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JP2008300099A - Lithium secondary battery - Google Patents

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JP2008300099A
JP2008300099A JP2007142936A JP2007142936A JP2008300099A JP 2008300099 A JP2008300099 A JP 2008300099A JP 2007142936 A JP2007142936 A JP 2007142936A JP 2007142936 A JP2007142936 A JP 2007142936A JP 2008300099 A JP2008300099 A JP 2008300099A
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JP
Japan
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metal oxide
positive electrode
negative electrode
mesoporous
separator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007142936A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromoto Awano
宏基 粟野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】本発明は、内部抵抗を低減させ、高出力化したリチウム二次電池を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】本発明は、正極集電体と、上記正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層と、負極集電体と、上記負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層と、上記正極層および上記負極層の間に配置されたセパレータと、上記正極層、上記負極層、および上記セパレータに充填されたリチウム塩を含有する電解質と、を有するリチウム二次電池であって、上記セパレータ中に、メソポーラスシリカよりも酸性度の高いメソポーラス金属酸化物を有することを特徴とするリチウム二次電池を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図1
A main object of the present invention is to provide a lithium secondary battery with reduced internal resistance and higher output.
The present invention provides a positive electrode current collector, a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector, containing a positive electrode active material, a negative electrode current collector, and the negative electrode current collector. A negative electrode layer containing a negative electrode active material; a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer; and an electrolyte containing a lithium salt filled in the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the separator. The above-described problems are solved by providing a lithium secondary battery having a mesoporous metal oxide having higher acidity than mesoporous silica in the separator.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、内部抵抗を低減させ、高出力化したリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery with reduced internal resistance and higher output.

パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、これらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であるという理由から、リチウム二次電池が実用化され広く普及するにいたっている。また一方、自動車の分野においても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急がれており、この電気自動車用の電源としても、リチウム二次電池が検討されている。特に、電気自動車用電源としてリチウム二次電池を用いて実用化を図る場合、現状のリチウム二次電池では出力が低いため、リチウム二次電池の高出力化が必要とされている。   With the miniaturization of personal computers, video cameras, mobile phones, etc., in the fields of information-related equipment and communication equipment, lithium secondary batteries have been put into practical use because of their high energy density as the power source used for these equipment. It is becoming popular. On the other hand, in the field of automobiles, the development of electric vehicles has been urgently caused by environmental problems and resource problems, and lithium secondary batteries have been studied as power sources for electric vehicles. In particular, when a lithium secondary battery is used as a power source for an electric vehicle, the output of the current lithium secondary battery is low. Therefore, it is necessary to increase the output of the lithium secondary battery.

例えば、特許文献1においては、ナノサイズの細孔を有するメソポーラスシリカを正極、負極、およびセパレータのいずれかの部位に添加することで、細孔内に含有された電解質の凝固点降下がおこり、低温特性が向上することが開示されている。しかしながら、酸処理していないメソポーラスシリカを用いているため、メソポーラスシリカの酸性度が小さく、酸性度向上によりリチウムイオンの伝導性が向上する現象を利用することができず、電池内部抵抗を充分に低減することは困難であった。   For example, in Patent Document 1, by adding mesoporous silica having nano-sized pores to any part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the freezing point of the electrolyte contained in the pores decreases, It is disclosed that the characteristics are improved. However, since acid-treated mesoporous silica is used, the acidity of mesoporous silica is small, and the phenomenon that the conductivity of lithium ions is improved by improving the acidity cannot be used. It was difficult to reduce.

また、特許文献2においては、表面が電解液中でマイナスまたはプラスのどちらかに帯電していることを特徴とするセパレータが開示されている。これは、セパレータ表面に表面電位を持たせることにより、セパレータ近傍の電解液の電離を大きくし、リチウムイオン伝導性を向上させるものである。また、高い表面電位を有するセパレータを得る方法としては、具体的には、無機酸化物微粒子をセパレータにコーティングする方法が開示されている。しかしながら、このような無機酸化物微粒子を添加しても、充分にリチウムイオン伝導性を向上させることはできず、電池内部抵抗を低減することは困難であった。   Patent Document 2 discloses a separator characterized in that the surface is charged either negatively or positively in an electrolytic solution. This increases the ionization of the electrolyte solution in the vicinity of the separator and improves the lithium ion conductivity by giving the separator surface a surface potential. Further, as a method for obtaining a separator having a high surface potential, specifically, a method for coating the separator with inorganic oxide fine particles is disclosed. However, even when such inorganic oxide fine particles are added, the lithium ion conductivity cannot be sufficiently improved, and it is difficult to reduce the internal resistance of the battery.

特開2005−243342公報JP 2005-243342 A 特開平11−339754公報JP 11-339754 A 特開2001−250529公報JP 2001-250529 A 特開平2005−320184公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-320184 特開2006−98284公報JP 2006-98284 A

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、内部抵抗を低減させ、高出力化したリチウム二次電池を提供することを主目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a lithium secondary battery with reduced internal resistance and higher output.

上記目的を達成するために、本発明においては、正極集電体と、上記正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層と、負極集電体と、上記負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層と、上記正極層および上記負極層の間に配置されたセパレータと、上記正極層、上記負極層、および上記セパレータに充填されたリチウム塩を含有する電解質と、を有するリチウム二次電池であって、
上記セパレータ中に、メソポーラスシリカよりも酸性度の高いメソポーラス金属酸化物を有することを特徴とするリチウム二次電池を提供する。
In order to achieve the above object, in the present invention, a positive electrode current collector, a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material, a negative electrode current collector, and the negative electrode current collector A negative electrode layer formed thereon and containing a negative electrode active material, a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the positive electrode layer, the negative electrode layer, and a lithium salt filled in the separator A lithium secondary battery comprising:
Provided is a lithium secondary battery characterized in that the separator has a mesoporous metal oxide having higher acidity than mesoporous silica.

本発明によれば、メソポーラスシリカよりも表面酸性度の高い、メソポーラス金属酸化物を用いることにより、リチウムイオンの伝導性をより向上させることができ、リチウム二次電池の内部抵抗を充分低減して、高出力化できる。また、メソポーラス化されたメソポーラス金属酸化物を用いることにより、電解質との接触面積が大きくなるため、より効果的にリチウム二次電池の内部抵抗の低減、高出力化を図ることができる。   According to the present invention, by using a mesoporous metal oxide having a surface acidity higher than that of mesoporous silica, the lithium ion conductivity can be further improved, and the internal resistance of the lithium secondary battery is sufficiently reduced. High output can be achieved. Further, by using the mesoporous metal oxide that has been made mesoporous, the contact area with the electrolyte is increased, so that the internal resistance of the lithium secondary battery can be more effectively reduced and the output can be increased.

上記発明においては、上記メソポーラス金属酸化物が、酸化タングステンであることが好ましい。表面酸性度が高く、リチウムイオン伝導性に優れているからである。   In the above invention, the mesoporous metal oxide is preferably tungsten oxide. This is because the surface acidity is high and the lithium ion conductivity is excellent.

