等でもよい。セルロースは、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)でもよい。
The conductive material and binder can be the same as those in the
(端子)
端子60、62は、それぞれ正極20と負極30とに接続されている。正極20に接続された端子60は正極端子であり、負極30に接続された端子62は負極端子である。端子60、62は、外部との電気的接続を担う。端子60、62は、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電材料から形成されている。接続方法は、溶接でもネジ止めでもよい。端子60、62は短絡を防ぐために、絶縁テープで保護することが好ましい。
(Terminal)
The
(外装体)
外装体50は、その内部に発電素子40及び非水電解液を密封する。外装体50は、非水電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止する。
(Exterior body)
The
外装体50は、例えば図1に示すように、金属箔52と、金属箔52の各面に積層された樹脂層54と、を有する。外装体50は、金属箔52を高分子膜(樹脂層54)で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムである。
As shown in FIG. 1, the
金属箔52としては例えばアルミ箔を用いることができる。樹脂層54には、ポリプロピレン等の高分子膜を利用できる。樹脂層54を構成する材料は、内側と外側とで異なっていてもよい。例えば、外側の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)等を用い、内側の高分子膜の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等を用いることができる。
The
(非水電解液)
非水電解液は、外装体50内に封入され、発電素子40に含浸している。
非水電解液は、例えば、非水溶媒と電解質とを有する。電解質は、非水溶媒に溶解している。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte is sealed in the
The non-aqueous electrolyte solution includes, for example, a non-aqueous solvent and an electrolyte. The electrolyte is dissolved in the non-aqueous solvent.
非水溶媒は、例えば、環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有する。環状カーボネートは、電解質を溶媒和する。環状カーボネートは、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートである。環状カーボネートは、プロピレンカーボネートを少なくとも含むことが好ましい。鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させる。鎖状カーボネートは、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。非水溶媒は、その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン等を有してもよい。 The non-aqueous solvent contains, for example, a cyclic carbonate and a chain carbonate. The cyclic carbonate solvates the electrolyte. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. It is preferable that the cyclic carbonate contains at least propylene carbonate. The chain carbonate reduces the viscosity of the cyclic carbonate. Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. The non-aqueous solvent may also contain methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like.
非水溶媒は、例えば、環状カーボネートまたは、鎖状カーボネートの水素の一部がフッ素に置換されていてもよい。例えば、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート等を有してもよい。 The non-aqueous solvent may be, for example, a cyclic carbonate or a chain carbonate in which some of the hydrogen atoms are replaced with fluorine. For example, it may have fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, etc.
非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9~1:1にすることが好ましい。 It is preferable that the ratio of cyclic carbonate to chain carbonate in the non-aqueous solvent is 1:9 to 1:1 by volume.
電解質は、例えば、リチウム塩である。電解質は、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB等である。リチウム塩は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。電離度の観点から、電解質はLiPF6を含むことが好ましい。 The electrolyte is, for example, a lithium salt. The electrolyte is, for example, LiPF6 , LiClO4, LiBF4 , LiCF3SO3 , LiCF3CF2SO3 , LiC ( CF3SO2 ) 3 , LiN( CF3SO2 ) 2, LiN(CF3CF2SO2)2, LiN(CF3SO2)(C4F9SO2 ) , LiN ( CF3CF2CO)2 , LiBOB , etc. The lithium salt may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of the degree of ionization, it is preferable that the electrolyte contains LiPF6 .
非水溶媒は、例えば、常温溶融塩を有してもよい。常温溶融塩は、カチオンとアニオンの組合せによって得られる100℃未満でも液体状の塩である。常温溶融塩は、イオンのみからなる液体であるため、静電的な相互作用が強く、不揮発性、不燃性と言う特徴を有する。 The non-aqueous solvent may, for example, have a room temperature molten salt. A room temperature molten salt is a salt that is liquid even at temperatures below 100°C and is obtained by combining a cation and an anion. Since a room temperature molten salt is a liquid composed only of ions, it has strong electrostatic interactions and is characterized by being non-volatile and non-flammable.
常温溶融塩のカチオン成分としては、窒素を含む窒素系カチオン、リンを含むリン系カチオン、硫黄を含む硫黄系カチオンなどが挙げられる。これらのカチオン成分は、1種を単独で含んでいてもよいし、2種以上を組合せて含んでいてもよい。
窒素系カチオンとしては、イミダゾリウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、アゾニアスピロカチオンなど鎖状または環状のアンモニウムカチオンが挙げられる。
リン系カチオンとしては、鎖状または環状のホスホニウムカチオンが挙げられる。
硫黄系カチオンの例としては、鎖状または環状のスルホニウムカチオンが挙げられる。
カチオン成分としては、特に、リチウムイミド塩を溶解させた際に、高いリチウムイオン伝導を有し、かつ広い酸化還元耐性をもつため、窒素系カチオンであるN-メチル-N-プロピル-ピロリジニウム(P13)が好ましい。
Examples of the cationic component of the room-temperature molten salt include nitrogen-based cations containing nitrogen, phosphorus-based cations containing phosphorus, sulfur-based cations containing sulfur, etc. These cationic components may be contained alone or in combination of two or more kinds.
