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JP6506499B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with global warming, reduction of carbon dioxide emissions is strongly desired. In the automobile industry, there are high hopes for reducing carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and development of motor drive secondary batteries that hold the key to their practical use is thriving It has been done.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギー密度を発揮することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As a motor drive secondary battery, it is required to exhibit extremely high output characteristics and high energy density as compared with a consumer lithium ion secondary battery used for a mobile phone, a notebook personal computer and the like. Therefore, a lithium ion secondary battery having the highest theoretical energy among all the batteries has attracted attention, and is currently being rapidly developed.

リチウムイオン二次電池は、正極と負極とが、電解質を含む電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。上記正極または負極は、一般に、正極活物質または負極活物質とバインダとが溶媒中に分散されてなる活物質スラリーを集電体の表面に塗布することによって形成される。   The lithium ion secondary battery has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode are connected via an electrolyte layer containing an electrolyte and stored in a battery case. The positive electrode or the negative electrode is generally formed by applying an active material slurry, in which a positive electrode active material or a negative electrode active material and a binder are dispersed in a solvent, on the surface of a current collector.

このようなリチウムイオン二次電池の正極活物質として、例えば、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−コバルト複合酸化物、リチウム−鉄複合酸化物などの、リチウム−遷移金属複合酸化物などが用いられうる。このうち、特に、リチウム−ニッケル複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、コストが低いことからもモータ駆動用二次電池に好適であり、その実用化が期待されている。   As a positive electrode active material of such a lithium ion secondary battery, for example, a lithium-transition metal such as lithium-nickel complex oxide, lithium-manganese complex oxide, lithium-cobalt complex oxide, lithium-iron complex oxide, etc. Complex oxides and the like can be used. Among these, lithium-nickel composite oxide is particularly suitable for a motor drive secondary battery because of its excellent reactivity and cycle characteristics and low cost, and its practical application is expected.

ところで、リチウムイオン二次電池の実用化に向けて、内部短絡時の安全性を確保するための様々な技術が提案されている。例えば、特許文献1では、温度低下物質または燃焼抑制物質を所定の温度で溶融する高分子樹脂カプセルの内部に封入したものを、リチウムイオン二次電池の電解液に混入させる技術が提案されている。当該技術によると、高分子樹脂カプセルが高温下で溶融し、中に封入された温度低下物質または燃焼抑制物質が電解液中に拡散することにより、電池の温度を低下させたり、燃焼を抑制したりすることができる、としている。   By the way, various technologies for securing safety at the time of an internal short circuit are proposed towards practical use of a lithium ion secondary battery. For example, Patent Document 1 proposes a technique in which a substance in which a temperature decreasing substance or a combustion suppressing substance is sealed in a polymer resin capsule which is melted at a predetermined temperature is mixed in an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery . According to the related art, the polymer resin capsule is melted at high temperature, and the temperature-lowering substance or the combustion suppressing substance encapsulated therein diffuses into the electrolyte, thereby lowering the temperature of the battery or suppressing the combustion. Can be

特開平10−340739号公報JP 10-340739 A

しかしながら、特許文献1に記載された技術では、電解液中に高分子樹脂カプセルを混入させるため、電池の抵抗が上昇する、という問題がある。   However, in the technology described in Patent Document 1, there is a problem that the resistance of the battery increases because the polymer resin capsule is mixed in the electrolytic solution.

そこで本発明は、電池抵抗の上昇を抑えた、安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a highly safe lithium ion secondary battery in which an increase in battery resistance is suppressed.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、電解液を含む電解質層と、負極と、が順次積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む発電要素を有する。正極は、集電体の表面に正極活物質を含む正極活物質層が形成されてなり、負極は、集電体の表面に負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる。そして、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層は、炭酸水素リチウム(LiHCO)を含み、当該炭酸水素リチウムの含有量は、電解液の総質量に対し、3〜14質量%である点に特徴を有する。 The lithium ion secondary battery of the present invention has a power generation element including at least one unit cell layer in which a positive electrode, an electrolyte layer containing an electrolytic solution, and a negative electrode are sequentially laminated. The positive electrode has a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on the surface of a current collector, and the negative electrode has a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material formed on the surface of a current collector. The positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer contains lithium hydrogen carbonate (LiHCO 3 ), and the content of lithium hydrogen carbonate is 3 to 14% by mass with respect to the total mass of the electrolytic solution. It has a feature at a certain point.

本発明によれば、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層に炭酸水素リチウムを含有させることにより、電池が高温になった場合に、炭酸水素リチウムが熱分解して水(HO)を発生させる。当該水が電解液中の支持塩を加水分解することにより、電解液中の支持塩濃度が低下し、電池の温度上昇を抑制することができる。そして、当該炭酸水素リチウムの含有量を電解液の総質量に対し、3〜14質量%とすることにより、電池抵抗の上昇を抑えつつ、所望の電池の温度上昇抑制効果を発揮することができる、安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することが可能となる。 According to the present invention, lithium hydrogencarbonate is thermally decomposed to contain water (H 2 ) when the temperature of the battery becomes high by containing lithium hydrogencarbonate in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer. O) Generate. When the water hydrolyzes the support salt in the electrolytic solution, the concentration of the support salt in the electrolytic solution decreases, and the temperature rise of the battery can be suppressed. And, by setting the content of the lithium hydrogen carbonate to 3 to 14 mass% with respect to the total mass of the electrolytic solution, it is possible to exhibit a desired battery temperature rise suppressing effect while suppressing an increase in battery resistance. It is possible to provide a highly safe lithium ion secondary battery.

本発明の一実施形態に係る扁平型(積層型)の双極型でないリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which represented typically the whole structure of the flat type (stacked type) non-bipolar type lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery according to a representative embodiment of the present invention.

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味し、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」および「重量部」と「質量部」は同義語として扱う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional proportions of the drawings are exaggerated for the convenience of the description, and may differ from the actual proportions. Further, in the present specification, “X to Y” indicating a range means “X or more and Y or less”, and “weight” and “mass”, “weight%” and “mass%” and “weight part” and “ Parts by mass are treated as synonyms.

図1に、本発明の一実施形態に係る扁平型(積層型)の双極型でないリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図を示す。本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素17が、電池外装材であるラミネートフィルム22の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素17を収納し密封した構成を有している。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the entire structure of a flat (stacked) non-dipolar lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. The lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generating element 17 in which the charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 22 which is a battery exterior material. In detail, the power generation element 17 is housed and sealed by using a polymer-metal composite laminate film as a battery exterior material and joining all the peripheral portions by heat fusion.

発電要素17は、負極集電体11の両面(発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ)に負極活物質層12が配置された負極と、電解質層13と、正極集電体14の両面に正極活物質層15が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの負極活物質層12とこれに隣接する正極活物質層15とが、電解質層13を介して対向するようにして、負極、電解質層13、正極がこの順に積層されている。   The power generation element 17 has a negative electrode in which the negative electrode active material layer 12 is disposed on both sides of the negative electrode current collector 11 (only one surface for the lowermost layer and the top layer for the power generation element), the electrolyte layer 13, and the positive electrode current collector 14. And the positive electrode in which the positive electrode active material layer 15 is disposed on both sides of the Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer 13 and the positive electrode are stacked in this order so that one negative electrode active material layer 12 and the positive electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other through the electrolyte layer 13. There is.

これにより、隣接する負極、電解質層13および正極は、1つの単電池層16を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、単電池層16が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層16の外周には、隣接する負極集電体11と正極集電体14との間を絶縁するためのシール部(絶縁層)(図示せず)が設けられていてもよい。発電要素17の両最外層に位置する最外層負極集電体11aには、いずれも片面のみに負極活物質層12が配置されている。なお、負極および正極の配置を逆にすることで、発電要素17の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面のみに正極活物質層が配置されているようにしてもよい。   Thus, the adjacent negative electrode, the electrolyte layer 13 and the positive electrode constitute one unit cell layer 16. Therefore, it can be said that the lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of unit cell layers 16 are stacked and electrically connected in parallel. In addition, a seal portion (insulating layer) (not shown) for insulating between the adjacent negative electrode current collector 11 and positive electrode current collector 14 may be provided on the outer periphery of the unit cell layer 16. . In each of the outermost negative electrode current collectors 11 a located in both outermost layers of the power generation element 17, the negative electrode active material layer 12 is disposed on only one side. The outermost layer positive electrode current collectors are positioned on both outermost layers of the power generation element 17 by reversing the arrangement of the negative electrode and the positive electrode, and the positive electrode active material layer is formed on only one side of the outermost layer positive electrode current collector. It may be arranged.

負極集電体11および正極集電体14には、各電極(負極および正極)と導通される負極集電板(負極タブ)18および正極集電板(正極タブ)19がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム22の端部に挟まれるようにラミネートフィルム22の外部に導出される構造を有している。負極集電板(負極タブ)18および正極集電板(正極タブ)19は、必要に応じて負極端子リード20および正極端子リード21を介して、各電極の負極集電体11および正極集電体14に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。ただし、負極集電体11が延長されて負極集電板(負極タブ)18とされ、ラミネートフィルム22から導出されていてもよい。同様に、正極集電体14が延長されて正極集電板(正極タブ)19とされ、同様に電池外装材22から導出される構造としてもよい。   A negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 18 and a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 19 electrically connected to the respective electrodes (negative electrode and positive electrode) are attached to the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 14, respectively. It has a structure led to the outside of the laminate film 22 so as to be sandwiched by the end of the film 22. The negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 18 and the positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 19 are, if necessary, the negative electrode current collector 11 and positive electrode current collector of each electrode via the negative electrode terminal lead 20 and the positive electrode terminal lead 21. The body 14 may be attached by ultrasonic welding or resistance welding. However, the negative electrode current collector 11 may be extended to form a negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 18 and may be derived from the laminate film 22. Similarly, the positive electrode current collector 14 may be extended to form a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 19 and may be similarly led out from the battery case 22.

