JP6783504B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP6783504B2 JP6783504B2 JP2015127046A JP2015127046A JP6783504B2 JP 6783504 B2 JP6783504 B2 JP 6783504B2 JP 2015127046 A JP2015127046 A JP 2015127046A JP 2015127046 A JP2015127046 A JP 2015127046A JP 6783504 B2 JP6783504 B2 JP 6783504B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- active material
- electrode active
- material layer
- additive element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は、非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。特に、リチウムイオン二次電池は、軽量で高エネルギー密度が得られることから、車両搭載用の高出力電源あるいは電力貯蔵システムの電源等としての重要性が高まっている。この種の電池の一つとして、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせた電極体を備える電池構造が知られている。正極は、一般的に、正極集電体上に正極活物質を含む正極活物質層が保持された構造を有しており、正極活物質としては、リチウム元素と遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属複合酸化物)が広く用いられている(例えば特許文献1)。 In recent years, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and nickel-metal hydride batteries are preferably used as a power source for mounting on vehicles or a power source for personal computers and mobile terminals. In particular, since a lithium ion secondary battery is lightweight and has a high energy density, it is becoming more important as a high output power source for mounting on a vehicle or a power source for a power storage system. As one of these types of batteries, a battery structure including an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are superposed via a separator is known. The positive electrode generally has a structure in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is held on a positive electrode current collector, and the positive electrode active material includes a lithium element and a transition metal element. The oxide (lithium transition metal composite oxide) contained in is widely used (for example, Patent Document 1).
ところで、本発明者は、電池性能を向上すべく、リチウム遷移金属複合酸化物にタングステン(W)やモリブデン(Mo)等の少量の異種金属元素を添加した正極活物質を用いることを考えている。しかしながら、リチウム遷移金属複合酸化物に少量の微量添加元素を添加した正極活物質を用いた場合、正極活物質層の幅方向両側の端部で微量添加元素が局所的に溶出する事象を見出した。このように微量添加元素が局所的に溶出すると、電池性能(例えば電池容量)が劣化する要因になり得る。そのため、正極活物質層の端部で微量添加元素が局所的に溶出する事象をできる限り少なく抑えたい。本発明は、上記課題を解決することを目的とする。 By the way, the present inventor considers using a positive electrode active material in which a small amount of dissimilar metal elements such as tungsten (W) and molybdenum (Mo) are added to a lithium transition metal composite oxide in order to improve battery performance. .. However, when a positive electrode active material in which a small amount of a trace amount of additive element is added to a lithium transition metal composite oxide is used, an event was found in which the trace amount of the additive element is locally eluted at both ends of the positive electrode active material layer in the width direction. .. Local elution of trace added elements in this way can cause deterioration of battery performance (for example, battery capacity). Therefore, it is desired to suppress the event that the trace additive element is locally eluted at the end of the positive electrode active material layer as little as possible. An object of the present invention is to solve the above problems.
ここで提案される非水電解液二次電池は、正極活物質を含む正極活物質層が正極集電体に保持された構造を有する正極と負極とセパレータとがそれぞれの幅方向を一致させて重なりあった電極体と、前記電極体を収容した電池ケースと、前記電池ケースに注入された電解液とを備える。前記正極活物質層は、一般式LiMeO2(ここでMeは少なくとも1種の遷移金属元素である。)で表わされるリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質を用いた非添加元素含有領域と、前記LiMeO2のMeサイトの一部を微量添加元素Mで置換した正極活物質を用いた添加元素含有領域とを有する。そして、前記非添加元素含有領域は、前記正極活物質層の前記幅方向の両側の端部に少なくとも設けられている。かかる構成によれば、正極活物質層の幅方向両側の端部に微量添加元素Mが添加されていないので、当該端部から微量添加元素Mが溶出する事態が生じ難い。そのため、該端部から微量添加元素Mが溶出することに起因して電池性能(例えば電池容量)が劣化する事態が解消される。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery proposed here, the positive electrode, the negative electrode, and the separator having a structure in which the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material is held by the positive electrode current collector have their width directions aligned with each other. It includes an overlapping electrode body, a battery case accommodating the electrode body, and an electrolytic solution injected into the battery case. The positive electrode active material layer includes a non-additive element-containing region using a positive electrode active material made of a lithium transition metal composite oxide represented by the general formula LiMeO 2 (where Me is at least one transition metal element). It has an additive element-containing region using a positive electrode active material in which a part of the Me site of the LiMeO 2 is replaced with a trace additive element M. The non-additive element-containing region is provided at least at both ends of the positive electrode active material layer in the width direction. According to such a configuration, since the trace additive element M is not added to both ends of the positive electrode active material layer in the width direction, it is unlikely that the trace additive element M is eluted from the end. Therefore, the situation where the battery performance (for example, the battery capacity) is deteriorated due to the elution of the trace additive element M from the end portion is eliminated.