上記発明においては、上記メソポーラス金属酸化物に、上記メソポーラス金属酸化物よりも酸性度の高い、リチウムイオン伝導性基を担持させることが好ましい。表面酸性度をより向上させることができ、より効果的にリチウム二次電池の内部抵抗の低減、高出力化を図ることができるからである。   In the said invention, it is preferable to make the said mesoporous metal oxide carry | support the lithium ion conductive group with higher acidity than the said mesoporous metal oxide. This is because the surface acidity can be further improved, and the internal resistance of the lithium secondary battery can be reduced and the output can be increased more effectively.

上記発明においては、上記リチウムイオン伝導性基が、スルホン酸基(−SOH)であることが好ましい。表面酸性度か高く、リチウムイオン伝導性に優れているからである。 In the above invention, the lithium ion-conducting group is preferably a sulfonic acid group (-SO 3 H). This is because the surface acidity is high and the lithium ion conductivity is excellent.

本発明においては、内部抵抗を低減させ、高出力化したリチウム二次電池を得ることができるという効果を奏する。   In the present invention, there is an effect that it is possible to obtain a lithium secondary battery with reduced internal resistance and higher output.

本発明のリチウム二次電池について、以下詳細に説明する。
本発明のリチウム二次電池は、正極集電体と、上記正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層と、負極集電体と、上記負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層と、上記正極層および上記負極層の間に配置されたセパレータと、上記正極層、上記負極層、および上記セパレータに充填されたリチウム塩を含有する電解質と、を有するリチウム二次電池であって、上記セパレータ中に、メソポーラスシリカよりも酸性度の高いメソポーラス金属酸化物(以下、単にメソポーラス金属酸化物と称する場合がある。)を有することを特徴とするものである。
The lithium secondary battery of the present invention will be described in detail below.
The lithium secondary battery of the present invention is formed on the positive electrode current collector, the positive electrode current collector, the positive electrode layer containing the positive electrode active material, the negative electrode current collector, and the negative electrode current collector. A negative electrode layer containing a negative electrode active material, a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, an electrolyte containing a lithium salt filled in the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the separator; A lithium secondary battery having a mesoporous metal oxide having a higher acidity than mesoporous silica (hereinafter sometimes simply referred to as a mesoporous metal oxide) in the separator. It is.

本発明によれば、セパレータ中に、上記メソポーラスシリカよりも酸性度の高いメソポーラス金属酸化物を有することにより、リチウムイオンの伝導性をより向上させることができ、リチウム二次電池の内部抵抗を充分低減して、高出力化できる。また、メソポーラス化されたメソポーラス金属酸化物を用いることにより、電解質中に存在するリチウムイオンとの接触面積を大きくし、リチウムイオン伝導性を効率よく向上させることができ、リチウム二次電池の内部抵抗の低減、高出力化を図ることができるのである。   According to the present invention, the separator has the mesoporous metal oxide having a higher acidity than the mesoporous silica, whereby the lithium ion conductivity can be further improved, and the internal resistance of the lithium secondary battery can be sufficiently increased. Reduced output can be increased. In addition, by using a mesoporous metal oxide that has been made mesoporous, it is possible to increase the contact area with the lithium ions present in the electrolyte, and to improve the lithium ion conductivity efficiently, thereby improving the internal resistance of the lithium secondary battery. Reduction and higher output can be achieved.

図1は、本発明のリチウム二次電池の一例を示す概略断面図である。図1に示されるリチウム二次電池は、正極集電体1と、正極活物質2を含有する正極層3と、負極集電体4と、負極活物質5を含有する負極層6と、正極層3および負極層6の間に配置されたセパレータ7と、正極層、負極層、およびセパレータに充填されたリチウム塩を含有する電解質(図示せず)とを有し、さらに、セパレータ7が、メソポーラス金属酸化物8を含有するものである。
以下、本発明のリチウム二次電池について、構成ごとに説明する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lithium secondary battery of the present invention. A lithium secondary battery shown in FIG. 1 includes a positive electrode current collector 1, a positive electrode layer 3 containing a positive electrode active material 2, a negative electrode current collector 4, a negative electrode layer 6 containing a negative electrode active material 5, and a positive electrode A separator 7 disposed between the layer 3 and the negative electrode layer 6; and a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte (not shown) containing a lithium salt filled in the separator. It contains mesoporous metal oxide 8.
Hereinafter, the lithium secondary battery of this invention is demonstrated for every structure.

1.メソポーラス金属酸化物
まず、本発明に用いられるメソポーラス金属酸化物について説明する。本発明に用いられるメソポーラス金属酸化物は、セパレータ中に充填され、メソポーラスシリカよりも酸性度が高いことを特徴とするものである。
1. Mesoporous Metal Oxide First, the mesoporous metal oxide used in the present invention will be described. The mesoporous metal oxide used in the present invention is filled in a separator and has a higher acidity than mesoporous silica.

上記メソポーラス金属酸化物は、セパレータ中に充填され、メソポーラスシリカよりも酸性度が高いことにより、リチウムイオンの伝導性を、より向上させることができる。さらに、メソポーラス化されたメソポーラス金属酸化物を用いることにより、電解質中に存在するリチウムイオンとの接触面積を大きくし、リチウムイオン伝導性を効率よく向上させることができる。   The mesoporous metal oxide is filled in a separator and has higher acidity than mesoporous silica, whereby the lithium ion conductivity can be further improved. Furthermore, by using a mesoporous metal oxide that has been made mesoporous, the contact area with lithium ions present in the electrolyte can be increased, and lithium ion conductivity can be improved efficiently.

上記メソポーラス金属酸化物の表面酸性度としては、メソポーラスシリカよりも酸性度が高く、所望の酸性度が得られるものであれば特に限定されるものではないが、PZC値が、例えば2.2以下、中でも2.0以下、特に1.0以下であることが好ましい。なお、表面酸性度の測定は、ゼータ電位の測定により等電点(PZC)を求めることにより行う。   The surface acidity of the mesoporous metal oxide is not particularly limited as long as the acidity is higher than that of mesoporous silica and a desired acidity can be obtained, but the PZC value is, for example, 2.2 or less. Of these, 2.0 or less, particularly 1.0 or less is preferable. The surface acidity is measured by determining the isoelectric point (PZC) by measuring the zeta potential.

本発明においては、メソポーラス化された金属酸化物(メソポーラス金属酸化物)を用いることにより、その多孔質表面において、リチウムイオンを効果的に伝導させることができる。上記メソポーラス金属酸化物の細孔の径としては、特に限定されるものではないが、例えば2nm〜10nmの範囲内であることが好ましい。
また、上記メソポーラス金属酸化物の比表面積としては、例えば50m/g以上であることが好ましい。なお、このような比表面積は、吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として算出することができる。
In the present invention, by using a mesoporous metal oxide (mesoporous metal oxide), lithium ions can be effectively conducted on the porous surface. The diameter of the pores of the mesoporous metal oxide is not particularly limited, but is preferably in the range of 2 nm to 10 nm, for example.
The specific surface area of the mesoporous metal oxide is preferably, for example, 50 m 2 / g or more. Such a specific surface area can be calculated as a BET specific surface area from an adsorption isotherm using a BET isotherm adsorption formula.