Examples of the nitrogen-based cation include linear or cyclic ammonium cations such as imidazolium cation, pyrrolidinium cation, piperidinium cation, pyridinium cation, and azoniaspiro cation.
The phosphorus-based cation includes linear or cyclic phosphonium cations.
Examples of sulfur-based cations include linear or cyclic sulfonium cations.
As the cationic component, the nitrogen-based cation N-methyl-N-propyl-pyrrolidinium (P13) is particularly preferred because it has high lithium ion conductivity and wide redox resistance when a lithium imide salt is dissolved therein.
常温溶融塩のアニオン成分としては、AlCl4 -、NO2 -、NO3 -、I-、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、NbF6 -、TaF6 -、F(HF)2.3 -、p-CH3PhSO3 -、CH3CO2 -、CF3CO2 -、CH3SO3 -、CF3SO3 -、(CF3SO2)3C-、C3F7CO2、C4F9SO3 -、(FSO2)2N-(ビス(フルオロスルホニル)イミド)(FSI)、(CF3SO2)2N-(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)(TFSI)、(C2F5SO2)2N-(ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)、(CF3SO2)(CF3CO)N-((トリフルオロメタンスルホニル)(トリフルオロメタンカルボニル)イミド)、(CN)2N-(ジシアノイミド)等が挙げられる。これらのアニオン成分は、1種を単独で含んでいてもよいし、2種以上を組合せて含んでいてもよい。 The anion components of the room temperature molten salt include AlCl 4 - , NO 2 - , NO 3 - , I - , BF 4 - , PF 6 - , AsF 6 - , SbF 6 - , NbF 6 - , TaF 6 - , F(HF) 2.3 - , p-CH 3 PhSO 3 - , CH 3 CO 2 - , CF 3 CO 2 - , CH 3 SO 3 - , CF 3 SO 3 - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , C 3 F 7 CO 2 , C 4 F 9 SO 3 - , (FSO 2 ) 2 N - (bis(fluorosulfonyl)imide) (FSI), (CF 3 SO 2 ) 2N- ( bis( trifluoromethanesulfonyl )imide) (TFSI), (C2F5SO2 )2N-(bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide), (CF3SO2)(CF3CO)N- ( ( trifluoromethanesulfonyl ) ( trifluoromethanecarbonyl )imide), (CN) 2N- ( dicyanoimide ) , etc. These anion components may be used alone or in combination of two or more.
「リチウムイオン二次電池の製造方法」
まず正極20を作製する。正極20は、正極活物質、バインダー及び溶媒を混合して、ペースト状の正極スラリーを作製する。正極活物質は、第1活物質と第2活物質との2種類を少なくとも用意する。第1活物質に対して第2活物質の混合量は、微量である。正極スラリーを構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。次いで、正極スラリーを、正極集電体22に塗布する。塗布方法は、特に制限はない。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。
"Method of manufacturing lithium-ion secondary batteries"
First, the
続いて、正極集電体22上に塗布された正極スラリー中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、正極スラリーが塗布された正極集電体22を、80℃~150℃の雰囲気下で乾燥させる。次いで、得られた塗膜をプレスして、正極活物質層24を高密度化することで、正極20が得られる。プレスの手段は、例えばロールプレス機、静水圧プレス機等を用いることができる。
Then, the solvent in the positive electrode slurry applied onto the positive electrode
次いで、負極30を作製する。負極30は、正極20と同様に作製できる。負極30は、負極活物質、バインダー及び溶媒を混合して、ペースト状の負極スラリーを作製する。負極スラリーを負極集電体32に塗布し、乾燥することで負極30が得られる。負極活物質が金属リチウムの場合は、負極集電体32にリチウム箔を貼り付けてもよい。
Next, the
次いで、作製した正極20及び負極30の間にセパレータ10が位置するようにこれらを積層して、発電素子40を作製する。発電素子40が捲回体の場合は、正極20、負極30及びセパレータ10の一端側を軸として、これらを捲回する。
Next, the prepared
最後に、発電素子40を外装体50に封入する。非水電解液は外装体50内に注入する。非水電解液を注入後に減圧、加熱等を行うことで、発電素子40内に非水電解液が含浸する。熱等を加えて外装体50を封止することで、リチウムイオン二次電池100が得られる。
Finally, the
第1実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、主成分の第1活物質に対して副成分の第2活物質がわずかに添加されていることで、放電レート特性が向上している。この原因は明確ではないが、正極活物質層24内に反応電位の異なる第2活物質が微量含まれることで、活物質層内にLiイオンの濃度勾配が生じるためではないかと考えられる。Liイオンの濃度勾配に応じてLiイオンの移動が促進されることで、充放電反応が促進され、放電レート特性が向上したものと考えられる。また活物質内に一次粒子が含まれると、放電レートが向上する傾向にあった。特に、第2活物質が一次粒子の場合に、この傾向は顕著であった。
The lithium ion
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 The above describes the embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings, but each configuration and their combinations in each embodiment are merely examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of configurations are possible without departing from the spirit of the present invention.