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池を図面に基づいて説明する。ここでは、リチウムイオン二次電池を例に挙げて二次電池を説明する。なお、同じ作用を奏する部材、部位には適宜に同じ符号を付している。また、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。 Hereinafter, the secondary battery according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the secondary battery will be described by taking a lithium ion secondary battery as an example. Members and parts that perform the same action are appropriately designated by the same reference numerals. In addition, each drawing is drawn schematically and does not necessarily reflect the actual product. In addition, each drawing shows only one example, and each drawing does not limit the present invention unless otherwise specified.
本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池などのいわゆる蓄電池を包含する。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。以下では、本発明をリチウムイオン二次電池に適用する場合を説明するが、本発明の適用対象を限定する意図ではない。 In the present specification, the “secondary battery” generally refers to a battery that can be recharged repeatedly, and includes a so-called storage battery such as a lithium ion secondary battery and a nickel hydrogen battery. Further, in the present specification, the "lithium ion secondary battery" refers to a secondary battery that uses lithium ions as a charge carrier and realizes charging and discharging by the transfer of charges accompanying the lithium ions between the positive and negative electrodes. Hereinafter, the case where the present invention is applied to a lithium ion secondary battery will be described, but it is not intended to limit the application target of the present invention.
図1は、リチウムイオン二次電池100を示している。このリチウムイオン二次電池100は、図1に示すように、捲回電極体200と電池ケース300とを備えている。また、図2は、捲回電極体200を示す図である。図3は、図2中のIII−III断面を示している。
FIG. 1 shows a lithium ion
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100は、図1に示すような扁平な角形の電池ケース(即ち外装容器)300に構成されている。リチウムイオン二次電池100は、図2に示すように、扁平形状の捲回電極体200が、図示しない液状電解質(電解液)とともに、電池ケース300に収容されている。
The lithium ion
捲回電極体200は、図2に示すように、長尺なシート状正極(正極シート220)と、該正極シート220と同様の長尺シート状負極(負極シート240)とを計二枚の長尺シート状セパレータ(セパレータ262,264)とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
正極シート220は、帯状の正極集電体221と正極活物質層223とを備えている。正極集電体221には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電体221として、厚さが凡そ15μmの帯状のアルミニウム箔が用いられている。正極シート220は、正極集電体221の長手方向に直交する幅方向の一方の端部には、正極活物質層223が形成されずに正極集電体221が露出している未塗工部222を設けている。また、他方の端部には実質的に未塗工部222が設けられないように正極活物質層223が形成されている。図示例では、正極活物質層223は、正極集電体221に設定された未塗工部222を除いて、正極集電体221の両面に保持されている。正極活物質層223には、正極活物質や導電材やバインダが含まれている。
The
正極活物質には、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物)、LiNiO2(リチウムニッケル複合酸化物)、LiCoO2(リチウムコバルト複合酸化物)等の一般式LiMeO2(Meは、Ni,Co,Mn等の遷移金属元素の少なくとも一種を含む。)で表される層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物であって、かつ、LiMeO2のMeサイトの一部を微量添加元素Mで置換した正極活物質が好ましく用いられる。 Positive electrode active materials include LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (lithium nickel cobalt manganese composite oxide), LiNiO 2 (lithium nickel composite oxide), LiCoO 2 (lithium cobalt composite oxide), etc. A lithium transition metal composite oxide having a layered structure represented by the general formula LiMeO 2 (Me contains at least one of transition metal elements such as Ni, Co, and Mn), and the Me site of LiMeO 2 . A positive electrode active material in which a part of the above is replaced with a trace additive element M is preferably used.
