JP2016039114A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】負極活物質(母材)に対する誘電材(子材)の存在形態を最適化することで、負極活物質(母材)と非水電解質との間の界面抵抗をより小さくし、特に低温条件下における高出力化を実現したリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】本発明にかかる非水電解質二次電池は、正極活物質を含有する正極活物質層を備える正極と、負極活物質を含有する負極活物質層を備える負極と、非水電解質とを備える。更に負極活物質層は、負極活物質として、母材たる負極活物質粒子の表面に負極活物質および非水電解質よりも比誘電率が高い誘電材が担持された誘電材複合負極活物質を含有する。ここで誘電材複合負極活物質に担持された誘電材の平均粒子径の、負極活物質の平均粒子径に対する粒径比は0.005〜0.1であることを特徴とする。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the interface resistance between a negative electrode active material (base material) and a non-aqueous electrolyte by optimizing the existence form of a dielectric material (child material) with respect to a negative electrode active material (base material), and particularly Provided is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium-ion secondary battery that achieves high output under low temperature conditions. A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte. Equipped with. Further, the negative electrode active material layer contains, as a negative electrode active material, a dielectric material composite negative electrode active material in which a dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the negative electrode active material and the non-aqueous electrolyte is carried on the surface of the negative electrode active material particles as a base material. To do. Here, the particle diameter ratio of the average particle diameter of the dielectric material supported on the dielectric material composite negative electrode active material to the average particle diameter of the negative electrode active material is 0.005 to 0.1. [Selection diagram] None
Description
本発明はリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
非水電解質二次電池の一つにリチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出可能な正負極と、これらの両電極間に介在されたセパレータとを備える。近年、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車、あるいは燃料電池車などのモーター駆動もしくは補助電源などに用いられている。そのため、更なる高出力化が求められている。 One of the non-aqueous electrolyte secondary batteries is a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery includes positive and negative electrodes capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, and a separator interposed between these two electrodes. In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries have been used in motor drives or auxiliary power supplies for electric vehicles, hybrid electric vehicles, and fuel cell vehicles. Therefore, further higher output is required.
リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池において、更なる高出力化を実現するためには、リチウムイオン等の電荷担体の非水電解質中での伝導性が重要な項目の1つである。伝導性を良くするための手段として、活物質および電解質間の界面抵抗を小さくさせる方法がある。特に電解液中の電荷担体(リチウムイオン電池の場合:Li+)が活物質と反応し、挿入脱離を行う際、Li+が脱溶媒和する際の活性化障壁が大きい(活性化エネルギーが高い)ため、負極活物質表面における界面抵抗が大きい。そのため、負極活物質と電解質間の界面抵抗を小さくする方法がある。例えば、特許文献1には、負極活物質層に比誘電率12以上の無機化合物を含有させる非水電解質電池が記載されている。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery, in order to achieve higher output, the conductivity of charge carriers such as lithium ions in the non-aqueous electrolyte is one of the important items. is there. As a means for improving the conductivity, there is a method of reducing the interface resistance between the active material and the electrolyte. In particular, when the charge carrier in the electrolytic solution (in the case of a lithium ion battery: Li + ) reacts with the active material to perform insertion / desorption, there is a large activation barrier when Li + is desolvated (the activation energy is Therefore, the interface resistance on the negative electrode active material surface is large. Therefore, there is a method of reducing the interface resistance between the negative electrode active material and the electrolyte. For example, Patent Document 1 describes a nonaqueous electrolyte battery in which an anode active material layer contains an inorganic compound having a relative dielectric constant of 12 or more.
また、特許文献2には、正極活物質または負極活物質と電解質との間の界面抵抗を小さくするため、正極活物質材料または負極活物質材料と、電解質材料との間に比誘電率の高い高誘電材料(例えば、チタン酸バリウム)を配置する二次電池が記載されている。 Patent Document 2 discloses a high relative dielectric constant between the positive electrode active material or the negative electrode active material and the electrolyte material in order to reduce the interface resistance between the positive electrode active material or the negative electrode active material and the electrolyte. A secondary battery in which a high dielectric material (eg, barium titanate) is disposed is described.
特許文献1および2に記載の技術は、正極活物質材料または負極活物質材料と電解質材料との間の界面抵抗を小さくし、非水電解質二次電池の高出力化に寄与し得る。しかし、負極活物質に対する誘電材(以下、単に「誘電材」ともいう。)の存在形態によっては、界面抵抗抑制の効果が十分に得られない可能性がある。
具体的には、単に誘電材を負極活物質層に含有させるだけでは、電荷担体の反応場である負極活物質表面と、誘電材との距離が大きくなりやすく、界面抵抗抑制の効果が十分に得られない虞がある。また、誘電材が負極活物質表面に担持されていたとしても、誘電材の負極活物質に対する粒径比が大きい場合、負極活物質表面と、誘電材との距離が大きくなるため、界面抵抗抑制の効果が十分に得られない虞がある。逆に粒径比が小さい場合、誘電材が負極活物質を覆ってしまい、反応場が減少し、界面抵抗抑制の効果が十分に得られない虞がある。
特に0℃以下であるような低温条件下では界面抵抗が大きくなるため、低温時に出力向上を望む場合、なお改善の余地がある。
The techniques described in Patent Documents 1 and 2 can reduce the interfacial resistance between the positive electrode active material or the negative electrode active material and the electrolyte material, and can contribute to higher output of the nonaqueous electrolyte secondary battery. However, depending on the form of the dielectric material (hereinafter also simply referred to as “dielectric material”) with respect to the negative electrode active material, the effect of suppressing the interface resistance may not be sufficiently obtained.
Specifically, simply adding a dielectric material to the negative electrode active material layer tends to increase the distance between the surface of the negative electrode active material, which is a reaction field for charge carriers, and the dielectric material, and the effect of suppressing interface resistance is sufficient. There is a possibility that it cannot be obtained. Even if the dielectric material is supported on the surface of the negative electrode active material, if the particle size ratio of the dielectric material to the negative electrode active material is large, the distance between the surface of the negative electrode active material and the dielectric material is increased, so the interface resistance is suppressed. There is a possibility that the above effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the particle size ratio is small, the dielectric material covers the negative electrode active material, the reaction field is reduced, and the effect of suppressing the interface resistance may not be sufficiently obtained.
In particular, since the interface resistance increases under low temperature conditions such as 0 ° C. or lower, there is still room for improvement when output improvement is desired at low temperatures.
そこで本発明は上記課題に鑑みて創出されたものであり、非水電解質二次電池において、負極活物質に対する誘電材の存在形態を最適化することで、負極活物質と非水電解質との間の界面抵抗をより小さくし、特に低温条件下における高出力化を実現したリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been created in view of the above problems, and in a non-aqueous electrolyte secondary battery, by optimizing the existence form of the dielectric material with respect to the negative electrode active material, the present invention is provided between the negative electrode active material and the non-aqueous electrolyte. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery in which the interfacial resistance of the lithium ion secondary battery is reduced and the high output is achieved particularly under low temperature conditions.
