JP4595352B2 - Aqueous electrolyte lithium secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、電解液として、リチウム塩を水に溶解してなる水系電解液を有する水系電解液リチウム二次電池に関する。 The present invention relates to an aqueous electrolyte lithium secondary battery having an aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in water as an electrolyte.
リチウムの吸蔵及び脱離現象を利用したリチウム二次電池は、高電圧でエネルギー密度が高く、また小型・軽量化が図れることから、パソコンや携帯電話等の携帯情報端末等を中心に情報機器や通信機器の分野で実用が進み、広く一般に普及するに至っている。また他の分野では、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急がれる中、リチウム二次電池を電気自動車用電源として用いることが検討されている。 Lithium rechargeable batteries that use the lithium absorption and desorption phenomenon are high voltage, high energy density, and can be reduced in size and weight. Practical use has progressed in the field of communication equipment, and it has become widely popular. In other fields, the use of lithium secondary batteries as a power source for electric vehicles is being studied while the development of electric vehicles is urgent due to environmental issues and resource issues.
現在、実用化されているリチウム二次電池としては、電解液としてリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水系電解液を含有する非水系のリチウム二次電池が主流である。このような非水系のリチウム二次電池としては、一般に、リチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質、導電性炭素材料からなる導電剤、及びフッ素樹脂からなるバインダーを含有する正極合材を、アルミニウム箔からなる集電体に塗布してなる正極と、リチウムを吸蔵及び脱離可能な炭素材料からなる負極活物質、及びフッ素樹脂又は水溶性樹脂からなるバインダーを含有する負極合材を、銅箔からなる集電体に塗布してなる負極とを有するものが用いられている。 Currently, non-aqueous lithium secondary batteries containing a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent as an electrolyte solution are mainly used as lithium secondary batteries in practical use. As such a non-aqueous lithium secondary battery, in general, a positive electrode active material composed of a lithium transition metal composite oxide, a conductive agent composed of a conductive carbon material, and a positive electrode mixture containing a binder composed of a fluororesin, A negative electrode mixture containing a positive electrode applied to a current collector made of aluminum foil, a negative electrode active material made of a carbon material capable of inserting and extracting lithium, and a binder made of a fluororesin or a water-soluble resin, What has the negative electrode formed by apply | coating to the collector which consists of foil is used.
しかし、非水系のリチウム二次電池は、電解液として引火点の低い有機溶媒等の非水系電解液を含有しているため、過充電や短絡等により引火、爆発の危険性を有している。また、過充電状態に至った場合や高温環境下にさらされた場合には、電解液が分解して可燃性ガスを発生するおそれがある。そのため、非水系のリチウム二次電池には、安全性を確保する目的として、PCT素子や安全弁等のデバイスを装備するのが一般的である。しかし、非水系のリチウム二次電池は、もともと可燃性の溶媒を含有しているため、安全性を充分に確保するには相当の困難がつきまとう。特に、非水系のリチウム二次電池を自動車等の動力用電源として用いる場合には、電池が大型化し、使用する有機溶媒の量が多くなることに加え、使用温度が高く、過酷な条件下での使用が予想されるため、より安全性の高いリチウム二次電池が要求されていた。 However, since non-aqueous lithium secondary batteries contain non-aqueous electrolytes such as organic solvents with a low flash point as the electrolyte, there is a risk of ignition or explosion due to overcharge or short circuit. . Further, when the battery is overcharged or exposed to a high temperature environment, the electrolytic solution may be decomposed to generate a flammable gas. For this reason, non-aqueous lithium secondary batteries are generally equipped with devices such as PCT elements and safety valves for the purpose of ensuring safety. However, since non-aqueous lithium secondary batteries originally contain a flammable solvent, it is difficult to ensure sufficient safety. In particular, when using a non-aqueous lithium secondary battery as a power source for automobiles or the like, the battery becomes larger and the amount of the organic solvent used increases. Therefore, a lithium secondary battery with higher safety has been demanded.
また、非水系のリチウム二次電池においては、電池内に水分がわずかにでも存在すると、水の電気分解によりガスが発生したり、水とリチウムとが反応してリチウムが消費されたり、また、電池を構成する材料が腐食したりするおそれがある。そのため、非水系のリチウム二次電池においては、その製造工程において徹底したドライ環境を維持する必要がある。その結果、水分を完全に除去するための特殊な設備と多大な労力を要し、製造コストが高くなってしまうという問題があった。 In addition, in a non-aqueous lithium secondary battery, if there is even a small amount of moisture in the battery, gas is generated due to electrolysis of water, water reacts with lithium and lithium is consumed, There is a risk of corrosion of the material constituting the battery. Therefore, in a nonaqueous lithium secondary battery, it is necessary to maintain a thorough dry environment in the manufacturing process. As a result, there is a problem that special equipment and a great amount of labor are required to completely remove moisture, resulting in an increase in manufacturing cost.
一方、電解液として水溶液を用いた水系電解液リチウム二次電池がある(特許文献1参照)。この水系電解液リチウム二次電池は、上記非水系のリチウム二次電池が有する上記のような問題に対して非常に有利である。
即ち、水系電解液リチウム二次電池は、上記有機溶媒を含有していないため、引火等の危険性がほとんどない。また、その製造時にドライ環境を必要としないため、製造コストを低くすることができる。
また、一般に水系電解液リチウム二次電池は、水の電気分解が起こらない電位範囲で充放電をさせることが必要であるが、水溶液は非水溶液に比べて導電性が高いため、非水系のリチウム二次電池に比べて電池の反応抵抗が低く、電池の出力特性やレート特性が向上するという利点がある。
On the other hand, there is an aqueous electrolyte lithium secondary battery using an aqueous solution as an electrolyte (see Patent Document 1). This aqueous electrolyte lithium secondary battery is very advantageous for the above-described problems of the non-aqueous lithium secondary battery.
That is, since the aqueous electrolyte lithium secondary battery does not contain the organic solvent, there is almost no risk of ignition. Moreover, since a dry environment is not required at the time of manufacture, the manufacturing cost can be reduced.
In general, an aqueous electrolyte lithium secondary battery needs to be charged / discharged in a potential range where electrolysis of water does not occur. However, an aqueous solution has higher conductivity than a non-aqueous solution. Compared to the secondary battery, there is an advantage that the reaction resistance of the battery is low and the output characteristics and rate characteristics of the battery are improved.