上記メソポーラス金属酸化物の形状としては、特に限定されるものではないが、例えば球状、楕円球等を挙げることができる。上記メソポーラス金属酸化物の平均粒径としては、例えば0.01μm〜20μmの範囲内、特に0.01μm〜3μmの範囲内であることが好ましい。メソポーラス金属酸化物の平均粒径が上記範囲より小さいと、メソポーラス金属酸化物粒子が細かくなり過ぎてハンドリング性が極端に低下する傾向にあり、他方、上記範囲より大きいと、電解質イオンの移動距離が長くなるため電池の性能が低下する傾向にあるからである。   The shape of the mesoporous metal oxide is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape and an elliptical sphere. The average particle size of the mesoporous metal oxide is preferably in the range of 0.01 μm to 20 μm, particularly preferably in the range of 0.01 μm to 3 μm. If the average particle size of the mesoporous metal oxide is smaller than the above range, the mesoporous metal oxide particles tend to be too fine and the handling property tends to be extremely reduced. This is because the battery performance tends to decrease due to the increase in length.

上記メソポーラス金属酸化物は、メソポーラスシリカよりも酸性度が高く、リチウムイオン伝導性をより向上させるものであれば特に限定されるものではないが、具体的には、遷移金属酸化物を上げることができる。上記遷移金属酸化物としては、例えば酸化タングステン(IV)(化学式:WO)、酸化タングステン(V)(化学式:W)および酸化タングステン(VI)(化学式:WO)等の酸化タングステン;二酸化ジルコニウム(化学式:ZrO)等の酸化ジルコニウム等を挙げることができる。中でも、本発明においては、上記メソポーラス金属酸化物が、メソポーラス酸化タングステン(WO)であることが好ましい。表面酸性度が高く、リチウムイオン伝導性に優れているからである。上記メソポーラス金属酸化物は、価数が異なり、同一の金属元素を有する複数の金属酸化物の混合物であっても良く、異なる金属酸化物の混合物であっても良い。また、本発明に用いられるメソポーラス金属酸化物は、通常、粉末状である。 The mesoporous metal oxide is not particularly limited as long as it has higher acidity than mesoporous silica and improves lithium ion conductivity. Specifically, the transition metal oxide may be increased. it can. Examples of the transition metal oxide include tungsten oxides such as tungsten oxide (IV) (chemical formula: WO 2 ), tungsten oxide (V) (chemical formula: W 2 O 5 ), and tungsten oxide (VI) (chemical formula: WO 3 ). And zirconium oxide such as zirconium dioxide (chemical formula: ZrO 2 ). Among these, in the present invention, the mesoporous metal oxide is preferably mesoporous tungsten oxide (WO 3 ). This is because the surface acidity is high and the lithium ion conductivity is excellent. The mesoporous metal oxide may have a different valence and may be a mixture of a plurality of metal oxides having the same metal element or a mixture of different metal oxides. Further, the mesoporous metal oxide used in the present invention is usually in a powder form.

本発明においては、上記メソポーラス金属酸化物に、上記メソポーラス金属酸化物よりも酸性度の高い、リチウムイオン伝導性基を担持させることが好ましい。図2は、本発明に用いられる上記メソポーラス金属酸化物に、上記リチウムイオン伝導性基を担持させたものの一例を示す説明図である。図2においては、メソポーラス酸化タングステンが、メソポーラス酸化タングステンよりも酸性度の高いリチウムイオン伝導性基であるスルホン酸基(−SOH)を担持している。
上記リチウムイオン伝導性基を担持させることにより、表面酸性度をより向上させることができ、より効果的にリチウム二次電池の内部抵抗の低減、高出力化を図ることができる。
In the present invention, the mesoporous metal oxide is preferably supported with a lithium ion conductive group having higher acidity than the mesoporous metal oxide. FIG. 2 is an explanatory view showing an example of the mesoporous metal oxide used in the present invention having the lithium ion conductive group supported thereon. In FIG. 2, mesoporous tungsten oxide carries a sulfonic acid group (—SO 3 H) which is a lithium ion conductive group having higher acidity than mesoporous tungsten oxide.
By supporting the lithium ion conductive group, the surface acidity can be further improved, and the internal resistance of the lithium secondary battery can be more effectively reduced and the output can be increased.

リチウムイオン伝導性基がリチウムイオン伝導性を向上させる理由は、明確には解明されていないが、スルホン酸基等のプロトン供与能力を持つブレンステッド酸が多数存在することにより、例えば水系溶媒下で水分子やスルホン酸基を介してGrotthus機構によりプロトンがホッピング伝導するのと同様の現象が、電解質に用いられる非水溶媒とリチウムイオン伝導性基との近傍において起こっていると推測される。   The reason why the lithium ion conductive group improves the lithium ion conductivity has not been clearly clarified, but the presence of a large number of Bronsted acids having proton donating ability such as sulfonic acid groups, for example, in an aqueous solvent. It is presumed that the same phenomenon as proton hopping conduction by the Grottus mechanism via water molecules and sulfonic acid groups occurs in the vicinity of the non-aqueous solvent used for the electrolyte and the lithium ion conductive group.

本発明において、リチウムイオン伝導性基は、上記メソポーラス金属酸化物よりも高い酸性度を有する。この酸性度の差としては、特に限定されるものではないが、PZC値が、例えば、0.1以上、中でも0.5以上、特に1.0以上であることが好ましい。本発明において、リチウムイオン伝導性基、メソポーラス金属酸化物の酸性度を決定する方法としては、ゼータ電位の測定により等電点(PZC)を求めることにより決定する方法、また、下記文献(1)、(2)に記載される方法により決定する方法等を挙げることができる。
文献(1):講談社、超強酸・超強塩基、p4−7
文献(2):産業図書、酸塩基触媒、p159−177
In the present invention, the lithium ion conductive group has higher acidity than the mesoporous metal oxide. The acidity difference is not particularly limited, but the PZC value is, for example, preferably 0.1 or more, particularly 0.5 or more, particularly 1.0 or more. In the present invention, the acidity of the lithium ion conductive group and the mesoporous metal oxide is determined by determining the isoelectric point (PZC) by measuring the zeta potential, and the following document (1): And a method of determining by the method described in (2).
Reference (1): Kodansha, super strong acid / super strong base, p4-7
Reference (2): Industrial books, acid-base catalysts, p159-177

上記リチウムイオン伝導性基としては、上述したメソポーラス金属酸化物よりも高い酸性度を有するものであれば特に限定されるものではないが、具体的には、スルホン酸基(−SOH)、カルボン酸基(−COOH)および水酸基(−OH)等を挙げることができ、中でもスルホン酸基およびカルボン酸基、特にスルホン酸基が好ましい。酸性度が高く、リチウムイオン伝導性に優れているからである。 The lithium ion conductive group is not particularly limited as long as it has higher acidity than the above-described mesoporous metal oxide. Specifically, a sulfonic acid group (—SO 3 H), Examples thereof include a carboxylic acid group (—COOH) and a hydroxyl group (—OH). Among them, a sulfonic acid group and a carboxylic acid group, particularly a sulfonic acid group are preferable. This is because the acidity is high and the lithium ion conductivity is excellent.