「実施例1」
(正極の作製)
正極活物質と導電材とバインダーとを混合し、正極合材を作製した。導電材はカーボンブラック、バインダーはポリフッ化ビニリデン(PVDF)とした。正極活物質と、導電材と、バインダーは質量比で90:5:5とした。正極活物質は、第1活物質としてLiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(表1においてNMC333と表記する。)を用い、第2活物質としてLiCoO2(表1においてLCOと表記する)を用いた。第1活物質と第2活物質の存在比は、第1活物質を99.5%、第2活物質を0.5%とした。この正極合剤を、N-メチル-2-ピロリドンに分散させて正極スラリーを作製した。そして、厚さ15μmのアルミニウム箔の一面に、乾燥後の目付量が約10.0mg/cm2となるように正極スラリーを塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去してアルミニウム箔の一面に正極活物質層を形成した。乾燥後に、アルミニウム箔のもう一面に、乾燥後の目付量が約10.0mg/cm2となるように正極スラリーを塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去してアルミニウム箔の両面に正極活物質層を形成した。
"Example 1"
(Preparation of Positive Electrode)
A positive electrode active material, a conductive material, and a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. The conductive material was carbon black, and the binder was polyvinylidene fluoride (PVDF). The mass ratio of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder was 90:5:5. The positive electrode active material used LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 (referred to as NMC333 in Table 1) as the first active material, and LiCoO 2 (referred to as LCO in Table 1) as the second active material. The abundance ratio of the first active material to the second active material was 99.5% for the first active material and 0.5% for the second active material. This positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode slurry. Then, the positive electrode slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 15 μm so that the weight per unit area after drying was about 10.0 mg/cm 2. After application, the positive electrode slurry was applied to the other side of the aluminum foil so that the weight per unit area after drying was about 10.0 mg/cm 2. After application, the positive electrode slurry was applied to both sides ...
(負極の作製)
負極活物質と導電材とバインダーとを混合し、負極合材を作製した。負極活物質はグラファイト、バインダーはスチレン・ブタジエンゴム(SBR)とし、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を加えた。負極活物質とバインダーおよび増粘剤は質量比で95:3:2とした。この負極合剤を、蒸留水に分散させて負極スラリーを作製した。そして、厚さ10μmの銅箔の一面に、乾燥後の目付量が約6.0mg/cm2となるように負極スラリーを塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去して銅箔の一面に負極活物質層を形成した。乾燥後に、銅箔のもう一面に、乾燥後の目付量が約6.0mg/cm2となるように負極スラリーを塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去して銅箔の両面に負極活物質層を形成した。
(Preparation of negative electrode)
The negative electrode active material, the conductive material, and the binder were mixed to prepare a negative electrode mixture. The negative electrode active material was graphite, the binder was styrene-butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) was added as a thickener. The mass ratio of the negative electrode active material, the binder, and the thickener was 95:3:2. The negative electrode mixture was dispersed in distilled water to prepare a negative electrode slurry. Then, the negative electrode slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 10 μm so that the weight per unit area after drying was about 6.0 mg/cm 2. After application, the negative electrode slurry was dried at 100° C. to remove the solvent, and a negative electrode active material layer was formed on one side of the copper foil. After drying, the negative electrode slurry was applied to the other side of the copper foil so that the weight per unit area after drying was about 6.0 mg/cm 2. After application, the negative electrode slurry was dried at 100° C. to remove the solvent, and a negative electrode active material layer was formed on both sides of the copper foil.
(セルの作製)
作製した負極と正極とを、所定の形状に打ち抜き、厚さ25μmのポリプロピレン製のセパレータを介して交互に積層し、負極9枚と正極8枚とを積層することで積層体を作製した。同様の手順で作製した積層体を試料として断面を切断し、第1活物質及び第2活物質の形態をTEMで確認した。第1活物質は二次粒子であり、第2活物質は1次粒子であった。
(Cell Preparation)
The negative and positive electrodes thus prepared were punched out into a predetermined shape, and were alternately laminated with 25 μm thick polypropylene separators in between, to prepare a laminate of nine negative electrodes and eight positive electrodes. The laminate prepared in the same manner was cut as a sample, and the morphology of the first active material and the second active material was confirmed by TEM. The first active material was a secondary particle, and the second active material was a primary particle.