このような水系電解液リチウム二次電池の正極や負極は、非水系のリチウム二次電池と同様に、活物質と導電剤とバインダーとからなる電極合材(正極合材又は負極合材)を、金属箔等からなる集電体に塗布し乾燥して作製される。上記水系電解液リチウム二次電池は、その研究の歴史が浅いこともあり、正極や負極に用いるバインダーに関する報告はほとんどない。したがって、これまで、水系電解液リチウム二次電池のバインダーとしては、非水系のリチウム二次電池の正極及び負極に用いられていたポリフッ化ビニリデンやテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂や、スチレンブタジエンゴム等の炭化水素系樹脂が用いられてきた(特許文献1及び特許文献2参照)。
As in the case of the non-aqueous lithium secondary battery, the positive electrode and the negative electrode of such an aqueous electrolyte lithium secondary battery are made of an electrode mixture (positive electrode mixture or negative electrode mixture) composed of an active material, a conductive agent, and a binder. It is manufactured by applying to a current collector made of metal foil or the like and drying. The aqueous electrolyte lithium secondary battery has a short history of research, and there are few reports on binders used for positive and negative electrodes. Therefore, until now, as binders for aqueous electrolyte lithium secondary batteries, fluororesins such as polyvinylidene fluoride and tetrafluoroethylene used for the positive and negative electrodes of non-aqueous lithium secondary batteries, styrene butadiene rubber, etc. The hydrocarbon-based resin has been used (see
しかしながら、非水系のリチウム二次電池用のバインダーを正極や負極に含有する水系電解液リチウム二次電池においては、電極合材と集電体との密着性が不充分で、これらの間に水が入り込み易く、電池の充放電中に電極にフクレが発生するおそれがあった。
また、非水系のリチウム二次電池に用いられていたバインダーは、水との親和性がほとんどなく、水溶液中で収縮する性質を有している。そのため、充放電に伴って正極活物質及び負極活物質の粒子が膨張及び収縮するときに、水系電解液中で収縮したバインダーが活物質粒子の表面から脱離し易い。その結果、正極活物質及び負極活物質の粒子間の結合力が失われて、正極活物質及び負極活物質の粒子が集電体から滑落するおそれがあった。そのため、充放電を繰り返すにつれて、放電容量が低下し易く、実用に耐えうる充放電サイクル特性を発揮できないという問題があった。
However, in an aqueous electrolyte lithium secondary battery containing a binder for a non-aqueous lithium secondary battery in the positive electrode or the negative electrode, the adhesion between the electrode mixture and the current collector is insufficient, and there is no water between them. There was a possibility that swelling would occur in the electrode during charging / discharging of the battery.
Moreover, the binder used for the non-aqueous lithium secondary battery has almost no affinity with water and has a property of shrinking in an aqueous solution. Therefore, when the particles of the positive electrode active material and the negative electrode active material expand and contract with charge / discharge, the binder contracted in the aqueous electrolyte solution is easily detached from the surface of the active material particles. As a result, the bonding force between the particles of the positive electrode active material and the negative electrode active material is lost, and the particles of the positive electrode active material and the negative electrode active material may slide off from the current collector. For this reason, as charge / discharge is repeated, there is a problem in that the discharge capacity tends to decrease and charge / discharge cycle characteristics that can withstand practical use cannot be exhibited.
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、正極合材や負極合材と集電体との密着性に優れ、充放電サイクル特性に優れた水系電解液リチウム二次電池を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and is an aqueous electrolyte lithium secondary battery excellent in adhesion between a positive electrode composite or negative electrode composite and a current collector and excellent in charge / discharge cycle characteristics. Is to provide.
本発明は、正極集電体に正極合材を結着してなる正極と、負極集電体に負極合材を結着してなる負極と、リチウム塩を水に溶解してなる水系電解液とを有する水系電解液リチウム二次電池において、
上記正極合材は、リチウムを可逆的に吸蔵及び脱離できるリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質と、導電性を有する炭素系材料からなる導電剤と、バインダーとを含有し、
上記負極合材は、上記正極活物質が含有する上記リチウム含有複合酸化物よりも、リチウムの吸蔵電位及び脱離電位が低い複合酸化物からなる負極活物質と、導電性を有する炭素系材料からなる導電剤と、バインダーとを含有し、
上記正極合材及び上記負極合材の両方が上記バインダーとして、アクリロニトリル、又はアクリル樹脂からなる水不溶性高分子を含有することを特徴とする水系電解液リチウム二次電池にある(請求項1)。
The present invention relates to a positive electrode formed by binding a positive electrode mixture to a positive electrode current collector, a negative electrode formed by binding a negative electrode mixture to a negative electrode current collector, and an aqueous electrolyte solution obtained by dissolving a lithium salt in water In an aqueous electrolyte lithium secondary battery having
The positive electrode mixture contains a positive electrode active material made of a lithium-containing composite oxide capable of reversibly inserting and extracting lithium, a conductive agent made of a carbon-based material having conductivity, and a binder.
The negative electrode mixture is composed of a negative electrode active material composed of a composite oxide having a lower lithium storage and desorption potential than the lithium-containing composite oxide contained in the positive electrode active material, and a conductive carbon-based material. Containing a conductive agent and a binder,
Both of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture contain a water-insoluble polymer composed of acrylonitrile or an acrylic resin as the binder, in an aqueous electrolyte lithium secondary battery (Claim 1).
本発明の水系電解液リチウム二次電池において最も注目すべき点は、上記正極合材及び上記負極合材における上記バインダーは、そのいずれもがアクリロニトリル、又はアクリル樹脂からなる水不溶性高分子からなる点にある。
そのため、上記水系電解液リチウム二次電池においては、上記正極合材及び上記負極合材と、例えば金属箔からなる正極集電体及び負極集電体との密着性が優れている。
即ち、例えば金属箔等よりなる上記正極集電体及び上記負極集電体は、通常酸化しており、表面が酸素原子で覆われている。上記バインダーは、上記正極合材及び負極合材をそれぞれ上記正極集電体及び負極集電体に密着性よく結着させることができる。したがって、上記水系電解液リチウム二次電池においては、上記正極集電体と上記正極合材との間や、上記負極集電体と上記正極合材との間に、水系電解液の水が入り込み難く、正極や負極にフクレが発生して上記正極合材や上記負極合材が集電体から剥離すること防止できる。
The most notable point in the aqueous electrolyte lithium secondary battery of the present invention is that the binder in the positive electrode mixture and the negative electrode mixture is composed of a water-insoluble polymer made of acrylonitrile or acrylic resin. It is in.
Therefore, in the said aqueous electrolyte lithium secondary battery, the adhesiveness of the said positive electrode compound material and the said negative electrode compound material, and the positive electrode collector and negative electrode collector which consist of metal foil, for example is excellent.