上記メソポーラス金属酸化物に担持させる上記リチウムイオン伝導性基の担持量としては、リチウムイオン伝導性をより向上できれば特に限定されるものではないが、例えば上記スルホン酸基を担持させた場合、スルホン酸基の硫黄Sモルと、担体であるメソポーラス金属酸化物を構成する金属元素Mモルとのモル比S/Mが具体的には0.001以上、中でも0.005〜0.3の範囲内、特に0.01〜0.1の範囲内であることが好ましい。   The amount of the lithium ion conductive group supported on the mesoporous metal oxide is not particularly limited as long as lithium ion conductivity can be further improved. For example, when the sulfonic acid group is supported, sulfonic acid Specifically, the molar ratio S / M between the sulfur S mol of the group and the metal element M mol composing the mesoporous metal oxide as the carrier is 0.001 or more, particularly within the range of 0.005 to 0.3 In particular, it is preferably within the range of 0.01 to 0.1.

上記リチウムイオン伝導性基を担持したメソポーラス金属酸化物のイオン交換容量としては、特に限定されるものではない。また、本発明に用いられるリチウムイオン伝導性基を担持したメソポーラス金属酸化物は、通常、粉末状である。   The ion exchange capacity of the mesoporous metal oxide carrying the lithium ion conductive group is not particularly limited. Further, the mesoporous metal oxide carrying a lithium ion conductive group used in the present invention is usually in a powder form.

本発明に用いられる上記メソポーラス金属酸化物の製造方法としては、上述したメソポーラス金属酸化物を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、メソポーラス酸化タングステン(WO)を得る場合には、HWO粉末を超純水に入れ、過酸化水素を加え、所定の温度で、攪拌した後、減圧蒸発して粉末を得た後に、この粉末をエタノールと水の混合溶液に溶解させた後、界面活性剤を加え、有機・有機メゾストラクチャを有する溶液を得る。その後、熱処理して得る方法等を挙げることができる。より具体的には、特開2006−98284号公報に記載された方法を用いることができる。
また、メソポーラス金属酸化物に、リチウムイオン伝導性基を担持させる方法としては、上述したリチウムイオン伝導性基を担持したメソポーラス金属酸化物を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、硫酸を担持するメソポーラス酸化タングステン(WO)を得る場合には、硫酸水溶液に粉末状のメソポーラス酸化タングステンを添加して、攪拌してスラリーとした後、乾燥させ粉末を得る。この粉末をさらに焼成する方法等を挙げることができる。
The method for producing the mesoporous metal oxide used in the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above-described mesoporous metal oxide. For example, when obtaining mesoporous tungsten oxide (WO 3 ), H 2 WO 4 powder is put in ultrapure water, hydrogen peroxide is added, stirred at a predetermined temperature, and evaporated under reduced pressure to obtain powder. Later, this powder is dissolved in a mixed solution of ethanol and water, and then a surfactant is added to obtain a solution having an organic / organic mesostructure. Thereafter, a method obtained by heat treatment and the like can be mentioned. More specifically, the method described in JP 2006-98284 A can be used.
Further, the method for supporting the lithium ion conductive group on the mesoporous metal oxide is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above-described mesoporous metal oxide supporting the lithium ion conductive group. . For example, when obtaining mesoporous tungsten oxide (WO 3 ) carrying sulfuric acid, powdered mesoporous tungsten oxide is added to an aqueous sulfuric acid solution, stirred to form a slurry, and then dried to obtain a powder. A method of further firing this powder can be exemplified.

2.セパレータ
次に、本発明に用いられるセパレータについて説明する。本発明に用いられるセパレータは、正極層および負極層の間に配置され、電解質を保持する機能を有し、後述する電解質と、上述したメソポーラス金属酸化物とが充填されたものである。
2. Next, the separator used in the present invention will be described. The separator used for this invention is arrange | positioned between a positive electrode layer and a negative electrode layer, has a function which hold | maintains electrolyte, and is filled with the electrolyte mentioned later and the mesoporous metal oxide mentioned above.

本発明において、セパレータにメソポーラス金属酸化物を充填する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、メソポーラス金属酸化物とバインダ樹脂とを用いてセパレータを形成する方法、および結着材を用いてセパレータ基材の多孔質表面にメソポーラス金属酸化物を固定する方法等を挙げることができる。   In the present invention, the method of filling the separator with the mesoporous metal oxide is not particularly limited. For example, a method of forming a separator using a mesoporous metal oxide and a binder resin, and a binder are used. And a method for fixing the mesoporous metal oxide on the porous surface of the separator substrate.

メソポーラス金属酸化物とバインダ樹脂とを用いてセパレータを形成する方法においては、通常、メソポーラス金属酸化物をバインダ樹脂で固定化しセパレータとすることにより、メソポーラス金属酸化物を充填する。これにより、メソポーラス金属酸化物と、バインダ樹脂と、から構成されるセパレータが得られる。   In a method of forming a separator using a mesoporous metal oxide and a binder resin, the mesoporous metal oxide is usually filled by fixing the mesoporous metal oxide with a binder resin to form a separator. Thereby, the separator comprised from a mesoporous metal oxide and binder resin is obtained.

上記メソポーラス金属酸化物については、「1.メソポーラス金属酸化物」に記載したものと同様であるので、ここでの記載は省略する。
上記バインダ樹脂としては、メソポーラス金属酸化物を固定化することができるものであれば特に限定されるものではないが、具体的には、セパレータを形成するために用いられる樹脂、および結着材として用いられる樹脂等を挙げることができる。
The mesoporous metal oxide is the same as that described in “1. Mesoporous metal oxide”, and is not described here.
The binder resin is not particularly limited as long as it can fix the mesoporous metal oxide. Specifically, as the binder resin and the binder, The resin etc. which are used can be mentioned.

上記セパレータを形成するために用いられる樹脂としては、一般的なリチウム二次電池に用いられるものと同様のものを用いることができ、特に限定されるものではない。例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロースおよびポリアミド等の樹脂を挙げることができる。中でも本発明においては、上記樹脂が、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)等のオレフィン系樹脂であることが好ましい。このような樹脂を用いた場合は、例えば、上述したメソポーラス金属酸化物およびバインダ樹脂を混錬、加熱溶融等して、押し出し成形することによりセパレータを得ることができる。   The resin used for forming the separator can be the same as that used for a general lithium secondary battery, and is not particularly limited. Examples thereof include resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, and polyamide. Especially in this invention, it is preferable that the said resin is olefin resin, such as polyethylene (PE) and a polypropylene (PP). When such a resin is used, for example, the above-described mesoporous metal oxide and binder resin can be kneaded, heated and melted, and then extruded to obtain a separator.