なお、ここでは、扁平型(積層型)の双極型でないリチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明が適用可能なリチウムイオン二次電池の種類は特に制限されない。例えば、発電要素において、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極が電解質層を介して積層されてなる(単電池層が直列接続されてなる)形式のいわゆる双極型リチウムイオン二次電池にも適用可能である。以下、本形態のリチウムイオン二次電池の各構成要素について説明する。   Although the embodiment of the present invention has been described by taking the flat (stacked) non-bipolar lithium ion secondary battery as an example, the type of lithium ion secondary battery to which the present invention can be applied is particularly It is not restricted. For example, in a power generation element, a bipolar electrode having a positive electrode active material layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode active material layer formed on the other surface is laminated via an electrolyte layer (single battery layer Can also be applied to so-called bipolar lithium ion secondary batteries of the type in which Hereinafter, each component of the lithium ion secondary battery of the present embodiment will be described.

[集電体]
集電体は導電性材料から構成され、その表面に活物質層が配置されて電池の電極を構成する。集電体を構成する材料に特に制限はないが、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector is made of a conductive material, and an active material layer is disposed on the surface of the current collector to form an electrode of the battery. Although there is no restriction | limiting in particular in the material which comprises a collector, For example, a metal and resin which has electroconductivity can be employ | adopted.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。   Specifically, as the metal, aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper and the like can be mentioned. Besides these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plated material of a combination of these metals can be preferably used. In addition, it may be a foil in which a metal surface is coated with aluminum. Among them, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoint of electron conductivity, battery operation potential, adhesion of the negative electrode active material by sputtering to a current collector, and the like.

また、後者の導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。   Moreover, as a resin which has the latter electroconductivity, the resin in which the electroconductive filler was added as needed to the electroconductive polymeric material or the nonelectroconductive polymeric material is mentioned. Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Such a conductive polymer material has sufficient conductivity even without the addition of a conductive filler, and thus is advantageous in facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。   As the nonconductive polymer material, for example, polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamide imide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) And polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or polystyrene (PS). Such non-conductive polymeric materials can have excellent voltage or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。   A conductive filler may be added to the above-mentioned conductive polymer material or non-conductive polymer material as required. In particular, when the resin to be the base of the current collector is made of only a non-conductive polymer, the conductive filler is necessarily essential to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。   The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon and the like can be mentioned as materials excellent in conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking properties. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K or a metal thereof Preferably, it contains an alloy or a metal oxide. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as electroconductive carbon. Preferably, it contains at least one selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofibers, ketjen black, carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanoballoons, and fullerenes.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

なお、本形態の集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。   Note that the current collector of this embodiment may have a single-layer structure formed of a single material, or may have a stacked structure in which layers formed of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include a conductive resin layer made of at least a conductive resin. Further, from the viewpoint of blocking the movement of lithium ions between unit cell layers, a metal layer may be provided on part of the current collector.

[電極活物質層]
本形態のリチウムイオン二次電池は、活物質を必須に含み、さらに必要に応じて導電助剤、バインダなどの添加剤を含みうる。
[Electrode active material layer]
The lithium ion secondary battery of the present embodiment essentially contains an active material, and may further contain an additive such as a conductive aid and a binder as required.

(活物質)
活物質は、充放電時にイオンを吸蔵・放出し、電気エネルギーを生み出す。活物質には、放電時にイオンを吸蔵し充電時にイオンを放出する組成を有する正極活物質と、放電時にイオンを放出し充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する負極活物質とがある。本形態の電極活物質層は、活物質として正極活物質を使用する場合は正極活物質層として機能し、逆に負極活物質を使用する場合は負極活物質層として機能する。本明細書では、正極活物質および負極活物質に共通する事項については、単に「活物質」として説明する。
(Active material)
The active material occludes and releases ions during charge and discharge to generate electrical energy. Active materials include a positive electrode active material having a composition that occludes ions during discharge and releases ions during charge, and a negative electrode active material having a composition capable of releasing ions during discharge and occluding ions during charge. The electrode active material layer of this embodiment functions as a positive electrode active material layer when using a positive electrode active material as an active material, and conversely functions as a negative electrode active material layer when using a negative electrode active material. In the present specification, matters common to the positive electrode active material and the negative electrode active material are simply described as “active material”.

正極活物質としては、例えば、LiMn、LiCoO、LiNiO、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なかでも、電池容量の観点から、正極活物質として、リチウムとニッケルとを含有し、層状構造を有する、リチウム−ニッケル系複合酸化物を少なくとも1種含むことが好ましい。さらに好ましくは、Li(Ni−Mn−Co)Oおよびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの(以下、単に「NMC複合酸化物」とも称する)が用いられる。 As the positive electrode active material, for example, lithium such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni-Mn-Co) O 2 and those in which a part of these transition metals is substituted by another element Transition metal complex oxides, lithium-transition metal phosphate compounds, lithium-transition metal sulfate compounds and the like can be mentioned. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, in view of capacity and output characteristics, a lithium-transition metal complex oxide is used as a positive electrode active material. Among them, from the viewpoint of battery capacity, it is preferable to contain at least one lithium-nickel composite oxide containing lithium and nickel and having a layered structure as a positive electrode active material. More preferably, Li (Ni-Mn-Co ) O 2 , and in which a part of these transition metals are replaced by other elements (hereinafter, simply referred to as "NMC composite oxide") is used.

リチウム−ニッケル系複合酸化物としては、金属元素としてリチウムおよびニッケルのみを含む複合酸化物のみならず、Niの一部がCo、Mn、Alなどの元素で置換された複合酸化物をも含む。このようなリチウム−ニッケル系複合酸化物としては、具体的には、LiNiO、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.9Co0.1、LiNi0.9Al0.1などが例示される。 The lithium-nickel composite oxide includes not only composite oxides containing only lithium and nickel as metal elements, but also composite oxides in which a part of Ni is substituted with an element such as Co, Mn, or Al. Specific examples of such lithium-nickel composite oxide include LiNiO 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.9 Co 0.1 O 2 , LiNi 0.9 Al 0. 1 O 2 etc. are illustrated.

NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持ち、遷移金属Mの1原子あたり1個のLi原子が含まれ、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまり供給能力が2倍になり、高い容量を持つことができる。   The NMC complex oxide has a layered crystal structure in which a lithium atomic layer and a transition metal (Mn, Ni, and Co are properly arranged) atomic layers are alternately stacked via an oxygen atomic layer, and one atom of a transition metal M One Li atom is contained, and the amount of Li that can be extracted is twice that of spinel lithium manganese oxide, that is, the supply capacity is doubled, and a high capacity can be obtained.

NMC複合酸化物は、上述したように、遷移金属元素の一部が他の金属元素により置換されている複合酸化物も含む。その場合の他の元素としては、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Cr、Fe、B、Ga、In、Si、Mo、Y、Sn、V、Cu、Ag、Znなどが挙げられ、好ましくは、Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crであり、より好ましくは、Ti、Zr、P、Al、Mg、Crであり、サイクル特性向上の観点から、さらに好ましくは、Ti、Zr、Al、Mg、Crである。   As described above, the NMC composite oxide also includes composite oxides in which part of the transition metal element is replaced by another metal element. As other elements in that case, Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, Fe, B, Ga, In, Si, Mo, Y, Sn, V, Cu And Ag, Zn, etc., preferably Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, Cr, more preferably Ti, Zr, P, Al, Mg, Cr, and from the viewpoint of improving cycle characteristics, more preferably Ti, Zr, Al, Mg, Cr.

NMC複合酸化物は、理論放電容量が高いことから、好ましくは、一般式(1):LiNiMnCo(但し、式中、a、b、c、d、xは、0.9≦a≦1.2、0<b<1、0<c≦0.5、0<d≦0.5、0≦x≦0.3、b+c+d=1を満たす。MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)で表される組成を有する。ここで、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Coの原子比を表し、dは、Mnの原子比を表し、xは、Mの原子比を表す。サイクル特性の観点からは、一般式(1)において、0.4≦b≦0.6であることが好ましい。なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。 The NMC composite oxide preferably has a general formula (1): Li a Ni b Mn c Co d M x O 2 (wherein, a, b, c, d, x) because the theoretical discharge capacity is high. A satisfies 0.9 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <1, 0 <c ≦ 0.5, 0 <d ≦ 0.5, 0 ≦ x ≦ 0.3, and b + c + d = 1. At least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr). Here, a represents an atomic ratio of Li, b represents an atomic ratio of Ni, c represents an atomic ratio of Co, d represents an atomic ratio of Mn, and x represents an atomic ratio of M. Represents From the viewpoint of cycle characteristics, in the general formula (1), it is preferable that 0.4 ≦ b ≦ 0.6. The composition of each element can be measured, for example, by inductively coupled plasma (ICP) emission analysis.