That is, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector made of, for example, a metal foil are usually oxidized, and the surface is covered with oxygen atoms. The binder may be an upper Symbol positive electrode composite and negative electrode mixture, respectively in close contact with good binding to the positive electrode collector and the negative electrode current collector. Therefore, in the aqueous electrolyte lithium secondary battery, water of the aqueous electrolyte enters between the positive electrode current collector and the positive electrode mixture or between the negative electrode current collector and the positive electrode mixture. It is difficult, and it is possible to prevent the positive electrode mixture and the negative electrode mixture from peeling from the current collector due to the occurrence of swelling on the positive electrode and the negative electrode.
また、上記バインダーは、水との親和性を有しているため、水系電解液中においてもほとんど収縮することがない。さらに、上記バインダーは、水不溶性であるため、水系電解液中においても溶出することがない。
そのため、上記水系電解液リチウム二次電池の充放電に伴って、上記正極活物質及び上記負極活物質の粒子が膨張及び収縮しても、上記バインダーは粒子間の結合を維持できる。
Moreover, since the binder has an affinity for water, it hardly shrinks even in an aqueous electrolyte solution. Furthermore, since the binder is insoluble in water, it does not elute in the aqueous electrolyte solution.
Therefore, even if the particles of the positive electrode active material and the negative electrode active material expand and contract with the charge and discharge of the aqueous electrolyte lithium secondary battery, the binder can maintain the bond between the particles.
さらに、上記水系電解液リチウム二次電池において、上記正極活物質及び上記負極活物質は、いずれも複合酸化物であり、上記バインダーとの親和性に優れている。そのため、上記バインダーは、上記正極活物質や上記負極活物質の粒子に対する吸着力が強い。それ故、上記バインダーは、上記正極活物質の粒子同士、及び上記負極活物質の粒子同士を強固に結合することができる。 Further, in the above aqueous electrolytic solution lithium secondary battery, the positive electrode active material and the negative active material, both Ri composite oxide der, has excellent affinity with the upper Symbol binder. Therefore, the binder has a strong adsorptive power to the positive electrode active material and the negative electrode active material particles. Therefore, the binder can firmly bond the particles of the positive electrode active material and the particles of the negative electrode active material.
このように、上記バインダーは、充放電に伴う活物質粒子の膨張及び収縮によっても活物質粒子間の結合を維持することができ、また、活物質の粒子間を強固に結合することができる。そのため、充放電を繰り返し行っても、上記正極活物質や上記負極活物質の粒子が脱離することはほとんどない。したがって、上記水系電解液リチウム二次電池は、充放電を繰り返しても、電池容量が低下し難く、充放電サイクル特性に優れたものとなる。 As described above, the binder can maintain the bond between the active material particles by the expansion and contraction of the active material particles accompanying the charge / discharge, and can firmly bond the particles of the active material. Therefore, even if charging / discharging is repeated, the particles of the positive electrode active material and the negative electrode active material are hardly detached. Therefore, the above-mentioned aqueous electrolyte lithium secondary battery is excellent in charge / discharge cycle characteristics because the battery capacity hardly decreases even when charge / discharge is repeated.
以上のごとく、本発明によれば、正極合材や負極合材と集電体との密着性に優れ、充放電サイクル特性に優れた水系電解液リチウム二次電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a water-based electrolyte lithium secondary battery that is excellent in adhesion between a positive electrode mixture or a negative electrode mixture and a current collector and excellent in charge / discharge cycle characteristics.
次に、本発明の水系電解液リチウム二次電池の実施の形態について、電池の構成要素ごとに説明する。ここで、上記水系電解液リチウム二次電池は、上述のごとく、正極集電体に正極合材を結着してなる正極と、負極集電体に負極合材を結着してなる負極と、リチウム塩を水に溶解してなる水系電解液とを有する。上記正極合材は、正極活物質と、導電剤と、バインダーとを含有し、上記負極合材は、負極活物質と、導電剤と、バインダーとを含有する。 Next, embodiments of the aqueous electrolyte lithium secondary battery of the present invention will be described for each battery component. Here, as described above, the aqueous electrolyte lithium secondary battery includes a positive electrode formed by binding a positive electrode mixture to a positive electrode current collector, and a negative electrode formed by binding a negative electrode mixture to a negative electrode current collector. And an aqueous electrolyte solution obtained by dissolving a lithium salt in water. The positive electrode mixture contains a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder, and the negative electrode mixture contains a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder.
まず、上記正極合材及び負極合材に含まれるバインダーについて説明する。
(バインダー)
上記バインダーは、水に不溶で、酸素、窒素、硫黄及びりんから選ばれる1種以上の元素を含有する水不溶性高分子からなることが好ましい。このような水不溶性高分子は、炭素と水素、又は炭素と水素とフッ素等の他に、酸素、窒素、硫黄及びりんから選ばれる1種以上の元素を含有する。上記バインダーとしては、上記水不溶性高分子を1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。
First, the binder contained in the positive electrode mixture and the negative electrode mixture will be described.
(binder)
The binder is preferably made of a water-insoluble polymer that is insoluble in water and contains one or more elements selected from oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus. Such a water-insoluble polymer contains one or more elements selected from oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus in addition to carbon and hydrogen, or carbon, hydrogen, and fluorine. As said binder, what mixed the said water-
具体例には、炭素や水素の他に酸素を含むものとして、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂、又はポリプロピレンやポリブタジエン等の炭化水素樹脂のカルボキシ変性物やヒドロキシ変性物等がある。また、炭素や水素の他に酸素及び窒素を含むものとしては、例えばポリアクリロニトリル、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、又は炭化水素樹脂のアミン変性物やニトロ基付加物等がある。また、硫黄を含むものとしては、例えばチオール変性物やスルフォン酸付加物などがある。また、炭素、水素、及びフッ素の他に酸素などを含むものとしては、テトラフルオロエチレンや、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂のカルボキシ変性物やヒドロキシ変性物等の変性フッ素樹脂等がある。また、炭化水素樹脂や、フッ素樹脂と、酸素、窒素、硫黄及びりんから選ばれる1種以上を含む樹脂の共重合体等がある。
また、上記正極合材用のバインダー及び上記負極合材用のバインダーは、互いに同じものであっても異なるものであってもよい。
Specific examples include those containing oxygen in addition to carbon and hydrogen, such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a carboxy-modified product or a hydroxy-modified product of a hydrocarbon resin such as polypropylene or polybutadiene. Examples of those containing oxygen and nitrogen in addition to carbon and hydrogen include polyacrylonitrile, urethane resins, melamine resins, or amine-modified products of hydrocarbon resins and nitro group addition products. Examples of sulfur-containing compounds include thiol-modified products and sulfonic acid adducts. In addition to carbon, hydrogen, and fluorine, those containing oxygen and the like include tetrafluoroethylene, modified fluororesins such as carboxy-modified products and hydroxy-modified products of fluororesins such as polyvinylidene fluoride, and the like. Further, there are a hydrocarbon resin, a copolymer of a fluororesin, and a resin including at least one selected from oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus.