また、このようなセパレータを形成するために用いられる樹脂を用いた場合の、得られたセパレータに含まれるメソポーラス金属酸化物の含有率としては、リチウムイオンの伝導性を向上させ、所望の内部抵抗を充分低減して高出力化させたリチウム二次電池を得ることができれば特に限定されるものではない。例えば30質量%〜90質量%の範囲内、中でも40質量%〜80質量%の範囲内、特に50質量%〜80質量%の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、リチウムイオンの伝導性を向上させ、所望の高出力化させたリチウム二次電池を得ることができ、さらに、折り曲げるなど、上記セパレータの可とう性を保持することができるからである。なお、得られたセパレータは、無延伸膜、一軸延伸膜および二軸延伸膜のいずれであっても良い。   In addition, when the resin used to form such a separator is used, the content of the mesoporous metal oxide contained in the obtained separator is improved in lithium ion conductivity and desired internal resistance. There is no particular limitation as long as a lithium secondary battery having a sufficiently high level of output and a high output can be obtained. For example, it is preferably in the range of 30% by mass to 90% by mass, particularly in the range of 40% by mass to 80% by mass, and particularly in the range of 50% by mass to 80% by mass. Within the above range, lithium ion conductivity can be improved, a desired high output lithium secondary battery can be obtained, and the flexibility of the separator such as bending can be maintained. Because. The obtained separator may be any of a non-stretched film, a uniaxially stretched film, and a biaxially stretched film.

一方、上記結着材として用いられる樹脂としては、一般的なリチウム二次電池に用いられるものであれば特に限定されるものではないが、具体的には、ポリビニリデンフロライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)等のフッ素系樹脂等を挙げることができる。中でも本発明においては、ポリビニリデンフロライド(PVDF)およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が好ましい。このような樹脂を用いた場合は、例えばメソポーラス金属酸化物と、バインダ樹脂と、溶媒とを含む溶液を用意し、その溶液を負極層上または正極層上に塗布し、乾燥させることにより、セパレータを得ることができる。   On the other hand, the resin used as the binder is not particularly limited as long as it is used for a general lithium secondary battery. Specifically, polyvinylidene fluoride (PVDF), poly Examples thereof include fluorine resins such as tetrafluoroethylene (PTFE) and ethylenetetrafluoroethylene (ETFE). Among them, in the present invention, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. When such a resin is used, for example, a separator containing a mesoporous metal oxide, a binder resin, and a solvent is prepared, and the solution is applied to the negative electrode layer or the positive electrode layer and dried. Can be obtained.

また、このような結着材として用いられる樹脂を用いた場合の、上記結着材と上記メソポーラス金属酸化物との重量比としては、リチウムイオンの伝導性を向上させ、所望の、内部抵抗を充分低減して高出力化させたリチウム二次電池を得ることができれば特に限定されるものではない。具体的には、結着材100重量部に対して、メソポーラス金属酸化物が例えば300重量部〜3000重量部の範囲内、中でも500重量部〜2500重量部の範囲内、特に1000重量部〜2000重量部の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、リチウムイオンの伝導性を向上させ、所望の高出力化させたリチウム二次電池を得ることができる。   Further, when the resin used as such a binder is used, the weight ratio of the binder to the mesoporous metal oxide is such that the lithium ion conductivity is improved and the desired internal resistance is reduced. There is no particular limitation as long as a lithium secondary battery that is sufficiently reduced and has a high output can be obtained. Specifically, the mesoporous metal oxide is, for example, in the range of 300 parts by weight to 3000 parts by weight, particularly in the range of 500 parts by weight to 2500 parts by weight, in particular, 1000 parts by weight to 2000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder. It is preferably within the range of parts by weight. If it is in the said range, the lithium secondary battery which improved the electroconductivity of lithium ion and made desired high output can be obtained.

また、結着材を用いてセパレータ基材の多孔質表面にメソポーラス金属酸化物を固定する方法においては、通常メソポーラス金属酸化物および結着材を含有する溶液を、セパレータ基材に塗布することにより、メソポーラス金属酸化物を充填する。これにより、セパレータ基材と、上記セパレータ基材の多孔質表面上に担持されたメソポーラス金属酸化物と、を有するセパレータを得ることができる。上記メソポーラス金属酸化物については、「1.メソポーラス金属酸化物」に記載したものと同様であるので、ここでの記載は省略する。また、上記結着材については、上述した結着材の材料と同様のものを挙げることができる。   In the method of fixing the mesoporous metal oxide to the porous surface of the separator substrate using the binder, the solution containing the mesoporous metal oxide and the binder is usually applied to the separator substrate. And mesoporous metal oxide. Thereby, the separator which has a separator base material and the mesoporous metal oxide carry | supported on the porous surface of the said separator base material can be obtained. The mesoporous metal oxide is the same as that described in “1. Mesoporous metal oxide”, and is not described here. Moreover, about the said binder, the thing similar to the material of the binder mentioned above can be mentioned.

上記セパレータ基材としては、一般的なリチウム二次電池に用いられているセパレータ基材と同様のものを用いることができ、特に限定されるものではなく、上述したセパレータを形成するために用いられる樹脂と同様のものを用いることができる。中でもポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。また、上記セパレータ基材は、単層構造であっても良く、複層構造であっても良い。複層構造のセパレータ基材としては、例えばPE/PPの2層構造のセパレータ基材、PP/PE/PPの3層構造のセパレータ基材等を挙げることができる。さらに、本発明においては、上記セパレータ基材が、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等であっても良い。   As said separator base material, the thing similar to the separator base material used for the general lithium secondary battery can be used, It does not specifically limit, It is used in order to form the separator mentioned above. The same resin can be used. Of these, polyethylene and polypropylene are preferred. The separator substrate may have a single layer structure or a multilayer structure. Examples of the separator base material having a multilayer structure include a separator base material having a two-layer structure of PE / PP and a separator base material having a three-layer structure of PP / PE / PP. Furthermore, in the present invention, the separator substrate may be a nonwoven fabric such as a resin nonwoven fabric or a glass fiber nonwoven fabric.

上記セパレータ基材に、メソポーラス金属酸化物を含有するペーストを塗布する方法としては、例えば、スプレー法、ディスペンス法、浸漬法、ブレードコート法等を挙げることができる。   Examples of a method for applying a paste containing a mesoporous metal oxide to the separator substrate include a spray method, a dispense method, a dipping method, and a blade coating method.

また、本発明においては、上記セパレータ中に、メソポーラス金属酸化物と共に、メソポーラスシリカを所望の量、混合しても良い。   In the present invention, a desired amount of mesoporous silica may be mixed with the mesoporous metal oxide in the separator.

また、本発明においては、上述したように、通常、メソポーラス金属酸化物を上記樹脂等と混合して、可とう制を持たせるものであるが、上記樹脂等を使わず、上記メソポーラス金属酸化物のみを用いて、セパレータを形成しても良い。例えば、上記メソポーラス金属酸化物の粉末をプレス成形したもの等を挙げることができる。   In the present invention, as described above, usually, the mesoporous metal oxide is mixed with the resin or the like to give flexibility, but the mesoporous metal oxide is not used without using the resin or the like. A separator may be formed by using only. For example, a product obtained by press-molding the mesoporous metal oxide powder may be used.

3.正極層および負極層
次に、本発明に用いられる正極層および負極層について説明する。
本発明に用いられる正極層は、少なくとも正極活物質と、後述する電解質とを含有するものである。
上記正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、LiCoO、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiFePO等を挙げることができ、中でもLiCoOが好ましい。
3. Next, the positive electrode layer and the negative electrode layer used in the present invention will be described.
The positive electrode layer used in the present invention contains at least a positive electrode active material and an electrolyte described later.
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium ions. Examples thereof include LiCoO 2 , LiCoO 4 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiFePO 4. Among these, LiCoO 2 is preferable.