一般に、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)は、材料の純度向上および電子伝導性向上という観点から、容量および出力特性に寄与することが知られている。Ti等は、結晶格子中の遷移金属を一部置換するものである。サイクル特性の観点からは、遷移元素の一部が他の金属元素により置換されていることが好ましく、特に一般式(1)において0<x≦0.3であることが好ましい。Ti、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、SrおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。   In general, nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) are known to contribute to capacity and output characteristics from the viewpoint of improving the purity of the material and the electron conductivity. Ti and the like partially replace transition metals in the crystal lattice. From the viewpoint of cycle characteristics, it is preferable that a part of the transition element is substituted by another metal element, and in particular in the general formula (1), it is preferable that 0 <x ≦ 0.3. The crystal structure is stabilized by solid solution of at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr and Cr, and as a result, charge and discharge It is considered that the battery capacity can be prevented from being reduced even by repeating the above, and excellent cycle characteristics can be realized.

より好ましい実施形態としては、一般式(1)において、b、cおよびdが、0.49≦b≦0.51、0.29≦c≦0.31、0.19≦d≦0.21であることが、容量と寿命特性とのバランスを向上させるという観点からは好ましい。例えば、LiNi0.5Mn0.3Co0.2は、一般的な民生電池で実績のあるLiCoO、LiMn、LiNi1/3Mn1/3Co1/3などと比較して、単位重量あたりの容量が大きく、エネルギー密度の向上が可能となることでコンパクトかつ高容量の電池を作製できるという利点を有しており、航続距離の観点からも好ましい。なお、より容量が大きいという点ではLiNi0.8Co0.1Al0.1がより有利であるが、寿命特性に難がある。これに対し、LiNi0.5Mn0.3Co0.2はLiNi1/3Mn1/3Co1/3並みに優れた寿命特性を有しているのである。 As a more preferable embodiment, in the general formula (1), b, c and d satisfy 0.49 ≦ b ≦ 0.51, 0.29 ≦ c ≦ 0.31, 0.19 ≦ d ≦ 0.21. Is preferable from the viewpoint of improving the balance between the capacity and the life characteristics. For example, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 is LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 etc., which are proven in common consumer batteries. As compared with the above, it has an advantage that the capacity per unit weight is large and the energy density can be improved so that a compact and high capacity battery can be manufactured, which is preferable also from the viewpoint of the cruising distance. Although LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 is more advantageous in that the capacity is larger, the life characteristics are difficult. On the other hand, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 has life characteristics as excellent as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .

一方、好ましい負極活物質としては、SiやSnなどの金属、あるいはTiO、Ti、TiO、もしくはSiO、SiO、SnOなどの金属酸化物、Li4/3Ti5/3もしくはLiMnNなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Li−Pb系合金、Li−Al系合金、Li、またはグラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが挙げられる。また、負極活物質は、リチウムと合金化する元素を含むことが好ましい。リチウムと合金化する元素を用いることにより、炭素材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。これらの負極活物質は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。 On the other hand, preferable negative electrode active materials include metals such as Si and Sn, or TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , or metal oxides such as SiO 2 , SiO, SnO 2 , Li 4/3 Ti 5/3 O 4 or complex oxide of lithium and transition metal such as Li 7 MnN, Li-Pb alloy, Li-Al alloy, Li, or graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke And carbon materials such as soft carbon and hard carbon. In addition, the negative electrode active material preferably contains an element which is alloyed with lithium. By using an element to be alloyed with lithium, it is possible to obtain a battery having a high energy density and a high output characteristic with a high energy density as compared with a carbon material. One of these negative electrode active materials may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

上記炭素材料以外の活物質材料(以下、「非炭素系活物質材料」とも称する)を使用する場合、当該非炭素系活物質材料の表面を炭素材料で被覆したものを活物質として用いることが好ましい。かような形態によれば、活物質同士間や活物質と後述の導電助剤との間に導電ネットワークが構築され、膨張・収縮の大きい活物質を使用した場合であっても電極内の導電パスを確保することができる。その結果、充放電を繰り返した場合であっても抵抗の上昇を抑制することが可能となる。さらに好ましくは、電極のエネルギー密度を向上させる観点から、高容量のリチウムと合金化する材料を炭素材料で被覆したものを活物質として用いる。この場合の炭素材料の被覆量は、非炭素系活物質材料(粒子)の粒子径に応じて、活物質同士または活物質と導電助剤との間の電気的接触が良好となる量を使用すればよい。好ましくは、被覆された活物質の全質量に対して、2〜20質量%程度とする。なお、本発明において「被覆」とは、活物質の全面が炭素材料に覆われている形態に加えて、活物質の表面の一部に炭素材料が存在(付着)している形態をも含むものとする。   In the case of using an active material other than the above carbon material (hereinafter also referred to as "non-carbon based active material"), the non-carbon based active material coated with a carbon material may be used as the active material preferable. According to such a configuration, a conductive network is constructed between the active materials or between the active material and the conductive support agent described later, and even when the active material having a large expansion and contraction is used, the conductivity in the electrode is obtained. You can secure the path. As a result, even when charge and discharge are repeated, it is possible to suppress an increase in resistance. More preferably, from the viewpoint of improving the energy density of the electrode, a material in which a material to be alloyed with high capacity lithium is coated with a carbon material is used as the active material. In this case, the amount of coating of the carbon material used is such an amount that the electrical contact between the active materials or between the active material and the conductive aid becomes good according to the particle diameter of the non-carbon active material (particles). do it. Preferably, it is about 2 to 20% by mass with respect to the total mass of the coated active material. In the present invention, in addition to the form in which the entire surface of the active material is covered with the carbon material, “coating” also includes the form in which the carbon material is present (adhered) on part of the surface of the active material. It shall be

上記活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、電池の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、活物質が2次粒子である場合には該2次粒子を構成する1次粒子の平均粒子径が10nm〜1μmの範囲であるのが望ましいといえるが、本形態では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、活物質が凝集、塊状などにより2次粒子化したものでなくてもよいことはいうまでもない。かかる活物質の粒径および1次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状(粉末状)、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。   The average particle size of the active material is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the capacity of the battery, reactivity, and cycle durability. Within such a range, an increase in internal resistance of the secondary battery during charge and discharge under high power conditions is suppressed, and a sufficient current can be extracted. When the active material is a secondary particle, it can be said that the average particle diameter of primary particles constituting the secondary particle is preferably in the range of 10 nm to 1 μm. It is not limited. However, it goes without saying that the active material may not be formed into secondary particles by aggregation, block formation, etc., although it depends on the production method. The particle size of such an active material and the particle size of primary particles can use the median diameter obtained by using a laser diffraction method. The shape of the active material differs depending on the type and manufacturing method, and examples thereof include, but are not limited to, spherical (powdery), plate-like, needle-like, columnar and angular shapes. Instead, it can be used without any problem in any shape. Preferably, it is desirable to appropriately select an optimal shape that can improve battery characteristics such as charge and discharge characteristics.

(導電助剤)
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における導電ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
(Conduction agent)
The conductive aid refers to an additive compounded to improve the conductivity of the active material layer. Examples of the conductive additive include carbon materials such as carbon black such as ketjen black and acetylene black, graphite and carbon fiber. When the active material layer contains a conductive aid, a conductive network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to the improvement of the output characteristics of the battery.

(バインダ)
バインダは、活物質、導電助剤などを相互に結着させ、電極活物質層の構造や導電ネットワークを保持する機能を有する。バインダとして使用される材料は、特に限定されないが、負極活物質を含む電極活物質層に使用する場合は、水系バインダを含むことが好ましい。水系バインダは、結着力が高く、また、原料としての水の調達が容易であることに加え、乾燥時に発生するのは水蒸気であるため、製造ラインへの設備投資が大幅に抑制でき、環境負荷の低減を図ることができるという利点がある。
(Binder)
The binder binds the active material, the conductive additive, and the like to each other, and has a function of holding the structure of the electrode active material layer and the conductive network. Although the material used as a binder is not specifically limited, When using for the electrode active material layer containing a negative electrode active material, it is preferable to include a water-based binder. The water-based binder has high binding power, and it is easy to procure water as a raw material, and water is generated at the time of drying, so equipment investment in the production line can be greatly suppressed, and the environmental load Has the advantage of being able to reduce the

水系バインダとは水を溶媒もしくは分散媒体とするバインダをいい、具体的には熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー、水溶性高分子など、またはこれらの混合物が該当する。ここで、水を分散媒体とするバインダとは、ラテックスまたはエマルジョンと表現される全てを含み、水と乳化または水に懸濁したポリマーを指し、例えば自己乳化するような系で乳化重合したポリマーラテックス類が挙げられる。   The aqueous binder refers to a binder using water as a solvent or dispersion medium, and specifically, a thermoplastic resin, a polymer having rubber elasticity, a water-soluble polymer, or the like, or a mixture thereof is applicable. Here, the binder using water as a dispersion medium refers to water and an emulsion or a polymer suspended in water including all expressed as a latex or an emulsion, for example, a polymer latex which is emulsion-polymerized by a system such as self-emulsification. And the like.