The binder for the positive electrode mixture and the binder for the negative electrode mixture may be the same as or different from each other.
(正極)
上記正極は、例えば上記正極活物質、上記導電剤、及び上記バインダーを含有する上記正極合材を、上記正極集電体に塗布し乾燥して、必要に応じてプレスして形成することができる。
上記正極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵及び脱離できるリチウム含有複合酸化物からなる。具体的には、例えばリチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム鉄複合リン酸化物等がある。
上記導電剤は、電極の電気伝導性を確保するためのものであり、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素系材料から選ばれる1種又は2種以上を用いることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode can be formed, for example, by applying the positive electrode mixture containing the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder to the positive electrode current collector, drying, and pressing as necessary. .
The positive electrode active material is made of a lithium-containing composite oxide capable of reversibly inserting and extracting lithium. Specifically, for example, there are lithium cobalt composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium iron composite phosphorus oxide, and the like.
The conductive agent is for ensuring the electrical conductivity of the electrode. For example, one or more selected from carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, and graphite can be used. .
また、上記正極合材は、該正極合材100重量部中に、上記正極活物質を60〜95重量部、上記導電剤を4〜20重量部、上記バインダーを1〜20重量部含有することが好ましい。
上記正極活物質の含有量が60重量部未満の場合には、上記水系電解液リチウム二次電池は、実用に耐えうる程の充分な充放電容量を発揮できないおそれがある。一方、95重量部を超える場合には、上記導電剤もしくは上記バインダーの含有量が不足し、上記水系電解液リチウム二次電池は、電気抵抗が高くなり、実用上問題となるおそれがある。
The positive electrode mixture contains 60 to 95 parts by weight of the positive electrode active material, 4 to 20 parts by weight of the conductive agent, and 1 to 20 parts by weight of the binder in 100 parts by weight of the positive electrode mixture. Is preferred.
When the content of the positive electrode active material is less than 60 parts by weight, the aqueous electrolyte lithium secondary battery may not exhibit a sufficient charge / discharge capacity to withstand practical use. On the other hand, when it exceeds 95 parts by weight, the content of the conductive agent or the binder is insufficient, and the aqueous electrolyte lithium secondary battery has a high electric resistance, which may cause a practical problem.
また、上記導電剤の含有量が、4重量部未満の場合には、正極の導電性が低下し、上記水系電解液リチウム二次電池の電気抵抗が高くなり、実用上問題するおそれがある。一方、20重量部を超える場合には、上記水系電解液リチウム二次電池の電池容量が低下するおそれがある。
また、上記バインダーの含有量が1重量部未満の場合には、上述の上記正極合材と上記正極集電体、及び上記負極合材と上記負極集電体との密着性の向上効果が充分に発揮されないおそれがある。一方、20重量部を超える場合には、上記水系電解液リチウム二次電池の電池容量が低下するおそれがある。
Moreover, when content of the said electrically conductive agent is less than 4 weight part, the electroconductivity of a positive electrode falls, the electrical resistance of the said aqueous electrolyte lithium secondary battery becomes high, and there exists a possibility that it may be a problem practically. On the other hand, when it exceeds 20 weight part, there exists a possibility that the battery capacity of the said aqueous electrolyte lithium secondary battery may fall.
Further, when the content of the binder is less than 1 part by weight, the effect of improving the adhesion between the positive electrode mixture and the positive electrode current collector, and the negative electrode mixture and the negative electrode current collector is sufficient. There is a risk that it will not be demonstrated. On the other hand, when it exceeds 20 weight part, there exists a possibility that the battery capacity of the said aqueous electrolyte lithium secondary battery may fall.
上記正極合材を上記正極集電体に塗布する際には、例えば上記バインダーの溶解に適した有機溶媒を用いてバインダー溶液を作製し、この溶液中に上記正極活物質及び上記導電剤を充分に分散させ、さらに上記有機溶媒で塗布に適した粘度に調整した後、上記集電体に塗布することができる。このような有機溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン等を用いることができる。 When the positive electrode mixture is applied to the positive electrode current collector, for example, a binder solution is prepared using an organic solvent suitable for dissolving the binder, and the positive electrode active material and the conductive agent are sufficiently contained in the solution. And further adjusted to a viscosity suitable for coating with the organic solvent, and then coated on the current collector. As such an organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone or the like can be used.
(負極)
上記負極は、例えば上記負極活物質、上記導電剤、及び上記バインダーを含有する上記負極合材を、上記負極集電体に塗布し乾燥して、必要に応じてプレスして形成することができる。上記負極においては、活物質として上記負極活物質を含有することを除き、上記正極と同様のものを用いることができる。
上記負極活物質は、上記正極活物質が含有するリチウム含有複合酸化物よりも、リチウムの吸蔵電位及び脱離電位が低い複合酸化物からなる。具体的には、例えばリチウムバナジウム複合酸化物やリチウムチタン複合酸化物などのリチウム遷移金属複合酸化物、又は水酸化鉄等がある。
(Negative electrode)
The negative electrode can be formed, for example, by applying the negative electrode mixture containing the negative electrode active material, the conductive agent, and the binder to the negative electrode current collector, drying, and pressing as necessary. . In the said negative electrode, the thing similar to the said positive electrode can be used except containing the said negative electrode active material as an active material.
The negative electrode active material is composed of a composite oxide having a lithium occlusion potential and a desorption potential lower than those of the lithium-containing composite oxide contained in the positive electrode active material. Specifically, for example, there are lithium transition metal composite oxides such as lithium vanadium composite oxide and lithium titanium composite oxide, or iron hydroxide.
また、上記負極合材は、該負極合材100重量部中に、上記負極活物質を60〜95重量部、上記導電剤を4〜20重量部、上記バインダーを1〜20重量部含有することが好ましい。これらの臨界意義については、上記正極合材と同様である。 In addition, the negative electrode mixture contains 60 to 95 parts by weight of the negative electrode active material, 4 to 20 parts by weight of the conductive agent, and 1 to 20 parts by weight of the binder in 100 parts by weight of the negative electrode mixture. Is preferred. About these critical significance, it is the same as that of the said positive electrode compound material.
(電解液)
上記水系電解液リチウム二次電池は、電解液として、リチウム塩を水に溶解してなる水系電解液を含有する。リチウム塩は、水に溶解することにより解離し、リチウムイオンが電解液中に存在する。このようなリチウム塩としては、例えば硝酸リチウム、硫酸リチウム、水酸化リチウム、ヨウ化リチウム等がある。これらのリチウム塩は1種又は2種以上を混合して用いることができる。
(Electrolyte)
The aqueous electrolyte lithium secondary battery contains an aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in water as an electrolyte. The lithium salt is dissociated by dissolving in water, and lithium ions are present in the electrolytic solution. Examples of such a lithium salt include lithium nitrate, lithium sulfate, lithium hydroxide, and lithium iodide. These lithium salts can be used alone or in combination of two or more.