上記課題を解決するために、本発明にかかる非水電解質二次電池は、正極活物質を含有する正極活物質層を備える正極と、負極活物質を含有する負極活物質層を備える負極と、非水電解質とを備える。更に負極活物質層は、負極活物質として、母材たる負極活物質粒子の表面に負極活物質および非水電解質よりも比誘電率が高い誘電材が担持された誘電材複合負極活物質を含有する。ここで誘電材複合負極活物質に担持された誘電材の平均粒子径の、負極活物質の平均粒子径に対する粒径比は0.005〜0.1であることを特徴とする。ここでの粒子径は一般的なレーザ回折式粒子径分布測定装置により得られる粒子径である。また、ここでの比誘電率は、例えば、JIS−C2565に準拠した方法で測定した測定値である。
上記構成によれば、子材である誘電材は、母材である負極活物質表面に担持され、負極活物質に対する粒子径の比率が、0.005〜0.1と最適化されている。そのため、電荷担体の反応場である負極活物質表面と、誘電材との距離が最適に制御され、且つ、誘電材が負極活物質を覆ってしまい、反応場が減少することを抑制している。したがって、負極活物質および電解質間の界面抵抗の低減効果が十分に得られ、低温時においても電解質中での電荷担体の伝導性が向上し、高出力化を実現する非水電解質二次電池を提供することができる。
In order to solve the above problems, a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, A non-aqueous electrolyte. Further, the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material having a dielectric material composite negative electrode active material in which a negative electrode active material and a dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the nonaqueous electrolyte are supported on the surface of the negative electrode active material particles as a base material To do. Here, the particle diameter ratio of the average particle diameter of the dielectric material supported on the dielectric material composite negative electrode active material to the average particle diameter of the negative electrode active material is 0.005 to 0.1. The particle size here is a particle size obtained by a general laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus. The relative dielectric constant here is a measured value measured by a method based on JIS-C2565, for example.
According to the said structure, the dielectric material which is a child material is carry | supported by the negative electrode active material surface which is a base material, and the ratio of the particle diameter with respect to a negative electrode active material is optimized with 0.005-0.1. Therefore, the distance between the surface of the negative electrode active material, which is a reaction field for charge carriers, and the dielectric material is optimally controlled, and the dielectric material covers the negative electrode active material, thereby suppressing the reaction field from decreasing. . Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery that sufficiently reduces the interfacial resistance between the negative electrode active material and the electrolyte, improves the conductivity of the charge carrier in the electrolyte even at low temperatures, and realizes a high output. Can be provided.
ここに開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、誘電材の比誘電率は、負極活物質の比誘電率よりも10倍以上高い。
上記構成によれば、誘電材の比誘電率が十分に高いため、負極活物質および電解質間の界面抵抗をより小さくし、電解質中での電荷担体の伝導性が向上する。したがって、より高出力化を実現する非水電解質二次電池を提供することができる。
In a preferable aspect of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the dielectric constant of the dielectric material is 10 times or more higher than that of the negative electrode active material.
According to the above configuration, since the relative permittivity of the dielectric material is sufficiently high, the interface resistance between the negative electrode active material and the electrolyte is further reduced, and the conductivity of the charge carrier in the electrolyte is improved. Therefore, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that achieves higher output.
ここで開示される非水電解質二次電池の特に好ましい一態様では、誘電材は、無機酸化物であることが好ましい。
上記構成によれば、無機酸化物であることにより、大気中で安定な誘電材となることができる。即ち、上記構成によれば、誘電材が含有されたことによる影響を受けることなく、安定して負極活物質および電解質間の界面抵抗をより小さくすることができる。
In a particularly preferable aspect of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the dielectric material is preferably an inorganic oxide.
According to the said structure, it can become a dielectric material stable in air | atmosphere by being an inorganic oxide. That is, according to the above configuration, it is possible to stably reduce the interface resistance between the negative electrode active material and the electrolyte without being affected by the inclusion of the dielectric material.
更に誘電材は、ペロブスカイト型構造を有する無機酸化物であることが好ましい。かかるペロブスカイト型酸化物の好適な一例としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)が挙げられる。
ペロブスカイト型構造を有する無機酸化物(チタン酸バリウム)は、比誘電率が非常に高いため、負極活物質および電解質間の界面抵抗をより小さくすることができ、より電解質中での電荷担体の伝導性が向上する。したがって、低温時でおいても高出力化を実現する非水電解質二次電池を提供することができる。
Furthermore, the dielectric material is preferably an inorganic oxide having a perovskite structure. A suitable example of such a perovskite oxide is barium titanate (BaTiO 3 ).
An inorganic oxide (barium titanate) having a perovskite structure has a very high relative permittivity, so that the interfacial resistance between the negative electrode active material and the electrolyte can be further reduced, and charge carrier conduction in the electrolyte can be further reduced. Improves. Therefore, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that achieves high output even at low temperatures.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted or simplified. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.