上記正極層は、通常、導電化材および結着材を含有する。上記導電化材としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック等を挙げることができる。上記結着材については、上記「2.セパレータ」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   The positive electrode layer usually contains a conductive material and a binder. Examples of the conductive material include carbon black and acetylene black. Since the binder is the same as that described in “2. Separator”, description thereof is omitted here.

一方、本発明に用いられる負極層は、少なくとも負極活物質と、後述する電解質とを含有するものである。
上記負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、およびグラファイト等の炭素系材料を挙げることができる。中でもグラファイトが好ましい。
On the other hand, the negative electrode layer used in the present invention contains at least a negative electrode active material and an electrolyte described later.
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium ions. For example, metal lithium, lithium alloy, metal oxide, metal sulfide, metal nitride, and graphite And carbon-based materials such as Of these, graphite is preferable.

上記負極層は、必要に応じて、導電化材および結着材を含有していても良い。導電化材および結着材については、上記正極層と同様のものを用いることができる。   The negative electrode layer may contain a conductive material and a binder as necessary. As the conductive material and the binder, the same materials as those for the positive electrode layer can be used.

4.電解質
次に、本発明に用いられる電解質について説明する。
本発明においては、上述したセパレータ、正極層、および負極層内に、通常、リチウム塩を含有する電解質を有する。
上記電解質は、具体的には、液状であっても良く、ゲル状であっても良いが、液状であることが好ましい。中でも非水電解液であることが好ましい。リチウムイオン伝導性が、より良好となるからである。上記非水電解液は、通常、リチウム塩および非水溶媒を有する。上記リチウム塩としては、一般的なリチウム二次電池に用いられるリチウム塩であれば特に限定されるものではないが、例えばLiPF、LiBF、LiN(CFSO、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSOおよびLiClO等を挙げることができる。一方、上記非水溶媒としては、上記リチウム塩を溶解できるものであれば特に限定されるものではないが、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。本発明においては、これらの非水溶媒を一種のみ用いても良く、二種以上を混合して用いても良い。また、上記非水電解液として、常温溶融塩を用いることもできる。
4). Electrolyte Next, the electrolyte used in the present invention will be described.
In the present invention, the separator, the positive electrode layer, and the negative electrode layer described above usually have an electrolyte containing a lithium salt.
Specifically, the electrolyte may be liquid or gelled, but is preferably liquid. Among these, a nonaqueous electrolytic solution is preferable. This is because the lithium ion conductivity becomes better. The non-aqueous electrolyte usually has a lithium salt and a non-aqueous solvent. The lithium salt is not particularly limited as long as it is a lithium salt used in a general lithium secondary battery. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and LiClO 4 . On the other hand, the non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the lithium salt. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxy Ethane, 1,2-diethoxyethane, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, etc. Can be mentioned. In the present invention, these non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, room temperature molten salt can also be used as said non-aqueous electrolyte.

5.正極集電体および負極集電体
次に、本発明に用いられる正極集電体および負極集電体について説明する。
本発明においては、図1に例示するように、正極層の外側および負極層の外側に、それぞれ正極集電体および負極集電体が、通常、配置される。
このような正極集電体とは、上記正極層の集電を行うものである。上記正極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばアルミニウム、SUS、ニッケル、鉄およびチタン等を挙げることができ、中でもアルミニウムおよびSUSが好ましい。さらに、上記正極集電体は、緻密金属集電体であっても良く、多孔質金属集電体であっても良い。
また、上記負極集電体とは、上記負極層の集電を行うものである。上記負極集電体の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば銅、ステンレス、ニッケル等を挙げることができ、中でも銅が好ましい。さらに、上記正極集電体は、緻密金属集電体であっても良く、多孔質金属集電体であっても良い。
5. Positive electrode current collector and negative electrode current collector
Next, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector used in the present invention will be described.
In the present invention, as illustrated in FIG. 1, a positive electrode current collector and a negative electrode current collector are usually disposed outside the positive electrode layer and the negative electrode layer, respectively.
Such a positive electrode current collector collects current from the positive electrode layer. The material of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include aluminum, SUS, nickel, iron and titanium. Among them, aluminum and SUS are preferable. . Furthermore, the positive electrode current collector may be a dense metal current collector or a porous metal current collector.
The negative electrode current collector is a current collector for the negative electrode layer. The material for the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity, and examples thereof include copper, stainless steel, nickel, and the like, among which copper is preferable. Furthermore, the positive electrode current collector may be a dense metal current collector or a porous metal current collector.

6.その他
本発明のリチウム二次電池は、通常、図1で例示されるようなリチウム二次電池を電池ケースに挿入し、その周囲を封口して作製される。上記電池ケースとしては、一般的には、金属製のものが用いられ、例えばステンレス製のもの等が挙げられる。また、本発明に用いられる電池ケースの形状としては、上述したセパレータ、正極層、負極層等を収納できるものであれば特に限定されるものではないが、具体的には、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等を挙げることができる。
6). Others The lithium secondary battery of the present invention is usually produced by inserting a lithium secondary battery as exemplified in FIG. 1 into a battery case and sealing the periphery thereof. As the battery case, generally, a metal case is used, for example, a stainless steel case. Further, the shape of the battery case used in the present invention is not particularly limited as long as it can accommodate the separator, the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the like described above. , Coin type, laminate type and the like.

本発明のリチウム二次電池の製造方法としては、所望の内部抵抗を低減させ、高出力化したリチウム二次電池を得ることができるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、電池ケースとしてコインセルを用いて、負極缶に負極を載せ、上記非水電解液を負極電極上に滴下する。次に、上記セパレータをのせ、更に上記非水電解液を滴下し、正極電極をのせて正極缶を、かしめることによりリチウム二次電池を得る方法等を挙げることができる。   The method for producing a lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as a desired secondary resistance can be reduced and a high-power lithium secondary battery can be obtained. For example, using a coin cell as a battery case, a negative electrode is placed on a negative electrode can, and the non-aqueous electrolyte is dropped onto the negative electrode. Next, a method of obtaining a lithium secondary battery by placing the separator, dropping the non-aqueous electrolyte, placing a positive electrode, and caulking a positive electrode can can be exemplified.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実験例1]
粉末状のメソポーラスシリカ(SiO)(SILFAM−A型、日本化学工業(株)社製)とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを、体積比が50/1(vol/vol)で秤量し混合した。この混合物約2cmを金型中に投入し、ペレット成形した。このとき、圧力は1t/cm、ペレット形状はφ13mmの円柱とした。このペレットを120℃で12時間乾燥した。
次に、ペレット細孔中に充分に電解液(エチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)を体積比率3:7で混合した混合溶液に、支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度1mol/Lで溶解したもの)を含侵させ、SUS板で挟み、SUS板間に電解液を充填させた伝導度セルを作製した。
[Experiment 1]
Powdered mesoporous silica (SiO 2 ) (SILFAM-A type, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) and polytetrafluoroethylene (PTFE) are weighed and mixed at a volume ratio of 50/1 (vol / vol). did. About 2 cm 3 of this mixture was put into a mold and pelletized. At this time, the pressure was 1 t / cm 2 and the pellet shape was a cylinder of φ13 mm. The pellet was dried at 120 ° C. for 12 hours.
Next, an electrolyte solution (ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) mixed sufficiently in a volume ratio of 3: 7) in the pellet pores was mixed with lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt. Was dissolved at a concentration of 1 mol / L), sandwiched between SUS plates, and a conductivity cell filled with an electrolyte solution between the SUS plates was produced.