微量添加元素Mとしては、遷移金属元素および典型金属元素(半金属元素も含む。)のうちの一種または二種以上であればよい。例えば、周期表の1族(ナトリウム等のアルカリ金属)、2族(マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属)、3族(ランタン等の遷移金属)、4族(チタン、ジルコニウム等の遷移金属)、5族(ニオブ等の遷移金属)、6族(クロム、タングステン等の遷移金属)、7族(チタン、ジルコニウム等の遷移金属)、8族(鉄等の遷移金属)、9族(ロジウム等の遷移金属)、10族(パラジウム、白金等の遷移金属)、11族(銅等の遷移金属)、12族(亜鉛等の金属)および13族(アルミニウムのような金属)に属するいずれかの金属元素が挙げられる。典型例として、W、Zr、Mo、Mg、Ca、Na、Fe、Cr、Zn、Si、Sn、NbおよびAlが例示される。特に、Wを添加元素として含む酸化物であることが好ましい。かかる微量添加元素Mは、LiMeO2の構成遷移金属元素(すなわちMe)の20モル%以下、好ましくは10モル%以下の割合(添加量)で添加され得る。また、微量添加元素Mは、正極活物質の全質量を100質量%とした場合に、0.1質量%〜5質量%(例えば0.5質量%〜3質量%、例えば1質量%)の割合(添加量)で添加され得る。このように少量の微量添加元素Mを添加した正極活物質を用いることで、正極の導電性が向上し得る。そのため、かかる正極を用いて構築した電池では、優れた出力特性やサイクル特性を実現し得る。 The trace addition element M may be one or more of a transition metal element and a main group metal element (including a metalloid element). For example, Group 1 (alkali metals such as sodium), Group 2 (alkaline earth metals such as magnesium and calcium), Group 3 (transition metals such as lanthanum) and Group 4 (transition metals such as titanium and zirconium) in the periodic table. Group 5 (transition metals such as niobium), Group 6 (transition metals such as chromium and tungsten), Group 7 (transition metals such as titanium and zirconium), Group 8 (transition metals such as iron), Group 9 (logium, etc.) (Transition metal of), group 10 (transition metal such as palladium and platinum), group 11 (transition metal such as copper), group 12 (metal such as zinc) and group 13 (metal such as aluminum). Metal elements can be mentioned. Typical examples are W, Zr, Mo, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Nb and Al. In particular, it is preferably an oxide containing W as an additive element. Such a trace addition element M can be added at a ratio (addition amount) of 20 mol% or less, preferably 10 mol% or less, of the constituent transition metal element (that is, Me) of LiMeO 2 . Further, the trace amount added element M is 0.1% by mass to 5% by mass (for example, 0.5% by mass to 3% by mass, for example, 1% by mass) when the total mass of the positive electrode active material is 100% by mass. It can be added in proportion (addition amount). By using the positive electrode active material to which a small amount of the trace amount of the element M is added, the conductivity of the positive electrode can be improved. Therefore, a battery constructed using such a positive electrode can realize excellent output characteristics and cycle characteristics.
正極活物質層223は、上述した正極活物質の他に、アセチレンブラック(AB)等の導電材や、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)等のバインダを含有することができる。正極シート220の厚みは特に制限されないが、例えば150μm以下、好ましくは130μm以下、より好ましくは110μm以下である。このような厚みの薄い正極シート220を用いることで、ここに開示される技術の効果がより良く発揮され得る。正極活物質層223の詳細については後述する。
In addition to the above-mentioned positive electrode active material, the positive electrode
負極シート240は、図2に示すように、帯状の負極集電体241と負極活物質層243とを備えている。負極集電体241には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電体241には、厚さが凡そ10μmの帯状の銅箔が用いられている。負極シート240は、負極集電体241の長手方向に直交する幅方向の一方の端部には、負極活物質層243が形成されずに負極集電体241が露出している未塗工部242を設けている。また、他方の端部には実質的に未塗工部242が設けられないように負極活物質層243が形成されている。負極活物質層243は、負極集電体241に設定された未塗工部242を除いて、負極集電体241の両面に保持されている。負極活物質層243には、負極活物質や増粘剤やバインダなどが含まれている。
As shown in FIG. 2, the
負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボンなどの炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物などが挙げられる。また、かかる負極活物質の他に、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)等のバインダや、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤を添加することができる。 As the negative electrode active material, one or more of the substances conventionally used in lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. Preferable examples include carbon-based materials such as graphite carbon and amorphous carbon, lithium transition metal oxides, lithium transition metal nitrides and the like. Further, in addition to the negative electrode active material, a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or styrene butadiene rubber (SBR) or a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC) can be added.