以下、本発明を好適に実施し得る非水電解質二次電池100のタイプとして、リチウムイオン二次電池100(以下、単に「電池」という場合がある。)を例として好適な実施形態を説明する。しかし、リチウムイオン二次電池100は一例であり、本発明の技術思想は、その他の電荷担体(例えばナトリウムイオン)を備える他の非水電解質二次電池(例えばナトリウムイオン二次電池)にも適用される。
Hereinafter, as a type of the nonaqueous electrolyte
図1は本実施形態にかかる電池(セル)100の外観を示す図である。また、図2は、本実施形態にかかる電池ケース30の内部構成を模式的に示す断面図である。
FIG. 1 is a view showing an appearance of a battery (cell) 100 according to the present embodiment. Moreover, FIG. 2 is sectional drawing which shows typically the internal structure of the
図1および図2に示すように、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池100は、大まかにいって、扁平形状の捲回電極体20と非水電解質(図示せず)とが扁平な角型の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されて構成される、いわゆる角型電池100である。電池ケース30は、一端(電池の通常の使用状態における上端部に相当する。)に開口部を有する箱形(即ち、有底直方体状)のケース本体32と、該ケース本体32の開口部を封止する蓋体34とから構成される。電池ケース30の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼といった軽量で熱伝導性の良い金属材料が好ましく用いられ得る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion
また、図1および図2に示すように、蓋体34には外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36と、非水電解質(非水電解質)を注入するための注入口(図示せず)が設けられている。なお、リチウムイオン二次電池100の電池ケース30としては、図示するような角型(箱形)のものだけでなく、他の公知の形状であってもよい。例えば他の形状としては、円筒型、コイン型、ラミネート型等があり、適宜ケース形状を選択することができる。
Also, as shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示すように、電池ケース30内に収容された捲回電極体20は、長尺状の正極集電体52の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層54が形成された正極50と、長尺状の負極集電体62の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層64が形成された負極60とを、2枚の長尺状のセパレータ70を介して積層した積層体が長尺方向に捲回され、扁平形状に成形されている。このような捲回電極体20は、例えば、上記積層体を捲回した捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって、扁平形状に成形されている。正極50を構成する正極集電体52は、アルミニウム箔等によって構成される。一方、負極60を構成する負極集電体62は、銅箔等によって構成される。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、捲回電極体20の捲回軸方向の中央部分には、捲回コア部分(即ち、正極50の正極活物質層54と、負極60の負極活物質層64と、セパレータ70とが積層されてなる積層構造)が形成されている。また、捲回電極体20の捲回軸方向の両端部では、正極活物質層非形成部分52aおよび負極活物質層非形成部分62aの一部が、それぞれ捲回コア部分から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分(正極活物質層非形成部分52a)および負極側はみ出し部分(負極活物質層非形成部分62a)には、正極集電板42aおよび負極集電板44aがそれぞれ付設され、正極端子42および負極端子44とそれぞれ電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, a wound core portion (that is, a positive electrode
本実施形態にかかる正極活物質層54は、主要構成要素たる正極活物質を含有する。かかる正極活物質としては、組成や形状に特に制限はなく、従来からリチウムイオン二次電池100に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。例えば、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO2等)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2等)、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4等)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属として含む酸化物(リチウム遷移金属複合酸化物)や、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等のリチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含むリン酸塩等が挙げられる。
更に、スピネル構造を有するいわゆるスピネル系正極活物質としては、例えば、一般式:LipMn2−qMqO4+αで表される、スピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物が好適例として挙げられる。ここで、pは、0.9≦p≦1.2であり;qは、0≦q<2であり、典型的には0≦q≦1(例えば0.2≦q≦0.6)であり;αは、−0.2≦α≦0.2で電荷中性条件を満たすように定まる値である。qが0より大きい場合(0<q)、MはMn以外の任意の金属元素または非金属元素から選択される1種または2種以上であり得る。より具体的には、Na、Mg、Ca、Sr、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Fe、Co、Rh、Ni、Pd、Pt、Cu、Zn、B、Al、Ga、In、Sn、La、W,Ce等であり得る。なかでも、Fe,Co,Ni等の遷移金属元素の少なくとも1種を好ましく採用することができる。具体例としては、LiMn2O4,LiCrMnO4等が挙げられる。
その中でも、LiとNiとMnとを必須元素とするスピネル系正極活物質であることが好ましい。より具体的には、一般式:Lix(NiyMn2−y―zM1z)O4+βで表されるスピネル構造のリチウムニッケルマンガン複合酸化物が挙げられる。ここで、M1は、存在しないか若しくはNi,Mn以外の任意の遷移金属元素または典型金属元素(例えば、Fe,Co,Cu,Cr,ZnおよびAlから選択される1種または2種以上)であり得る。なかでも、M1は、3価のFeおよびCoの少なくとも一方を含むことが好ましい。あるいは、半金属元素(例えば、B,SiおよびGeから選択される1種または2種以上)や非金属元素であってもよい。また、xは、0.9≦x≦1.2であり;yは、0<yであり;zは、0≦zであり;y+z<2(典型的にはy+z≦1)であり;βは上記αと同様であり得る。好ましい一態様では、yは、0.2≦y≦1.0(より好ましくは0.4≦y≦0.6、例えば0.45≦y≦0.55)であり;zは、0≦z<1.0(例えば0≦z≦0.3)である。特に好ましい具体例としてLiNi0.5Mn1.5O4等が挙げられる。
スピネル系正極活物質(LiNi0.5Mn1.5O4等)は、熱安定性が高く、且つ、電気伝導性も高いため、電池性能および耐久性の観点からより好ましく用いることができる。
The positive electrode
Furthermore, as a so-called spinel-type positive electrode active material having a spinel structure, for example, a lithium manganese composite oxide having a spinel structure represented by a general formula: Li p Mn 2 -q M q O 4 + α can be given as a preferred example. Where p is 0.9 ≦ p ≦ 1.2; q is 0 ≦ q <2, typically 0 ≦ q ≦ 1 (eg 0.2 ≦ q ≦ 0.6). Α is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition with −0.2 ≦ α ≦ 0.2. When q is larger than 0 (0 <q), M may be one or more selected from any metal element or nonmetal element other than Mn. More specifically, Na, Mg, Ca, Sr, Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, Fe, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu, Zn, B, Al, Ga, In, It can be Sn, La, W, Ce or the like. Especially, at least 1 sort (s) of transition metal elements, such as Fe, Co, and Ni, can be employ | adopted preferably. Specific examples include LiMn 2 O 4 and LiCrMnO 4 .
Among these, a spinel positive electrode active material having Li, Ni, and Mn as essential elements is preferable. More specifically, the general formula: lithium-nickel-manganese composite oxide of Li x (Ni y Mn 2- y-z M1 z) spinel structure represented by O 4 + beta and the like. Here, M1 is not present, or is any transition metal element or typical metal element other than Ni and Mn (for example, one or more selected from Fe, Co, Cu, Cr, Zn, and Al). possible. Especially, it is preferable that M1 contains at least one of trivalent Fe and Co. Alternatively, it may be a metalloid element (for example, one or more selected from B, Si and Ge) and a nonmetallic element. And x is 0.9 ≦ x ≦ 1.2; y is 0 <y; z is 0 ≦ z; y + z <2 (typically y + z ≦ 1); β can be the same as α described above. In a preferred embodiment, y is 0.2 ≦ y ≦ 1.0 (more preferably 0.4 ≦ y ≦ 0.6, such as 0.45 ≦ y ≦ 0.55); z is 0 ≦ z <1.0 (for example, 0 ≦ z ≦ 0.3). A particularly preferred specific example is LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .
A spinel-based positive electrode active material (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 or the like) can be preferably used from the viewpoint of battery performance and durability because it has high thermal stability and high electrical conductivity.
正極活物質は、例えば従来公知の方法で調製されるリチウム遷移金属複合酸化物粉末をそのまま使用することができる。特に限定するものではないが、例えば、粒径(メジアン径)が1μm〜25μm(典型的には2μm〜10μm、例えば6μm〜10μm)の範囲にある二次粒子によって実質的に構成されたリチウム遷移金属複合酸化物粉末を正極活物質として好ましく用いることができる。なお、本明細書において「粒子径(粒径)」とは、特記しない限り、一般的なレーザ回折式粒子径分布測定装置により得られる体積基準の粒度分布におけるメジアン径を指すものとする。 As the positive electrode active material, for example, a lithium transition metal composite oxide powder prepared by a conventionally known method can be used as it is. Although not particularly limited, for example, a lithium transition substantially composed of secondary particles having a particle size (median diameter) in the range of 1 μm to 25 μm (typically 2 μm to 10 μm, for example, 6 μm to 10 μm). Metal composite oxide powder can be preferably used as the positive electrode active material. In the present specification, “particle diameter (particle diameter)” refers to a median diameter in a volume-based particle size distribution obtained by a general laser diffraction particle size distribution measuring apparatus unless otherwise specified.