積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより開口部を形成した。外装体内には、非水電解液を注入した。非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DEC)が等量混合された溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)1.5MOL/Lを溶解させた。そして、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、実施例1に係るリチウムイオン二次電池を作製した。 The laminate was inserted into an exterior body of an aluminum laminate film and heat-sealed except for one peripheral portion to form an opening. A non-aqueous electrolyte was injected into the exterior body. The non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving 1.5 MOL/L of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in a solvent in which equal amounts of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DEC) were mixed. The remaining portion was then heat-sealed while reducing the pressure using a vacuum sealer, to produce a lithium ion secondary battery according to Example 1.
(電池の評価:放電レート特性)
作製したリチウムイオン電池の放電レート特性を評価した。放電レート特性は、放電レートを1C(25℃で定電流放電を行ったときに1時間で放電終了となる電流値)とした場合の放電容量を100%とした場合の3C(25℃で定電流放電を行ったときに20分で放電終了となる電流値)での放電容量の比率(%)を放電レート特性として求めた。
(Battery evaluation: discharge rate characteristics)
The discharge rate characteristics of the lithium ion battery thus produced were evaluated. The discharge rate characteristics were determined as the ratio (%) of the discharge capacity at a discharge rate of 3C (current value at which discharge is completed in 20 minutes when constant current discharge is performed at 25°C) to the discharge capacity at a discharge rate of 1C (current value at which discharge is completed in 1 hour when constant current discharge is performed at 25°C) being 100%.
放電レート特性の評価条件として、作製したセルを0.15mA/cm2の電流密度で初回充放電を行い、作製したセルの実容量を測定した。得られた実容量に基き、放電レート1Cおよび3Cの電流密度の決定を行った。 As an evaluation condition for the discharge rate characteristics, the fabricated cell was initially charged and discharged at a current density of 0.15 mA/cm 2 , and the actual capacity of the fabricated cell was measured. Based on the obtained actual capacity, the current densities for discharge rates of 1C and 3C were determined.
初回充放電を行った後、0.5Cで4.3Vまで定電流充電を行った後、0.02Cの電流密度となるまで定電圧充電を行った。充電後、5分間の休止時間を挟んだ後、1Cで2.8Vまで定電流放電を行い、1Cにおける放電容量の測定を行い、測定後5分間の休止時間を挟んだ。 After the initial charge and discharge, the battery was charged at a constant current of 0.5 C up to 4.3 V, and then charged at a constant voltage until the current density reached 0.02 C. After a 5-minute rest period, the battery was discharged at a constant current of 1 C up to 2.8 V, and the discharge capacity at 1 C was measured, followed by a 5-minute rest period.
その後、0.5Cで4.3Vまで定電流充電を行った後、0.02Cの電流密度となるまで定電圧充電を行った。充電後、5分間の休止時間を挟んだ後、3Cで2.8Vまで定電流放電を行い、3Cにおける放電容量の測定を行った。 Then, constant current charging was performed at 0.5 C up to 4.3 V, and constant voltage charging was performed until the current density reached 0.02 C. After a 5-minute rest period, constant current discharging was performed at 3 C up to 2.8 V, and the discharge capacity at 3 C was measured.
「実施例2~5、比較例1、2」
実施例2~5及び比較例1、2は、第1活物質と第2活物質の存在比を変えた点が実施例1と異なる。比較例1は、第1活物質のみからなる。
比較例1は、第1活物質を100.0%、第2活物質を0.0%とした。
実施例2は、第1活物質を99.0%、第2活物質を1.0%とした。
実施例3は、第1活物質を97.0%、第2活物質を3.0%とした。
実施例4は、第1活物質を96.0%、第2活物質を4.0%とした。
実施例5は、第1活物質を96.5%、第2活物質を4.5%とした。
比較例2は、第1活物質を95.0%、第2活物質を5.0%とした。
実施例2~5及び比較例1,2の放電レート特性を測定した。表1には、比較例1のレート特性を100%とした際の実施例2~5、比較例2のレート特性の割合を示す。すなわち、表1に示す実施例2~5、比較例2のレート特性は、比較例1のレート特性に対する相対値である。
"Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 2"
Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 differ from Example 1 in that the ratio of the first active material to the second active material was changed. Comparative Example 1 consisted of only the first active material.
In Comparative Example 1, the first active material was 100.0% and the second active material was 0.0%.
In Example 2, the first active material was 99.0% and the second active material was 1.0%.
In Example 3, the first active material was 97.0% and the second active material was 3.0%.
In Example 4, the first active material was 96.0% and the second active material was 4.0%.
In Example 5, the first active material was 96.5% and the second active material was 4.5%.