セパレータ262、264は、図2および図3に示すように、正極シート220と負極シート240とを隔てる部材である。この例では、セパレータ262、264は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ262、264には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。この例では、図2および図3に示すように、負極活物質層243の幅b1は、正極活物質層223の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ262、264の幅c1、c2は、負極活物質層243の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
捲回電極体200は、正極活物質層223と負極活物質層243との間にセパレータ262、264を介在させつつ、正極シート220と負極シート240とを重ね、かつ、捲回した電極体である。この実施形態では、図2および図3に示すように、正極シート220と負極シート240とセパレータ262、264は、それぞれの幅方向を一致させて、正極シート220、セパレータ262、負極シート240、セパレータ264の順で重ねられている。この実施形態では、負極集電体241と正極集電体221とは、集電性を高める目的で、互いの未塗工部242、222が捲回電極体200の幅方向で反対側に突出するように、重ねられている。重ねられたシート材(例えば、正極シート220)は、幅方向に設定された捲回軸WL周りに捲回されている。
The
捲回電極体200は、捲回軸WLに直交する一の方向において扁平に押し曲げられた状態で電池ケース300に収納されている。また、捲回電極体200は、セパレータ262、264の幅方向において、正極シート220の未塗工部222と負極シート240の未塗工部242とが互いに反対側にはみ出ている。このうち、正極端子420は、正極集電体221の未塗工部222に固定されており、負極端子440は、負極集電体241の未塗工部242に固定されている。
The winding
電解液(非水電解液)としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF6等のリチウム塩を用いることができる。 As the electrolytic solution (non-aqueous electrolytic solution), the same non-aqueous electrolytic solution conventionally used for lithium ion secondary batteries can be used without particular limitation. Such a non-aqueous electrolyte typically has a composition in which a suitable non-aqueous solvent contains a supporting salt. As the non-aqueous solvent, for example, one or more selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and the like can be used. Further, as the supporting salt, for example, a lithium salt such as LiPF 6 can be used.
以下、このリチウムイオン二次電池100の正極活物質層223をより詳細に説明する。図4は、捲回電極体200中で重ね合わされた正極シート220とセパレータ262と負極シート240を、幅方向(例えば、正極シート220の幅方向)で切断した断面を模式的に示している。
Hereinafter, the positive electrode
上述したリチウムイオン二次電池100は、図4に示すように、正極活物質を含む正極活物質層223が正極集電体221に保持された構造を有する正極220と、負極240と、セパレータ262とがそれぞれの幅方向を揃えて重なりあった電極体200を備えている。かかる電極体200は、側面視において(すなわち幅方向の両側から見ると)、電極体200の側面200A(図2参照)に正極活物質層223の幅方向両側の端部223Eが露出している。
As shown in FIG. 4, the above-mentioned lithium ion
本発明者は、かかる形態のリチウムイオン二次電池100について、前述したLiMeO2のMeサイトの一部を微量添加元素Mで置換した正極活物質(すなわち微量添加元素Mを添加した正極活物質)を用いた場合に、正極活物質層223の幅方向両側の端部223Eで微量添加元素Mが溶出する事象を見出した。正極活物質層223の端部223Eで微量添加元素Mが溶出する理由を明らかにする必要はないが、例えば以下のことが考えられる。すなわち、電極体200の幅方向の両端には、気体(例えば酸素)が存在する。そのため、電極体200の幅方向の両端は気体と接しており、その気体が充電時に負極活物質層243の幅方向両側の端部243Eからリチウムイオンを引き抜いてしまう。そのため、負極活物質層243の端部243Eでは、充電時に電位が局所的に上昇する場合がある。この場合、負極活物質層243の端部243Eに近い、正極活物質層223の端部223Eにおいても、電圧を保とうとして、電位が局所的に上昇する可能性があると考えられる。このように、正極活物質層223の端部223Eの電位が局所的に上昇すると、正極活物質に含まれる微量添加元素Mの溶出を招く要因になり得る。
The present inventor of the lithium ion