水系バインダとしては、具体的にはスチレン系高分子(スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル共重合体等)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエンゴム、(メタ)アクリル系高分子(ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリメチルメタクリレート(メタクリル酸メチルゴム)、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヘキシルアクリレート、ポリヘキシルメタクリレート、ポリエチルヘキシルアクリレート、ポリエチルヘキシルメタクリレート、ポリラウリルアクリレート、ポリラウリルメタクリレート等)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂;ポリビニルアルコール(平均重合度は、好適には200〜4000、より好適には、1000〜3000、ケン化度は好適には80モル%以上、より好適には90モル%以上)およびその変性体(エチレン/酢酸ビニル=2/98〜30/70モル比の共重合体の酢酸ビニル単位のうちの1〜80モル%ケン化物、ポリビニルアルコールの1〜50モル%部分アセタール化物等)、デンプンおよびその変性体(酸化デンプン、リン酸エステル化デンプン、カチオン化デンプン等)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、ポリエチレングリコール、(メタ)アクリルアミドおよび/または(メタ)アクリル酸塩の共重合体[(メタ)アクリルアミド重合体、(メタ)アクリルアミド−(メタ)アクリル酸塩共重合体、(メタ)アクリル酸アルキル(炭素数1〜4)エステル−(メタ)アクリル酸塩共重合体など]、スチレン−マレイン酸塩共重合体、ポリアクリルアミドのマンニッヒ変性体、ホルマリン縮合型樹脂(尿素−ホルマリン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂等)、ポリアミドポリアミンもしくはジアルキルアミン−エピクロルヒドリン共重合体、ポリエチレンイミン、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白、並びにマンナンガラクタン誘導体等の水溶性高分子などが挙げられる。これらの水系バインダは1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても構わない。   Specific examples of the aqueous binder include styrene polymers (styrene-butadiene rubber, styrene-vinyl acetate copolymer, styrene-acrylic copolymer, etc.), acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, (meth ) Acrylic polymers (polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl acrylate, polymethyl methacrylate (methyl methacrylate rubber), polypropyl methacrylate, polyisopropyl acrylate, polyisopropyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl acrylate , Polyhexyl methacrylate, polyethylhexyl acrylate, polyethylhexyl methacrylate, polylauryl acrylate, polylauryl methacrylate Rate), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polybutadiene, butyl rubber, fluororubber, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polystyrene, ethylene-propylene-diene copolymer Polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, polyester resin, phenol resin, epoxy resin; polyvinyl alcohol (average polymerization degree is preferably 200 to 4000, more preferably 1000 to 3000, saponification degree is preferably 80 Mol% or more, more preferably 90 mol% or more and its modified product (ethylene / vinyl acetate = 2/98 to 30/70 molar ratio of 1 to 80 mol% saponified vinyl acetate unit of the copolymer) , Polybi 1 to 50% by mole partially acetalized with alcohol), starch and its modified products (oxidized starch, phosphated starch, cationized starch etc.), cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, And their salts), polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid (salt), polyethylene glycol, copolymers of (meth) acrylamide and / or (meth) acrylate [(meth) acrylamide polymer, (meth) acrylamide- (Meth) acrylate copolymer, (meth) acrylate alkyl (C1-C4) ester- (meth) acrylate copolymer, etc.], styrene-maleate copolymer, Mannich of polyacrylamide Denatured body, Lumarin condensation resin (urea-formalin resin, melamine-formalin resin etc.), polyamide polyamine or dialkylamine-epichlorohydrin copolymer, polyethyleneimine, casein, soy protein, synthetic protein, and water-soluble polymer such as mannan galactan derivative etc. Can be mentioned. One of these aqueous binders may be used alone, or two or more of these aqueous binders may be used in combination.

上記水系バインダは、結着性の観点から、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエンゴム、およびメタクリル酸メチルゴムからなる群から選択される少なくとも1つのゴム系バインダを含むことが好ましい。さらに、結着性が良好であることから、水系バインダはスチレン−ブタジエンゴムを含むことが好ましい。   The water-based binder may include at least one rubber-based binder selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, methyl methacrylate-butadiene rubber, and methyl methacrylate rubber from the viewpoint of binding properties. preferable. Furthermore, it is preferable that the aqueous binder contains a styrene-butadiene rubber because the binding property is good.

水系バインダとしてスチレン−ブタジエンゴムを用いる場合、塗工性向上の観点から、上記水溶性高分子を併用することが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと併用することが好適な水溶性高分子としては、ポリビニルアルコールおよびその変性体、デンプンおよびその変性体、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、およびこれらの塩等)、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(塩)、またはポリエチレングリコールが挙げられる。なかでも、バインダとして、スチレン−ブタジエンゴムと、カルボキシメチルセルロース(塩)とを組み合わせることが好ましい。スチレン−ブタジエンゴムと、水溶性高分子との含有重量比は、特に制限されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム:水溶性高分子=1:0.1〜10であることが好ましく、0.5〜2であることがより好ましい。   When using a styrene-butadiene rubber as an aqueous binder, it is preferable to use the said water soluble polymer together from a viewpoint of a coating property improvement. Examples of water-soluble polymers suitable for use in combination with styrene-butadiene rubber include polyvinyl alcohol and its modified product, starch and its modified product, cellulose derivatives (such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and salts thereof), polyvinyl There may be mentioned pyrrolidone, polyacrylic acid (salt) or polyethylene glycol. Among them, it is preferable to combine styrene-butadiene rubber and carboxymethylcellulose (salt) as a binder. The content weight ratio of the styrene-butadiene rubber to the water-soluble polymer is not particularly limited, but it is preferable that styrene-butadiene rubber: water-soluble polymer = 1: 0.1 to 10, 0 It is more preferable that it is .5-2.

上記水系バインダの含有量は、バインダの総量に対して、80〜100重量%であることが好ましく、90〜100重量%であることが好ましく、100重量%であることが好ましい。   The content of the aqueous binder is preferably 80 to 100% by weight, preferably 90 to 100% by weight, and more preferably 100% by weight, with respect to the total amount of the binder.

また、上記水系バインダ以外のバインダ材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。   The binder material other than the above aqueous binder is not particularly limited, but, for example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, polyamide imide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene copolymer, styrene butadiene styrene block Copolymers and their hydrogenated substances, styrene / isoprene / styrene block copolymers and thermoplastic polymers such as their hydrogenated substances, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethers Lafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychloro Fluororesins such as trifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber (VDF-HFP fluororubber), Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluororubber (VDF) PFP fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFMVE) And vinylidene fluoride-based fluororubbers such as-TFE-based fluororubber) and vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), epoxy resin and the like. Among them, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, polyamide and polyamideimide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, and furthermore, the potential window is very wide and stable to both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two or more.

バインダの含有量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The content of the binder is not particularly limited as long as it can bind the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass, more preferably 1 with respect to the active material. And 10% by mass.

[電解質層]
本形態の電解質層に使用される電解質は、特に制限はないが、電極活物質層のイオン伝導性を確保する観点から、液体電解質、ゲルポリマー電解質、イオン液体電解質が用いられる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte used in the electrolyte layer of the present embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of securing the ion conductivity of the electrode active material layer, a liquid electrolyte, a gel polymer electrolyte, or an ionic liquid electrolyte is used.

液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解質層を構成する液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示される。また、リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO、LiBF(C)等の化合物が採用されうる。液体電解質は、上述した成分以外の添加剤をさらに含んでもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−1−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。なかでも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。これらの環式炭酸エステルは、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The liquid electrolyte has a function as a lithium ion carrier. The liquid electrolyte constituting the electrolyte layer has a form in which a lithium salt as a support salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent to be used include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiCF 3 SO 3, LiBF Compounds such as 3 (C 2 F 5 ) may be employed. The liquid electrolyte may further contain an additive other than the components described above. Specific examples of such compounds include, for example, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate, phenylvinylene carbonate, diphenylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, diethylvinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 1,2-divinyl ethylene carbonate 1-Methyl-1-vinyl ethylene carbonate, 1-methyl-2-vinyl ethylene carbonate, 1-ethyl-1-vinyl ethylene carbonate, 1-ethyl-2-vinyl ethylene carbonate, vinyl vinylene carbonate, allyl ethylene carbonate, vinyl Oxymethyl ethylene carbonate, Allyloxy methyl ethylene carbonate, Acryloxy methyl ethylene carbonate, Methane Oxy methylethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, propargyl carbonate, ethynyloxy methylethylene carbonate, propargyloxy ethylene carbonate, methylene carbonate, etc. 1,1-dimethyl-2-methylene-ethylene carbonate. Among these, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, and vinyl ethylene carbonate are preferable, and vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are more preferable. One of these cyclic carbonates may be used alone, or two or more of these cyclic carbonates may be used in combination.

本形態のリチウムイオン二次電池に含まれる液体電解質の量は、特に制限されず、当業者が適宜設定可能である。一般的には、液体電解質の量は、電池内の全空孔の容量に対し、1.0倍〜2.5倍であり、好ましくは1.5倍〜2.0倍である。また、液体電解質中の支持塩の含有量も、特に制限はないが、通常0.5〜2.0Mであり、好ましくは0.7〜1.8Mであり、より好ましくは0.8〜1.2Mである。   The amount of the liquid electrolyte contained in the lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and can be appropriately set by those skilled in the art. Generally, the amount of liquid electrolyte is 1.0 times to 2.5 times, preferably 1.5 times to 2.0 times, the volume of all pores in the battery. The content of the support salt in the liquid electrolyte is also not particularly limited, but is usually 0.5 to 2.0 M, preferably 0.7 to 1.8 M, and more preferably 0.8 to 1 .2M.

ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することで容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HEP)、ポリ(メチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。   The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte described above is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. The use of a gel polymer electrolyte as the electrolyte is excellent in that the fluidity of the electrolyte is lost and the ion conductivity between the layers is easily cut off. As an ion conductive polymer used as a matrix polymer (host polymer), for example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene ( PVdF-HEP), poly (methyl methacrylate (PMMA) and copolymers of these, etc. may be mentioned.

ゲルポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The matrix polymer of the gel polymer electrolyte can exhibit excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. may be performed on a polymerizable polymer (eg, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be applied.