In Comparative Example 2, the first active material was 95.0% and the second active material was 5.0%.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2. Table 1 shows the percentages of the rate characteristics of Examples 2 to 5 and Comparative Example 2 when the rate characteristic of Comparative Example 1 is taken as 100%. In other words, the rate characteristics of Examples 2 to 5 and Comparative Example 2 shown in Table 1 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 1.
「実施例6~10、比較例3、4」
実施例6~10、比較例3、4は、第1活物質をLiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(表1においてNMC622と表記する。)を用いた点が、実施例1~5、比較例1、2と異なる。
実施例6~10及び比較例3,4の放電レート特性を測定した。表1には、比較例3のレート特性を100%とした際の実施例6~10、比較例4のレート特性の割合を示す。すなわち、表1に示す実施例6~10、比較例4のレート特性は、比較例3のレート特性に対する相対値である。
"Examples 6 to 10, Comparative Examples 3 and 4"
Examples 6 to 10 and Comparative Examples 3 and 4 differ from Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 in that LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 (referred to as NMC622 in Table 1) was used as the first active material.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 6 to 10 and Comparative Examples 3 and 4. Table 1 shows the percentages of the rate characteristics of Examples 6 to 10 and Comparative Example 4 when the rate characteristic of Comparative Example 3 is taken as 100%. In other words, the rate characteristics of Examples 6 to 10 and Comparative Example 4 shown in Table 1 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 3.
「実施例11~15、比較例5、6」
実施例11~15、比較例5、6は、第1活物質をLiNi0.85Co0.10Al0.05O2(表1においてNCAと表記する。)を用いた点が、実施例1~5、比較例1、2と異なる。
実施例11~15及び比較例5,6の放電レート特性を測定した。表1には、比較例5のレート特性を100%とした際の実施例11~15、比較例6のレート特性の割合を示す。すなわち、表1に示す実施例11~15、比較例6のレート特性は、比較例5のレート特性に対する相対値である。
"Examples 11 to 15, Comparative Examples 5 and 6"
Examples 11 to 15 and Comparative Examples 5 and 6 differ from Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 in that LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 (referred to as NCA in Table 1) was used as the first active material.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 11 to 15 and Comparative Examples 5 and 6. Table 1 shows the percentages of the rate characteristics of Examples 11 to 15 and Comparative Example 6 when the rate characteristic of Comparative Example 5 is taken as 100%. In other words, the rate characteristics of Examples 11 to 15 and Comparative Example 6 shown in Table 1 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 5.
「実施例16~20、比較例7、8」
実施例16~20、比較例7、8は、第1活物質をLiFePO4(表2においてLFPと表記する。)を用いた点が、実施例1~5、比較例1、2と異なる。
実施例16~20及び比較例7,8の放電レート特性を測定した。表2には、比較例7のレート特性を100%とした際の実施例16~20、比較例8のレート特性の割合を示す。すなわち、表2に示す実施例16~20、比較例8のレート特性は、比較例7のレート特性に対する相対値である。
"Examples 16 to 20, Comparative Examples 7 and 8"
Examples 16 to 20 and Comparative Examples 7 and 8 differ from Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 in that LiFePO 4 (referred to as LFP in Table 2) was used as the first active material.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 16 to 20 and Comparative Examples 7 and 8. Table 2 shows the percentages of the rate characteristics of Examples 16 to 20 and Comparative Example 8 when the rate characteristic of Comparative Example 7 is taken as 100%. That is, the rate characteristics of Examples 16 to 20 and Comparative Example 8 shown in Table 2 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 7.
「実施例21~25、比較例9、10」
実施例21~25、比較例9、10は、第1活物質をLiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(表2においてNMC811と表記する。)を用いた点が、実施例1~5、比較例1、2と異なる。
実施例21~25及び比較例9,10の放電レート特性を測定した。表2には、比較例9のレート特性を100%とした際の実施例21~25、比較例10のレート特性の割合を示す。すなわち、表2に示す実施例21~25、比較例10のレート特性は、比較例9のレート特性に対する相対値である。
"Examples 21 to 25, Comparative Examples 9 and 10"
Examples 21 to 25 and Comparative Examples 9 and 10 differ from Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 in that LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 (referred to as NMC811 in Table 2) was used as the first active material.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 21 to 25 and Comparative Examples 9 and 10. Table 2 shows the percentages of the rate characteristics of Examples 21 to 25 and Comparative Example 10 when the rate characteristic of Comparative Example 9 is taken as 100%. That is, the rate characteristics of Examples 21 to 25 and Comparative Example 10 shown in Table 2 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 9.