以上のような知見から、本発明者は、微量添加元素Mが溶出しやすい正極活物質層223の幅方向両側の端部223Eでは、微量添加元素Mを添加していない正極活物質を用い、かつ、それ以外の部分では微量添加元素Mを添加した正極活物質を用いることとした。すなわち、ここで開示される正極活物質層223は、図4に示すように、添加元素含有領域R1と非添加元素含有領域R2とを有している。
Based on the above findings, the present inventor used a positive electrode active material to which the trace additive element M was not added at the
添加元素含有領域R1は、正極活物質層223の幅方向両側の端部223Eを除いた中間部223Cに設けられている。添加元素含有領域R1においては、正極活物質には、LiMeO2のMeサイトの一部を微量添加元素Mで置換したものが用いられている。このようにMeサイトの一部を微量添加元素Mで置換した正極活物質を用いることで、正極の導電性が向上し得る。そのため、かかる正極を用いて構築した電池では、優れた出力特性やサイクル特性を実現し得る。
The additive element-containing region R1 is provided in the
非添加元素含有領域R2は、正極活物質層223の幅方向両側の端部223Eに設けられている。非添加元素含有領域R2においては、正極活物質には、LiMeO2が用いられている。つまり、正極活物質層223は、幅方向両側の端部223Eには微量添加元素Mが添加されておらず、それ以外の領域には微量添加元素Mが添加されている。
The non-additive element-containing region R2 is provided at the
ここで開示されるリチウムイオン二次電池100では、正極活物質層223は、幅方向両側の端部223Eに、微量添加元素Mが添加されていない非添加元素含有領域R2を有する。このため、充電時に、正極活物質層223の幅方向両側の端部223Eで電位が局所的に上昇した場合でも、当該端部223Eから微量添加元素Mが溶出する事態が生じ難い。そのため、当該端部223Eから微量添加元素Mが溶出することに起因して、電池性能(例えば電池容量)が劣化する事象が緩和される。
In the lithium ion
ここで開示される正極活物質層223としては、図4に示すように、幅方向に沿う正極活物質層223の全幅を100%とした場合に、非添加元素含有領域R2の幅の合計(W1+W2)の比率が、概ね3%以上(さらには3.8%以上、特には4%以上)であることが好ましい。このような幅の比率で非添加元素含有領域R2を設けることで、微量添加元素Mの溶出をより効果的に回避できる。一方、上記幅(W1+W2)の比率が大きすぎると、微量添加元素Mを添加した正極活物質の割合が相対的に減るため、正極活物質に微量添加元素Mを添加したことによる電池性能向上効果(例えば電子伝導性向上効果)が不十分になり得る。微量添加元素Mの添加による性能向上の点からは、上記幅(W1+W2)の比率は、好ましくは10%以下であり、より好ましくは7.8%以下であり、特に好ましくは6%以下である。例えば、上記幅(W1+W2)の比率が3.8%〜7.8%の正極活物質層223が、微量添加元素Mの添加による性能向上と微量添加元素Mの溶出抑制とを両立するという観点から適当である。
As the positive electrode
正極活物質層223は、添加元素含有領域R1と非添加元素含有領域R2とで、異なる合剤(ペースト状正極活物質層形成用組成物)を基に形成するとよい。例えば、添加元素含有領域R1を形成するための第1合剤と、非添加元素含有領域R2を形成するための第2合剤とを用意するとよい。この実施形態では、第2合剤には、LiMeO2で表わされるリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質が含まれる。一方、第1合剤には、LiMeO2のMeサイトの一部を微量添加元素Mで置換した正極活物質が含まれる。第1合剤を正極集電体221の添加元素含有領域R1が形成される部分に塗布して乾燥することにより、正極集電体221の表面に正極活物質層223の一部分を形成する。この一部分が正極活物質層223の添加元素含有領域R1となる。また、第2合剤を正極集電体221の長手方向の残りの部分に帯状に塗布して乾燥することにより、正極集電体221の表面に正極活物質層223の残りの部分を形成するとよい。この残りの部分が正極活物質層223の非添加元素含有領域R2となる。
The positive electrode
≪試験例1≫
本発明者は、かかる正極シート220の作用効果を評価するべく試験をした。かかる試験で用いられたリチウムイオン二次電池では、図1〜図4に示すように、正極集電体221の両面に正極活物質層223が形成された正極シート220と、負極集電体241の両面に負極活物質層243が形成された負極シート240とを備えている。正極活物質層223の幅方向両側の端部223Eには、正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2を用いた非添加元素含有領域R2が設けられている。一方、当該端部223Eを除いた正極活物質層223の中間部223Cには、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2の遷移金属元素(NiCoMn)サイトの一部をタングステン(W)で置換したW添加の正極活物質を用いた添加元素含有領域R1が設けられている。添加元素含有領域R1における正極活物質中のWの添加量は、正極活物質の全質量に対して1質量%の割合とした。
≪Test Example 1≫