正極活物質層54は、上述した主成分たる正極活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ(結着材)等を含み得る。導電材としては、アセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を使用し得る。
The positive electrode
このような正極活物質層54は、例えば以下のように作製することができる。まず、上述したような正極活物質(例えば高電位正極活物質であるLiNi0.5Mn1.5O4)と、その他の必要に応じて用いられる材料(バインダ、導電材等)とを適当な溶媒(バインダとしてPVdFを用いた場合はN−メチル−2−ピロリドン(NMP)が好ましい。)に分散させ、ペースト状の組成物(ペースト状の組成物にはスラリー状組成物およびインク状組成物が包含される。以下同じ。)を調製する。次に、該組成物の適当量を正極集電体52の表面に付与した後、乾燥によって溶媒を除去することによって所望の性状の正極活物質層54を正極集電体52上に形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって正極活物質層54の性状(例えば、平均厚み、活物質密度、活物質層の空孔率等)を調整し得る。
Such a positive electrode
負極活物質層64は、主として電荷担体となるLi+を吸蔵および放出可能な負極活物質として、負極活物質(母材)の表面に該負極活物質(母材)および非水電解質よりも比誘電率の高い誘電材(子材)が担持された誘電材複合負極活物質を含有する。かかる負極活物質(母材)としては、組成や形状に特に制限はなく、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を使用することができる。特に限定するものではないが、例えば、平均粒径1μm〜40μm(典型的には5μm〜30μm、例えば7μm〜25μm)程度の粒子径であり得る。
上記のような負極活物質(母材)としては、例えばリチウムイオン二次電池で一般的に用いられる炭素材料が挙げられる。上記炭素材料の代表例としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。好ましくは、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が用いられる。その他、負極活物質として、チタン酸リチウム等の酸化物、ケイ素材料、スズ材料等の単体、合金、化合物、上記材料を併用した複合材料を用いることも可能である。そのなかでも特に、還元電位(vs.Li/Li+)が凡そ0.5V以下(典型的には0.2V以下、例えば0.1V以下)の負極活物質(母材)を用いることが好ましい。上記還元電位を有する負極活物質(母材)を用いることで、より高出力化が実現され得る。そのような低電位となり得る材料としては、黒鉛系の炭素材料(典型的にはグラファイト粒子)が挙げられる。
負極活物質層64に占める負極活物質(母材)の割合は凡そ50wt%を超え、凡そ90wt%〜99wt%(典型的には95wt%〜99wt%、例えば97wt%〜99wt%)であることが好ましい。
The negative electrode
Examples of the negative electrode active material (base material) as described above include carbon materials generally used in lithium ion secondary batteries. Representative examples of the carbon material include graphite, hard carbon, and soft carbon. Preferably, a particulate carbon material (carbon particles) including a graphite structure (layered structure) at least partially is used. In addition, as the negative electrode active material, it is also possible to use oxides such as lithium titanate, simple substances such as silicon materials and tin materials, alloys, compounds, and composite materials using the above materials in combination. Among them, it is particularly preferable to use a negative electrode active material (matrix) having a reduction potential (vs. Li / Li + ) of about 0.5 V or less (typically 0.2 V or less, for example, 0.1 V or less). . By using the negative electrode active material (base material) having the reduction potential, higher output can be realized. Examples of the material that can be at such a low potential include graphite-based carbon materials (typically graphite particles).
The proportion of the negative electrode active material (base material) in the negative electrode
誘電材(子材)としては、負極活物質(母材)および非水電解質の比誘電率よりも高い比誘電率を有する。誘電材(子材)は、上記比誘電率を有するため、電荷担体であるLi+が脱溶媒和(解離)する際の活性化障壁が小さくなり(界面抵抗が低減)、電解質中での電荷担体の伝導性が向上する。誘電材(子材)は、特に限定するものではないが、例えば、平均粒径0.01μm〜1.5μm(典型的には0.01μm〜1μm、例えば0.1μm〜1μm)程度の粒子径であり得る。更に負極活物質粒子(母材)に対する粒子径の比率は、0.005〜0.1である。より好ましくは、0.01〜0.07である。負極活物質(母材)に対する粒子径の比率が0.1より大きい場合、負極活物質上の反応場と誘電材との距離が大きく、界面抵抗の低減効果が十分に得られない場合がある。また一方、該粒子径の比率が0.005より小さい場合、誘電材(子材)が負極活物質(母材)を覆ってしまい、反応場が減少し、界面抵抗の低減効果が十分に得られない場合がある。 The dielectric material (child material) has a relative dielectric constant higher than that of the negative electrode active material (base material) and the non-aqueous electrolyte. Since the dielectric material (child material) has the above-described relative permittivity, the activation barrier when Li + as the charge carrier is desolvated (dissociated) is reduced (interfacial resistance is reduced), and the charge in the electrolyte is reduced. The conductivity of the carrier is improved. The dielectric material (child material) is not particularly limited. For example, the average particle size is 0.01 μm to 1.5 μm (typically 0.01 μm to 1 μm, for example, 0.1 μm to 1 μm). It can be. Furthermore, the ratio of the particle diameter to the negative electrode active material particles (base material) is 0.005 to 0.1. More preferably, it is 0.01-0.07. When the ratio of the particle diameter to the negative electrode active material (base material) is larger than 0.1, the distance between the reaction field on the negative electrode active material and the dielectric material is large, and the effect of reducing the interface resistance may not be sufficiently obtained. . On the other hand, when the ratio of the particle diameter is smaller than 0.005, the dielectric material (child material) covers the negative electrode active material (base material), the reaction field is reduced, and the effect of reducing the interface resistance is sufficiently obtained. It may not be possible.