[実験例2]
メソポーラスシリカの代わりにメソポーラス酸化タングステン(WO)(後述する実施例中、メソポーラス酸化タングステン(WO)の調整に記載)を用いたこと以外は、実験例1と同様にして、伝導度セルを作製した。
[Experiment 2]
A conductivity cell was prepared in the same manner as in Experimental Example 1, except that mesoporous tungsten oxide (WO 3 ) (described in the adjustment of mesoporous tungsten oxide (WO 3 ) in Examples described later) was used instead of mesoporous silica. Produced.

(リチウムイオン伝導度測定)
実験例1および実験例2においては、120℃で12時間乾燥後のペレットの厚さおよび重量を測定し固体分体積比率を算出した。これから、ペレット中の細孔の体積を導出した。
次に、実験例1および実験例2で得られた伝導度セルを用いて、インピーダンス測定によりペレットのリチウムイオン(Li)伝導度を導出した。
上記ペレット中の細孔の体積と、上記ペレットのリチウムイオン(Li)伝導度を用いて、計算により、ペレット細孔中のリチウムイオン伝導度を導出した。この結果を図3に示す。図3に示されるように、ペレット細孔中のリチウムイオン伝導度は、メソポーラスシリカ(SiO)を用いた実験例1の伝導度セルの場合より、メソポーラス酸化タングステン(WO)を用いた実験例2の伝導度セルの場合に、リチウムイオン伝導度は向上した。
(Lithium ion conductivity measurement)
In Experimental Examples 1 and 2, the thickness and weight of the pellets after drying at 120 ° C. for 12 hours were measured, and the solid content volume ratio was calculated. From this, the volume of the pores in the pellet was derived.
Next, using the conductivity cells obtained in Experimental Example 1 and Experimental Example 2, the lithium ion (Li + ) conductivity of the pellet was derived by impedance measurement.
The lithium ion conductivity in the pellet pore was derived by calculation using the volume of the pore in the pellet and the lithium ion (Li + ) conductivity of the pellet. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the lithium ion conductivity in the pellet pores was measured using mesoporous tungsten oxide (WO 3 ) compared to the conductivity cell of Experimental Example 1 using mesoporous silica (SiO 2 ). In the case of the conductivity cell of Example 2, the lithium ion conductivity was improved.

[実施例]
(メソポーラス酸化タングステンの調整)(特開2006−98284参照)
WO粉末を超純水に入れ、過酸化水素を加え、40℃で攪拌してHWO粉末を溶解させた黄色溶液を得た。この溶液中の過剰な過酸化水素と溶媒は、40℃で減圧蒸発させることで除去し、黄色のポリタングステン酸(peroxopolytungstic acid=PWA)粉末を得た。このポリタングステン酸をエタノールと水の混合溶液に溶解させ、ポリタングステン酸の黄色溶液を得た後、界面活性剤としてエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−エチレンオキサイドブロックコポリマー(P123=[EO]20[PO]70[EO]20)エタノール溶液を加え、P123とポリタングステン酸を含む安定な有機・有機メゾストラクチャを有する溶液を得た。次に、大気雰囲気下、400℃で、24時間熱処理し、メソポーラス酸化タングステン(WO)を得た。
[Example]
(Adjustment of mesoporous tungsten oxide) (see JP 2006-98284 A)
The H 2 WO 4 powder was put in ultrapure water, hydrogen peroxide was added, and the mixture was stirred at 40 ° C. to obtain a yellow solution in which the H 2 WO 4 powder was dissolved. Excess hydrogen peroxide and solvent in this solution were removed by evaporation under reduced pressure at 40 ° C. to obtain yellow polytungstic acid (PWA) powder. After dissolving this polytungstic acid in a mixed solution of ethanol and water to obtain a yellow solution of polytungstic acid, an ethylene oxide-propylene oxide-ethylene oxide block copolymer (P123 = [EO] 20 [PO]) was used as a surfactant. 70 [EO] 20 ) An ethanol solution was added to obtain a solution having a stable organic / organic mesostructure containing P123 and polytungstic acid. Next, heat treatment was performed at 400 ° C. for 24 hours in an air atmosphere to obtain mesoporous tungsten oxide (WO 3 ).

(セパレータ作製)
メソポーラス材料として上記メソポーラス酸化タングステンの調整で得られた白色粉末50重量部と、重量平均分子量140万の高密度ポリエチレン15重量部と、鉱物オイル35重量部の混合物を混錬・加熱溶融して2軸押出機により、0.1mmの膜状に成形した。次に、該無機質膜を140℃に加熱したテンター式延伸機により縦方向、横方向にそれぞれ延伸し、さらに大気雰囲気下、145℃で、15秒間の熱処理を行い、該無機質膜をトリクロロエチレン溶剤に浸漬して膜中の鉱物オイルを抽出除去して、乾燥し、膜厚25μm、高密度ポリエチレン20wt%、上記粉体80wt%からなるセパレータを作製した。
(Separator production)
A mixture of 50 parts by weight of white powder obtained by adjusting the above mesoporous tungsten oxide as a mesoporous material, 15 parts by weight of high-density polyethylene having a weight average molecular weight of 1.4 million, and 35 parts by weight of mineral oil is kneaded and heated to melt. The film was formed into a 0.1 mm film by a shaft extruder. Next, the inorganic film is stretched in the longitudinal direction and the transverse direction by a tenter type stretching machine heated to 140 ° C., and further subjected to heat treatment at 145 ° C. for 15 seconds in an air atmosphere. It was immersed to extract and remove the mineral oil in the film, and dried to prepare a separator having a film thickness of 25 μm, high-density polyethylene 20 wt%, and the above powder 80 wt%.

(正極作製)
結着材であるポリビニリデンフロライド(PVDF)を5g溶解した溶剤n−メチルピロリドン溶液125mL中に、正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO)粉末85gと導電化材であるカーボンブラック10gを導入し、均一に混合するまで混錬し正極用ペーストを作製した。この正極用ペーストを厚さ15μmのAl集電体上に片面塗布し、その後、乾燥することで電極を作製した。電極目付量は6mg/cmとした。この電極をプレスし、ペースト厚さ45μm、ペースト密度1.6g/cmとした。この電極をφ16mmとなるように切り出し、正極を得た。
(Preparation of positive electrode)
In 125 mL of a solvent n-methylpyrrolidone solution in which 5 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder is dissolved, 85 g of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material and 10 g of carbon black as a conductive material. It was introduced and kneaded until uniformly mixed to prepare a positive electrode paste. This positive electrode paste was applied on one side onto a 15 μm thick Al current collector, and then dried to produce an electrode. The electrode basis weight was 6 mg / cm 2 . This electrode was pressed to a paste thickness of 45 μm and a paste density of 1.6 g / cm 3 . This electrode was cut out to have a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode.