The present inventor conducted a test to evaluate the action and effect of the
正極活物質層223を形成する際の合剤は、正極活物質と、導電材としてアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを90:8:2の質量割合にてN−メチルピロリドン(NMP)中で混合したものを用いた。
The mixture used to form the positive electrode
ここでは、正極活物質層223は、添加元素含有領域R1と、非添加元素含有領域R2とで、異なる合剤を基に形成した。すなわち、添加元素含有領域R1を形成するための第1合剤と、非添加元素含有領域R2を形成するための第2合剤とを用意した。第1合剤には前述したW添加の正極活物質が含まれ、第2合剤には前述したW未添加の正極活物質が含まれる。第1合剤を正極集電体221としてのアルミニウム箔の両面の添加元素含有領域R1が形成される部分に塗布して乾燥することにより、正極集電体221の両面に正極活物質層223の一部分を形成した。また、第2合剤を正極集電体221の長手方向の残りの部分に帯状に塗布して乾燥することにより、正極集電体221の表面に正極活物質層223の残りの部分を形成した。
Here, the positive electrode
≪サンプル1〜5≫
ここでは、正極活物質層223の全幅を100%とした場合に、正極活物質層223の非添加元素含有領域R2の幅の合計(W1+W2)の比率が異なる5つのサンプルを用意した(図4参照)。サンプル1〜5は、かかる幅(W1+W2)の比率を除き、同じ構成にした。
≪Samples 1-5≫
Here, when the total width of the positive electrode
≪負極シート≫
負極シート240は次のようにして作製した。負極活物質としての黒鉛粉末とバインダとしてスチレンブタジエン共重合体(SBR)と増粘剤としてカルボキシメチルセルロースとを98:1:1の質量割合にて水中で混合して負極合剤を調製し、これを長尺シート状の銅箔(負極集電体)の両面に帯状に塗布して乾燥することにより、負極集電体241の両面に負極活物質層243が設けられた負極シート240を作製した。
≪Negative electrode sheet≫
The
≪リチウムイオン二次電池≫
上記正極シート220及び負極シート240を2枚のセパレータ262、264を介して捲回することによって捲回体を作製し、この捲回体を横方向から押し潰すことによって扁平状の捲回電極体200を作製した。このようにして得られた捲回電極体200を非水電解質(非水電解液)とともに電池ケース(ここでは角型を使用した。)300に収容し、電池ケース300の開口部を気密に封口した。ここでは、セパレータ262、264には、ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)とポリプロピレン(PP)の3層構造からなる多孔質膜を使用した。また、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比率において、3:4:3で配合し、LiPF6を1mol/L溶解させた電解液を使用した。
≪Lithium-ion secondary battery≫
A wound body is produced by winding the
≪初期容量の測定≫
各サンプル1〜5で得られた試験用リチウムイオン二次電池のそれぞれを、25℃の温度条件にて、電流値1Cで電圧4.1Vまで充電した。5分間の休止後、かかる充電後の電池を、25℃において、電流値1Cで電圧3.0Vまで放電した。そして、5分間の休止後、電流値1Cで電圧4.1Vまで充電し、その後、定電圧方式で電流値が0.1Cに減少するまで充電した。かかる充電後の電池を、25℃において、電流値1Cで電圧3.0Vまで放電し、その後、定電圧方式で電流値が0.1Cに減少するまで放電した。このときの放電容量を初期容量(定格容量)とした。
≪Measurement of initial capacity≫
Each of the test lithium ion secondary batteries obtained in each of the samples 1 to 5 was charged to a voltage of 4.1 V at a current value of 1 C under a temperature condition of 25 ° C. After a 5-minute pause, the charged battery was discharged to a voltage of 3.0 V at a current value of 1 C at 25 ° C. Then, after a 5-minute pause, the battery was charged with a current value of 1 C to a voltage of 4.1 V, and then charged with a constant voltage method until the current value decreased to 0.1 C. The charged battery was discharged at 25 ° C. at a current value of 1 C to a voltage of 3.0 V, and then discharged by a constant voltage method until the current value was reduced to 0.1 C. The discharge capacity at this time was defined as the initial capacity (rated capacity).