ここで、上記の誘電材(子材)としては、特に限定されるものではないが、負極活物質(母材)の比誘電率よりも10倍以上高い強誘電体であることが好ましい。強誘電体は、比誘電率が高く、外部からの電圧印加がなくとも、自発分極を利用して界面の電場を緩和することができる。そのため、電荷担体であるLi+の移動がスムーズになる効果が、誘電材近傍のみならず、離れた場所でも得られ、少量の誘電材(子材)でも、界面抵抗を効率良く低減することができる。また、誘電材(子材)は、例えば、固体であることが好ましいが、負極活物質(母材)の表面上で形状・サイズを維持し得る限りにおいてゲル体であっても良い。非水電解液1Lに対する溶解度が100mg/L未満の不溶性もしくは難溶性を有する固体であることが好ましい。固体は流動性が極めて低いため、誘電材(子材)が移動することなく、より確実に負極活物質(母材)および電解質の界面に配置(担持)することができる。固体の誘電材(子材)としては、例えば、酸化物、硫化物、窒化物、ポリマー等が挙げられる。そのなかでも、酸化物が好ましい。酸化物は大気中で安定であり、安定して界面抵抗を効率良く低減することができる。上記酸化物としては、例えば、ロッシェル塩(酒石酸カリウムナトリウム)、ペロブスカイト型構造を有する酸化物、燐酸カリウム(K3PO4)等が挙げられる。そのなかでも、ペロブスカイト型構造を有する酸化物が好ましく、具体例としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、二オブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛(PbTiO3)、ジルコン酸鉛(PbZrO3)等が挙げられ、より好ましくは、チタン酸バリウム(BaTiO3)が挙げられる。チタン酸バリウムは、非常に比誘電率が高く、非水電解質中における耐酸化性を持つため好ましい。
負極活物質層中における誘電材(子材)の含有量は、負極活物質(母材)の含有量を100としてその凡そ30wt%(例えば20wt%〜40wt%、典型的には25wt%〜35wt%)であることが好ましい。
Here, the dielectric material (child material) is not particularly limited, but is preferably a ferroelectric material that is 10 times or more higher than the relative dielectric constant of the negative electrode active material (base material). Ferroelectrics have a high relative dielectric constant, and can relax the electric field at the interface by utilizing spontaneous polarization even when no external voltage is applied. Therefore, the effect of smooth movement of Li + as the charge carrier can be obtained not only in the vicinity of the dielectric material but also in a remote location, and the interface resistance can be efficiently reduced even with a small amount of dielectric material (child material). it can. The dielectric material (child material) is preferably, for example, a solid, but may be a gel as long as the shape and size can be maintained on the surface of the negative electrode active material (base material). It is preferably a solid having an insolubility or solubility of less than 100 mg / L in 1 L of non-aqueous electrolyte. Since the solid has extremely low fluidity, the dielectric material (child material) can be more reliably disposed (supported) at the interface between the negative electrode active material (base material) and the electrolyte without moving. Examples of the solid dielectric material (child material) include oxides, sulfides, nitrides, and polymers. Among these, an oxide is preferable. The oxide is stable in the air, and the interface resistance can be stably reduced efficiently. Examples of the oxide include Rochelle salt (potassium sodium tartrate), an oxide having a perovskite structure, and potassium phosphate (K 3 PO 4 ). Among them, an oxide having a perovskite structure is preferable. Specific examples include barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), lithium diobate (LiNbO 3 ), lead zirconate titanate ( PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), and the like are preferable, and barium titanate (BaTiO 3 ) is more preferable. Barium titanate is preferable because it has a very high relative dielectric constant and has oxidation resistance in a non-aqueous electrolyte.
The content of the dielectric material (child material) in the negative electrode active material layer is approximately 30 wt% (for example, 20 wt% to 40 wt%, typically 25 wt% to 35 wt%), where the negative electrode active material (base material) content is 100. %).
負極活物質層64は、上述した主成分たる誘電材複合負極活物質以外の成分、例えば増粘剤やバインダ(結着材)等を含み得る。バインダとしては、スチレンブタジエンラバー(SBR)等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等の各種ポリマー材料を採用し得る。負極活物質層64に占めるこれら添加材の割合は、特に限定されないが、凡そ0.8〜10wt%(典型的には1〜5wt%、例えば1〜3wt%)であることが好ましい。
The negative electrode
このような負極活物質層64は、例えば以下のように作製することができる。まず、母材として負極活物質(例えば、グラファイト)と、子材として誘電材(例えば、チタン酸バリウム)とを複合化処理を行うことで、誘電材を負極活物質表面に担持した誘電材複合負極活物質を作製する。複合化処理としては、例えば、メカノフュージョン等を挙げることができる。
誘電材複合負極活物質と、その他の必要に応じて用いられる材料(バインダ、増粘剤等)とを適当な溶媒(バインダとしてSBRを用いた場合はイオン交換水が好ましい。)に分散させ、ペースト状の組成物を調製する。次に、該組成物の適当量を負極集電体62の表面に付与した後、乾燥によって溶媒を除去することによって形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって負極活物質層64の性状(例えば、平均厚み、活物質密度、活物質層の空孔率等)を調整し得る。負極集電体62への負極活物質層64の単位面積当たりの目付量(上記ペースト状組成物の固形分換算の塗付量)は特に限定されるものではないが、十分な導電経路(伝導パス)を確保する観点から、負極集電体62の片面当たり2mg/cm2以上(典型的には3mg/cm2以上、例えば4mg/cm2以上)であり、40mg/cm2以下(典型的には25mg/cm2以下、例えば10mg/cm2以下)とすることが好ましい。
Such a negative electrode
The dielectric composite negative electrode active material and other materials (binder, thickener, etc.) used as necessary are dispersed in an appropriate solvent (ion exchange water is preferred when SBR is used as the binder), A paste-like composition is prepared. Next, it can be formed by applying an appropriate amount of the composition to the surface of the negative electrode
セパレータ70としては、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、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シート(フィルム)が挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PP層の両面にPE層が積層された三層構造)であってもよい。
Examples of the
非水電解質としては、典型的には有機溶媒(非水溶媒)中に、所定の支持塩、および添加剤を含有させたものを用いることができる。 As the non-aqueous electrolyte, typically, an organic solvent (non-aqueous solvent) containing a predetermined supporting salt and an additive can be used.
非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池100の電解質に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を、特に限定なく用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等が例示される。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
或いは、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)、メチルトリフロロエチルカーボネート(MTFEC)のようなフッ素化カーボネート等のフッ素系溶媒を好ましく用いることができる。例えば、FECとMTFECとを体積比1:2〜2:1(例えば1:1)の割合で含む混合溶媒は耐酸化性が高く、高電位電極との組み合わせで好適に使用することができる。
As the non-aqueous solvent, organic solvents such as various carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, and lactones used for the electrolyte of the general lithium ion
Alternatively, fluorine-based compounds such as fluorinated carbonates such as fluoroethylene carbonate (FEC), monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), trifluorodimethyl carbonate (TFDMC), and methyltrifluoroethyl carbonate (MTFEC) A solvent can be preferably used. For example, a mixed solvent containing FEC and MTFEC in a volume ratio of 1: 2 to 2: 1 (for example, 1: 1) has high oxidation resistance and can be suitably used in combination with a high potential electrode.
支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4等のリチウム塩を好適に用いることができる。特に好ましい支持塩として、LiPF6が挙げられる。支持塩の濃度は、好ましくは0.7mol/L以上1.3mol/L以下であり、特に好ましくは凡そ1.0mol/Lである。 As the supporting salt, for example, a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , or LiClO 4 can be suitably used. Particularly preferred support salt include LiPF 6. The concentration of the supporting salt is preferably 0.7 mol / L or more and 1.3 mol / L or less, particularly preferably about 1.0 mol / L.