「実施例26~30、比較例11、12」
実施例26~30、比較例11、12は、第1活物質をLiCoO2(表3ではLCOと表記する。)とし、第2活物質をスピネル構造のLiMn2O4(表3ではLMOと表記する。)とした点が、実施例1~5、比較例1、2と異なる。
実施例26~30及び比較例11,12の放電レート特性を測定した。表3には、比較例11のレート特性を100%とした際の実施例26~30、比較例12のレート特性の割合を示す。すなわち、表3に示す実施例26~30、比較例12のレート特性は、比較例11のレート特性に対する相対値である。
"Examples 26 to 30, Comparative Examples 11 and 12"
Examples 26 to 30 and Comparative Examples 11 and 12 differ from Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 in that the first active material is LiCoO 2 (referred to as LCO in Table 3) and the second active material is LiMn 2 O 4 (referred to as LMO in Table 3) having a spinel structure.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 26 to 30 and Comparative Examples 11 and 12. Table 3 shows the ratios of the rate characteristics of Examples 26 to 30 and Comparative Example 12 when the rate characteristic of Comparative Example 11 is taken as 100%. That is, the rate characteristics of Examples 26 to 30 and Comparative Example 12 shown in Table 3 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 11.
「実施例31~35、比較例13、14」
実施例31~35、比較例13、14は、第2活物質をNMC333とした点が、実施例26~30、比較例11、12と異なる。
実施例31~35及び比較例13,14の放電レート特性を測定した。表3には、比較例13のレート特性を100%とした際の実施例31~35、比較例14のレート特性の割合を示す。すなわち、表3に示す実施例31~35、比較例14のレート特性は、比較例13のレート特性に対する相対値である。
"Examples 31 to 35, Comparative Examples 13 and 14"
Examples 31 to 35 and Comparative Examples 13 and 14 differ from Examples 26 to 30 and Comparative Examples 11 and 12 in that the second active material was NMC333.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 31 to 35 and Comparative Examples 13 and 14. Table 3 shows the ratios of the rate characteristics of Examples 31 to 35 and Comparative Example 14 when the rate characteristic of Comparative Example 13 is taken as 100%. That is, the rate characteristics of Examples 31 to 35 and Comparative Example 14 shown in Table 3 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 13.
「実施例36~40、比較例15、16」
実施例36~40、比較例15、16は、第2活物質をNMC622とした点が、実施例26~30、比較例11、12と異なる。
実施例36~40及び比較例15,16の放電レート特性を測定した。表3には、比較例15のレート特性を100%とした際の実施例36~40、比較例16のレート特性の割合を示す。すなわち、表3に示す実施例36~40、比較例16のレート特性は、比較例15のレート特性に対する相対値である。
"Examples 36 to 40, Comparative Examples 15 and 16"
Examples 36 to 40 and Comparative Examples 15 and 16 differ from Examples 26 to 30 and Comparative Examples 11 and 12 in that the second active material was NMC622.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 36 to 40 and Comparative Examples 15 and 16. Table 3 shows the ratios of the rate characteristics of Examples 36 to 40 and Comparative Example 16 when the rate characteristic of Comparative Example 15 is taken as 100%. That is, the rate characteristics of Examples 36 to 40 and Comparative Example 16 shown in Table 3 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 15.
「実施例41~45、比較例17、18」
実施例41~45、比較例17、18は、第2活物質をLiFePO4(表1ではLFPと表記する。)とした点が、実施例26~30、比較例11、12と異なる。
実施例41~45及び比較例17,18の放電レート特性を測定した。表4には、比較例17のレート特性を100%とした際の実施例41~45、比較例18のレート特性の割合を示す。すなわち、表4に示す実施例41~45、比較例18のレート特性は、比較例17のレート特性に対する相対値である。
"Examples 41 to 45, Comparative Examples 17 and 18"
Examples 41 to 45 and Comparative Examples 17 and 18 differ from Examples 26 to 30 and Comparative Examples 11 and 12 in that the second active material was LiFePO 4 (referred to as LFP in Table 1).
The discharge rate characteristics were measured for Examples 41 to 45 and Comparative Examples 17 and 18. Table 4 shows the ratios of the rate characteristics of Examples 41 to 45 and Comparative Example 18 when the rate characteristic of Comparative Example 17 is taken as 100%. That is, the rate characteristics of Examples 41 to 45 and Comparative Example 18 shown in Table 4 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 17.
「実施例46~50、比較例19、20」
実施例46~50、比較例19、20は、活物質を3種類用いた点が、実施例1~5、比較例1、2と異なる。第1活物質をLCOとし、第2活物質をNMC333とし、第3活物質をNMC622とした。第1活物質の存在比率は、62%に固定し、第2活物質と第3活物質の存在比を変更した。
"Examples 46 to 50, Comparative Examples 19 and 20"
Examples 46 to 50 and Comparative Examples 19 and 20 differ from Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 in that three types of active materials were used. The first active material was LCO, the second active material was NMC333, and the third active material was NMC622. The abundance ratio of the first active material was fixed at 62%, and the abundance ratio of the second active material and the third active material was changed.
比較例19は、第1活物質を62.0%、第2活物質を0.0%、第3活物質を38.0%とした。
実施例46は、第1活物質を62.0%、第2活物質を0.5%、第3活物質を37.5%とした。
実施例47は、第1活物質を62.0%、第2活物質を1.0%、第3活物質を37.0%とした。
実施例48は、第1活物質を62.0%、第2活物質を3.0%、第3活物質を35.0%とした。
実施例49は、第1活物質を62.0%、第2活物質を4.0%、第3活物質を34.0%とした。
実施例50は、第1活物質を62.0%、第2活物質を4.5%、第3活物質を33.5%とした。
比較例20は、第1活物質を62.0%、第2活物質を5.0%、第3活物質を33.0%とした。
実施例46~50及び比較例19,20の放電レート特性を測定した。表4には、比較例19のレート特性を100%とした際の実施例46~50、比較例20のレート特性の割合を示す。すなわち、表4に示す実施例46~50、比較例20のレート特性は、比較例19のレート特性に対する相対値である。
In Comparative Example 19, the first active material was 62.0%, the second active material was 0.0%, and the third active material was 38.0%.
In Example 46, the first active material was 62.0%, the second active material was 0.5%, and the third active material was 37.5%.
In Example 47, the first active material was 62.0%, the second active material was 1.0%, and the third active material was 37.0%.
In Example 48, the first active material was 62.0%, the second active material was 3.0%, and the third active material was 35.0%.
In Example 49, the first active material was 62.0%, the second active material was 4.0%, and the third active material was 34.0%.
In Example 50, the first active material was 62.0%, the second active material was 4.5%, and the third active material was 33.5%.
In Comparative Example 20, the first active material was 62.0%, the second active material was 5.0%, and the third active material was 33.0%.
The discharge rate characteristics were measured for Examples 46 to 50 and Comparative Examples 19 and 20. Table 4 shows the ratios of the rate characteristics of Examples 46 to 50 and Comparative Example 20 when the rate characteristic of Comparative Example 19 is taken as 100%. That is, the rate characteristics of Examples 46 to 50 and Comparative Example 20 shown in Table 4 are relative values to the rate characteristic of Comparative Example 19.
「実施例51~56」
実施例51~53は、第1活物質及び第2活物質の形態を変えた点が実施例3と異なる。
実施例54~56は、第1活物質及び第2活物質の形態を変えた点が実施例8と異なる。
実施例51~56の放電レート特性を測定した。その結果を表5に示す。表5における実施例51~53のレート特性は、比較例1に対する相対値であり、実施例54~56のレート特性は、比較例3に対する相対値である。表5には、比較のため実施例3及び実施例8の結果を示す。
"Examples 51 to 56"
Examples 51 to 53 differ from Example 3 in that the forms of the first and second active materials were changed.
Examples 54 to 56 differ from Example 8 in that the forms of the first and second active materials were changed.
The discharge rate characteristics of Examples 51 to 56 were measured. The results are shown in Table 5. The rate characteristics of Examples 51 to 53 in Table 5 are relative values to Comparative Example 1, and the rate characteristics of Examples 54 to 56 are relative values to Comparative Example 3. Table 5 also shows the results of Examples 3 and 8 for comparison.
「実施例57~70」
実施例57~63は、第1活物質及び第2活物質の粒径の関係を変えた点が実施例3と異なる。
実施例64~70は、第1活物質及び第2活物質の形態を変えた点が実施例8と異なる。
実施例57~70の放電レート特性を測定した。その結果を表6に示す。実施例57~63のレート特性は、比較例1に対する相対値であり、実施例64~70のレート特性は、比較例3に対する相対値である。表6には、比較のため実施例3及び実施例8の結果を示す。
"Examples 57 to 70"
Examples 57 to 63 differ from Example 3 in that the relationship between the particle sizes of the first and second active materials was changed.
Examples 64 to 70 differ from Example 8 in that the forms of the first and second active materials were changed.
The discharge rate characteristics of Examples 57 to 70 were measured. The results are shown in Table 6. The rate characteristics of Examples 57 to 63 are relative values to Comparative Example 1, and the rate characteristics of Examples 64 to 70 are relative values to Comparative Example 3. Table 6 also shows the results of Examples 3 and 8 for comparison.
10 セパレータ
20 正極
22 正極集電体
24 正極活物質層
30 負極
32 負極集電体
34 負極活物質層
40 発電素子
50 外装体
52 金属箔
54 樹脂層
60、62 端子
100 リチウムイオン二次電池
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記活物質は、主成分の第1活物質と、前記第1活物質と組成が異なる副成分の第2活物質とを備え、
前記第1活物質の割合は、前記活物質全体の60%以上100%未満であり、
前記第2活物質の割合は、前記活物質全体の0%より大きく5%未満であり、
前記第1活物質と前記第2活物質との組み合わせは、
前記第1活物質がニッケル-コバルト-マンガンの三元系化合物又はニッケル-コバルト-アルミニウムの三元系化合物で、前記第2活物質がコバルト酸リチウムである、活物質層。 At least an active material and a binder;
The active material includes a first active material as a main component and a second active material as a subcomponent having a composition different from that of the first active material,
A ratio of the first active material is 60% or more and less than 100% of the total active material,
The ratio of the second active material is greater than 0% and less than 5% of the total active material,
The combination of the first active material and the second active material is
The active material layer, wherein the first active material is a nickel-cobalt-manganese ternary compound or a nickel-cobalt-aluminum ternary compound, and the second active material is lithium cobalt oxide.
前記活物質は、主成分の第1活物質と、前記第1活物質と組成が異なる副成分の第2活物質とを備え、
前記第1活物質の割合は、前記活物質全体の60%以上100%未満であり、
前記第2活物質の割合は、前記活物質全体の0%より大きく5%未満であり、
前記第1活物質と前記第2活物質との組み合わせは、
前記第1活物質がニッケル-コバルト-マンガンの三元系化合物又はニッケル-コバルト-アルミニウムの三元系化合物で、前記第2活物質がコバルト酸リチウムである、又は、
前記第1活物質がコバルト酸リチウムであり、前記第2活物質がニッケル-コバルト-マンガンの三元系化合物、ニッケル-コバルト-アルミニウムの三元系化合物、リン酸鉄リチウムからなる群から選択されるいずれかであり、
前記第1活物質は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子であり、
前記第2活物質は、一次粒子である、活物質層。 At least an active material and a binder;
The active material includes a first active material as a main component and a second active material as a subcomponent having a composition different from that of the first active material,
A ratio of the first active material is 60% or more and less than 100% of the total active material,
The ratio of the second active material is greater than 0% and less than 5% of the total active material,
The combination of the first active material and the second active material is
The first active material is a nickel-cobalt-manganese ternary compound or a nickel-cobalt-aluminum ternary compound, and the second active material is lithium cobalt oxide; or
The first active material is lithium cobalt oxide, and the second active material is any one selected from the group consisting of a nickel-cobalt-manganese ternary compound, a nickel-cobalt-aluminum ternary compound, and lithium iron phosphate;
the first active material is a secondary particle formed by agglomeration of a plurality of primary particles,
The active material layer, wherein the second active material is a primary particle.
前記活物質は、主成分の第1活物質と、前記第1活物質と組成が異なる副成分の第2活物質とを備え、
前記第1活物質の割合は、前記活物質全体の60%以上100%未満であり、
前記第2活物質の割合は、前記活物質全体の0%より大きく5%未満であり、
前記第1活物質と前記第2活物質との組み合わせは、
前記第1活物質がニッケル-コバルト-マンガンの三元系化合物又はニッケル-コバルト-アルミニウムの三元系化合物で、前記第2活物質がコバルト酸リチウムである、又は、
前記第1活物質がコバルト酸リチウムであり、前記第2活物質がニッケル-コバルト-マンガンの三元系化合物、ニッケル-コバルト-アルミニウムの三元系化合物、リン酸鉄リチウムからなる群から選択されるいずれかであり、
前記第2活物質の反応電位は、前記第1活物質の反応電位より高い、活物質層。 At least an active material and a binder;
The active material includes a first active material as a main component and a second active material as a subcomponent having a composition different from that of the first active material,
A ratio of the first active material is 60% or more and less than 100% of the total active material,
The ratio of the second active material is greater than 0% and less than 5% of the total active material,
The combination of the first active material and the second active material is
The first active material is a nickel-cobalt-manganese ternary compound or a nickel-cobalt-aluminum ternary compound, and the second active material is lithium cobalt oxide; or
The first active material is lithium cobalt oxide, and the second active material is any one selected from the group consisting of a nickel-cobalt-manganese ternary compound, a nickel-cobalt-aluminum ternary compound, and lithium iron phosphate;
The reaction potential of the second active material is higher than the reaction potential of the first active material.
aは0.8≦a≦1.2、yは0≦y<0.5を満たし、
MはNi、Mn、Fe、Mg、Zr、Al、Ti、Zn、Cu、Ca、Naのうちの少なくとも1種である、請求項1~4のいずれか一項に記載の活物質層。 The second active material is represented by Li a Co 1-y M y O 2 ... (1),
a satisfies 0.8≦a≦1.2 and y satisfies 0≦y<0.5,
The active material layer according to any one of claims 1 to 4, wherein M is at least one of Ni, Mn, Fe, Mg, Zr, Al, Ti, Zn, Cu, Ca, and Na.
前記集電体の少なくとも一面に積層された請求項1~5のいずれか一項に記載の活物質層と、を備える、電極。 A current collector;
An electrode comprising: the active material layer according to any one of claims 1 to 5 laminated on at least one surface of the current collector.
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