また、上記水系電解液は、そのpHが、6≦pH≦10の範囲にあることが好ましい(請求項2)。
この場合には、上記正極及び負極中の上記正極活物質及び負極活物質の水溶液中での安定性を向上させることができ、上記正極活物質及び上記負極活物質におけるリチウムイオンの吸蔵及び脱離反応がよりスムーズになる。
The aqueous electrolyte solution preferably has a pH in a range of 6 ≦ pH ≦ 10.
In this case, the stability of the positive electrode active material and the negative electrode active material in the positive electrode and the negative electrode in an aqueous solution can be improved, and lithium ion occlusion and desorption in the positive electrode active material and the negative electrode active material can be improved. The reaction becomes smoother.
上記水系電解液のpHが6未満の場合には、上記正極活物質及び上記負極活物質が溶解し、上記水系電解液中に安定に存在できなくなるおそれがある。一方、pHが10を超える場合には、上記水系電解液と、例えば金属箔等からなる上記正極集電体や上記負極集電体との間で反応がおこり、電極が安定に存在できなくなるおそれがある。
また、上記水系電解液中のリチウム塩濃度は、電解液の電気伝導度を高くして上記水系電解液リチウム二次電池の内部抵抗を低くするという観点から、飽和濃度もしくはそれに近い濃度とすることが好ましい。
When the pH of the aqueous electrolyte is less than 6, the positive electrode active material and the negative electrode active material may be dissolved and cannot be stably present in the aqueous electrolyte. On the other hand, when the pH exceeds 10, a reaction occurs between the aqueous electrolyte and the positive electrode current collector or the negative electrode current collector made of, for example, a metal foil, and the electrode may not exist stably. There is.
In addition, the lithium salt concentration in the aqueous electrolyte solution should be a saturated concentration or a concentration close to it from the viewpoint of increasing the electrical conductivity of the electrolyte solution and reducing the internal resistance of the aqueous electrolyte lithium secondary battery. Is preferred.
(集電体)
上記水系電解液リチウム二次電池においては、正極に上記正極集電体を有し、負極に上記負極集電体を有する。このような集電体としては、導電性に優れ、水系電解液中で安定な金属箔等を用いることができる。具体的には、例えばニッケル、アルミニウム、白金、又はこれらの合金などからなる金属箔がある。
(Current collector)
In the aqueous electrolyte lithium secondary battery, the positive electrode has the positive electrode current collector, and the negative electrode has the negative electrode current collector. As such a current collector, a metal foil or the like that is excellent in conductivity and stable in an aqueous electrolyte can be used. Specifically, for example, there is a metal foil made of nickel, aluminum, platinum, or an alloy thereof.
また、上記正極集電体及び上記負極集電体は、そのいずれもがアルミニウムよりなることが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記水系電解液のpHが上述のごとく6≦pH≦10のという好ましい範囲にある場合においても、上記正極集電体及び上記負極集電体が上記水系電解液中で反応してしまうことを防止し、安定性を向上させることができる。また、この場合には、上記水系電解液リチウム二次電池の製造コストを低くすることができると共に、その軽量化を図ることができる。
Moreover, it is preferable that both of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are made of aluminum.
In this case, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector react in the aqueous electrolyte solution even when the pH of the aqueous electrolyte solution is in the preferred range of 6 ≦ pH ≦ 10 as described above. Can be prevented and stability can be improved. In this case, the manufacturing cost of the aqueous electrolyte lithium secondary battery can be reduced, and the weight can be reduced.
(その他)
上記水系電解液リチウム二次電池においては、上記正極と上記負極との間にセパレータを狭装することができる。
上記セパレータは、正極と負極とを分離し上記水系電解液を保持するものであり、上記水系電解液中で安定なものを用いることができる。具体的には、例えばセルロース、ポリエチレン、及びポリプロピレン等の薄い微多孔膜からなるものを用いることができる。
(Other)
In the aqueous electrolyte lithium secondary battery, a separator can be sandwiched between the positive electrode and the negative electrode.
The said separator isolate | separates a positive electrode and a negative electrode, and hold | maintains the said aqueous electrolyte solution, A stable thing can be used in the said aqueous electrolyte solution. Specifically, what consists of thin microporous films, such as a cellulose, polyethylene, and a polypropylene, can be used, for example.
また、上記水系電解液リチウム二次電池の形状としては、例えばコイン型、円筒型、角型等がある。正極、負極、及び水溶液電解液等を収容する電池ケースとしては、これらの形状に対応したものを用いることができる。
上記水系電解液リチウム二次電池は、例えば上記正極と上記負極との間に上記セパレータを狭装してなる電極体を、所定の形状の電池ケースに収納し、上記正極集電体及び上記負極集電体を、リード線を介して電池の外部に設けた正極外部端子及び負極外部端子に電気的に接続し、上記電極体に上記水系電解液を含浸させて、電池ケース密閉することにより作製することができる。
Examples of the shape of the aqueous electrolyte lithium secondary battery include a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape. As the battery case that accommodates the positive electrode, the negative electrode, the aqueous electrolyte, and the like, those corresponding to these shapes can be used.
The aqueous electrolyte lithium secondary battery includes, for example, an electrode body in which the separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode in a battery case having a predetermined shape, and the positive electrode current collector and the negative electrode The current collector is electrically connected to the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal provided outside the battery via lead wires, and the electrode body is impregnated with the aqueous electrolyte solution, and the battery case is sealed. can do.
(実施例1)
次に、本発明の水系電解液リチウム二次電池の実施例について、図1及び図2を用いて説明する。
図1及び図2に示すごとく、本例の水系電解液リチウム二次電池1は、正極集電体21に正極合材25を結着してなる正極2と、負極集電体31に負極合材35を結着してなる負極3と、リチウム塩を水に溶解してなる水系電解液とを有する。
Example 1
Next, examples of the aqueous electrolyte lithium secondary battery of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the aqueous electrolyte lithium
図2に示すごとく、正極合材25は、リチウムを可逆的に吸蔵及び脱離できるリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質251と、導電性を有する炭素系材料からなる導電剤253と、バインダー255とを含有する。
また、負極合材35は、正極活物質25が含有するリチウム含有複合酸化物よりも、リチウムの吸蔵電位及び脱離電位が低い複合酸化物からなる負極活物質35と、導電性を有する炭素系材料からなる導電剤353と、バインダー355とを含有する。
正極合材25及び負極合材35におけるバインダー255及び355は、酸素、窒素、硫黄及びりんから選ばれる1種以上の元素を含有する水不溶性高分子からなる。
As shown in FIG. 2, the positive electrode mixture 25 includes a positive electrode active material 251 made of a lithium-containing composite oxide capable of reversibly inserting and extracting lithium, a conductive agent 253 made of a carbon-based material having conductivity, and a binder. 255.