イオン液体電解質は、イオン液体にリチウム塩が溶解したものである。なお、イオン液体とは、をカチオンおよびアニオンのみから構成される塩であり、常温で液体である一連の化合物をいう。   The ionic liquid electrolyte is one in which a lithium salt is dissolved in an ionic liquid. The ionic liquid is a salt composed of only a cation and an anion, and refers to a series of compounds which are liquid at normal temperature.

イオン液体を構成するカチオン成分は、置換されているかまたは非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピラゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピペリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のトリアジニウムイオン、および置換されているかまたは非置換のアンモニウムイオンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The cationic component constituting the ionic liquid is substituted or unsubstituted imidazolium ion, substituted or unsubstituted pyridinium ion, substituted or unsubstituted pyrrolium ion, substituted or unsubstituted Pyrazolium ion, substituted or unsubstituted pyrrolinium ion, substituted or unsubstituted pyrrolidinium ion, substituted or unsubstituted piperidinium ion, substituted or unsubstituted triatria Preferably, it is at least one selected from the group consisting of dinium ions and substituted or unsubstituted ammonium ions.

イオン液体を構成するアニオン成分の具体例としては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどのハロゲン化物イオン、硝酸イオン(NO )、テトラフルオロホウ酸イオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、(FSO、AlCl 、乳酸イオン、酢酸イオン(CHCOO)、トリフルオロ酢酸イオン(CFCOO)、メタンスルホン酸イオン(CHSO )、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CFSO )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン((CFSO)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドイオン((CSO)、BF 、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸イオン((CFSO)、過塩素酸イオン(ClO )、ジシアンアミドイオン((CN))、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、RCOO、HOOCRCOOOOCRCOO、NHCHRCOO(この際、Rは置換基であり、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、またはアシル基であり、前記の置換基はフッ素原子を含んでいてもよい。)などが挙げられる。 Specific examples of the anion component constituting the ionic liquid include fluoride ion, chloride ion, bromide ion, halide ion such as iodide ion, nitrate ion (NO 3 ), tetrafluoroborate ion (BF 4 ), Hexafluorophosphate ion (PF 6 ), (FSO 2 ) 2 N , AlCl 3 , lactate ion, acetate ion (CH 3 COO ), trifluoroacetate ion (CF 3 COO ), methane sulfone acid ion (CH 3 SO 3 -), trifluoromethanesulfonate ion (CF 3 SO 3 -), bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion ((CF 3 SO 2) 2 N -), bis (pentafluoroethyl sulfonyl) imide ion ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 N ), BF 3 C 2 F 5 , Tris (trifluoromethanesulfonyl) carbonate ion ((CF 3 SO 2 ) 3 C ), perchlorate ion (ClO 4 ), dicyanamide ion ((CN) 2 N ), organic sulfate ion, organic sulfone Acid ion, R 1 COO , HOOCR 1 COO , OOCR 1 COO , NH 2 CHR 1 COO (in this case, R 1 is a substituent and is an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, And aromatic hydrocarbon groups, ether groups, ester groups, and acyl groups, and the aforementioned substituents may contain a fluorine atom) and the like.

好ましいイオン液体の例としては、1−メチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N−メチル−N−プロピルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドが挙げられる。これらのイオン液体は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   Examples of preferred ionic liquids include 1-methyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N-methyl-N-propyl pyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide. One of these ionic liquids may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

イオン液体電解質に用いられるリチウム塩は、上述の液体電解質に使用されるリチウム塩と同様である。なお、当該リチウム塩の濃度は、0.1〜2.0Mであることが好ましく、0.8〜1.2Mであることがより好ましい。   The lithium salt used for the ionic liquid electrolyte is similar to the lithium salt used for the above-mentioned liquid electrolyte. The concentration of the lithium salt is preferably 0.1 to 2.0 M, and more preferably 0.8 to 1.2 M.

また、イオン液体に以下のような添加剤を加えてもよい。添加剤を含むことにより、高レートでの充放電特性およびサイクル特性がより向上しうる。添加剤の具体的な例としては、例えば、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、メチルジグライム、スルホラン、トリメチルホスフェイト、トリエチルホスフェイト、メトキシメチルエチルカーボネート、フッ素化エチレンカーボネートなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。添加剤を使用する場合の使用量は、イオン液体に対して、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。   Further, the following additives may be added to the ionic liquid. By including the additive, charge and discharge characteristics at high rates and cycle characteristics can be further improved. Specific examples of the additive include, for example, vinylene carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyl lactone, γ-valerolactone, methyl diglyme, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, methoxymethyl ethyl carbonate, A fluorinated ethylene carbonate etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. The amount of the additive to be used is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass, based on the ionic liquid.

本形態のリチウムイオン二次電池では、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータは、電解質を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。特に電解質として液体電解質を使用する場合には、セパレータを用いることが好ましい。   In the lithium ion secondary battery of this embodiment, a separator may be used in the electrolyte layer. The separator has a function of holding an electrolyte to secure lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and a function as a partition between the positive electrode and the negative electrode. In particular, in the case of using a liquid electrolyte as the electrolyte, it is preferable to use a separator.

セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。   As a form of a separator, the separator of the porous sheet which consists of a polymer which absorbs and holds the said electrolyte, and a fiber, a nonwoven fabric separator, etc. can be mentioned, for example.

ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、微多孔質(微多孔膜)を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔性シートの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   As a separator of the porous sheet which consists of a polymer thru | or a fiber, microporous (microporous membrane) can be used, for example. Specific examples of the porous sheet comprising the polymer or fiber include, for example, polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); laminates obtained by laminating a plurality of these (for example, three layers of PP / PE / PP) A microporous (microporous membrane) separator made of a structured laminate or the like), a hydrocarbon based resin such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), glass fiber, etc. may be mentioned.

微多孔質(微多孔膜)セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。1例を示せば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で4〜60μmであることが望ましい。前記微多孔質(微多孔膜)セパレータの微細孔径は、最大で1μm以下(通常、数十nm程度の孔径である)であることが望ましい。   The thickness of the microporous (microporous membrane) separator can not be uniquely defined because it varies depending on the application. If one example is shown, in applications such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and motor-driven secondary batteries such as fuel cell vehicles (FCVs), it is 4 to 60 μm in single layer or multilayer Is desirable. The fine pore diameter of the microporous (microporous membrane) separator is preferably at most 1 μm or less (usually a pore diameter of about several tens of nm).

不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、電解質層と同じであればよく、好ましくは5〜200μmであり、特に好ましくは10〜100μmである。   As the non-woven fabric separator, cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; polyolefin such as PP, PE, etc .; polyimide, aramid and the like known in the prior art are used singly or in combination. The bulk density of the non-woven fabric is not particularly limited as long as sufficient battery characteristics can be obtained by the impregnated polymer gel electrolyte. Furthermore, the thickness of the non-woven fabric separator may be the same as that of the electrolyte layer, preferably 5 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm.

また、セパレータとしては多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ(耐熱絶縁層付セパレータ)であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が150℃以上、好ましくは200℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られうる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。また、耐熱絶縁層を有することによって、耐熱絶縁層付セパレータの機械的強度が向上し、セパレータの破膜が起こりにくい。さらに、熱収縮抑制効果および機械的強度の高さから、電池の製造工程でセパレータがカールしにくくなる。   The separator is preferably a separator in which a heat-resistant insulating layer is laminated on a porous substrate (a separator with a heat-resistant insulating layer). The heat-resistant insulating layer is a ceramic layer containing inorganic particles and a binder. As the heat-resistant insulating layer-provided separator, a highly heat-resistant separator having a melting point or a heat softening point of 150 ° C. or more, preferably 200 ° C. or more is used. By having the heat-resistant insulating layer, the internal stress of the separator, which increases at the time of temperature rise, is relaxed, so that the thermal contraction suppressing effect can be obtained. As a result, since it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, it becomes a battery configuration in which the performance decrease due to the temperature rise hardly occurs. Further, by having the heat-resistant insulating layer, the mechanical strength of the heat-resistant insulating layer-provided separator is improved, and breakage of the separator hardly occurs. Furthermore, due to the heat shrinkage suppressing effect and the high mechanical strength, the separator is less likely to curl in the battery manufacturing process.

耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物(SiO、Al、ZrO、TiO)、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ(SiO)またはアルミナ(Al)を用いることが好ましく、アルミナ(Al)を用いることがより好ましい。 The inorganic particles in the heat-resistant insulating layer contribute to the mechanical strength and the thermal contraction suppressing effect of the heat-resistant insulating layer. The material used as the inorganic particles is not particularly limited. Examples include oxides of silicon, aluminum, zirconium, titanium (SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 ), hydroxides, and nitrides, and composites thereof. These inorganic particles may be derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine and mica, or may be artificially produced. Moreover, only 1 type of these inorganic particles may be used independently, and 2 or more types may be used together. Among these, from the viewpoint of cost, it is preferable to use silica (SiO 2 ) or alumina (Al 2 O 3 ), and it is more preferable to use alumina (Al 2 O 3 ).

耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、5〜15g/mであることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。 The basis weight of the heat resistant particles is not particularly limited, but is preferably 5 to 15 g / m 2 . If it is this range, sufficient ion conductivity will be obtained and it is preferable at the point which maintains heat resistance.

耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、無機粒子と樹脂多孔質基体層とを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質基体層および耐熱絶縁層の間の剥離を防止される。   The binder in the heat-resistant insulating layer has a role of bonding the inorganic particles and the inorganic particles and the resin porous substrate layer. By the binder, the heat-resistant insulating layer is stably formed, and the peeling between the porous substrate layer and the heat-resistant insulating layer is prevented.

耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが好ましい。これらの化合物は、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよい。   The binder used for the heat-resistant insulating layer is not particularly limited. For example, carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylonitrile, cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber Compounds such as butadiene rubber, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), methyl acrylate and the like may be used as the binder. Among these, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl acrylate or polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferably used. One of these compounds may be used alone, or two or more may be used in combination.

耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層100重量%に対して、2〜20重量%であることが好ましい。バインダの含有量が2重量%以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が20重量%以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。   The content of the binder in the heat-resistant insulating layer is preferably 2 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the heat-resistant insulating layer. When the content of the binder is 2% by weight or more, the peel strength between the heat-resistant insulating layer and the porous base layer can be increased, and the vibration resistance of the separator can be improved. On the other hand, when the content of the binder is 20% by weight or less, the gaps between the inorganic particles are appropriately maintained, so that sufficient lithium ion conductivity can be secured.

耐熱絶縁層付セパレータの熱収縮率は、150℃、2gf/cm条件下、1時間保持後にMD、TDともに10%以下であることが好ましい。このような耐熱性の高い材質を用いることで、正極発熱量が高くなり電池内部温度が150℃に達してもセパレータの収縮を有効に防止することができる。その結果、電池の電極間ショートの誘発を防ぐことができるため、温度上昇による性能低下が起こりにくい電池構成になる。 The heat shrinkage ratio of the heat-resistant insulating layer-provided separator is preferably 10% or less for both MD and TD after holding at 150 ° C. and 2 gf / cm 2 for 1 hour. By using such a material having high heat resistance, it is possible to effectively prevent the contraction of the separator even if the heat generation amount of the positive electrode is increased and the internal temperature of the battery reaches 150 ° C. As a result, since it is possible to prevent the induction of a short circuit between the electrodes of the battery, it becomes a battery configuration in which the performance decrease due to the temperature rise hardly occurs.

[炭酸水素リチウム]
本形態のリチウムイオン二次電池は、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層に炭酸水素リチウムを含む点に特徴を有する。当該炭酸水素リチウムを正極活物質層、負極活物質層、または電解質層に含有させることにより、リチウムイオン二次電池の温度が上昇した場合であっても、電解液の発熱を抑制し、電池の安全性を確保することができる。
[Lithium hydrogen carbonate]
The lithium ion secondary battery of this embodiment is characterized in that lithium hydrogen carbonate is contained in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer. By containing the lithium hydrogen carbonate in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer, the heat generation of the electrolytic solution is suppressed even when the temperature of the lithium ion secondary battery is increased. Security can be ensured.

炭酸水素リチウムは170℃以上の温度で二酸化炭素(CO)と、水(HO)と、酸化リチウム(LiO)とに熱分解することが確認されている。炭酸水素リチウム熱分解温度(約170℃)は電解液の分解温度(約230℃)よりも低い。そのため、内部短絡等によって電池温度が上昇した場合、先ず170℃付近で炭酸水素リチウムの熱分解が起こり、水が発生する。当該水により支持塩が加水分解される。支持塩がLiPFの場合の加水分解反応は下記の通りである。 It has been confirmed that lithium hydrogen carbonate is thermally decomposed into carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O) and lithium oxide (Li 2 O) at a temperature of 170 ° C. or higher. The lithium hydrogen carbonate thermal decomposition temperature (about 170 ° C.) is lower than the decomposition temperature of the electrolyte (about 230 ° C.). Therefore, when the battery temperature rises due to an internal short circuit or the like, first, thermal decomposition of lithium hydrogen carbonate occurs at around 170 ° C. to generate water. The water hydrolyses the support salt. The hydrolysis reaction when the supporting salt is LiPF 6 is as follows.

上記のような加水分解反応により、電解液中の支持塩濃度が低下するため、電池における化学反応の進行が抑制される。その結果、電解液の発熱を抑えることができるため、安全性の高いリチウムイオン二次電池とすることが可能となるのである。   By the hydrolysis reaction as described above, the concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is reduced, so that the progress of the chemical reaction in the battery is suppressed. As a result, since heat generation of the electrolytic solution can be suppressed, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery with high safety.

本形態において、炭酸水素リチウムは、正極活物質層、負極活物質層、または電解質層の少なくとも一部に存在すればよく、例えば、正極活物質層、負極活物質層、電解液の何れかの一部のみに存在してもよいし、それら全体に亘って存在していてもよい。また、電池が複数の単電池層を有する場合、炭酸水素リチウムは少なくとも一つの単電池層に存在すればよく、一部の単電池層のみに存在していてもよいし、全ての単電池層に存在していても構わないが、より効果的発熱を抑制するためには、炭酸水素リチウムは全ての単電池層に存在することが好ましい。   In this embodiment, lithium hydrogen carbonate may be present in at least a part of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer, and, for example, any one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the electrolytic solution It may be present only partially or may be present throughout them. When the battery has a plurality of unit cell layers, lithium hydrogen carbonate may be present in at least one unit cell layer, and may be present in only some unit cell layers, or all unit cell layers. However, in order to suppress heat generation more effectively, lithium hydrogen carbonate is preferably present in all unit cell layers.

好ましい形態としては、炭酸水素リチウムが正極活物質の表面の少なくとも一部に存在する形態が挙げられる。換言すると、炭酸水素リチウムは正極活物質の表面の少なくとも一部を被覆していることが好ましい。正極活物質であるリチウム−ニッケル系複合酸化物等のリチウム−遷移金属複合酸化物を空気に曝すと、下記式のように表面が空気中の水および二酸化炭素と反応し、表面に炭酸水素リチウムを含有する被膜が形成されうる。   As a preferable form, a form in which lithium hydrogen carbonate is present on at least a part of the surface of the positive electrode active material can be mentioned. In other words, lithium hydrogen carbonate preferably covers at least a part of the surface of the positive electrode active material. When a lithium-transition metal complex oxide such as a lithium-nickel complex oxide as a positive electrode active material is exposed to air, the surface reacts with water and carbon dioxide in the air as shown in the following formula, and lithium hydrogencarbonate is formed on the surface A film containing can be formed.

このような炭酸水素リチウムを含有する被膜が形成された正極活物質を用いて電池を製造することにより、別途、電池の温度上昇を抑制するための機構を組み込む工程を行う必要がなくなる。その結果、生産効率の低下やコスト上昇を抑えつつ、安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することが可能となる。   By manufacturing the battery using the positive electrode active material on which such a film containing lithium hydrogen carbonate is formed, it is not necessary to separately carry out the step of incorporating a mechanism for suppressing the temperature rise of the battery. As a result, it is possible to provide a highly safe lithium ion secondary battery while suppressing a decrease in production efficiency and an increase in cost.

本形態において、炭酸水素リチウムの含有量は、電解液の総質量に対し、3〜14質量%であり、好ましくは4〜13質量%であり、より好ましくは6〜11質量%である。当該炭酸水素リチウムの含有量が3質量%以上であると、電池温度の上昇を効果的に抑制することができ、14質量%以下であると、電池抵抗の上昇を抑制することができる(電池抵抗の上昇率を10%以下程度に抑制することができる)。   In the present embodiment, the content of lithium hydrogen carbonate is 3 to 14% by mass, preferably 4 to 13% by mass, and more preferably 6 to 11% by mass, with respect to the total mass of the electrolytic solution. When the content of lithium hydrogen carbonate is 3% by mass or more, an increase in battery temperature can be effectively suppressed, and when it is 14% by mass or less, an increase in battery resistance can be suppressed (battery The rate of increase in resistance can be suppressed to about 10% or less).

また、当該炭酸水素リチウムの含有量は、活物質の総量に対して、好ましくは1.3〜4.3質量%であり、より好ましくは2.0〜3.7質量%である。当該炭酸水素リチウムの含有量が1質量%以上であると、電池温度の上昇を効果的に抑制することができ、5質量%以下であると、電池抵抗の上昇を抑制することができる。   Moreover, content of the said lithium hydrogen carbonate is preferably 1.3-4.3 mass% with respect to the total amount of an active material, More preferably, it is 2.0-3.7 mass%. An increase in battery temperature can be effectively suppressed when the content of lithium hydrogen carbonate is 1% by mass or more, and an increase in battery resistance can be suppressed when the content is 5% by mass or less.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive electrode collector plate and negative electrode collector plate]
The material which comprises a current collection board (25, 27) in particular is not restrict | limited, The well-known high-conductivity material conventionally used as a current collection board for lithium ion secondary batteries may be used. As a constituent material of a current collection board, metal materials, such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and these alloys, are preferable, for example. In light of lightness, corrosion resistance and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. The same material may be used for the positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25, or different materials may be used.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive electrode lead and negative electrode lead]
Further, although not shown, the current collector 11 and the current collector plate (25, 27) may be electrically connected via the positive electrode lead or the negative electrode lead. As a constituent material of the positive electrode and the negative electrode lead, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly adopted. The heat-shrinkable heat-shrinkage so that the part taken out from the exterior does not affect products (for example, automobile parts, especially electronic equipment, etc.) by contacting peripheral devices, wiring, etc. and causing an electric leakage. It is preferable to coat with a tube or the like.