なお、非水電解質中には、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒、支持塩以外の成分を更に含み得る。かかる任意成分は、例えば、電池の出力性能の向上、保存性の向上(保存中における容量低下の抑制等)、初期充放電効率の向上等の1または2以上の目的で使用されるものであり得る。このような任意成分として、例えば、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;ホウ素原子および/またはリン原子を含むオキサラト錯体化合物、ビニレンカーボナート(VC)、フルオロエチレンカーボナート(FEC)等の被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte may further contain components other than the above-described non-aqueous solvent and supporting salt as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Such optional components are used for one or more purposes such as, for example, improvement of battery output performance, improvement of storage stability (suppression of capacity reduction during storage, etc.), improvement of initial charge / discharge efficiency, and the like. obtain. Examples of such optional components include gas generating agents such as biphenyl (BP) and cyclohexylbenzene (CHB); oxalato complex compounds containing boron and / or phosphorus atoms, vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate ( Various additives such as film forming agents such as FEC), dispersants, thickeners and the like.
ここで開示されるリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池100は各種用途に利用可能であるが、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等の車両に搭載される駆動用電源として好適に利用し得る。
The non-aqueous electrolyte
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明の技術範囲をかかる試験例で説明したものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, although the test example regarding this invention is demonstrated, it is not intending to limit the technical scope of this invention to what was demonstrated by this test example.
<例1>
正極合材として、スピネル系正極活物質と、アセチレンブラック(導電材)と、PVdF(バインダ)とを、これらの重量比が87:10:3となるように混合し、溶媒をNMPとしてペースト状組成物を作製した。ここで使用したスピネル系正極活物質はLiNi0.5Mn1.5O4であり、平均粒子径が13μmである。この正極合材を、厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)に塗布した後、乾燥させて正極活物質層を形成し、ロールプレスして正極を作製した。この正極を、電池の設計容量が13.4mAhとなるよう、一角から帯状部が突き出た正方形に切り出し、その帯状部から上記活物質層を除去し、アルミニウム箔を露出させて端子部を形成し、端子部付正極を得た。
<Example 1>
As a positive electrode mixture, a spinel-based positive electrode active material, acetylene black (conductive material), and PVdF (binder) are mixed so that the weight ratio thereof is 87: 10: 3, and the solvent is pasted as NMP. A composition was prepared. The spinel positive electrode active material used here is LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and has an average particle diameter of 13 μm. This positive electrode mixture was applied to an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm, and then dried to form a positive electrode active material layer, which was roll pressed to produce a positive electrode. The positive electrode was cut into a square with a band-shaped portion protruding from one corner so that the design capacity of the battery was 13.4 mAh, the active material layer was removed from the band-shaped portion, and the aluminum foil was exposed to form a terminal portion. The positive electrode with a terminal part was obtained.
負極合材として、グラファイト(負極活物質=母材:平均粒径7.5μm、黒鉛化度≧0.9)と、チタン酸バリウム(誘電材=子材:平均粒子径1.0μm、負極活物質=母材との粒径比:0.13)とを複合化装置ノビルタ(ホソカワミクロン)で30min、2000rpmの条件で複合化処理を行った。ここでの負極合材中における誘電材(子材)の含有量は、負極活物質(母材)の含有量を100としてその30wt%である。上記複合化処理で得られた誘電材複合負極活物質と、CMC(増粘剤)と、SBR(バインダ)とを、これらの重量比が98:1:1となるように混合し、溶媒を水としてペースト状組成物を作製した。この負極合材を、厚さ10μmの銅箔(負極集電体)に塗布した後乾燥させて負極活物質層を形成し、ロールプレスして負極を作製した。この負極を、上記端子部付正極と同じ面積および形状に加工して、端子部付負極を得た。 As a negative electrode mixture, graphite (negative electrode active material = base material: average particle diameter 7.5 μm, graphitization degree ≧ 0.9) and barium titanate (dielectric material = child material: average particle diameter 1.0 μm, negative electrode active The compound = particle size ratio of the base material to the base material: 0.13) was subjected to a composite treatment using a composite apparatus Nobilta (Hosokawa Micron) for 30 minutes at 2000 rpm. Here, the content of the dielectric material (child material) in the negative electrode mixture is 30 wt%, where the content of the negative electrode active material (base material) is 100. The dielectric material composite negative electrode active material obtained by the composite treatment, CMC (thickener), and SBR (binder) are mixed so that the weight ratio thereof becomes 98: 1: 1, and the solvent is added. A paste-like composition was prepared as water. This negative electrode mixture was applied to a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 μm and then dried to form a negative electrode active material layer, which was roll pressed to produce a negative electrode. This negative electrode was processed into the same area and shape as the positive electrode with a terminal part to obtain a negative electrode with a terminal part.
FECとMTFECとを体積比1:1の割合で含む混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度となるように溶解して非水電解質を調製した。 A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent containing FEC and MTFEC at a volume ratio of 1: 1 to a concentration of 1 mol / L.
適切な大きさに切り出して上記非水電解質を含浸させたセパレータ(多孔質PE/PP/PE三層シート)を介して、上記端子部付正極と上記端子部付負極とを重ね合わせ、ラミネートフィルムで覆った。ここへ上記非水電解質を更に注入し、該フィルムを封止してラミネートセル型電池を構築した。 The positive electrode with terminal part and the negative electrode with terminal part are overlapped with each other through a separator (porous PE / PP / PE three-layer sheet) cut into an appropriate size and impregnated with the non-aqueous electrolyte, and laminated film Covered with. The non-aqueous electrolyte was further injected here, and the film was sealed to construct a laminated cell type battery.
<例2>
負極合材として、グラファイト(負極活物質=母材:平均粒径10μm、黒鉛化度≧0.9)と、チタン酸バリウム(誘電材=子材:平均粒子径1.0μm、負極活物質=母材との粒径比:0.1)とを用いた他は上述の例1と同様にして、ラミネートセル型電池を構築した。
<Example 2>
As the negative electrode mixture, graphite (negative electrode active material = base material:
<例3>
負極合材として、グラファイト(負極活物質=母材:平均粒径15μm、黒鉛化度≧0.9)と、チタン酸バリウム(誘電材=子材:平均粒子径1.0μm、負極活物質=母材との粒径比:0.067)とを用いた他は上述の例1と同様にして、ラミネートセル型電池を構築した。
<Example 3>
As the negative electrode mixture, graphite (negative electrode active material = base material: average particle diameter 15 μm, graphitization degree ≧ 0.9) and barium titanate (dielectric material = child material: average particle diameter 1.0 μm, negative electrode active material = A laminated cell type battery was constructed in the same manner as in Example 1 except that the particle size ratio with respect to the base material was 0.067).
<例4>
負極合材として、グラファイト(負極活物質=母材:平均粒径20μm、黒鉛化度≧0.9)と、チタン酸バリウム(誘電材=子材:平均粒子径1.0μm、負極活物質=母材との粒径比:0.05)とを用いた他は上述の例1と同様にして、ラミネートセル型電池を構築した。
<Example 4>
As the negative electrode mixture, graphite (negative electrode active material = base material:
<例5>
負極合材として、グラファイト(負極活物質=母材:平均粒径20μm、黒鉛化度≧0.9)と、チタン酸バリウム(誘電材=子材:平均粒子径0.5μm、負極活物質=母材との粒径比:0.025)とを用いた他は上述の例1と同様にして、ラミネートセル型電池を構築した。
<Example 5>
As the negative electrode mixture, graphite (negative electrode active material = base material:
<例6>
負極合材として、グラファイト(負極活物質=母材:平均粒径20μm、黒鉛化度≧0.9)と、チタン酸バリウム(誘電材=子材:平均粒子径0.1μm、負極活物質=母材との粒径比:0.005)とを用いた他は上述の例1と同様にして、ラミネートセル型電池を構築した。
<Example 6>
As the negative electrode mixture, graphite (negative electrode active material = base material:
<例7>
負極合材として、グラファイト(負極活物質=母材:平均粒径10μm、黒鉛化度≧0.9)と、チタン酸バリウム(誘電材=子材:平均粒子径0.01μm、負極活物質=母材との粒径比:0.001)とを用いた他は上述の例1と同様にして、ラミネートセル型電池を構築した。
<Example 7>
As the negative electrode mixture, graphite (negative electrode active material = base material:
〔コンディショニング処理〕
上述の例1〜7にかかる各電池セルを、二枚の板で挟み、350kgf(350kg/25cm2)の負荷がかかる状態に拘束した。拘束した各電池セルに対して、温度25℃の環境下、且つ、1/5Cのレートで4.9Vまで定電流充電させ、10分休止させた後、温度25℃の環境下、且つ、1/5Cのレートで3.5Vまで定電流放電させ、10分休止させる操作を3回繰り返した。以下の測定等は、特に断りがない限り、温度25℃の環境下、且つ、拘束したままの電池セルに対して行った。
[Conditioning processing]
Each battery cell according to Examples 1 to 7 described above was sandwiched between two plates and restrained in a state where a load of 350 kgf (350 kg / 25 cm 2 ) was applied. Each restrained battery cell was charged at a constant current of up to 4.9 V at a temperature of 25 ° C. and at a rate of 1/5 C, and rested for 10 minutes. The operation of discharging a constant current to 3.5 V at a rate of / 5 C and resting for 10 minutes was repeated three times. The following measurements and the like were performed on battery cells in a 25 ° C. environment and restrained unless otherwise specified.
〔初期容量算出〕
コンディショニング処理後、各例の電池セルにおいて、1/5Cのレートで4.9Vまで定電流充電させ、定電流充電時の電流値が1/50Cになるまで定電圧充電を行い、満充電状態とした。その後、1/5Cのレートで3.5Vまで定電流放電した際の容量を初期容量とした。
[Initial capacity calculation]
After the conditioning process, the battery cells in each example were charged with a constant current up to 4.9 V at a rate of 1/5 C, and were charged with a constant voltage until the current value at the time of constant current charging was 1/50 C. did. Thereafter, the capacity at the time of constant current discharge to 3.5 V at a rate of 1/5 C was defined as the initial capacity.
〔抵抗測定〕
初期容量確認後、1/5CのレートでSOC0%まで定電流放電した状態の電池を、1/5CのレートでSOC60%(初期放電容量の60%の容量)まで定電流充電した後、温度−10℃の環境下にてインピーダンス測定を行い、界面抵抗の低減率を算出した。
〔Resistance measurement〕
After confirming the initial capacity, the battery in a state of constant current discharge to
得られた各セルにおける、複合化処理前後の初期容量を表1に示した。 Table 1 shows the initial capacities of the obtained cells before and after the composite treatment.
表1に示されているとおり、初期容量に関してはチタン酸バリウム(BaTiO3)を複合化処理しても影響ないことが認められた。これは、誘電材(子材)であるチタン酸バリウム(BaTiO3)が、非水電解液1Lに対する溶解度が100mg/L未満の不溶性もしくは難溶性を有する酸化物であるため、大気中で化学的に安定しており、電極と反応しなかったためであると考えられる。 As shown in Table 1, regarding the initial capacity, it was confirmed that there was no effect even when the composite treatment of barium titanate (BaTiO 3 ) was performed. This is because the dielectric material (child material) barium titanate (BaTiO 3 ) is an insoluble or hardly soluble oxide having a solubility in non-aqueous electrolyte 1 L of less than 100 mg / L. This is considered to be because it did not react with the electrode.
次に得られた各セルにおける、界面抵抗の低減率を表2に、各セルの粒径比(子材/母材)と界面抵抗の低減率との関係を図3に示した。 Next, the reduction ratio of the interface resistance in each cell obtained is shown in Table 2, and the relationship between the particle size ratio (child material / base material) of each cell and the reduction ratio of the interface resistance is shown in FIG.
表2および図3に示されているとおり、誘電材(子材)の負極活物質(母材)に対する粒子径の比率が、0.005〜0.1(例2〜6)で界面抵抗を低減することが認められた。これは、負極活物質上の反応場が十分に確保でき、且つ、該反応場と誘電材(子材)との距離が好適であったため、電荷担体であるLi+が脱溶媒和(解離)する際の活性化障壁を十分に小さくすることができたためであると考えられる。 As shown in Table 2 and FIG. 3, the ratio of the particle diameter of the dielectric material (child material) to the negative electrode active material (base material) is 0.005 to 0.1 (Examples 2 to 6), and the interface resistance is reduced. A reduction was observed. This is because the reaction field on the negative electrode active material can be sufficiently secured and the distance between the reaction field and the dielectric material (child material) is suitable, so that Li + as the charge carrier is desolvated (dissociated). This is considered to be because the activation barrier during the process can be made sufficiently small.
それに対して、例1では誘電材(子材)の負極活物質(母材)に対する粒子径の比率が大きいため、電荷担体の反応場である負極活物質表面と誘電材(子材)との距離が大きくなり、界面抵抗の低減効果が十分に得られなかったと考えられる。また一方、例7では該粒子径の比率が小さいため、負極活物質(母材)の表面を誘電材(子材)が覆ってしまい、反応場が低減し、界面抵抗の低減効果が十分に得られなかったと考えられる。 On the other hand, in Example 1, since the ratio of the particle diameter of the dielectric material (child material) to the negative electrode active material (matrix) is large, the surface of the negative electrode active material that is the reaction field of the charge carrier and the dielectric material (child material) It is thought that the distance was increased and the interface resistance reduction effect was not sufficiently obtained. On the other hand, in Example 7, since the ratio of the particle diameter is small, the surface of the negative electrode active material (base material) is covered with a dielectric material (child material), the reaction field is reduced, and the effect of reducing the interface resistance is sufficient. It is thought that it was not obtained.
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.
20 捲回電極体
30 電池ケース
32 電池ケース本体
34 蓋体
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極
52 正極集電体
52a 正極活物質層非形成部分
54 正極活物質層
60 負極
62 負極集電体
62a 負極活物質層非形成部分
64 負極活物質層
70 セパレータ
100 非水電解液二次電池(リチウムイオン二次電池)
20
Claims (5)
負極活物質を含有する負極活物質層を備える負極と、
非水電解質と、
を備える非水電解質二次電池であって、
前記負極活物質層は、前記負極活物質として、母材たる負極活物質粒子の表面に該負極活物質母材および前記非水電解質よりも比誘電率が高い誘電材が担持された誘電材複合負極活物質を含有し、
ここで前記誘電材複合負極活物質に担持された誘電材の平均粒子径の、前記負極活物質母材の平均粒子径に対する粒径比が、0.005〜0.1であることを特徴とする非水電解質二次電池。 A positive electrode comprising a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material;
A negative electrode comprising a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material;
A non-aqueous electrolyte,
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
The negative electrode active material layer is a dielectric material composite in which a negative electrode active material base material and a dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the non-aqueous electrolyte are supported on the surface of negative electrode active material particles as a base material. Contains a negative electrode active material,
Here, the particle size ratio of the average particle diameter of the dielectric material supported on the dielectric material composite negative electrode active material to the average particle diameter of the negative electrode active material base material is 0.005 to 0.1. Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018147726A (en) * | 2017-03-06 | 2018-09-20 | トヨタ自動車株式会社 | Method for producing positive electrode material for lithium ion secondary battery and positive electrode material for lithium ion secondary battery |
| JP2019065094A (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | 株式会社豊田中央研究所 | Dielectric composite material |
| CN110447131A (en) * | 2017-03-22 | 2019-11-12 | 株式会社村田制作所 | Anode, battery and its manufacturing method, battery pack, electronic equipment, electric vehicle, electrical storage device and electric system |
| CN113497231A (en) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | 本田技研工业株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery provided with same |
| JP2022084067A (en) * | 2020-11-26 | 2022-06-07 | 本田技研工業株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary battery |
| JPWO2022158375A1 (en) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | ||
| JP2023533259A (en) * | 2020-12-30 | 2023-08-02 | チューハイ コスミクス バッテリー カンパニー,リミテッド | Electrode sheet and lithium ion battery |
| WO2023155333A1 (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | 常州大学 | Piezoelectric effect-based method for preparing high-performance lithium ion silicon-based negative electrode material and application thereof |
| CN116982170A (en) * | 2022-07-05 | 2023-10-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode plates, secondary batteries, battery modules, battery packs and electrical devices |
| WO2023245639A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Fast-charging negative electrode active material and preparation method therefor, negative electrode sheet, secondary battery, and electric device |
| WO2024011512A1 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode plate, negative electrode plate preparation method, secondary battery, battery module, battery pack, and electrical device |
| CN117497768A (en) * | 2024-01-03 | 2024-02-02 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode plate, preparation method thereof, battery and power utilization device |
| WO2025146168A1 (en) * | 2024-01-03 | 2025-07-10 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode sheet and preparation method therefor, battery, and electric device |
-
2014
- 2014-08-11 JP JP2014163507A patent/JP2016039114A/en active Pending
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11139470B2 (en) | 2017-03-06 | 2021-10-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing positive electrode material for lithium ion secondary battery and positive electrode material for lithium ion secondary battery |
| US11171331B2 (en) | 2017-03-06 | 2021-11-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing positive electrode material for lithium ion secondary battery and positive electrode material for lithium ion secondary battery |
| JP2018147726A (en) * | 2017-03-06 | 2018-09-20 | トヨタ自動車株式会社 | Method for producing positive electrode material for lithium ion secondary battery and positive electrode material for lithium ion secondary battery |
| CN110447131B (en) * | 2017-03-22 | 2023-04-04 | 株式会社村田制作所 | Positive electrode, battery, method for manufacturing battery, battery pack, electronic device, electric vehicle, power storage device, and power system |
| CN110447131A (en) * | 2017-03-22 | 2019-11-12 | 株式会社村田制作所 | Anode, battery and its manufacturing method, battery pack, electronic equipment, electric vehicle, electrical storage device and electric system |
| JP2019065094A (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | 株式会社豊田中央研究所 | Dielectric composite material |
| CN113497231A (en) * | 2020-03-18 | 2021-10-12 | 本田技研工业株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery provided with same |
| CN113497231B (en) * | 2020-03-18 | 2025-08-05 | 本田技研工业株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery having the same |
| JP2022084067A (en) * | 2020-11-26 | 2022-06-07 | 本田技研工業株式会社 | Negative electrode for lithium ion secondary battery |
| JP7492905B2 (en) | 2020-11-26 | 2024-05-30 | 本田技研工業株式会社 | Negative electrodes for lithium-ion secondary batteries |
| JP2023533259A (en) * | 2020-12-30 | 2023-08-02 | チューハイ コスミクス バッテリー カンパニー,リミテッド | Electrode sheet and lithium ion battery |
| JP7763232B2 (en) | 2020-12-30 | 2025-10-31 | チューハイ コスミクス バッテリー カンパニー,リミテッド | Electrode sheet and lithium-ion battery |
| JPWO2022158375A1 (en) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | ||
| JP7783200B2 (en) | 2021-01-21 | 2025-12-09 | パナソニックエナジー株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| WO2023155333A1 (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | 常州大学 | Piezoelectric effect-based method for preparing high-performance lithium ion silicon-based negative electrode material and application thereof |
| JP2024537572A (en) * | 2022-06-24 | 2024-10-11 | 香港時代新能源科技有限公司 | Rapid charging negative electrode active material and method for producing the same, negative electrode sheet, secondary battery, and power consumption device |
| WO2023245639A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Fast-charging negative electrode active material and preparation method therefor, negative electrode sheet, secondary battery, and electric device |
| JP7776632B2 (en) | 2022-06-24 | 2025-11-26 | 香港時代新能源科技有限公司 | Rapid charging negative electrode active material and method for producing the same, negative electrode sheet, secondary battery, and power consumption device |
| WO2024007142A1 (en) * | 2022-07-05 | 2024-01-11 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode plate, secondary battery, battery module, battery pack and electric device |
| CN116982170A (en) * | 2022-07-05 | 2023-10-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode plates, secondary batteries, battery modules, battery packs and electrical devices |
| WO2024011512A1 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode plate, negative electrode plate preparation method, secondary battery, battery module, battery pack, and electrical device |
| CN117497768A (en) * | 2024-01-03 | 2024-02-02 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode plate, preparation method thereof, battery and power utilization device |
| WO2025146168A1 (en) * | 2024-01-03 | 2025-07-10 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Negative electrode sheet and preparation method therefor, battery, and electric device |
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