Further, the negative electrode mixture 35 is composed of a negative electrode active material 35 made of a composite oxide having a lower lithium storage and desorption potential than the lithium-containing composite oxide contained in the positive electrode active material 25, and a carbon-based conductive material. A conductive agent 353 made of a material and a binder 355 are contained.
The binders 255 and 355 in the positive electrode mixture 25 and the negative electrode mixture 35 are made of a water-insoluble polymer containing one or more elements selected from oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus.
図1に示すごとく、本例の水系電解液リチウム二次電池1は、円筒型であり,正極2,負極3,セパレータ4,ガスケット5,及び電池ケース6等よりなっている。電池ケース6は,18650型の円筒形状の電池ケースであり,キャップ61及び外装缶62よりなる。電池ケース6内には,シート状の正極2及び負極3が,これらの間に挟んだセパレータ4と共に捲回した状態で配置されており、捲回式の電極を有している。
As shown in FIG. 1, the aqueous electrolyte lithium
また,電池ケース6のキャップ61の内側には,ガスケット5が配置されており,電池ケース6の内部には,水溶液電解液が注入されている。
正極2及び負極3には,それぞれ正極集電リード28及び負極集電リード38が熔接により設けられている。正極集電リード28は,キャップ61側に配置された正極集電タブ285に熔接により接続されている。また,負極集電リード38は,外装缶62の底に配置された負極集電タブ385に熔接により接続されている。
また,水系電解液としては,飽和濃度の硝酸リチウム水溶液(pH=7)を用いており,該水系電解液は電池ケース6内に注入されている。
A
The
Further, a saturated concentration of lithium nitrate aqueous solution (pH = 7) is used as the aqueous electrolyte, and the aqueous electrolyte is injected into the
次に、本例の水系電解液リチウム二次電池の製造方法につき、説明する。
まず、正極活物質として、組成式LiFePO4で表されるオリビン構造のリチウム鉄複合リン酸化物を、導電剤としてアセチレンブラックを、バインダーとして、窒素原子を含有するアクリロニトリルを準備した。
また、有機溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドンを準備し、これに上記にて準備したバインダーを溶解し、5wt%のバインダー溶液を作製した。このバインダー溶液中に、上記正極活物質及び導電剤を分散させて混合し、正極合材を得た。この正極合材は、正極活物質を80重量部、導電剤を10重量部、バインダーを10重量部含有する。
次いで、正極集電体として、厚さ20μmのアルミニウム箔を準備し、この正極集電体の両面に、正極合材を塗布し、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させた。さらに、約1ton/cm2の圧力でプレスし、シート状の正極を作製した。
Next, the manufacturing method of the aqueous electrolyte lithium secondary battery of this example will be described.
First, an olivine-structured lithium iron composite phosphorus oxide represented by the composition formula LiFePO 4 was prepared as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and acrylonitrile containing nitrogen atoms as a binder.
Further, N-methyl-2-pyrrolidone as an organic solvent was prepared, and the binder prepared above was dissolved therein to prepare a 5 wt% binder solution. In this binder solution, the positive electrode active material and the conductive agent were dispersed and mixed to obtain a positive electrode mixture. This positive electrode mixture contains 80 parts by weight of the positive electrode active material, 10 parts by weight of the conductive agent, and 10 parts by weight of the binder.
Next, an aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared as a positive electrode current collector, and a positive electrode mixture was applied to both surfaces of the positive electrode current collector and dried to evaporate the organic solvent. Furthermore, it pressed with the pressure of about 1 ton / cm < 2 >, and produced the sheet-like positive electrode.
次に、負極活物質として、組成式LiV2O4で表されるリチウムバナジウム複合酸化物を、導電剤としてアセチレンブラックを、バインダーとして、窒素原子を含有するアクリロニトリルを準備し、上記にて作製した正極と同様にして、シート状の負極を作製した。 Next, a lithium vanadium composite oxide represented by a composition formula LiV 2 O 4 was prepared as a negative electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and acrylonitrile containing nitrogen atoms as a binder were prepared as described above. A sheet-like negative electrode was produced in the same manner as the positive electrode.
次に,図1に示すごとく,上記のようにして得られたシート状の正極2及び負極3にそれぞれ正極集電リード28及び負極集電リード38を熔接した。次いで,正極2及び負極3を,これらの間にセルロース系のセパレータ4を挟んだ状態で捲回し、スパイラル状の捲回式電極を作製した。
続いて,この捲回式電極を,外装缶62及びキャップ61よりなる18650型の円筒形状の電池ケース6に挿入した。このとき,電池ケース6のキャップ61側に配置した正極集電タブ285に,正極集電リード28を熔接により接続すると共に,外装缶6の底に配置した負極集電タブ385に負極集電リード38を熔接により接続した。
Next, as shown in FIG. 1, a positive electrode current collecting
Subsequently, the wound electrode was inserted into an 18650 type
次に,電池ケース6内に,水溶液電解液としての飽和硝酸リチウム水溶液(pH=7)を含浸させた。そして,キャップ61の内側にガスケット5を配置すると共に,このキャップ61を外装缶62の開口部に配置した。続いて,キャップ61にかしめ加工を施すことにより電池ケース6を密閉し,水系電解液リチウム二次電池1を作製した。これを試料E1とする。
Next, the
本例の水系電解液リチウム二次電池においては、図2に示すごとく、正極合材25及び負極合材35に含まれるバインダー255及び355が、窒素原子を含有する水不溶性高分子であるアクリロニトリルからなる。そのため、正極合材25及び負極合材35と、アルミニウム箔からなる正極集電体21及び負極集電体31との密着性が優れている。
即ち、正極集電体21及び負極集電体31は、通常酸化しており、表面が酸素原子で覆われている。バインダー255及び355は、酸素原子と親和性の高い窒素原子を含有しているため、正極合材25及び負極合材35をそれぞれ正極集電体21及び負極集電体31に密着性よく結着させることができる。
In the aqueous electrolyte lithium secondary battery of this example, as shown in FIG. 2, the binders 255 and 355 contained in the positive electrode mixture 25 and the negative electrode mixture 35 are made of acrylonitrile, which is a water-insoluble polymer containing nitrogen atoms. Become. Therefore, the adhesion between the positive electrode mixture 25 and the negative electrode mixture 35 and the positive electrode current collector 21 and the negative electrode current collector 31 made of aluminum foil is excellent.
That is, the positive electrode current collector 21 and the negative electrode current collector 31 are usually oxidized, and the surfaces are covered with oxygen atoms. Since the binders 255 and 355 contain nitrogen atoms having high affinity with oxygen atoms, the positive electrode mixture 25 and the negative electrode mixture 35 are bonded to the positive electrode current collector 21 and the negative electrode current collector 31 with good adhesion, respectively. Can be made.
したがって、本例の水系電解液リチウム二次電池においては、正極集電体21と正極合材25との間、及び負極集電体31と負極合材35との間に、水系電解液の水が入り込み難く、正極2や負極3にフクレが発生して正極合材25や負極合材35がそれぞれ正極集電体21及び負極集電体31から脱離することを防止できる。 Therefore, in the aqueous electrolyte lithium secondary battery of this example, the water of the aqueous electrolyte is between the positive electrode current collector 21 and the positive electrode mixture 25 and between the negative electrode current collector 31 and the negative electrode mixture 35. Can prevent the positive electrode mixture 25 and the negative electrode mixture 35 from being detached from the positive electrode current collector 21 and the negative electrode current collector 31, respectively.
また、バインダー255及び355は、水との親和性を有しているため、水系電解液中においてもほとんど収縮することがない。さらに、バインダー255及び355は、水不溶性であるため、水系電解液中においても溶出することがない。
そのため、水系電解液リチウム二次電池の充放電に伴って、正極活物質251及び負極活物質351の粒子が膨張及び収縮しても、バインダー255及び355はこれらの粒子間の結合を充分に維持することができる。
Moreover, since the binders 255 and 355 have affinity with water, they hardly shrink even in the aqueous electrolyte solution. Furthermore, since the binders 255 and 355 are insoluble in water, they are not eluted in the aqueous electrolyte solution.
Therefore, even when the particles of the positive electrode active material 251 and the negative electrode active material 351 expand and contract with the charge / discharge of the aqueous electrolyte lithium secondary battery, the binders 255 and 355 sufficiently maintain the bond between these particles. can do.
さらに、本例の水系電解液リチウム二次電池において、正極活物質251及び負極活物質351は、いずれも複合酸化物であるため、酸素、窒素、硫黄及びりんから選ばれる1種以上の元素を含有する上記バインダー255及び355との親和性に優れている。そのため、バインダー255及び355は、正極活物質251や負極活物質351の粒子に対する吸着力が強い。それ故、バインダー255及び355は、正極活物質251の粒子同士、及び負極活物質351の粒子同士を強固に結合することができる。 Furthermore, in the aqueous electrolyte lithium secondary battery of this example, since the positive electrode active material 251 and the negative electrode active material 351 are both complex oxides, one or more elements selected from oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus are used. Excellent affinity with the binders 255 and 355 to be contained. Therefore, the binders 255 and 355 have a strong adsorptive power to the positive electrode active material 251 and the negative electrode active material 351 particles. Therefore, the binders 255 and 355 can firmly bond the particles of the positive electrode active material 251 and the particles of the negative electrode active material 351 together.
このように、図2に示すごとく、充放電に伴って活物質粒子251及び351が膨張及び収縮しても、バインダー255及び355は、活物質粒子251及び351間の結合を維持することができ、また、活物質粒子251及び351間を強固に結合することができる。そのため、充放電を繰り返し行っても、正極活物質251や負極活物質351の粒子が脱離することはほとんどない。したがって、本例の水系電解液リチウム二次電池は、充放電を繰り返しても、電池容量が低下し難く、充放電サイクル特性に優れたものとなる。 Thus, as shown in FIG. 2, even when the active material particles 251 and 351 expand and contract with charge / discharge, the binder 255 and 355 can maintain the bond between the active material particles 251 and 351. In addition, the active material particles 251 and 351 can be firmly bonded. Therefore, even when charging and discharging are repeated, the particles of the positive electrode active material 251 and the negative electrode active material 351 are hardly detached. Therefore, the aqueous electrolyte lithium secondary battery of this example is excellent in charge / discharge cycle characteristics because the battery capacity does not easily decrease even when charge / discharge is repeated.
(実施例2)
次に、本例は、実施例1とは正極合材及び負極合材中のバインダーの種類が異なる4種類水系電解液リチウム二次電池を作製する例である。
まず、上記実施例1の試料E1の水系電解液リチウム二次電池とは、バインダー及び有機溶媒の種類だけが異なる水系電解液リチウム二次電池を作製した。これを試料E2とする。試料E2は、バインダーとして、酸素原子を含有するアクリル樹脂を用い、有機溶媒にキシレンを用いた点を除いては、上記試料E1と同様にして作製したものである。
(Example 2)
Next, this example is an example of producing a four-type aqueous electrolyte lithium secondary battery in which the kind of binder in the positive electrode mixture and the negative electrode mixture is different from that in Example 1.
First, an aqueous electrolyte lithium secondary battery different from the aqueous electrolyte lithium secondary battery of Sample E1 of Example 1 only in the types of binder and organic solvent was produced. This is designated as Sample E2. Sample E2 was prepared in the same manner as Sample E1 except that an acrylic resin containing oxygen atoms was used as the binder and xylene was used as the organic solvent.
また、正極のバインダーとして、酸素、窒素、硫黄及びりんのいずれをも含有していないポリフッ化ビニリデンを用い、他は上記試料E1と同様にして水系電解液リチウム二次電池を作製した。これを試料C1とする。試料C1においては、正極のバインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用い、負極のバインダーとしては試料E1と同様のアクリロニトリルを用いて作製したものである。その他は試料E1と同様である。 In addition, polyvinylidene fluoride containing none of oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus was used as a positive electrode binder, and a water-based electrolyte lithium secondary battery was prepared in the same manner as in the above sample E1. This is designated as Sample C1. Sample C1 was prepared using polyvinylidene fluoride as the positive electrode binder and acrylonitrile similar to that of sample E1 as the negative electrode binder. Others are the same as those of the sample E1.
また、負極のバインダーとして、酸素、窒素、硫黄及びりんのいずれをも含有していないポリフッ化ビニリデンを用い、他は上記試料E1と同様にして水系電解液リチウム二次電池を作製した。これを試料C2とする。試料C2においては、負極のバインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用い、正極のバインダーとしては試料E1と同様のアクリロニトリルを用いて作製したものである。その他は試料E1と同様である。 In addition, polyvinylidene fluoride containing none of oxygen, nitrogen, sulfur, and phosphorus was used as the negative electrode binder, and a water-based electrolyte lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in the above sample E1. This is designated as Sample C2. Sample C2 was prepared using polyvinylidene fluoride as a negative electrode binder and acrylonitrile similar to that of sample E1 as a positive electrode binder. Others are the same as those of the sample E1.
また、正極及び負極のバインダーとして、酸素、窒素、硫黄及びりんのいずれをも含有していないポリフッ化ビニリデンを用い、他は上記試料E1と同様にして水系電解液リチウム二次電池を作製した。これを試料C3とする。試料C3においては、正極及び負極のバインダーとして、ともにポリフッ化ビニリデンを用いて作製したものである。その他は試料E1と同様である。 Further, as the binder for the positive electrode and the negative electrode, polyvinylidene fluoride containing none of oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus was used, and a water-based electrolyte lithium secondary battery was produced in the same manner as in the above sample E1. This is designated as Sample C3. Sample C3 was prepared using polyvinylidene fluoride as the binder for the positive and negative electrodes. Others are the same as those of the sample E1.
次に、上記試料E1、試料E2及び試料C1〜試料C3について充放電サイクル試験を行い、100サイクル目の放電容量の維持率を比較した。
充放電サイクル試験は、各試料について、温度60℃の条件下で、電流密度0.5mA/cm2の定電流にて電池電圧1.4Vまで充電し、その後、電流密度0.5mA/cm2の定電流にて電池電圧0.1Vまで放電する充放電を1サイクルとし、このサイクルを100サイクル繰り返すことにより行った。各充放電サイクルにおいては、1.4Vまで充電した後及び0.1Vまで放電した後に、充電休止時間及び放電休止時間をそれぞれ1分間ずつ設けた。そして、各試料について、1サイクル目(初回)と100サイクル目の放電容量を測定した。
Next, a charge / discharge cycle test was performed on the sample E1, the sample E2, and the samples C1 to C3, and the maintenance rates of the discharge capacity at the 100th cycle were compared.
In the charge / discharge cycle test, each sample was charged to a battery voltage of 1.4 V at a constant current of 0.5 mA / cm 2 under a temperature of 60 ° C., and then the current density of 0.5 mA / cm 2. Charging / discharging to a battery voltage of 0.1 V at a constant current of 1 cycle was performed as one cycle, and this cycle was repeated 100 cycles. In each charging / discharging cycle, after charging to 1.4V and discharging to 0.1V, a charging suspension time and a discharging suspension time were provided for 1 minute each. And about each sample, the discharge capacity of 1st cycle (first time) and 100th cycle was measured.
放電容量は、上記1サイクル目又は100サイクル目の放電電流値(mA)を測定し、この放電電流値に放電に要した時間(hr)を乗じて得られた値を、電池内の正極活物質の重量(g)で除することにより算出した。
その結果を表1に示す。
また、初回と100サイクル目の放電容量から容量維持率を下記の式から算出した。
容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/初回の放電容量)×100
The discharge capacity is determined by measuring the discharge current value (mA) at the first cycle or the 100th cycle, and multiplying this discharge current value by the time (hr) required for discharge to obtain the positive electrode active capacity in the battery. Calculated by dividing by weight (g) of material.
The results are shown in Table 1.
Further, the capacity retention rate was calculated from the following equation from the discharge capacity at the first time and the 100th cycle.
Capacity maintenance ratio (%) = (discharge capacity at 100th cycle / initial discharge capacity) × 100
表1から知られるごとく、試料E1、E2、及び試料C1〜C3のいずれの水系電解液リチウム二次電池においても初回の放電容量にはほとんど差異はなかった。
しかし、試料E1及び試料E2は、試料C1〜試料C3に比べて、100サイクル目の放電容量が高く、放電容量維持率も優れている。また、試料E1及び試料E2においては、正極や負極にフクレなどは発生しておらず、電極の剥がれ等もなかった。
このことから、アクリロニトリルやアクリル樹脂等のように、バインダーとして、酸素、窒素、硫黄及びりんから選ばれる1種以上の元素を含有する水不溶性高分子を用いた試料E1及び試料E2は、正極合材や負極合材と集電体との密着性に優れ、充放電サイクル特性が優れていることがわかる。
As is known from Table 1, there was almost no difference in the initial discharge capacity in any of the aqueous electrolyte lithium secondary batteries of Samples E1, E2 and Samples C1-C3.
However, the sample E1 and the sample E2 have a higher discharge capacity at the 100th cycle and an excellent discharge capacity maintenance rate than the samples C1 to C3. Further, in sample E1 and sample E2, no swelling or the like occurred in the positive electrode or the negative electrode, and the electrode did not peel off.
Therefore, samples E1 and E2 using a water-insoluble polymer containing one or more elements selected from oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus as binders, such as acrylonitrile and acrylic resins, are positive electrode composites. It turns out that it is excellent in the adhesiveness of a material or negative electrode compound material, and a collector, and is excellent in charging / discharging cycle characteristics.
1 水系電解液リチウム二次電池
2 正極
21 正極集電体
25 正極合材
251 正極活物質
253(353) 導電剤
255(355) バインダー
3 負極
31 負極集電体
35 負極合材
351 負極活物質
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記正極合材は、リチウムを可逆的に吸蔵及び脱離できるリチウム含有複合酸化物からなる正極活物質と、導電性を有する炭素系材料からなる導電剤と、バインダーとを含有し、
上記負極合材は、上記正極活物質が含有する上記リチウム含有複合酸化物よりも、リチウムの吸蔵電位及び脱離電位が低い複合酸化物からなる負極活物質と、導電性を有する炭素系材料からなる導電剤と、バインダーとを含有し、
上記正極合材及び上記負極合材の両方が上記バインダーとして、アクリロニトリル、又はアクリル樹脂からなる水不溶性高分子を含有することを特徴とする水系電解液リチウム二次電池。 An aqueous system having a positive electrode formed by binding a positive electrode mixture to a positive electrode current collector, a negative electrode formed by binding a negative electrode mixture to a negative electrode current collector, and an aqueous electrolyte solution obtained by dissolving a lithium salt in water In the electrolyte lithium secondary battery,
The positive electrode mixture contains a positive electrode active material made of a lithium-containing composite oxide capable of reversibly inserting and extracting lithium, a conductive agent made of a carbon-based material having conductivity, and a binder.
The negative electrode mixture is composed of a negative electrode active material composed of a composite oxide having a lower lithium storage and desorption potential than the lithium-containing composite oxide contained in the positive electrode active material, and a conductive carbon-based material. Containing a conductive agent and a binder,
An aqueous electrolyte lithium secondary battery, wherein both the positive electrode mixture and the negative electrode mixture contain a water-insoluble polymer made of acrylonitrile or an acrylic resin as the binder.
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