[電池外装体]
電池外装体29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、所望の電解質層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
[Battery body]
As the battery outer package 29, a known metal can case can be used, and a bag-like case using a laminate film containing aluminum, which can cover the power generation element, can be used. As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used, but it is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint of being excellent in high output and cooling performance and being suitably usable for a battery for large-sized devices for EV and HEV. Moreover, since the group pressure to the electric power generation element applied from the outside can be easily adjusted and adjustment to the desired electrolyte layer thickness is easy, the outer package is more preferably an aluminate laminate.

[セルサイズ]
図3は、二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Cell size]
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a secondary battery.

図3に示すように、扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材(ラミネートフィルム52)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図2に示すリチウムイオン二次電池10の発電要素21に相当するものである。発電要素57は、正極(正極活物質層)15、電解質層17および負極(負極活物質層)13で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。   As shown in FIG. 3, the flat lithium ion secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and positive and negative tabs 58 and 59 for extracting electric power are drawn from both sides thereof. There is. The power generation element 57 is wrapped by the battery exterior material (laminated film 52) of the lithium ion secondary battery 50, and the periphery thereof is heat-sealed, and the power generation element 57 pulls out the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 to the outside. It is sealed tightly. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 2 described above. The power generation element 57 is formed by stacking a plurality of unit cell layers (single cells) 19 configured of the positive electrode (positive electrode active material layer) 15, the electrolyte layer 17, and the negative electrode (negative electrode active material layer) 13.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。   In addition, the said lithium ion secondary battery is not restrict | limited to the thing of the laminated | stacked flat shape. The wound lithium ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may have such a cylindrical shape deformed into a rectangular flat shape. There is no particular restriction. In the case of the cylindrical shape, a laminate film may be used as the exterior material, or a conventional cylindrical can (metal can) may be used, and the like, and is not particularly limited. Preferably, the power generation element is coated with an aluminum laminate film. Weight reduction can be achieved by the form.

また、図3に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。負極タブ58と正極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、負極タブ58と正極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図3に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。   Also, the removal of the tabs 58 and 59 shown in FIG. 3 is not particularly limited. As shown in FIG. 3, the negative electrode tab 58 and the positive electrode tab 59 may be drawn out from the same side, or the negative electrode tab 58 and the positive electrode tab 59 may be divided into a plurality and taken out from each side. It is not limited to Further, in the wound type lithium ion battery, the terminal may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of the tab.

一般的な電気自動車では、電池格納スペースが170L程度である。このスペースにセルおよび充放電制御機器等の補機を格納するため、通常セルの格納スペース効率は50%程度となる。この空間へのセルの積載効率が電気自動車の航続距離を支配する因子となる。単セルのサイズが小さくなると上記積載効率が損なわれるため、航続距離を確保できなくなる。   In a general electric vehicle, the battery storage space is about 170 liters. In order to store the cells and accessories such as charge / discharge control devices in this space, the storage space efficiency of the normal cells is about 50%. The loading efficiency of cells into this space is a factor that controls the range of the electric vehicle. If the size of the single cell is reduced, the loading efficiency is lost, and the cruising distance can not be secured.

したがって、本発明において、発電要素を外装体で覆った電池構造体は大型であることが好ましい。具体的には、ラミネートセル電池の短辺の長さが100mm以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、ラミネートセル電池の短辺の長さとは、最も長さが短い辺を指す。短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常400mm以下である。   Therefore, in the present invention, the battery structure in which the power generation element is covered with the outer package is preferably large. Specifically, the length of the short side of the laminate cell battery is preferably 100 mm or more. Such large batteries can be used for vehicle applications. Here, the short side length of the laminate cell battery refers to the side with the shortest length. The upper limit of the short side length is not particularly limited, but is usually 400 mm or less.

[体積エネルギー密度および定格放電容量]
一般的な電気自動車では、一回の充電による走行距離(航続距離)は100kmが市場要求である。かような航続距離を考慮すると、電池の体積エネルギー密度は157Wh/L以上であることが好ましく、かつ定格容量は20Wh以上であることが好ましい。
[Volume energy density and rated discharge capacity]
In the case of a general electric vehicle, the market requirement is 100 km for a single charge (running distance). In consideration of such a cruising distance, the volumetric energy density of the battery is preferably 157 Wh / L or more, and the rated capacity is preferably 20 Wh or more.

また、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池面積(電池外装体まで含めた電池の投影面積)の比の値が5cm/Ah以上であり、かつ、定格容量が3Ah以上である電池においては、単位容量当たりの電池面積が大きい。そのため、活物質の膨張収縮に伴う結晶構造の崩壊等に起因する電池特性(サイクル特性)の低下の問題がよりいっそう顕在化しやすい。したがって、本形態に係るリチウムイオン二次電池は、上述したような大型化された電池であることが、本願発明の作用効果の発現によるメリットがより大きいという点で、好ましい。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は1〜3であることが好ましく、1〜2であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、車両要求性能と搭載スペースを両立できるという利点がある。 In addition, the size of the battery can also be defined from the relationship between the battery area and the battery capacity as a viewpoint of the size-increased battery, which is different from the viewpoint of the physical size of the electrode. For example, in the case of a flat laminate type laminated battery, the value of the ratio of the battery area (the projected area of the battery including the battery outer package) to the rated capacity is 5 cm 2 / Ah or more, and the rated capacity is 3 Ah or more In some batteries, the battery area per unit capacity is large. Therefore, the problem of the deterioration of the battery characteristics (cycle characteristics) due to the collapse of the crystal structure accompanying the expansion and contraction of the active material is more likely to be apparent. Therefore, it is preferable that the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is a battery having a large size as described above, in that the merit due to the effects of the present invention is greater. Furthermore, the aspect ratio of the rectangular electrode is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2. The aspect ratio of the electrode is defined as the aspect ratio of the rectangular positive electrode active material layer. By setting the aspect ratio to such a range, there is an advantage that both the vehicle required performance and the mounting space can be compatible.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery pack]
An assembled battery is a thing which connected and comprised two or more batteries. Specifically, at least two or more of them are used to constitute serialization and / or parallelization. By connecting in series and in parallel, it is possible to freely adjust the capacity and voltage.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。   A plurality of cells can be connected in series or in parallel to form a compact battery pack that can be loaded and removed. Then, by connecting a plurality of such small detachable battery packs in series or in parallel, a large capacity suitable for a vehicle drive power source or an auxiliary power source requiring high volume energy density and high volume output density is required. An assembled battery having an output can also be formed. How many batteries are connected to make a battery pack, and how many small battery packs are stacked to produce a large capacity battery pack depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) and It should be decided according to the output.

[車両]
本発明のリチウムイオン二次電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度、体積出力密度が高く、かつアン先生に優れる。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記リチウムイオン二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The lithium ion secondary battery of the present invention maintains its discharge capacity even after long-term use, and has excellent cycle characteristics. Furthermore, the volumetric energy density, the volumetric output density are high, and it is superior to Anne. In vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles and hybrid fuel cell vehicles, higher capacity and larger size are required compared with electric and portable electronic devices applications, and longer life is required. . Therefore, the lithium ion secondary battery can be suitably used as a vehicle power supply, for example, a vehicle drive power supply or an auxiliary power supply.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、安全性に優れ、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。   Specifically, a battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be mounted on a vehicle. In the present invention, since a battery with excellent safety, long-term reliability and output characteristics can be configured with a long life, a plug-in hybrid electric vehicle with a long EV travel distance or a long charge travel distance when such a battery is mounted It can constitute an electric car. For example, in addition to hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and electric vehicles (all four-wheel vehicles (cars, trucks, buses, commercial vehicles such as cars, mini vehicles, etc.), etc. And a three-wheeled vehicle (including a two-wheeled vehicle (bicycle) and a three-wheeled vehicle), the vehicle has a long life and high reliability. However, the application is not limited to automobiles. For example, application is possible to various power supplies of other vehicles, for example, moving objects such as trains, and mounting power supplies such as uninterruptible power supplies It is also possible to use as.

本発明を、以下の実施例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲
が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
The invention is further described in detail by means of the following examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合して試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。充電状態のコインセルをAr雰囲気中で分解した後、試験極(LiNiO電極)を取り出し、電極粉末を電解液共存下で示差走査熱量測定(DSC)を行った。測定には耐圧密閉測定容器を用いた。電極粉末は1mg、電解液は0.5mgとした。DSC測定は室温から400℃までの測定を行った。炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)を1とし(ブランク)、炭酸水素リチウムを電解液量に対し10質量%添加した電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)の変化率を求めた。また、炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いて作製したコインセルのIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)(ブランク)に対する、炭酸水素リチウムを電解液量に対し10質量%添加した電解液を用いた場合のIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)の上昇率を百分率[%]で求めた。なお、IRは電流を1秒間流した時のΔVより算出した。
Example 1
LiNiO 2 and a conductive support agent were mixed at a mass ratio of 95: 5 to form a test electrode (φ13), and a coin cell was produced using Li foil (φ14) as a counter electrode. An electrolytic solution in which 1 mol / L of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. After the charged coin cell was disassembled in an Ar atmosphere, the test electrode (LiNiO 2 electrode) was taken out, and the electrode powder was subjected to differential scanning calorimetry (DSC) in the presence of an electrolytic solution. A pressure-tight sealed measurement container was used for the measurement. The electrode powder was 1 mg, and the electrolyte was 0.5 mg. DSC measurement was performed from room temperature to 400.degree. The total calorific value (room temperature to 400 ° C) when using an electrolyte solution to which lithium hydrogen carbonate is not added is 1 (blank) and an electrolyte solution to which 10 mass% of lithium hydrogen carbonate is added based on the amount of the electrolyte is used The rate of change of the total calorific value (room temperature to 400 ° C.) was determined. In addition, an electrolytic solution in which lithium hydrogen carbonate is added at 10% by mass with respect to the amount of electrolytic solution with respect to IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) (blank) of coin cell manufactured using the electrolytic solution to which lithium hydrogen carbonate is not added The percentage of increase in IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) was calculated as a percentage [%]. In addition, IR was computed from (DELTA) V when an electric current was sent for 1 second.

[比較例1]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合して試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。充電状態のコインセルをAr雰囲気中で分解した後、試験極(LiNiO電極)を取り出し、電極粉末を電解液共存下で示差走査熱量測定(DSC)を行った。測定には耐圧密閉測定容器を用いた。電極粉末は1mg、電解液は0.5mgとした。DSC測定は室温(25℃)から400℃までの測定を行った。炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)を1とし(ブランク)、炭酸水素リチウムを電解液量に対し2質量%添加した電解液を用いた場合の全発熱量(室温〜400℃)の変化率を求めた。
Comparative Example 1
LiNiO 2 and a conductive support agent were mixed at a mass ratio of 95: 5 to form a test electrode (φ13), and a coin cell was produced using Li foil (φ14) as a counter electrode. An electrolytic solution in which 1 mol / L of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. After the charged coin cell was disassembled in an Ar atmosphere, the test electrode (LiNiO 2 electrode) was taken out, and the electrode powder was subjected to differential scanning calorimetry (DSC) in the presence of an electrolytic solution. A pressure-tight sealed measurement container was used for the measurement. The electrode powder was 1 mg, and the electrolyte was 0.5 mg. DSC measurement was performed from room temperature (25 ° C.) to 400 ° C. The total calorific value (room temperature to 400 ° C) when using an electrolyte solution to which lithium hydrogen carbonate is not added is 1 (blank) and an electrolyte solution to which 2 mass% of lithium hydrogen carbonate is added with respect to the amount of electrolyte solution is used The rate of change of the total calorific value (room temperature to 400 ° C.) was determined.

[比較例2]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合して試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。充電状態のコインセルをAr雰囲気中で分解した後、試験極(LiNiO電極)を取り出し、電極粉末を電解液共存下で示差走査熱量測定(DSC)を行った。測定には耐圧密閉測定容器を用いた。電極粉末は1mg、電解液は0.5mgとした。DSC測定は室温から400℃までの測定を行った。炭酸水素リチウムを添加しない電解液を用いた場合のコインセルのIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)(ブランク)に対する、炭酸水素リチウムを電解液量に対し20質量%添加した電解液を用いた場合のIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)の上昇率を百分率[%]で求めた。なお、IRは電流を1秒間流した時のΔVより算出した。
Comparative Example 2
LiNiO 2 and a conductive support agent were mixed at a mass ratio of 95: 5 to form a test electrode (φ13), and a coin cell was produced using Li foil (φ14) as a counter electrode. An electrolytic solution in which 1 mol / L of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. After the charged coin cell was disassembled in an Ar atmosphere, the test electrode (LiNiO 2 electrode) was taken out, and the electrode powder was subjected to differential scanning calorimetry (DSC) in the presence of an electrolytic solution. A pressure-tight sealed measurement container was used for the measurement. The electrode powder was 1 mg, and the electrolyte was 0.5 mg. DSC measurement was performed from room temperature to 400.degree. Use of an electrolyte solution in which lithium hydrogen carbonate is added at 20% by mass with respect to the amount of electrolyte with respect to IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) (blank) of coin cell in the case of using electrolyte without addition of lithium hydrogen carbonate The rate of increase of IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) in the case where the temperature was on was determined as a percentage [%]. In addition, IR was computed from (DELTA) V when an electric current was sent for 1 second.

[比較例3]
LiNiOと導電助剤を質量比95:5で混合したものにカプセル(0.1μm)を正極質量に対し4質量%混合したものをそれぞれ試験極(φ13)とし、対極にLi箔(φ14)を用いてコインセルを作製した。1mol/LのLiPFをエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(3:7)に溶解させた電解液を用いた。カプセルを混合しない場合のコインセルのIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)(ブランク)に対する、カプセルを正極質量に対し4質量%添加した場合のIR(セル電圧4.2V、電流値2mA)の上昇率を百分率[%]で求めた。
Comparative Example 3
A mixture of LiNiO 2 and a conductive additive at a mass ratio of 95: 5 in a capsule (0.1 μm) mixed with 4% by mass with respect to the mass of the positive electrode is used as a test electrode (φ13) and a Li foil (φ14) as a counter electrode. The coin cell was produced using. An electrolytic solution in which 1 mol / L of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (3: 7) was used. IR (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) when 4% by mass of capsule is added to positive electrode mass relative to IR of coin cell (cell voltage 4.2 V, current value 2 mA) (blank) when not mixing capsules The increase rate of was calculated as a percentage [%].

結果を下記表に示す。   The results are shown in the following table.

上記表からも分かるように、電解液に対し炭酸水素リチウムが10質量%添加された実施例1は、IR上昇率を8%に抑えつつも、十分な発熱量抑制効果が奏されることが示された。これは、温度上昇に伴い、炭酸水素リチウムが熱分解して水(HO)が発生し、電解液中の支持塩を加水分解させることにより、電解液中の支持塩濃度が低下し、電池の温度上昇が抑制されたためであると考えられた。 As can be seen from the above table, Example 1 in which 10% by mass of lithium hydrogen carbonate was added to the electrolytic solution exhibited a sufficient heat generation amount suppressing effect while suppressing the IR increase rate to 8%. Indicated. This is because lithium hydrogen carbonate is thermally decomposed to generate water (H 2 O) as the temperature rises, and the supporting salt concentration in the electrolytic solution is lowered by hydrolyzing the supporting salt in the electrolytic solution, It was considered that the temperature rise of the battery was suppressed.

一方、電解液に対し炭酸水素リチウムが2質量%添加された比較例1は、発熱量の抑制効果が十分ではなかった。また、炭酸水素リチウムが20質量%添加された比較例2は、IR上昇率が21%となり、電池抵抗の大幅な上昇が観察された。さらに、電解液にカプセルを混入した実施例3も、IR上昇率が15%となり、十分な電池性能を維持できないことが分かった。   On the other hand, in Comparative Example 1 in which 2% by mass of lithium hydrogen carbonate was added to the electrolytic solution, the effect of suppressing the heat generation was not sufficient. In addition, in Comparative Example 2 in which 20% by mass of lithium hydrogen carbonate was added, the IR increase rate was 21%, and a significant increase in battery resistance was observed. Furthermore, it was also found that in Example 3 in which the capsule was mixed in the electrolytic solution, the IR increase rate was 15%, and sufficient battery performance could not be maintained.

以上の結果より、本発明により、電池抵抗の上昇を抑えつつ、所望の電池の温度上昇抑制効果を発揮することができる、安全性の高いリチウムイオン二次電池が提供されることが示された。   From the above results, it was shown that the present invention provides a highly safe lithium ion secondary battery capable of exhibiting a desired battery temperature rise suppression effect while suppressing the rise in battery resistance. .

10、50 リチウムイオン二次電池、
11 負極集電体、
11a 最外層負極集電体、
12 負極活物質層、
13 電解質層、
14 正極集電体、
15 正極活物質層、
16 単電池層、
17、57 発電要素、
18、58 負極集電板(負極タブ)、
19、59正極集電板(正極タブ)、
20 負極端子リード、
21 正極端子リード、
22、52 ラミネートフィルム。
10, 50 lithium ion secondary battery,
11 negative electrode current collector,
11a Outermost layer current collector,
12 negative electrode active material layer,
13 electrolyte layers,
14 positive electrode current collector,
15 positive electrode active material layer,
16 cell layers,
17, 57 Generating elements,
18, 58 negative electrode current collector plate (negative electrode tab),
19, 59 positive current collector plate (positive electrode tab),
20 negative terminal lead,
21 positive terminal lead,
22, 52 laminated film.

Claims (3)

集電体の表面に、正極活物質を含む正極活物質層が形成されてなる正極と、
電解液を含む電解質層と、
集電体の表面に、負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる負極と、
が順次積層されてなる少なくとも1つの単電池層を含む発電要素がラミネートフィルムからなる電池外装体の内部に封止された構造を有するリチウムイオン二次電池において、
前記正極活物質層、前記負極活物質層、または前記電解質層は炭酸水素リチウムを含み、
前記炭酸水素リチウムの含有量は、前記電解液の総質量に対し、3〜14質量%である、リチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on the surface of a current collector;
An electrolyte layer containing an electrolytic solution,
A negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material formed on the surface of a current collector;
In a lithium ion secondary battery having a structure in which a power generation element including at least one unit cell layer in which the plurality of unit cells are sequentially laminated is sealed inside a battery outer package made of a laminate film ,
The positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or the electrolyte layer contains lithium hydrogen carbonate,
The lithium ion secondary battery, wherein a content of the lithium hydrogen carbonate is 3 to 14% by mass with respect to a total mass of the electrolytic solution.
前記炭酸水素リチウムの含有量は、前記電解液の総質量に対し、4〜13質量%である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a content of the lithium hydrogen carbonate is 4 to 13% by mass with respect to a total mass of the electrolytic solution. 前記炭酸水素リチウムは、前記正極活物質の表面の少なくとも一部に存在する、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium hydrogen carbonate is present on at least a part of the surface of the positive electrode active material.
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