≪25℃パルスサイクル後容量維持率≫
各サンプルの試験用リチウムイオン二次電池のそれぞれに対し、初期容量の凡そ50%の充電状態(SOC50%)に調整した後、25℃の温度条件下において、20Cで100秒間のCC放電と20Cで100秒間のCC充電とを行う充放電サイクルを1000回連続して繰り返した。そして、25℃パルスサイクル後の電池容量を、初期容量と同じ条件で測定し、[(25℃パルスサイクル後の電池容量)/(初期容量)]×100(%)から、25℃パルスサイクル後容量維持率を求めた。
≪Capacity retention rate after 25 ℃ pulse cycle≫
After adjusting each of the test lithium-ion secondary batteries of each sample to a state of charge (SOC 50%) of about 50% of the initial capacity, CC discharge and 20C for 100 seconds at 20C under a temperature condition of 25 ° C. The charge / discharge cycle of performing CC charging for 100 seconds was repeated 1000 times in succession. Then, the battery capacity after the 25 ° C. pulse cycle is measured under the same conditions as the initial capacity, and from [(Battery capacity after the 25 ° C. pulse cycle) / (Initial capacity)] × 100 (%), after the 25 ° C. pulse cycle. The capacity retention rate was calculated.
≪各サンプルの評価≫
各サンプルについて、上記試験の結果を表1に示す。
≪Evaluation of each sample≫
The results of the above tests are shown in Table 1 for each sample.
表1に示すように、サンプル1では、正極活物質層223の全域でW添加の正極活物質が用いられている(すなわち非添加元素含有領域R2なし)。かかるサンプル1では、25℃容量維持率は96.8%であった。これに対して、サンプル2〜5では、正極活物質層223の中間部223CにW添加の正極活物質が用いられ、正極活物質層223の幅方向両側の端部223EにW未添加の正極活物質が用いられている。これらのサンプル2〜5については、サイクル後容量維持率が97.3%以上となり、サンプル1に比べて極めて高い耐久性能を示した。この結果から、正極活物質層223の中間部223CにW添加の正極活物質が用い、かつ、正極活物質層223の幅方向両側の端部223EにW未添加の正極活物質を用いることによって、25℃パルスサイクル後容量維持率が向上することが確かめられた。
As shown in Table 1, in Sample 1, the positive electrode active material with W added is used in the entire area of the positive electrode active material layer 223 (that is, there is no non-additive element-containing region R2). In such sample 1, the 25 ° C. capacity retention rate was 96.8%. On the other hand, in Samples 2 to 5, the positive electrode active material with W added to the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.