(負極作製)
結着材であるポリビニリデンフロライド(PVDF)を7.5g溶解した溶剤n−メチルピロリドン溶液125mL中に、負極活物質であるグラファイト粉末92.5gを導入し、均一に混合するまで混錬して負極用ペーストを作製した。この負極用ペーストを厚さ15μmのCu集電体上に片面塗布し、その後、乾燥することで電極を作製した。電極目付量は4mg/cmとした。この電極をプレスし、ペースト厚さ20μm、ペースト密度1.2g/cmとした。この電極をφ19mmとなるように切り出し、負極を得た。
(Anode production)
92.5 g of graphite powder as a negative electrode active material is introduced into 125 mL of a solvent n-methylpyrrolidone solution in which 7.5 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder is dissolved, and kneaded until uniformly mixed. Thus, a negative electrode paste was prepared. This negative electrode paste was applied on one side onto a 15 μm thick Cu current collector, and then dried to produce an electrode. The electrode basis weight was 4 mg / cm 2 . This electrode was pressed to a paste thickness of 20 μm and a paste density of 1.2 g / cm 3 . This electrode was cut out to a diameter of 19 mm to obtain a negative electrode.

(コインセル作製)
得られたセパレータ、正極および負極を用いて、CR2032型コインセルを得た。なお、電解液にはエチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)を体積比率3:7で混合した混合溶液に、支持塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度1mol/Lで溶解したものを用いた。
(Coin cell production)
A CR2032-type coin cell was obtained using the obtained separator, positive electrode and negative electrode. In addition, as a supporting salt, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solution in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 3: 7. What was done was used.

[比較例]
セパレータ中に充填するメソポーラス材料として、メソポーラス酸化タングステンの代わりに、メソポーラスシリカを用いたこと以外は、実施例と同様にしてコインセルを得た。
[Comparative example]
A coin cell was obtained in the same manner as in the example except that mesoporous silica was used instead of mesoporous tungsten oxide as the mesoporous material to be filled in the separator.

[評価]
(電池抵抗測定)
実施例および比較例で得られたコインセルを用いて、Li(リチウム)イオン抵抗を測定した。Liイオン抵抗は、3.0V〜4.1Vでコンディショニング後、SOC(state of charge)60%に調整し、25℃で周波数10mHz〜100kHzにて交流インピーダンス法により測定した。得られた抵抗値を表1に示す。
[Evaluation]
(Battery resistance measurement)
Li (lithium) ion resistance was measured using the coin cell obtained in the Example and the comparative example. The Li ion resistance was conditioned at 3.0 V to 4.1 V, adjusted to 60% SOC (state of charge), and measured by an AC impedance method at 25 ° C. and a frequency of 10 mHz to 100 kHz. The obtained resistance values are shown in Table 1.

Figure 2008300099
Figure 2008300099

表1に示すように、実施例では、抵抗値は5.2Ωとなった。一方、比較例では、抵抗値は6.0Ωとなった。このように、メソポーラス材料として、メソポーラス酸化タングステンを用いた実施例は、メソポーラス材料として、メソポーラスシリカを用いた比較例と比べてLiイオン抵抗は小さくなった。   As shown in Table 1, in the example, the resistance value was 5.2Ω. On the other hand, in the comparative example, the resistance value was 6.0Ω. Thus, the Li ion resistance of the example using mesoporous tungsten oxide as the mesoporous material was smaller than that of the comparative example using mesoporous silica as the mesoporous material.

以上の結果から、実施例で得られたコインセルは、セパレータ中に、メソポーラスシリカよりも表面酸性度の高い、メソポーラス金属酸化物を用いることにより、リチウムイオンの伝導性をより向上することができ、リチウム二次電池の内部抵抗を充分低減して、高出力化できることが明らかとなった。このように、実施例では、より内部抵抗を低減させて高出力化したリチウム二次電池を得ることができた。   From the above results, the coin cell obtained in the example can further improve the conductivity of lithium ions by using a mesoporous metal oxide having a higher surface acidity than mesoporous silica in the separator, It became clear that the internal resistance of the lithium secondary battery can be sufficiently reduced to increase the output. As described above, in the example, it was possible to obtain a lithium secondary battery with higher internal resistance and higher output.

本発明のリチウム二次電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the lithium secondary battery of this invention. 本発明に用いられるメソポーラス金属酸化物の一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the mesoporous metal oxide used for this invention. 実験例1および実験例2で得られた伝導度セルのリチウムイオン伝導度測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the lithium ion conductivity measurement result of the conductivity cell obtained in Experimental example 1 and Experimental example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 正極集電体
2 … 正極活物質
3 … 正極層
4 … 負極集電体
5 … 負極活物質
6 … 負極層
7 … セパレータ
8 … メソポーラス金属酸化物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode collector 2 ... Positive electrode active material 3 ... Positive electrode layer 4 ... Negative electrode collector 5 ... Negative electrode active material 6 ... Negative electrode layer 7 ... Separator 8 ... Mesoporous metal oxide

Claims (4)

正極集電体と、前記正極集電体上に形成され、正極活物質を含有する正極層と、負極集電体と、前記負極集電体上に形成され、負極活物質を含有する負極層と、前記正極層および前記負極層の間に配置されたセパレータと、前記正極層、前記負極層、および前記セパレータに充填されたリチウム塩を含有する電解質と、を有するリチウム二次電池であって、
前記セパレータ中に、メソポーラスシリカよりも酸性度の高いメソポーラス金属酸化物を有することを特徴とするリチウム二次電池。
A positive electrode current collector, a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector and containing a positive electrode active material, a negative electrode current collector, and a negative electrode layer formed on the negative electrode current collector and containing a negative electrode active material A lithium secondary battery comprising: a separator disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer; and an electrolyte containing a lithium salt filled in the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the separator. ,
The lithium secondary battery, wherein the separator has a mesoporous metal oxide having a higher acidity than mesoporous silica.
前記メソポーラス金属酸化物が、メソポーラス酸化タングステン(WO)であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the mesoporous metal oxide is mesoporous tungsten oxide (WO 3 ). 前記メソポーラス金属酸化物に、前記メソポーラス金属酸化物よりも酸性度の高い、リチウムイオン伝導性基を担持させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウム二次電池。   3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein a lithium ion conductive group having a higher acidity than that of the mesoporous metal oxide is supported on the mesoporous metal oxide. 前記リチウムイオン伝導性基が、スルホン酸基(−SOH)であることを特徴とする請求項3に記載のリチウム二次電池。 The lithium secondary battery according to claim 3, wherein the lithium ion conductive group is a sulfonic acid group (—SO 3 H).
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JP2015059068A (en) * 2013-09-19 2015-03-30 国立大学法人 新潟大学 Mesoporous tungsten oxide and production method thereof, photocatalyst and mesoporous tungsten oxide electrode
JP2017135047A (en) * 2016-01-29 2017-08-03 住友金属鉱山株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery separator and nonaqueous electrolyte secondary battery

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