ここで開示される技術の好適な適用対象は、上述した捲回タイプの電極体に限定されない。例えば、正極集電体221と負極集電体241とがそれぞれ長方形のシート材であり、正極集電体221と負極集電体241とが、それぞれの幅方向(例えば長手方向)を揃え、かつ、正極活物質層223と負極活物質層243とが、セパレータを介在させた状態で互いに対向するように交互に積層された積層電極体であってもよい。このような場合でも上述した効果を得ることができる。この場合、非添加元素含有領域R2は、正極活物質層223の長手方向(幅方向)両側の端部のみならず、短手方向両側の端部に設けてもよい。このように、正極活物質層223のすべての開放端部(すなわち積層電極体の側面に露出した端部)で微量添加元素が添加されていない構成とすることで、微量添加元素の溶出をより良く回避し得る。なお、正極集電体221および負極集電体241の形状は長方形に限定されず、四辺が等しい長さを有する正方形状を採用してもよい。この場合、上記長手方向は、何れか一辺に沿った方向として解される。
Preferable application of the technique disclosed herein is not limited to the above-mentioned winding type electrode body. For example, the positive electrode
100 リチウムイオン二次電池
200 捲回電極体
220 正極シート
221 正極集電体
223 正極活物質層
223C 正極活物質層の中間部
223E 正極活物質層の幅方向両側の端部
240 負極シート
262,264 セパレータ
R1 添加元素含有領域
R2 非添加元素含有領域
100 Lithium ion
Claims (1)
前記電極体を収容した電池ケースと、
前記電池ケースに注入された電解液と
を備え、
前記正極活物質層は、
一般式LiMeO2(ここでMeは少なくとも1種の遷移金属元素である。)で表わされるリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質を用いた非添加元素含有領域と、
前記LiMeO2のMeサイトの一部を微量添加元素Mで置換した正極活物質を用いた添加元素含有領域と
を有し、
前記非添加元素含有領域は、前記正極活物質層の前記幅方向の両側の端部に少なくとも設けられており、
前記微量添加元素Mはタングステンであり、
ここで、前記幅方向に沿う前記正極活物質層の全幅を100%としたとき、該幅方向に沿う前記非添加元素含有領域の幅の合計は、3%以上7.8%以下であることを特徴とする、非水電解液二次電池。 A positive electrode having a structure in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is held by a positive electrode current collector, a negative electrode, and an electrode body in which a separator overlaps with each other in the same width direction.
A battery case containing the electrode body and
The battery case is provided with an electrolytic solution injected into the battery case.
The positive electrode active material layer is
A non-additive element-containing region using a positive electrode active material composed of a lithium transition metal composite oxide represented by the general formula LiMeO 2 (where Me is at least one transition metal element).
It has an additive element-containing region using a positive electrode active material in which a part of the Me site of LiMeO 2 is replaced with a trace additive element M.
The non-additive element-containing region is provided at least at both ends of the positive electrode active material layer in the width direction.
The trace additive element M is tungsten,
Here, assuming that the total width of the positive electrode active material layer along the width direction is 100%, the total width of the non-additive element-containing region along the width direction is 3% or more and 7.8% or less. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015127046A JP6783504B2 (en) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015127046A JP6783504B2 (en) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017010855A JP2017010855A (en) | 2017-01-12 |
| JP6783504B2 true JP6783504B2 (en) | 2020-11-11 |
Family
ID=57761750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015127046A Expired - Fee Related JP6783504B2 (en) | 2015-06-24 | 2015-06-24 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6783504B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6769451B2 (en) * | 2018-02-27 | 2020-10-14 | トヨタ自動車株式会社 | Lithium ion secondary battery |
| JP7272851B2 (en) * | 2019-04-12 | 2023-05-12 | 株式会社Soken | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014207058A (en) * | 2013-04-10 | 2014-10-30 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary battery |
| JP5999442B2 (en) * | 2013-04-16 | 2016-09-28 | トヨタ自動車株式会社 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
-
2015
- 2015-06-24 JP JP2015127046A patent/JP6783504B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017010855A (en) | 2017-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101477873B1 (en) | Nonaqueous electrolyte solution type lithium ion secondary battery | |
| JP6061145B2 (en) | Secondary battery | |
| JP5999442B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| CN103875096B (en) | Nonaqueous secondary battery | |
| KR20140044915A (en) | Lithium ion secondary battery | |
| JP2010287512A (en) | Method for producing lithium ion secondary battery | |
| JP5585834B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| JP6032497B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP5397715B2 (en) | Lithium secondary battery | |
| JP2013246900A (en) | Secondary battery | |
| JP7754016B2 (en) | Positive electrode and lithium-ion secondary battery | |
| JP7096981B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| US11777084B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode active substance containing a lithium composite oxide porous particle having voids | |
| JP6168356B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| US8980482B2 (en) | Nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery | |
| JP2017191651A (en) | Power storage element | |
| JP2014207058A (en) | Secondary battery | |
| JP6783504B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2020202021A (en) | Positive electrode material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same | |
| JP5985272B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP7216052B2 (en) | Positive electrode for secondary battery and secondary battery | |
| WO2020184125A1 (en) | Non-aqueous electrolyte power storage element and power storage device | |
| JP6701510B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP7068239B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2012043658A (en) | Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170718 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180719 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180912 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190214 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200630 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201022 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6783504 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |