WO2020059874A1 - Secondary battery - Google Patents
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Definitions
- Patent Literature 1 by using polyvinylidene fluoride (PVdF) having a melting point of 165 ° C. or less as a binder for a positive electrode, a coating layer having a stable porous structure while having a high porosity is obtained. Technologies to be realized have been proposed.
- PVdF polyvinylidene fluoride
- a lithium-containing compound such as lithium oxide, lithium phosphate, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is suitable, and a mixture of two or more of these may be used.
- a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen is preferable.
- a lithium-containing compound for example, a lithium composite oxide having a layered rock salt type structure shown in the formula (A), a lithium composite phosphate having an olivine type structure shown in the formula (B), and the like are given. No.
- M1 represents at least one element selected from Group 2 to Group 15 excluding Ni and Mn.
- X represents at least one of Group 16 elements and Group 17 elements other than oxygen.
- P, q, y, and z are 0 ⁇ p ⁇ 1.5, 0 ⁇ q ⁇ 1.0, 0 ⁇ r ⁇ 1.0, ⁇ 0.10 ⁇ y ⁇ 0.20, 0 ⁇ It is a value within the range of z ⁇ 0.2.
- M5 is at least one of the group consisting of Ni, Mn, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Mo, Sn, Ca, Sr and W.
- R, s, t and u are 0.8 ⁇ r ⁇ 1.2, 0 ⁇ s ⁇ 0.5, ⁇ 0.1 ⁇ t ⁇ 0.2, 0 ⁇ u ⁇ 0.1
- the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of r represents a value in a completely discharged state.
- the negative electrode active material capable of increasing the capacity include a material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element (for example, an alloy, a compound, or a mixture). If such a material is used, a high energy density can be obtained. In particular, when used together with a carbon material, high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained, which is more preferable.
- alloys include alloys containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to alloys composed of two or more metal elements. Further, a nonmetallic element may be included.
- the structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, and a structure in which two or more of them coexist.
- Other negative electrode active materials include, for example, metal oxides or polymer compounds capable of inserting and extracting lithium.
- metal oxide include lithium titanium oxide containing Li and Ti, such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide.
- the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
- the separator 23 is an insulating porous film that separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22, suppresses a short circuit due to contact between the two electrodes, and allows lithium ions to pass therethrough. Since the electrolyte is held in the pores of the separator 23, the separator 23 preferably has characteristics of high resistance to the electrolyte, low reactivity, and difficulty in expanding.
- the particle-containing layer 23A includes inorganic particles having insulating properties, and a resin material that binds the inorganic particles to the surface of the separator 23 and binds the inorganic particles. Since the separator 53 includes the particle-containing layer 23A, the adhesion between the positive electrode active material layer 21B containing a fluorine-based binder having a melting point of 166 ° C. or less and the separator 23 can be increased. Even if the electrode body 20 repeatedly expands and contracts, generation of a gap between the positive electrode 21 and the separator 23 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in cycle characteristics and to prevent the battery 40 from swelling.
- the content of the resin material exceeds 50% by mass, the resin material contained in the particle-containing layer 23A is too large, and the resin material of the swollen particle-containing layer 23B and the resin material of the similarly swollen cathode active material layer 21B are contained. Since the binder is mixed at the interface between the separator 23 and the positive electrode active material layer 21B, the surface of the positive electrode active material layer 21B is excessively covered with the resin material and the binder. As a result, lithium ion migration at the interface between the separator 23 and the positive electrode active material layer 21B is hindered, and the cycle characteristics deteriorate.
- the resin material contained in the particle-containing layer 23A may have, for example, a three-dimensional network structure in which fibrils are formed and fibrils are connected to each other continuously.
- the inorganic particles can maintain a dispersed state without being connected to each other.
- the resin material may bind the surface of the separator 23 and the inorganic particles without fibrillation. In this case, higher binding properties can be obtained.
- Examples of the resin material constituting the particle-containing layer 23A include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, and fluorine-containing rubbers such as vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer.
- fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene
- fluorine-containing rubbers such as vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer.
- resin materials may be used alone or as a mixture of two or more.
- a fluororesin such as polyvinylidene fluoride is preferable, and from the viewpoint of heat resistance, it is preferable to contain aramid or polyamideimide.
- the peel strength between the positive electrode 21 and the separator 23 is preferably 5 mN / mm or more and 35 mN / mm or less.
- the peel strength is 5 mN / mm or more, generation of a gap between the positive electrode active material layer 21B and the separator 23 can be suppressed. Therefore, a favorable lithium ion movement path can be maintained, and a decrease in cycle characteristics can be suppressed.
- the peel strength is 35 mN / mm or less, the adhesion between the positive electrode 21 and the separator 23 becomes excessively high and the inhibition of lithium ion migration at the interface between the separator and the positive electrode active material layer 21B is suppressed. can do.
- the peel strength between the positive electrode 21 and the separator 23 is measured according to iso29862: 2007 (JIS Z0237).
- organic solvent it is preferable to use a mixture of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and methylpropyl carbonate in addition to these cyclic carbonates. This is because high ionic conductivity can be obtained.
- the negative electrode 22 is manufactured as follows. First, for example, a negative electrode mixture is prepared by mixing a negative electrode active material and a binder, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like negative electrode mixture slurry. I do. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A, the solvent is dried, and compression molding is performed by a roll press or the like to form the negative electrode active material layer 22B, and the negative electrode 22 is obtained.
- a negative electrode mixture is prepared by mixing a negative electrode active material and a binder, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like negative electrode mixture slurry. I do.
- the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A, the solvent is dried, and compression molding is performed by a roll press or the like to form the negative electrode active material layer 22B, and the negative electrode 22 is
- the particle-containing layer 23A is manufactured as follows. First, a coating material for forming a particle-containing layer is prepared by adding a resin material and inorganic particles to a solvent and mixing them. Next, the paint is uniformly applied to both surfaces of the separator 23 and dried to form a particle-containing layer 23A. After applying the coating material on both surfaces of the separator 23, the resin material is passed through a poor solvent and solvent-friendly bath of the solvent to separate phases, and then dried to form the particle-containing layer 23A. You may.
- the exterior body 10 seals the electrode body 20 as follows. First, the electrode body 20 is sandwiched between the package members 10, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-fused into a bag shape, and is housed inside the package member 10. At that time, an adhesive film 13 is inserted between the positive electrode lead 11 and the negative electrode lead 12 and the exterior material 10. Note that the adhesive film 13 may be attached to each of the positive electrode lead 11 and the negative electrode lead 12 in advance. Next, after injecting the electrolytic solution into the exterior material 10 from one side of the unfused part, one side of the unfused part is heat-sealed in a vacuum atmosphere to be sealed. Thus, the batteries shown in FIGS. 1 and 2 are obtained.
- FIG. 5 shows an example of the configuration of an electronic device 400 according to the second embodiment of the present invention.
- the electronic device 400 includes an electronic circuit 401 of the electronic device main body and the battery pack 300.
- Battery pack 300 is electrically connected to electronic circuit 401 via positive electrode terminal 331a and negative electrode terminal 331b.
- the electronic device 400 may have a configuration in which the battery pack 300 is detachable.
- the electronic circuit 401 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a peripheral logic unit, an interface unit, a storage unit, and the like, and controls the entire electronic device 400.
- a CPU Central Processing Unit
- Example 9-1 to 9-4 A battery was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that the thickness of the coat layer was changed by adjusting the applied thickness of the mixed solution in the process of forming the coat layer.
- Gurley air permeability of the separator with coat layer Using a Gurley air permeability meter having a circular hole with an outer diameter of 28.6 mm, the Gurley air permeability was measured at 10 positions in the width direction of the separator with a coat layer, and the measured values were simply averaged ( (Arithmetic average) to obtain the average air permeability of the separator with the coat layer. Gurley air permeability was measured according to JIS P8117.
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Abstract
Description
本発明は、二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery.
近年、電池特性を向上するために、電極のバインダーとして低融点バインダーを用いる技術が検討されている。例えば、特許文献1では、正極のバインダーとして、融点が165℃以下のポリフッ化ビニリデン(PVdF)を使用することによって、高い空孔率を有しながらも、安定な多孔構造の塗工物層を実現する技術が提案されている。
In recent years, techniques for using a low-melting binder as a binder for electrodes have been studied in order to improve battery characteristics. For example, in
近年では、二次電池は種々の電子機器や電気自動車等の電源として使用されているため、内部短絡時における安全性を向上することができ、かつ、充放電サイクル特性の低下を抑制することが望まれている。 In recent years, secondary batteries have been used as a power source for various electronic devices and electric vehicles, so that it is possible to improve safety in the event of an internal short circuit and to suppress a decrease in charge / discharge cycle characteristics. Is desired.
本発明の目的は、内部短絡時における安全性を向上することができ、かつ、充放電サイクル特性の低下を抑制することができる二次電池を提供することにある。 の An object of the present invention is to provide a secondary battery that can improve safety at the time of internal short circuit and can suppress a decrease in charge / discharge cycle characteristics.
上述の課題を解決するために、融点が166℃以下であるフッ素系バインダーを含む正極活物質層を有し、正極活物質層中におけるフッ素系バインダーの含有量が0.7質量%以上2.8質量%以下である正極と、正極に対向して設けられた負極と、正極および負極の間に設けられたセパレータと、正極とセパレータの間に設けられ、無機粒子および樹脂材料を含む粒子含有層とを備え、粒子含有層中における樹脂材料の含有量は、10質量%以上50質量%以下である二次電池である。 In order to solve the above-mentioned problem, a positive electrode active material layer containing a fluorine-based binder having a melting point of 166 ° C. or less is provided, and the content of the fluorine-based binder in the positive electrode active material layer is 0.7% by mass or more. A positive electrode that is 8% by mass or less, a negative electrode provided to face the positive electrode, a separator provided between the positive electrode and the negative electrode, and a particle containing inorganic particles and a resin material provided between the positive electrode and the separator. And a resin material content in the particle-containing layer of 10% by mass or more and 50% by mass or less.
本発明によれば、内部短絡時における安全性を向上することができ、かつ、充放電サイクル特性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, safety at the time of an internal short circuit can be improved, and a decrease in charge / discharge cycle characteristics can be suppressed.
本発明の実施形態について以下の順序で説明する。
1 第1の実施形態(ラミネート型電池の例)
2 第2の実施形態(電子機器の例)
Embodiments of the present invention will be described in the following order.
1 First Embodiment (Example of Laminated Battery)
2 Second embodiment (example of electronic device)
<1 第1の実施形態>
[電池の構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る非水電解質二次電池(以下単に「電池」という。)の構成の一例を示す。電池は、いわゆるラミネート型電池であり、正極リード11および負極リード12が取り付けられた電極体20をフィルム状の外装材10の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。
<1 First embodiment>
[Configuration of Battery]
FIG. 1 shows an example of a configuration of a nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, simply referred to as “battery”) according to the first embodiment of the present invention. The battery is a so-called laminated battery, in which the
正極リード11および負極リード12は、それぞれ、外装材10の内部から外部に向かい、例えば同一方向に導出されている。正極リード11および負極リード12は、例えば、Al、Cu、Niまたはステンレス鋼等の金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
(4) The
外装材10は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装材10は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電極体20とが対向するように配設されており、各外縁部が融着または接着剤により互いに密着されている。外装材10と正極リード11および負極リード12との間には、外気の侵入を抑制するための密着フィルム13が挿入されている。密着フィルム13は、正極リード11および負極リード12に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂により構成されている。
The
なお、外装材10は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレン等の高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成されていてもよい。あるいは、アルミニウム製フィルムを心材として、その片面または両面に高分子フィルムを積層したラミネートフィルムにより構成されていてもよい。
The
図2は、図1に示した電極体20のII-II線に沿った断面図である。電極体20は、巻回型のものであり、長尺状を有する正極21と負極22とを長尺状を有するセパレータ23を介して積層し、扁平状かつ渦巻状に巻回した構成を有しており、最外周部は保護テープ24により保護されている。外装材10の内部には、電解質としての電解液が注入され、正極21、負極22およびセパレータ23に含浸されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
以下、電池を構成する正極21、負極22、セパレータ23および電解液について順次説明する。
Hereinafter, the
(正極)
正極21は、例えば、正極集電体21Aと、正極集電体21Aの両面に設けられた正極活物質層21Bとを備える。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。正極集電体21Aが、板状または網目状を有していてもよい。正極集電体21Aの周縁の一部を延設することにより正極リード11を構成するようにしてもよい。正極活物質層21Bは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な1種または2種以上の正極活物質およびバインダーを含む。正極活物質層21Bは、必要に応じて導電助剤をさらに含んでいてもよい。
(Positive electrode)
The
(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物等のリチウム含有化合物が適当であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(A)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(B)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、Co、Ni、MnおよびFeからなる群のうちの少なくとも1種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式(C)、式(D)もしくは式(E)に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式(F)に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式(G)に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられ、具体的には、LiNi0.50Co0.20Mn0.30O2、LiCoO2、LiNiO2、LiNiaCo1-aO2(0<a<1)、LiMn2O4またはLiFePO4等がある。
(Positive electrode active material)
As the positive electrode active material, for example, a lithium-containing compound such as lithium oxide, lithium phosphate, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is suitable, and a mixture of two or more of these may be used. To increase the energy density, a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen is preferable. As such a lithium-containing compound, for example, a lithium composite oxide having a layered rock salt type structure shown in the formula (A), a lithium composite phosphate having an olivine type structure shown in the formula (B), and the like are given. No. The lithium-containing compound is more preferably a compound containing at least one of the group consisting of Co, Ni, Mn and Fe as a transition metal element. Examples of such a lithium-containing compound include a lithium composite oxide having a layered rock salt type structure represented by the formula (C), (D) or (E), and a spinel type compound represented by the formula (F). Examples include a lithium composite oxide having a structure, a lithium composite phosphate having an olivine type structure represented by the formula (G), and specifically, LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 , LiCoO 2 , and LiNiO. 2 , LiNiaCo 1-a O 2 (0 <a <1), LiMn 2 O 4, LiFePO 4 and the like.
LipNi(1-q-r)MnqM1rO(2-y)Xz ・・・(A)
(但し、式(A)中、M1は、Ni、Mnを除く2族~15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Xは、酸素以外の16族元素および17族元素のうち少なくとも1種を示す。p、q、y、zは、0≦p≦1.5、0≦q≦1.0、0≦r≦1.0、-0.10≦y≦0.20、0≦z≦0.2の範囲内の値である。)
Li p Ni (1-qr) Mn q M1 r O (2-y) X z ··· (A)
(However, in the formula (A), M1 represents at least one element selected from Group 2 to Group 15 excluding Ni and Mn. X represents at least one of Group 16 elements and Group 17 elements other than oxygen. P, q, y, and z are 0 ≦ p ≦ 1.5, 0 ≦ q ≦ 1.0, 0 ≦ r ≦ 1.0, −0.10 ≦ y ≦ 0.20, 0 ≦ It is a value within the range of z ≦ 0.2.)
LiaM2bPO4 ・・・(B)
(但し、式(B)中、M2は、2族~15族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。a、bは、0≦a≦2.0、0.5≦b≦2.0の範囲内の値である。)
Li a M2 b PO 4 ... (B)
(However, in the formula (B), M2 represents at least one element selected from the group 2 to group 15. a and b are 0 ≦ a ≦ 2.0, 0.5 ≦ b ≦ 2.0 Value within the range of.)
LifMn(1-g-h)NigM3hO(2-j)Fk ・・・(C)
(但し、式(C)中、M3は、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびWからなる群のうちの少なくとも1種を表す。f、g、h、jおよびkは、0.8≦f≦1.2、0<g<0.5、0≦h≦0.5、g+h<1、-0.1≦j≦0.2、0≦k≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、fの値は完全放電状態における値を表している。)
Li f Mn (1-gh) Ni g M3 h O (2-j) F k ... (C)
(However, in the formula (C), M3 is at least one of the group consisting of Co, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr and W. F, g, h, j and k are 0.8 ≦ f ≦ 1.2, 0 <g <0.5, 0 ≦ h ≦ 0.5, g + h <1, −0.1 ≦ j ≦ 0.2 and 0 ≦ k ≦ 0.1. Note that the composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of f represents a value in a completely discharged state.)
LimNi(1-n)M4nO(2-p)Fq ・・・(D)
(但し、式(D)中、M4は、Co、Mn、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Mo、Sn、Ca、SrおよびWからなる群のうちの少なくとも1種を表す。m、n、pおよびqは、0.8≦m≦1.2、0.005≦n≦0.5、-0.1≦p≦0.2、0≦q≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、mの値は完全放電状態における値を表している。)
Li m Ni (1-n) M4 n O (2-p) F q ··· (D)
(However, in the formula (D), M4 is at least one of the group consisting of Co, Mn, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Mo, Sn, Ca, Sr and W. M, n, p and q are 0.8 ≦ m ≦ 1.2, 0.005 ≦ n ≦ 0.5, −0.1 ≦ p ≦ 0.2, 0 ≦ q ≦ 0 The composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of m represents a value in a completely discharged state.)
LirCo(1-s)M5sO(2-t)Fu ・・・(E)
(但し、式(E)中、M5は、Ni、Mn、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Mo、Sn、Ca、SrおよびWからなる群のうちの少なくとも1種を表す。r、s、tおよびuは、0.8≦r≦1.2、0≦s<0.5、-0.1≦t≦0.2、0≦u≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、rの値は完全放電状態における値を表している。)
Li r Co (1-s) M5 s O (2-t) Fu ... (E)
(However, in the formula (E), M5 is at least one of the group consisting of Ni, Mn, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Mo, Sn, Ca, Sr and W. R, s, t and u are 0.8 ≦ r ≦ 1.2, 0 ≦ s <0.5, −0.1 ≦ t ≦ 0.2, 0 ≦ u ≦ 0.1 The composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of r represents a value in a completely discharged state.)
LivMn2-wM6wOxFy ・・・(F)
(但し、式(F)中、M6は、Co、Ni、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Mo、Sn、Ca、SrおよびWからなる群のうちの少なくとも1種を表す。v、w、xおよびyは、0.9≦v≦1.1、0≦w≦0.6、3.7≦x≦4.1、0≦y≦0.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、vの値は完全放電状態における値を表している。)
Li v Mn 2-w M6 w O x F y ··· (F)
(However, in the formula (F), M6 is at least one of the group consisting of Co, Ni, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Mo, Sn, Ca, Sr and W. V, w, x, and y are 0.9 ≦ v ≦ 1.1, 0 ≦ w ≦ 0.6, 3.7 ≦ x ≦ 4.1, and 0 ≦ y ≦ 0.1. (The composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of v represents a value in a completely discharged state.)
LizM7PO4 ・・・(G)
(但し、式(G)中、M7は、Co、Mg、Fe、Ni、Mg、Al、B、Ti、V、Nb、Cu、Zn、Mo、Ca、Sr、WおよびZrからなる群のうちの少なくとも1種を表す。zは、0.9≦z≦1.1の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、zの値は完全放電状態における値を表している。)
Li z M7PO 4 ... (G)
(However, in the formula (G), M7 is one of the group consisting of Co, Mg, Fe, Ni, Mg, Al, B, Ti, V, Nb, Cu, Zn, Mo, Ca, Sr, W and Zr. And z is a value in the range of 0.9 ≦ z ≦ 1.1. The composition of lithium differs depending on the state of charge and discharge, and the value of z is a value in a completely discharged state. Represents.)
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、これらの他にも、MnO2、V2O5、V6O13、NiS、MoS等のリチウムを含まない無機化合物を用いることもできる。 As the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium, an inorganic compound not containing lithium, such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS, may be used. it can.
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極活物質は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 正極 The positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium may be other than the above. Further, two or more of the above-described positive electrode active materials may be mixed in any combination.
(バインダー)
バインダーは、フッ素系バインダーを含む。フッ素系バインダーの融点の上限値は、166℃以下、好ましくは160℃以下、より好ましくは155℃以下である。フッ素系バインダーの融点が166℃以下であると、正極21の作製工程において正極活物質層21Bを乾燥(熱処理)した際に、バインダーが流動しやすくなり、正極活物質粒子の表面を広く薄いバインダー膜で良好に被覆することができるので、正極活物質粒子の露出面を低減することができる。したがって、正極活物質粒子と電解液との反応を低減し、ガス発生を抑制することができる。また、サイクル特性の低下を抑制することができる。フッ素系バインダーの融点の下限値は特に限定されるものではないが、例えば152℃以上である。
(binder)
The binder includes a fluorine-based binder. The upper limit of the melting point of the fluorinated binder is 166 ° C or lower, preferably 160 ° C or lower, more preferably 155 ° C or lower. When the melting point of the fluorine-based binder is 166 ° C. or less, the binder is likely to flow when the positive electrode
上記のフッ素系バインダーの融点は、次のようにして測定される。まず、電池から正極21を取り出し、ジメチルカーボネート(DMC)で洗浄、乾燥させたのち、正極集電体21Aを取り除き、適切な分散媒(例えばN-メチルピロリドン等)中で加熱、撹拌することで、バインダーを分散媒中に溶解させる。その後、遠心分離によって正極活物質を取り除き、上澄み液を濾過したのち、蒸発乾固または水中で再沈殿することで、バインダーを取り出すことができる。
融 点 The melting point of the above-mentioned fluorine-based binder is measured as follows. First, the
次に、示差走査熱量計(DSC 例えば株式会社リガク製 Rigaku Thermo plus DSC8230)により数~数十mgのサンプルを1~10℃/minの昇温速度で加温していき、100℃~250℃までの温度範囲に現れる吸熱ピーク(図3参照)のうち、最大吸熱量を示した温度をフッ素系バインダーの融点とする。本発明では、加熱、加温により高分子が流動性を示すようになる温度を融点と定義する。 Next, a sample of several to several tens mg was heated at a heating rate of 1 to 10 ° C./min by a differential scanning calorimeter (DSC, for example, Rigaku Thermoplus plus DSC 8230 manufactured by Rigaku Corporation), and then heated at 100 to 250 ° C. Of the endothermic peaks appearing in the temperature range up to (see FIG. 3), the temperature showing the maximum endothermic amount is defined as the melting point of the fluorine-based binder. In the present invention, a temperature at which a polymer becomes fluid by heating and heating is defined as a melting point.
フッ素系バインダーは、電池中での化学的安定性と接着性の向上の観点から、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いることが好ましい。ポリフッ化ビニリデンとしては、フッ化ビニリデン(VdF)の単独重合体(ホモポリマー)を用いることが好ましい。ポリフッ化ビニリデンとして、フッ化ビニリデン(VdF)とその他の単量体との共重合体(コポリマー)を用いることも可能であるが、共重合体であるポリフッ化ビニリデンは、電解液に膨潤および溶解しやすく、結着力が弱いため、正極21の特性が低下する虞がある。ポリフッ化ビニリデンとしては、その末端等の一部をマレイン酸等のカルボン酸で変性したものを用いてもよい。
It is preferable to use polyvinylidene fluoride (PVdF) as the fluorine-based binder from the viewpoint of improving the chemical stability and adhesion in the battery. As the polyvinylidene fluoride, it is preferable to use a homopolymer of vinylidene fluoride (VdF). As the polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride (VdF) and another monomer can be used. However, the polyvinylidene fluoride, which is a copolymer, swells and dissolves in the electrolytic solution. The characteristics of the
正極活物質層21B中におけるフッ素系バインダーの含有量が、0.7質量%以上2.8質量%以下、好ましくは1.0質量%以上2.8質量%以下、より好ましくは1.4質量%以上2.8質量%以下である。
The content of the fluorine-based binder in the positive electrode
フッ素系バインダーの含有量が0.7質量%未満であると、正極活物質層21Bに存在するバインダー量が不十分になり、正極活物質層21B-セパレータ23間の接着性が低下する。したがって、正極活物質層21B-セパレータ23間における隙間の発生を抑制することができなくなる。よって、良好なリチウムイオンの移動パスを維持することができなくなり、サイクル特性の低下が低下する。また、フッ素系バインダーの含有量が0.7質量%未満であると、バインダーによる正極活物質粒子の表面被覆が不十分になるため、正極活物質粒子と電解液との反応を抑制することができなくなる。したがって、電池の安全性が低下する。さらに、フッ素系バインダーの含有量が0.7質量%未満であると、正極活物質粒子同士の結着、および正極活物質粒子と正極集電体21Aとの結着が不十分になり、正極21を扁平状に巻回したときに、正極集電体21Aから正極活物質層21Bが脱落する。
と If the content of the fluorine-based binder is less than 0.7% by mass, the amount of the binder present in the positive electrode
一方、バインダーの含有量が2.8質量%を超えると、バインダーが正極活物質粒子の表面を過度に覆うと共に、バインダーが正極活物質層の表面を過度に覆う。これにより、正極活物質粒子に対するリチウムイオンの吸蔵および放出が阻害され、かつ、セパレータ-正極活物質層21Bの界面におけるリチウムイオン移動が阻害される。したがって、電池内におけるリチウムイオンの移動抵抗が増加し、サイクル特性が低下する。また、バインダーの含有量が2.8質量%を超えると、正極活物質層21Bの柔軟性が低下し、正極21を扁平状に巻回したときに、正極21に割れが発生する。
On the other hand, when the content of the binder exceeds 2.8% by mass, the binder excessively covers the surface of the positive electrode active material particles, and the binder excessively covers the surface of the positive electrode active material layer. Thereby, the occlusion and release of lithium ions with respect to the positive electrode active material particles are inhibited, and the movement of lithium ions at the interface between the separator and the positive electrode
上記のフッ素系バインダーの含有量は、次のようにして測定される。まず、電池から正極21を取り出し、DMCで洗浄、乾燥させる。次に、数~数十mgのサンプルを示差熱天秤装置(TG-DTA 例えば株式会社リガク製Rigaku Thermo plus TG8120)を用い、1~5℃/minの昇温速度で、空気雰囲気下にて600℃まで加熱し、その際の重量減少量から、正極活物質層21B中におけるフッ素系バインダーの含有量を求める。なお、バインダーに起因する重量減少量であるか否かは、上述のバインダーの融点の測定方法で説明したようにしてバインダーを単離し、バインダーのみのTG-DTA測定を空気雰囲気下で行い、バインダーが何度で燃焼するかを調べることにより確認可能である。
含有 The content of the above-mentioned fluorine-based binder is measured as follows. First, the
(導電助剤)
導電助剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブおよびグラフェン等のうちの少なくとも1種の炭素材料を用いることができる。なお、導電助剤は導電性を有する材料であればよく、炭素材料に限定されるものではない。例えば、導電助剤として金属材料または導電性高分子材料等を用いるようにしてもよい。また、導電助剤の形状としては、例えば粒状、鱗片状、中空状、針状または筒状等が挙げられるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。
(Conduction aid)
As the conductive additive, for example, at least one carbon material of graphite, carbon fiber, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon nanotube, graphene, and the like can be used. Note that the conductive assistant may be any material having conductivity, and is not limited to a carbon material. For example, a metal material or a conductive polymer material may be used as the conductive assistant. Examples of the shape of the conductive additive include, but are not limited to, granules, scales, hollows, needles, and cylinders.
(負極)
負極22は、例えば、負極集電体22Aと、負極集電体22Aの両面に設けられた負極活物質層22Bとを備える。負極集電体22Aは、例えば、銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。負極集電体22Aが、板状または網目状を有していてもよい。負極集電体22Aの周縁の一部を延設することにより負極リード12を構成するようにしてもよい。負極活物質層22Bは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な1種または2種以上の負極活物質を含む。負極活物質層22Bは、必要に応じてバインダーおよび導電助剤のうちの少なくとも1種をさらに含んでいてもよい。
(Negative electrode)
The
なお、この電池では、負極22または負極活物質の電気化学当量が、正極21の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極22にリチウム金属が析出しないようになっていることが好ましい。
In this battery, the electrochemical equivalent of the
(負極活物質)
負極活物質としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維または活性炭等の炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスまたは石油コークス等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。さらにまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
(Negative electrode active material)
Examples of the negative electrode active material include carbon materials such as non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, carbon fibers, and activated carbon. Is mentioned. Among them, the coke includes pitch coke, needle coke, petroleum coke and the like. An organic polymer compound fired body is obtained by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature and carbonizing the material, and a part thereof is hardly graphitizable carbon or easily graphitizable carbon. Some are classified as. These carbon materials are preferable because a change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good cycle characteristics can be obtained. Particularly, graphite is preferable because it has a large electrochemical equivalent and can obtain a high energy density. Further, non-graphitizable carbon is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained. Furthermore, a material having a low charge / discharge potential, specifically, a material having a charge / discharge potential close to lithium metal is preferable because a high energy density of the battery can be easily realized.
また、高容量化が可能な他の負極活物質としては、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素(例えば、合金、化合物または混合物)として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物またはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 Other examples of the negative electrode active material capable of increasing the capacity include a material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element (for example, an alloy, a compound, or a mixture). If such a material is used, a high energy density can be obtained. In particular, when used together with a carbon material, high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained, which is more preferable. In the present invention, alloys include alloys containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to alloys composed of two or more metal elements. Further, a nonmetallic element may be included. The structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, and a structure in which two or more of them coexist.
このような負極活物質としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、Mg、B、Al、Ti、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Y、PdまたはPtが挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。 As such a negative electrode active material, for example, a metal element or a metalloid element capable of forming an alloy with lithium is given. Specific examples include Mg, B, Al, Ti, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Bi, Cd, Ag, Zn, Hf, Zr, Y, Pd and Pt. These may be crystalline or amorphous.
負極活物質としては、短周期型周期表における4B族の金属元素または半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、より好ましいのはSiおよびSnの少なくとも一方を構成元素として含むものである。SiおよびSnは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。このような負極活物質としては、例えば、Siの単体、合金または化合物や、Snの単体、合金または化合物や、それらの1種または2種以上を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。 As the negative electrode active material, a material containing a metal element or a metalloid element belonging to the group 4B in the short-periodic periodic table as a constituent element is preferable, and a material containing at least one of Si and Sn as a constituent element is more preferable. This is because Si and Sn have a large ability to insert and extract lithium and can obtain a high energy density. Examples of such a negative electrode active material include a simple substance, an alloy, or a compound of Si, a simple substance, an alloy, or a compound of Sn, and a material having at least one or more of them.
Siの合金としては、例えば、Si以外の第2の構成元素として、Sn、Ni、Cu、Fe、Co、Mn、Zn、In、Ag、Ti、Ge、Bi、Sb、Nb、Mo、Al、P、GaおよびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものが挙げられる。Snの合金としては、例えば、Sn以外の第2の構成元素として、Si、Ni、Cu、Fe、Co、Mn、Zn、In、Ag、Ti、Ge、Bi、Sb、Nb、Mo、Al、P、GaおよびCrからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものが挙げられる。 As an alloy of Si, for example, Sn, Ni, Cu, Fe, Co, Mn, Zn, In, Ag, Ti, Ge, Bi, Sb, Nb, Mo, Al, as second constituent elements other than Si, Examples include those containing at least one selected from the group consisting of P, Ga, and Cr. As an alloy of Sn, for example, as a second constituent element other than Sn, Si, Ni, Cu, Fe, Co, Mn, Zn, In, Ag, Ti, Ge, Bi, Sb, Nb, Mo, Al, Examples include those containing at least one selected from the group consisting of P, Ga, and Cr.
Snの化合物またはSiの化合物としては、例えば、OまたはCを構成元素として含むものが挙げられる。これらの化合物は、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。 Examples of the compound of Sn or the compound of Si include those containing O or C as a constituent element. These compounds may contain the second constituent element described above.
中でも、Sn系の負極活物質としては、Coと、Snと、Cとを構成元素として含み、結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。 Above all, it is preferable that the Sn-based negative electrode active material contains Co, Sn, and C as constituent elements and has a low crystallinity or an amorphous structure.
その他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物または高分子化合物等も挙げられる。金属酸化物としては、例えば、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)等のLiとTiとを含むリチウムチタン酸化物、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデン等が挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロール等が挙げられる。 Other negative electrode active materials include, for example, metal oxides or polymer compounds capable of inserting and extracting lithium. Examples of the metal oxide include lithium titanium oxide containing Li and Ti, such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
(バインダー)
バインダーとしては、例えば、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)、ポリアクリロニトリル(PAN)、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびカルボキシメチルセルロース(CMC)等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等からなる群より選ばれる少なくとも1種が用いられる。
(binder)
Examples of the binder include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC), and these resin materials as main components. At least one selected from the group consisting of copolymers and the like is used.
(導電助剤)
導電助剤としては、正極活物質層21Bと同様のものを用いることができる。
(Conduction aid)
As the conductive auxiliary, the same as the positive electrode
(セパレータ)
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による短絡を抑制すると共に、リチウムイオンを透過させる絶縁性の多孔質膜である。セパレータ23の空孔には電解液が保持されるため、セパレータ23は、電解液に対する耐性が高く、反応性が低く、膨張しにくいという特性を有することが好ましい。
(Separator)
The
セパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオレフィン樹脂(ポリプロピレン(PP)またはポリエチレン(PE)等)、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、または、これらの樹脂をブレンドした樹脂からなる多孔質膜によって構成されており、これらの2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
The
中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特にポリエチレンは、100℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ23を構成する材料として好ましい。その中でも、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレンは溶融温度が適当であり、入手が容易なので好適に用いられる。他にも、化学的安定性を備えた樹脂を、ポリエチレンまたはポリプロピレンと共重合またはブレンド化した材料を用いることができる。あるいは、多孔質膜は、ポリプロピレン層と、ポリエチレン層と、ポリプロピレン層を順次に積層した3層以上の構造を有していてもよい。セパレータ23の作製方法としては、湿式、乾式を問わない。
Above all, a porous film made of polyolefin is preferable because it has an excellent short circuit prevention effect and can improve the safety of the battery by a shutdown effect. In particular, polyethylene is preferable as a material constituting the
セパレータ23としては、不織布を用いてもよい。不織布を構成する繊維としては、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、またはナイロン繊維等を用いることができる。また、これら2種以上の繊維を混合して不織布としてもよい。
不 織布 A non-woven fabric may be used as the
樹脂層23Aが設けられている状態のセパレータ23の、150℃における熱収縮率が、好ましくは40%以下である。セパレータ23の熱収縮率が40%以下であると、短絡時の熱収縮を抑制することができる。
(4) The heat shrinkage at 150 ° C. of the
図4は、図2の一部を拡大した断面図である。セパレータ23の両面には粒子含有層23Aが設けられている。なお、本実施形態では、セパレータ23の両面に粒子含有層23Aが設けられた構成について説明するが、正極21に対向する側となる片面のみに粒子含有層23Aが設けられていてもよい。但し、安全性等の向上の観点からすると、両面に粒子含有層23Aが設けられていることが好ましい。また、本実施形態では、粒子含有層23Aがセパレータ23の表面に設けられた構成について説明するが、粒子含有層23Aは正極活物質層21Bおよび負極活物質層22Bの表面に設けられていてもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view in which a part of FIG. 2 is enlarged. Particle-containing
粒子含有層23Aは、絶縁性を有する無機粒子と、無機粒子をセパレータ23の表面に結着すると共に、無機粒子同士を結着する樹脂材料とを含む。セパレータ53が上記の粒子含有層23Aを備えることで、融点が166℃以下であるフッ素系バインダーを含む正極活物質層21Bと、セパレータ23との密着性を高めることができるので、充放電サイクルにより電極体20が膨張収縮を繰り返しても、正極21-セパレータ23間に隙間が発生することを抑制することができる。したがって、サイクル特性の低下を抑制し、かつ、電池40の膨れを抑制することができる。
The particle-containing
粒子含有層23A中における樹脂材料の含有量は、10質量%以上50質量%以下である。樹脂材料の含有量が10質量%未満であると、粒子含有層23に存在するバインダー量が不十分になり、正極活物質層21B-粒子含有層23間の接着性が低下する。したがって、充放電サイクルにより電極体20が膨張収縮を繰り返した際に、正極21-セパレータ23間に隙間が発生することを抑制することができなくなる。よって、良好なリチウムイオンの移動パスを維持することができなくなり、サイクル特性が低下する。一方、樹脂材料の含有量が50質量%を超えると、粒子含有層23A中に含まれる樹脂材料が多すぎ、膨潤した粒子含有層23Bの樹脂材料と、同様に膨潤した正極活物質層21Bのバインダーがセパレータ23-正極活物質層21Bの界面にて混ざり合うことで、正極活物質層21Bの表面が樹脂材料およびバインダーにより過度に覆われる。これにより、セパレータ23-正極活物質層21Bの界面におけるリチウムイオン移動が阻害され、サイクル特性が低下する。
樹脂 The content of the resin material in the particle-containing
粒子含有層23A中における樹脂材料の含有量は、次のようにして測定される。セパレータ23の断面SEMの画像から、画像解析で面積を算出する。バインダーと粒子の比重から重量を算出する。もしくは、粒子含有層23Aを剥ぎ取った重量と400℃まで加熱した重量差から含有量を算出する。
樹脂 The content of the resin material in the particle-containing
粒子含有層23Aに含まれる樹脂材料は、例えば、フィブリル化し、フィブリルが相互連続的に繋がった三次元的なネットワーク構造を有していてもよい。無機粒子は、この三次元的なネットワーク構造を有する樹脂材料に担持されることにより、互いに連結することなく分散状態を保つことができる。また、樹脂材料はフィブリル化せずにセパレータ23の表面や無機粒子同士を結着してもよい。この場合、より高い結着性を得ることができる。上述のようにセパレータ23の片面または両面に粒子含有層23Aを設けることで、耐酸化性、耐熱性および機械強度をセパレータ23に付与することができる。
The resin material contained in the particle-containing
無機粒子は、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物および金属硫化物等のうちの少なくとも1種を含む。金属酸化物は、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)、ベーマイト(水和アルミニウム酸化物)、酸化マグネシウム(マグネシア、MgO)、酸化チタン(チタニア、TiO2)、酸化ジルコニウム(ジルコニア、ZrO2)、酸化ケイ素(シリカ、SiO2)および酸化イットリウム(イットリア、Y2O3)等のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。金属窒化物は、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化硼素(BN)および窒化チタン(TiN)等のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。金属炭化物は、炭化ケイ素(SiC)および炭化ホウ素(B4C)等のうちの少なくとも1種を含むことが好ましい。金属硫化物は、硫酸バリウム(BaSO4)等を含むことが好ましい。また、ゼオライト(M2/nO・Al2O3・xSiO2・yH2O、Mは金属元素、x≧2、y≧0)等の多孔質アルミノケイ酸塩、層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム(BaTiO3)およびチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)等の鉱物のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。中でも、アルミナ、チタニア(特にルチル型構造を有するもの)、シリカおよびマグネシア等のうちの少なくとも1種を含むことが好ましく、アルミナを含むことがより好ましい。無機粒子は耐酸化性および耐熱性を備えており、無機粒子を含有する正極対向側面の粒子含有層23Aは、充電時の正極近傍における酸化環境に対しても強い耐性を有する。無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、板状、繊維状、キュービック状およびランダム形状等のいずれも用いることができる。
The inorganic particles include, for example, at least one of a metal oxide, a metal nitride, a metal carbide, a metal sulfide, and the like. Metal oxides are aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ), boehmite (hydrated aluminum oxide), magnesium oxide (magnesia, MgO), titanium oxide (titania, TiO 2 ), zirconium oxide (zirconia, ZrO 2 ) , Silicon oxide (silica, SiO 2 ) and yttrium oxide (yttria, Y 2 O 3 ). The metal nitride preferably contains at least one of silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), titanium nitride (TiN), and the like. The metal carbide preferably contains at least one of silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C). The metal sulfide preferably contains barium sulfate (BaSO 4 ) or the like. Further, zeolite (M 2 / n O · Al 2 O 3 · xSiO 2 · yH 2 O, M represents a metal element, x ≧ 2, y ≧ 0 ) porous aluminosilicates such as layered silicates, titanates At least one of minerals such as barium (BaTiO 3 ) and strontium titanate (SrTiO 3 ) may be included. Among them, it is preferable to include at least one of alumina, titania (particularly having a rutile structure), silica, magnesia, and the like, and more preferable to include alumina. The inorganic particles have oxidation resistance and heat resistance, and the particle-containing
粒子含有層23Aを構成する樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム、スチレン-ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体またはその水素化物、メタクリル酸エステル-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、全芳香族ポリアミド(アラミド)等のポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂またはポリエステル等の融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が180℃以上の高い耐熱性を有する樹脂等が挙げられる。これら樹脂材料は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、耐酸化性および柔軟性の観点からは、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂が好ましく、耐熱性の観点からは、アラミドまたはポリアミドイミドを含むことが好ましい。
Examples of the resin material constituting the particle-containing
無機粒子の粒径は、1nm~10μmの範囲内であることが好ましい。1nmより小さいと、入手が困難であり、また入手できたとしてもコスト的に見合わない。一方、10μmより大きいと電極間距離が大きくなり、限られたスペースで活物質充填量が十分得られず電池容量が低くなる。なお、上述した無機粒子は、基材としてのセパレータ23に含有されていてもよい。
粒径 The particle size of the inorganic particles is preferably in the range of 1 nm to 10 μm. If it is smaller than 1 nm, it is difficult to obtain, and even if it can be obtained, it is not worth the cost. On the other hand, if it is larger than 10 μm, the distance between the electrodes becomes large, and a sufficient amount of the active material cannot be obtained in a limited space, so that the battery capacity decreases. In addition, the above-mentioned inorganic particles may be contained in the
粒子含有層23Aの平均厚みが、好ましくは1μm以上5μm以下である。粒子含有層23Aの平均厚みが1μm以上であると、高温加圧プレスした際に正極21とセパレータ23の融着、および負極22とセパレータ23の融着を確保し、サイクル後の膨張を抑制することができる。一方、粒子含有層23Aの平均厚みが5μm以下であると、サイクル特性を向上することができる。
平均 The average thickness of the particle-containing
粒子含有層23Aが設けられた状態のセパレータ23の平均透気度が、好ましくは10s/100ml以上100s/100ml以下である。粒子含有層23Aが設けられた状態のセパレータ23の平均透気度が10s/100ml以上であると、短絡時の熱収縮を抑制することができる。一方、粒子含有層23Aが設けられた状態のセパレータ23の平均透気度が100s/100ml以下であると、サイクル特性を向上することができる。
平均 The average air permeability of the
正極21とセパレータ23の剥離強度が、好ましくは5mN/mm以上35mN/mm以下である。剥離強度が5mN/mm以上であると、正極活物質層21B-セパレータ23間における隙間の発生を抑制することができる。したがって、良好なリチウムイオンの移動パスを維持することができ、サイクル特性の低下を抑制することができる。一方、剥離強度が35mN/mm以下であると、正極21-セパレータ23間の接着性が必用以上に高くなりすぎ、セパレータ-正極活物質層21Bの界面におけるリチウムイオン移動が阻害されることを抑制することができる。したがって、電池内におけるリチウムイオンの移動抵抗の増加を抑制し、サイクル特性の低下を抑制することができる。正極21とセパレータ23の剥離強度は、iso29862:2007(JIS Z 0237)に準拠して測定される。
(4) The peel strength between the
(電解液)
電解液は、いわゆる非水電解液であり、有機溶媒(非水溶媒)と、この有機溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。電解液が、電池特性を向上するために、公知の添加剤を含んでいてもよい。なお、電解液に代えて、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含む電解質層を用いるようにしてもよい。この場合、電解質層は、ゲル状となっていてもよい。
(Electrolyte)
The electrolyte is a so-called non-aqueous electrolyte, and includes an organic solvent (non-aqueous solvent) and an electrolyte salt dissolved in the organic solvent. The electrolytic solution may contain a known additive in order to improve battery characteristics. Note that, instead of the electrolytic solution, an electrolytic layer containing the electrolytic solution and a polymer compound serving as a holder for holding the electrolytic solution may be used. In this case, the electrolyte layer may be in a gel state.
有機溶媒としては、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレン等の環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性をさらに向上させることができるからである。 環状 As the organic solvent, a cyclic carbonate such as ethylene carbonate or propylene carbonate can be used, and it is preferable to use one of ethylene carbonate and propylene carbonate, particularly a mixture of both. This is because the cycle characteristics can be further improved.
有機溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸メチルプロピル等の鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。 As the organic solvent, it is preferable to use a mixture of chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and methylpropyl carbonate in addition to these cyclic carbonates. This is because high ionic conductivity can be obtained.
有機溶媒としては、さらにまた、2,4-ジフルオロアニソールまたは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。2,4-ジフルオロアニソールは放電容量をさらに向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性をさらに向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性をさらに向上させることができるので好ましい。 It is preferable that the organic solvent further contains 2,4-difluoroanisole or vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can further improve the discharge capacity, and vinylene carbonate can further improve the cycle characteristics. Therefore, it is preferable to use a mixture of these, because the discharge capacity and cycle characteristics can be further improved.
これらの他にも、有機溶媒としては、炭酸ブチレン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3-メトキシプロピロニトリル、N,N-ジメチルフォルムアミド、N-メチルピロリジノン、N-メチルオキサゾリジノン、N,N-ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドまたはリン酸トリメチル等が挙げられる。 Besides these, organic solvents include butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, and 4-methyl-1,3 -Dioxolan, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N- Examples thereof include dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethylsulfoxide, and trimethyl phosphate.
なお、これらの有機溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。 Note that compounds in which at least part of hydrogen in these organic solvents has been replaced with fluorine may be preferable because the reversibility of the electrode reaction can be improved depending on the type of electrode to be combined.
電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiAlCl4、LiSiF6、LiCl、ジフルオロ[オキソラト-O,O']ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、またはLiBr等が挙げられる。中でも、LiPF6は高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性をさらに向上させることができるので好ましい。
Examples of the electrolyte salt include a lithium salt, and one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. The lithium salt, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6,
[電池の動作]
上述の構成を有する電池では、充電を行うと、例えば、正極活物質層21Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極活物質層22Bに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層21Bに吸蔵される。
[Battery operation]
In the battery having the above structure, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode
[電池の製造方法]
次に、本発明の第1の実施形態に係る電池の製造方法の一例について説明する。
[Battery manufacturing method]
Next, an example of the method for manufacturing the battery according to the first embodiment of the present invention will be described.
(正極の作製工程)
正極21を次にようにして作製する。まず、例えば、正極活物質と、バインダーと、導電助剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより正極活物質層21Bを形成し、正極21を得る。
(Preparation process of positive electrode)
The
(負極の作製工程)
負極22を次のようにして作製する。まず、例えば、負極活物質と、バインダーとを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN-メチル-2-ピロリドン等の溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機等により圧縮成型することにより負極活物質層22Bを形成し、負極22を得る。
(Negative electrode fabrication process)
The
(粒子含有層の作製工程)
粒子含有層23Aを次のようにして作製する。まず、樹脂材料および無機粒子を溶剤に添加し混合することにより、粒子含有層形成用塗料を調製する。次に、この塗料をセパレータ23の両面それぞれに均一に塗布し、乾燥させることにより、粒子含有層23Aを形成する。なお、上記塗料をセパレータ23の両面に塗布したのち、樹脂材料の貧溶媒かつ溶剤の親溶媒浴中を通過させて相分離させ、その後、乾燥させることにより、粒子含有層23Aを形成するようにしてもよい。
(Preparation step of particle-containing layer)
The particle-containing
(電極体の作製工程)
巻回型の電極体20を次のようにして作製する。まず、正極集電体21Aの一方の端部に正極リード11を溶接により取り付けると共に、負極集電体22Aの一方の端部に負極リード12を溶接により取り付ける。次に、正極21と負極22とを、粒子含有層23Aが両面に形成されたセパレータ23を介して扁平状の巻芯の周囲に巻き付けて、長手方向に多数回巻回したのち、最外周部に保護テープ24を接着して電極体20を得る。
(Production process of electrode body)
The
(封止工程)
外装材10により電極体20を次のようにして封止する。まず、電極体20を外装材10に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装材10の内部に収納する。その際、正極リード11および負極リード12と外装材10との間に密着フィルム13を挿入する。なお、正極リード11、負極リード12にそれぞれ密着フィルム13を予め取り付けておいてもよい。次に、未融着の一辺から電解液を外装材10の内部に注入したのち、未融着の一辺を真空雰囲気下で熱融着して密封する。以上により、図1、図2に示した電池が得られる。
(Sealing process)
The
[効果]
第1の実施形態に係る電池では、融点が166℃以下であるフッ素系バインダーを含む正極活物質層21Bを有する正極21と、無機粒子および樹脂材料を含む粒子含有層23Aが両面に設けられたセパレータ23とが組み合わされている。また、正極活物質層21B中におけるフッ素系バインダーの含有量が0.7質量%以上2.8質量%以下であり、粒子含有層23A中における樹脂材料の含有量が10質量%以上50質量%以下である。これにより、内部短絡時における安全性を向上することができ、かつ、充放電サイクル特性の低下を抑制することができる。また、高温保存時の電池膨れを抑制することができる。
[effect]
In the battery according to the first embodiment, a
<2 第2の実施形態>
第2の実施形態では、上述の第1の実施形態に係る電池を備える電子機器について説明する。
<2 Second Embodiment>
In the second embodiment, an electronic device including the battery according to the first embodiment will be described.
図5は、本発明の第2の実施形態に係る電子機器400の構成の一例を示す。電子機器400は、電子機器本体の電子回路401と、電池パック300とを備える。電池パック300は、正極端子331aおよび負極端子331bを介して電子回路401に対して電気的に接続されている。電子機器400は、電池パック300を着脱自在な構成を有していてもよい。
FIG. 5 shows an example of the configuration of an
電子機器400としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話(例えばスマートフォン等)、携帯情報端末(Personal Digital Assistants:PDA)、表示装置(LCD(Liquid Crystal Display)、EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、電子ペーパ等)、撮像装置(例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等)、オーディオ機器(例えばポータブルオーディオプレイヤー)、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機等が挙げられるが、これに限定されるものでなない。
Examples of the
(電子回路)
電子回路401は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部等を備え、電子機器400の全体を制御する。
(Electronic circuit)
The
(電池パック)
電池パック300は、組電池301と、充放電回路302とを備える。電池パック300が、必用に応じて組電池301および充放電回路302を収容する外装材(図示せず)をさらに備えるようにしてもよい。
(Battery pack)
The
組電池301は、複数の二次電池301aを直列および/または並列に接続して構成されている。複数の二次電池301aは、例えばn並列m直列(n、mは正の整数)に接続される。なお、図5では、6つの二次電池301aが2並列3直列(2P3S)に接続された例が示されている。二次電池301aとしては、上述の第1の実施形態に係る電池が用いられる。
The assembled
ここでは、電池パック300が、複数の二次電池301aにより構成される組電池301を備える場合について説明するが、電池パック300が、組電池301に代えて1つの二次電池301aを備える構成を採用してもよい。
Here, a case will be described where the
充放電回路302は、組電池301の充放電を制御する制御部である。具体的には、充電時には、充放電回路302は、組電池301に対する充電を制御する。一方、放電時(すなわち電子機器400の使用時)には、充放電回路302は、電子機器400に対する放電を制御する。
The charging / discharging
外装材としては、例えば、金属、高分子樹脂またはこれらの複合材料等より構成されるケースを用いることができる。複合材料としては、例えば、金属層と高分子樹脂層とが積層された積層体が挙げられる。 ケ ー ス As the exterior material, for example, a case made of a metal, a polymer resin, or a composite material thereof can be used. Examples of the composite material include a laminate in which a metal layer and a polymer resin layer are laminated.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
以下の実施例および比較例におけるフッ素系バインダー(PVdF)の融点は、上述の第1の実施形態にて説明した測定方法により求められたものである。 融 点 The melting point of the fluorine-based binder (PVdF) in the following Examples and Comparative Examples was determined by the measurement method described in the first embodiment.
[実施例1-1~1-3、比較例1-1、1-2]
(正極の作製工程)
正極を次のようにして作製した。正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)98.3質量%と、バインダーとして融点が155℃のPVdF(VdFのホモポリマー)1.4質量%と、導電剤としてカーボンブラック0.3質量%とを混合することにより正極合剤としたのち、この正極合剤を有機溶剤(N-メチル-2-ピロリドン:NMP)に分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーを得た。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体(アルミニウム箔)に正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて、正極活物質層を形成した。最後に、プレス機を用いて正極活物質層を合材密度が4.0g/cm3になるまで圧縮成型した。
[Examples 1-1 to 1-3, Comparative Examples 1-1 and 1-2]
(Preparation process of positive electrode)
A positive electrode was produced as follows. 98.3% by mass of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 1.4% by mass of PVdF (homopolymer of VdF) having a melting point of 155 ° C. as a binder, and 0.3% by mass of carbon black as a conductive agent % To obtain a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was applied to the positive electrode current collector (aluminum foil) using a coating device, and then dried to form a positive electrode active material layer. Finally, the positive electrode active material layer was compression-molded using a press until the mixture density reached 4.0 g / cm 3 .
(負極の作製工程)
負極を次のようにして作製した。まず、負極活物質として人造黒鉛粉末96質量%と、
第1のバインダーとしてスチレンブタジエンラバー(SBR)1質量%と、第2のバインダーとしてPVdF2質量%と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)1質量%とを混合することにより負極合剤としたのち、この負極合剤を有機溶剤(N-メチル-2-ピロリドン:NMP)に分散させて、ペースト状の負極合剤スラリーを得た。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体(銅箔)に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。最後に、プレス機を用いて負極活物質層を圧縮成型した。
(Negative electrode fabrication process)
A negative electrode was manufactured as follows. First, 96% by mass of artificial graphite powder as a negative electrode active material,
After mixing 1% by mass of styrene butadiene rubber (SBR) as a first binder, 2% by mass of PVdF as a second binder, and 1% by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, a negative electrode mixture was obtained. This negative electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was applied to the negative electrode current collector (copper foil) using a coating device and then dried. Finally, the negative electrode active material layer was compression molded using a press.
(電解液の調製工程)
電解液を次のようにして調製した。まず、EC、PC、ギ酸エチルを11:9:80の体積比となるようにして混合して混合溶媒を調製した。続いて、この混合溶媒に、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/lとなるように溶解させて電解液を調製した。
(Step of preparing electrolyte solution)
An electrolyte was prepared as follows. First, a mixed solvent was prepared by mixing EC, PC, and ethyl formate in a volume ratio of 11: 9: 80. Subsequently, in this mixed solvent, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte salt was dissolved at a concentration of 1 mol / l to prepare an electrolyte solution.
(コート層の作製工程)
コート層(粒子含有層)を次にように作製した。まず、PVdF(VdFのホモポリマー)を有機溶剤(N-メチル-2-ピロリドン:NMP)に8%溶液になるように分散させた。続いて、PVdFおよびアルミナ粒子の総量にするPVdFの配合量が5~55質量%となるように、8%NMP溶液にアルミナ粒子を混合し、分散させて、混合溶液を得た。次に、コーティング装置を用いて、セパレータとしての微多孔性のポリエチレンフィルムの両面に上記混合溶液を塗布してから乾燥させて、コート層を形成した。なお、コート層の厚みは3.0μmになるように作製した。
(Coating layer manufacturing process)
A coat layer (particle-containing layer) was prepared as follows. First, PVdF (a homopolymer of VdF) was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) so as to be an 8% solution. Subsequently, alumina particles were mixed and dispersed in an 8% NMP solution so that the blending amount of PVdF to make the total amount of PVdF and alumina particles was 5 to 55% by mass, to obtain a mixed solution. Next, using a coating apparatus, the mixed solution was applied to both sides of a microporous polyethylene film as a separator, and dried to form a coat layer. In addition, it produced so that the thickness of a coat layer might be set to 3.0 micrometers.
(ラミネート型電池の作製工程)
ラミネート型電池を次のようにして作製した。まず、正極集電体にアルミニウム製の正極リードを溶接すると共に、負極集電体に銅製の負極リードを溶接した。続いて、正極および負極を、両面にコート層が形成されたポリエチレンフィルムを介して密着させたのち、長手方向に巻回して、最外周部に保護テープを貼り付けることにより、扁平形状を有する巻回型の電極体を作製した。次に、この電極体を外装材の間に装填し、外装材の3辺を熱融着し、一辺は熱融着せずに開口を有するようにした。外装材としては、最外層から順に25μm厚のナイロンフィルムと、40μm厚のアルミニウム箔と、30μm厚のポリプロピレンフィルムとが積層された防湿性のアルミラミネートフィルムを用いた。
(Production process of laminated battery)
A laminated battery was manufactured as follows. First, a positive electrode lead made of aluminum was welded to the positive electrode current collector, and a negative electrode lead made of copper was welded to the negative electrode current collector. Subsequently, the positive electrode and the negative electrode are adhered to each other via a polyethylene film having a coat layer formed on both surfaces, and then wound in the longitudinal direction, and a protective tape is attached to the outermost peripheral portion, thereby obtaining a flat-shaped winding. A round electrode body was produced. Next, this electrode body was loaded between the package members, and three sides of the package member were heat-sealed, and one side had an opening without heat-sealing. As the exterior material, a moisture-proof aluminum laminated film in which a nylon film having a thickness of 25 μm, an aluminum foil having a thickness of 40 μm, and a polypropylene film having a thickness of 30 μm were laminated in this order from the outermost layer was used.
その後、電解液を外装材の開口から注入し、外装材の残りの1辺を減圧下において熱融着し、電極体を密封した。更に、60℃下の10kgf圧力で扁平形状の両面から圧縮成型した。これにより、目的とするラミネート型電池が得られた。 (5) Thereafter, an electrolytic solution was injected from the opening of the packaging material, and the remaining one side of the packaging material was thermally fused under reduced pressure to seal the electrode body. Furthermore, compression molding was performed from both flat surfaces at a pressure of 10 kgf at 60 ° C. As a result, a desired laminated battery was obtained.
[比較例1-3]
コート層の作製工程において、PVdFを有機溶剤に分散させたのち、アルミナ粒子を混合せずに、ポリエチレンフィルムの両面に塗布したこと以外は実施例1-1と同様にして電池を得た。
[Comparative Example 1-3]
A battery was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that PVdF was dispersed in an organic solvent in the step of forming a coat layer, and then applied to both sides of a polyethylene film without mixing alumina particles.
[実施例2-1~2-3、比較例2-1~2-3]
正極の作製工程において、バインダーとして融点が166℃のPVdF(VdFのホモポリマー))を用いたこと以外は実施例1-1~1-3、比較例1-1~1-3と同様にして電池を得た。
[Examples 2-1 to 2-3, Comparative Examples 2-1 to 2-3]
In the production process of the positive electrode, the same procedures as in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 to 1-3 were performed except that PVdF (homopolymer of VdF) having a melting point of 166 ° C. was used as a binder. I got a battery.
[比較例3-1~3-6]
正極の作製工程において、バインダーとして融点が172℃のPVdF(VdFのホモポリマー))を用いたこと以外は実施例1-1~1-3、比較例1-1~1-3と同様にして電池を得た。
[Comparative Examples 3-1 to 3-6]
Except that PVdF having a melting point of 172 ° C. (homopolymer of VdF)) was used as a binder in the process of producing the positive electrode, the same procedures as in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 were performed. I got a battery.
[比較例4-1~4-6]
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)99.3質量%と、バインダーとして融点が166℃のPVdF(VdFのホモポリマー)0.4質量%と、導電剤としてカーボンブラック0.3質量%とを混合したこと以外は実施例1-1~1-3、比較例1-1~1-3と同様にして電池を得た。
[Comparative Examples 4-1 to 4-6]
99.3% by mass of lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 0.4% by mass of PVdF (homopolymer of VdF) having a melting point of 166 ° C. as a binder, and 0.3% by mass of carbon black as a conductive agent %, And batteries were obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 to 1-3, except that they were mixed.
[実施例5-1~5-3、比較例5-1~5-3]
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)99.0質量%と、バインダーとして融点が166℃のPVdF(VdFのホモポリマー)0.7質量%と、導電剤としてカーボンブラック0.3質量%とを混合したこと以外は実施例1-1~1-3、比較例1-1~1-3と同様にして電池を得た。
[Examples 5-1 to 5-3, Comparative Examples 5-1 to 5-3]
99.0% by mass of lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 0.7% by mass of PVdF (homopolymer of VdF) having a melting point of 166 ° C. as a binder, and 0.3% by mass of carbon black as a conductive agent %, And batteries were obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 to 1-3, except that they were mixed.
[実施例6-1~6-3、比較例6-1~6-3]
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)96.9質量%と、バインダーとして融点が166℃のPVdF(VdFのホモポリマー)2.8質量%と、導電剤としてカーボンブラック0.3質量%とを混合したこと以外は実施例1-1~1-3、比較例1-1~1-3と同様にして電池を得た。
[Examples 6-1 to 6-3, Comparative Examples 6-1 to 6-3]
96.9% by mass of lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 2.8% by mass of PVdF (homopolymer of VdF) having a melting point of 166 ° C. as a binder, and 0.3% by mass of carbon black as a conductive agent %, And batteries were obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 to 1-3, except that they were mixed.
[比較例7-1~7-6]
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)96.7質量%と、バインダーとして融点が166℃のPVdF(VdFのホモポリマー)3.0質量%と、導電剤としてカーボンブラック0.3質量%とを混合したこと以外は実施例1-1~1-3、比較例1-1~1-3と同様にして電池を得た。
[Comparative Examples 7-1 to 7-6]
96.7% by mass of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 3.0% by mass of PVdF (homopolymer of VdF) having a melting point of 166 ° C. as a binder, and 0.3% by mass of carbon black as a conductive agent %, And batteries were obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3 and Comparative examples 1-1 to 1-3, except that they were mixed.
[実施例8-1~8-5]
ラミネート型電池の作製工程において、電解液が注入されたラミネート型電池を扁平形状の両面から圧縮成型する際の圧縮圧力を2~30kgfの範囲で調整することにより、正極とセパレータの剥離強度を変化させたこと以外は実施例1-1と同様にして電池を得た。
[Examples 8-1 to 8-5]
In the manufacturing process of the laminated battery, the peeling strength between the positive electrode and the separator is changed by adjusting the compression pressure in the range of 2 to 30 kgf when compressing the laminated battery in which the electrolyte is injected from both flat surfaces in the range of 2 to 30 kgf. A battery was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that the above procedure was repeated.
[実施例9-1~9-4]
コート層の作製工程において、混合溶液の塗布厚を調整することにより、コート層の厚みを変化させたこと以外は実施例1-1と同様にして電池を得た。
[Examples 9-1 to 9-4]
A battery was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that the thickness of the coat layer was changed by adjusting the applied thickness of the mixed solution in the process of forming the coat layer.
[実施例10-1~10-4]
透気度が異なる微多孔性のポリエチレンフィルムにコート層を作製したこと以外は実施例1-1と同様にして電池を得た。
[Examples 10-1 to 10-4]
A battery was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that a coat layer was formed on a microporous polyethylene film having different air permeability.
[実施例11-1~11-4]
コート層の作製工程において、PVdF(VdFのホモポリマー)を有機溶剤(N-メチル-2-ピロリドン:NMP)に3~15%溶液になるように分散させることにより、コート層が形成されたセパレータの熱収縮率を変化させたこと以外は実施例1-1と同様にして電池を得た。
[Examples 11-1 to 11-4]
In the step of forming the coat layer, PVdF (a homopolymer of VdF) is dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) so as to be a 3 to 15% solution, whereby the separator on which the coat layer is formed is formed. A battery was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that the heat shrinkage was changed.
[評価]
上述のようにして得られた電池およびそれらの電池に用いられた正極に対して、以下の評価を行った。
[Evaluation]
The following evaluation was performed on the batteries obtained as described above and the positive electrodes used in those batteries.
(釘刺し試験)
電池を電圧違い(4.20~4.45V)で充電した後、それぞれの電池の中央部にφ2.5mmの釘を23℃環境下で100mm/secの突き刺し速度で刺し、貫通させ、熱暴走の有無を確認した。熱暴走しない最も高い電圧を表1、表2に示した。
(Nail penetration test)
After charging the batteries at different voltages (4.20 to 4.45 V), a nail of φ2.5 mm was pierced into the center of each battery at a piercing speed of 100 mm / sec in a 23 ° C. environment and penetrated, and the thermal runaway occurred. Was checked. The highest voltage without thermal runaway is shown in Tables 1 and 2.
(正極活物質層の脱落)
正極をスリットした段階で、正極集電体上の一部の正極活物質層が正極集電体から剥がれるかどうかを確認した。
(Drop off of the positive electrode active material layer)
At the stage of slitting the positive electrode, it was confirmed whether or not some positive electrode active material layers on the positive electrode current collector were peeled off from the positive electrode current collector.
(正極割れ)
完成した電池を解体し、最内周部の正極集電体に孔が生じていないかどうかを確認した。
(Positive electrode crack)
The completed battery was disassembled, and it was confirmed whether or not holes were formed in the positive electrode current collector at the innermost periphery.
(サイクル特性)
まず、45℃環境下で電池の温度が安定するまで静置したのち、1Cの電流で4.4Vまで充電し、その後、1Cの電流で3.0Vまで放電することにより、1サイクル目の1C放電容量を求めた。続いて、1サイクル目と同様の充放電条件で充放電サイクルを繰り返すことにより、600サイクル目の1C放電容量を求めた。次に、以下の式によりサイクル特性を求めた。なお、1Cの電流とは、電池を1時間で充電または放電しきる電流値である。
サイクル特性(%)=[(600サイクル目の1C放電容量)÷(1サイクル目の1C放電容量)]×100
(Cycle characteristics)
First, the battery is allowed to stand still in a 45 ° C. environment until the temperature of the battery is stabilized, and then charged to 4.4 V with a current of 1 C, and then discharged to 3.0 V with a current of 1 C to obtain 1 C of the first cycle. The discharge capacity was determined. Subsequently, the charge / discharge cycle was repeated under the same charge / discharge conditions as in the first cycle, whereby the 1C discharge capacity at the 600th cycle was determined. Next, the cycle characteristics were determined by the following equation. Note that the current of 1 C is a current value at which a battery can be charged or discharged in one hour.
Cycle characteristics (%) = [(1C discharge capacity at 600th cycle) / (1C discharge capacity at 1st cycle)] × 100
(高温保存膨れ率)
電池を満充電状態にした後、60℃環境下で1ヶ月保存し、保存前からの膨れ変化率を測定した。
(High temperature storage blister rate)
After the battery was fully charged, it was stored for one month in a 60 ° C. environment, and the swelling change rate before storage was measured.
上述の電池に用いられた、コート層が両面に設けられた状態のセパレータ(以下、「コート層付セパレータ」と適宜称する。)に対して、以下の評価を行った。 (4) The following evaluation was performed on the separator used in the above-described battery and provided with a coat layer on both sides (hereinafter, appropriately referred to as a “separator with a coat layer”).
(コート層付セパレータの剥離強度)
セパレータの剥離強度は、iso29862:2007(JIS Z 0237)に基づいて測定した。なお、剥離用のテープとしては、デクセリアルズ製汎用両面粘着テープG9000を用いた。
(Peel strength of separator with coat layer)
The peel strength of the separator was measured based on iso29862: 2007 (JIS Z 0237). Note that a general-purpose double-sided adhesive tape G9000 manufactured by Dexerials was used as a peeling tape.
(コート層の平均厚み)
接触厚み計によりコート層(粒子含有層)の厚みを20箇所で測定したのち、それらの測定値を単純に平均(算術平均)してコート層の平均厚みを求めた。接触厚み計による測定には超硬球面測定子φ9.5mmを用い、加重0.01Nの条件で測定した。また、20箇所の測定箇所は、コート層付セパレータから無作為に選ばれた。
(Average thickness of coat layer)
After measuring the thickness of the coat layer (particle-containing layer) at 20 points using a contact thickness meter, the measured values were simply averaged (arithmetic average) to obtain the average thickness of the coat layer. The measurement with a contact thickness gauge was performed using a cemented carbide sphere measuring element φ9.5 mm under the condition of a weight of 0.01 N. In addition, 20 measurement points were randomly selected from the separator with a coat layer.
(コート層付セパレータの平均透気度)
外径28.6mmの円孔を有するガーレー透気度計を用いて、コート層付セパレータの幅方向に10箇所の位置でガーレー透気度を測定したのち、それらの測定値を単純に平均(算術平均)してコート層付セパレータの平均透気度を求めた。ガーレー透気度はJIS P8117に準拠して測定した。
(Average air permeability of the separator with coat layer)
Using a Gurley air permeability meter having a circular hole with an outer diameter of 28.6 mm, the Gurley air permeability was measured at 10 positions in the width direction of the separator with a coat layer, and the measured values were simply averaged ( (Arithmetic average) to obtain the average air permeability of the separator with the coat layer. Gurley air permeability was measured according to JIS P8117.
(コート層付セパレータの熱収縮率)
まず、コート層付セパレータを5cm×5cmのサイズに切り出すことにより試験片を作製した。次に、クリップで固定した2枚のステンレス鋼板で試験片を挟み込み、これらを150℃の恒温槽内に30分放置したのち、取り出し、試験片の長さを測定した。次に、試験前の長さを基準とした長さの減少割合を百分率で求め、これをコート層付セパレータの熱収縮率とした。
(Thermal shrinkage of the separator with coat layer)
First, a test piece was prepared by cutting a separator having a coat layer into a size of 5 cm × 5 cm. Next, the test piece was sandwiched between two stainless steel plates fixed with clips, left in a thermostat at 150 ° C. for 30 minutes, taken out, and the length of the test piece was measured. Next, the reduction ratio of the length based on the length before the test was determined as a percentage, and this was defined as the heat shrinkage of the separator with a coat layer.
表1は、実施例1-1~2-3、比較例1-1~3-6の電池の構成および評価結果を示す。
表2は、実施例5-1~6-3、比較例4-1~7-6の電池の構成および評価結果を示す。
表3は、実施例8-1~8-5、9-1~9-4、10-1~10-4、11-1~11-4の電池の構成および評価結果を示す。
表1から以下のことがわかる。
実施例1-1~1-3、2-1~2-3:融点が166℃以下であるPVdFを含む正極活物質層と、PVdF(樹脂材料)の含有量が10~50質量%であるコート層が設けられたセパレータとを組み合わせた電池では、内部短絡(釘刺し試験)時における安全性を向上することができると共に、サイクル特性の低下を抑制し、かつ、高温保存時の電池膨れ(ガス発生)を抑制することができる。
このサイクル特性の低下の抑制および電池膨れの抑制は以下の理由によるものと考えられる。すなわち、正極活物質層が、融点166℃以下のPVdFを含むため、正極活物質粒子の表面がPVdFにより薄く広く覆われる。また、コート層が10~50質量%のPVdFを含むため、コート層の膨潤が抑制され、正極活物質層-コート層間の接着性が適度の強さに調整される。これにより、サイクル特性の低下を抑制し、かつ、高温保存時の電池膨れ(ガス発生)を抑制することができる。
Table 1 shows the following.
Examples 1-1 to 1-3, 2-1 to 2-3: Positive electrode active material layer containing PVdF having a melting point of 166 ° C. or less and content of PVdF (resin material) is 10 to 50% by mass. In a battery combined with a separator provided with a coat layer, safety at the time of an internal short circuit (a nail piercing test) can be improved, a decrease in cycle characteristics can be suppressed, and battery swelling during high-temperature storage ( Gas generation) can be suppressed.
It is considered that the suppression of the decrease in cycle characteristics and the suppression of battery swelling are due to the following reasons. That is, since the positive electrode active material layer contains PVdF having a melting point of 166 ° C. or less, the surface of the positive electrode active material particles is thinly and widely covered with PVdF. Further, since the coat layer contains 10 to 50% by mass of PVdF, swelling of the coat layer is suppressed, and the adhesiveness between the positive electrode active material layer and the coat layer is adjusted to an appropriate strength. As a result, a decrease in cycle characteristics can be suppressed, and swelling (gas generation) of the battery during high-temperature storage can be suppressed.
比較例1-1、2-1:融点が166℃以下であるPVdFを含む正極活物質層と、PVdFの含有量が10質量%未満であるコート層が設けられたセパレータとを組み合わせた電池では、内部短絡(釘刺し試験)時における安全性を向上することはできるが、サイクル特性が低下し、かつ、高温保存時の電池膨れが大きくなる。
このサイクル特性の低下は以下の理由によるものと考えられる。すなわち、コート層中におけるPVdFの含有量が10質量%未満であると、セパレータ-正極間およびセパレータ-負極間の接着性が極端に弱く、充放電サイクルにより電極体が膨張収縮を繰り返した際に、正極-負極間に隙間が発生しやすくなる。このため、正極-負極間においてリチウムイオンの移動パスが切れやすくなる。したがって、サイクル特性が低下する。
また、高温保存膨れ率の増大は以下の理由によるものと考えられる。すなわち、コート層中におけるPVdFの含有量が10質量%未満であると、膨潤したコート層のPVdFが正極活物質層を覆う面積が極端に少なくなる。したがって、正極活物質層と電解液との反応が高くなるため、高温保存時の電池膨れが大きくなる。
Comparative Examples 1-1 and 2-1: In a battery in which a positive electrode active material layer containing PVdF having a melting point of 166 ° C. or less and a separator provided with a coat layer having a PVdF content of less than 10% by mass were combined. Although the safety at the time of an internal short circuit (a nail penetration test) can be improved, the cycle characteristics are reduced and the battery swells during high-temperature storage.
This decrease in cycle characteristics is considered to be due to the following reasons. That is, when the content of PVdF in the coat layer is less than 10% by mass, the adhesiveness between the separator and the positive electrode and between the separator and the negative electrode is extremely weak, and when the electrode body repeatedly expands and contracts due to a charge and discharge cycle. Therefore, a gap is easily generated between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, the movement path of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode is easily broken. Therefore, the cycle characteristics deteriorate.
The increase in the high-temperature storage swelling ratio is considered to be due to the following reason. That is, when the content of PVdF in the coat layer is less than 10% by mass, the area of the swollen coat layer in which the PVdF covers the positive electrode active material layer becomes extremely small. Therefore, the reaction between the positive electrode active material layer and the electrolytic solution increases, and the battery swells during high-temperature storage.
比較例1-2、1-3、2-2、2-3:融点が166℃以下であるPVdFを含む正極活物質層と、PVdFの含有量が50質量%を超えるコート層が設けられたセパレータとを組み合わせた電池では、サイクル特性が低下する。
このサイクル特性の低下は以下の理由によるものと考えられる。すなわち、コート層に含まれるPVdFが多すぎるため、膨潤したコート層のPVdFと、同様に膨潤した正極活物質層の低融点のPVdFがセパレータ-正極活物質層の界面にて混ざり合うことで、正極活物質層の表面がPVdFにより過度に覆われる。これにより、セパレータ-正極活物質層の界面におけるリチウムイオン移動が阻害され、サイクル特性が低下する。
Comparative Examples 1-2, 1-3, 2-2, and 2-3: A positive electrode active material layer containing PVdF having a melting point of 166 ° C. or less and a coat layer containing more than 50% by mass of PVdF were provided. In a battery combined with a separator, the cycle characteristics deteriorate.
This decrease in cycle characteristics is considered to be due to the following reasons. That is, since the PVdF contained in the coat layer is too large, the PVdF of the swollen coat layer and the low-melting PVdF of the similarly swollen cathode active material layer are mixed at the interface between the separator and the cathode active material layer, The surface of the positive electrode active material layer is excessively covered with PVdF. As a result, lithium ion migration at the interface between the separator and the positive electrode active material layer is hindered, and the cycle characteristics deteriorate.
比較例3-1~3-6:正極活物質層に含まれるPVdFの融点が166℃を超えると、コート層中におけるPVdFの含有量が100%である場合を除いて、サイクル特性が低下し、かつ、かつ、高温保存時の電池膨れが大きくなる。
このサイクル特性の低下および高温保存時の電池膨れの増大は以下の理由によるものと考えられる。すなわち、正極活物質層に含まれるPVdFの融点が166℃を超えると、PVdFによる正極活物質粒子の表面被覆が不十分になるため、セパレータ-正極間の接着性が弱くなり、充放電サイクルにより電極体が膨張収縮を繰り返した際に、正極-負極間に隙間が発生しやすくなる。このため、正極-負極間においてリチウムイオンの移動パスが切れやすくなる。また、正極活物質粒子の表面被覆が不十分になるため、正極活物質粒子と電解液との反応を抑制することができなくなる。
なお、コート層中におけるPVdFの含有量が100%である場合には、高温保存時の電池膨れを抑制することができるのは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、膨潤したコート層のPVdFが、同様に膨潤した正極活物質層の低融点のPVdFと混ざり合う量が多いため、正極活物質粒子と電解液との反応を抑制することができる。したがって、高温保存時のガス発生の増大を抑制することができる。
また、コート層中におけるPVdFの含有量が10%を超えると、刺し試験の電圧が4.25V以下となり、内部短絡(釘刺し試験)時における安全性が低下する。
この内部短絡時における安全性の低下は、正極活物質粒子の表面被覆が不十分になるため、正極活物質粒子と電解液との反応が抑制できなくなること、および無機粒子の含有量が90%未満になり耐熱性が低下するためと考えられる。
Comparative Examples 3-1 to 3-6: When the melting point of PVdF contained in the positive electrode active material layer exceeds 166 ° C., the cycle characteristics deteriorate except when the content of PVdF in the coat layer is 100%. In addition, battery swelling during high-temperature storage increases.
This decrease in cycle characteristics and increase in battery swelling during high-temperature storage are considered to be due to the following reasons. That is, when the melting point of PVdF contained in the positive electrode active material layer exceeds 166 ° C., the surface coating of the positive electrode active material particles with PVdF becomes insufficient, so that the adhesiveness between the separator and the positive electrode becomes weak, and the charge-discharge cycle causes When the electrode body repeatedly expands and contracts, a gap is easily generated between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, the movement path of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode is easily broken. In addition, since the surface coating of the positive electrode active material particles becomes insufficient, the reaction between the positive electrode active material particles and the electrolyte cannot be suppressed.
When the content of PVdF in the coat layer is 100%, it is considered that battery swelling during high-temperature storage can be suppressed for the following reasons. That is, since the amount of the PVdF of the swollen coat layer mixed with the low-melting PVdF of the similarly swollen cathode active material layer is large, the reaction between the cathode active material particles and the electrolytic solution can be suppressed. Therefore, an increase in gas generation during high-temperature storage can be suppressed.
Further, when the content of PVdF in the coat layer exceeds 10%, the voltage of the piercing test becomes 4.25 V or less, and the safety at the time of an internal short circuit (a nail piercing test) decreases.
The decrease in safety at the time of the internal short circuit is because the surface coating of the positive electrode active material particles is insufficient, so that the reaction between the positive electrode active material particles and the electrolyte cannot be suppressed, and the content of the inorganic particles is 90%. It is considered that the heat resistance is reduced.
表2から以下のことがわかる。
融点が166℃以下であるPVdFを含む正極活物質層と、PVdFの含有量が10~50質量%であるコート層が設けられたセパレータとを組み合わせた電池では、正極活物質層中におけるPVdFの含有量が0.7質量%以上2.8質量%以下の範囲を外れると、サイクル特性が低下する。
Table 2 shows the following.
In a battery in which a positive electrode active material layer containing PVdF having a melting point of 166 ° C. or less and a separator provided with a coat layer having a PVdF content of 10 to 50% by mass are combined, PVdF in the positive electrode active material layer When the content is out of the range of 0.7% by mass or more and 2.8% by mass or less, the cycle characteristics deteriorate.
正極活物質層中におけるPVdFの含有量が0.7質量%未満であると、正極活物質層の脱落が発生する。
この正極活物質層の脱落の発生は、正極活物質層に含まれるPVdFの含有量が少なすぎ、正極集電体-正極活物質層間の接着性(すなわち剥離強度)が低下するためと考えられる。
If the content of PVdF in the positive electrode active material layer is less than 0.7% by mass, the positive electrode active material layer will fall off.
This dropping of the positive electrode active material layer is considered to be because the content of PVdF contained in the positive electrode active material layer is too small, and the adhesiveness (that is, peel strength) between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is reduced. .
正極活物質層中におけるPVdFの含有量が2.8質量%を超えると、正極に割れが発生する。
この正極の割れの発生は、正極活物質層に含まれるPVdFの含有量が過度に多くなり、正極活物質層の柔軟性が低下したためと考えられる。
If the content of PVdF in the positive electrode active material layer exceeds 2.8% by mass, cracks occur in the positive electrode.
It is considered that the cracking of the positive electrode occurred because the content of PVdF contained in the positive electrode active material layer was excessively large, and the flexibility of the positive electrode active material layer was reduced.
表3から以下のことがわかる。
正極とセパレータの剥離強度が5mN/mm以上35mN/mm以下であると、内部短絡(釘刺し試験)時における安全性を向上することができると共に、サイクル特性の低下を抑制し、かつ、高温保存時の電池膨れ(ガス発生)を抑制する効果(以下「安全性向上等の効果」という。)をより向上することができる。
粒子含有層の平均厚みが、1μm以上5μm以下であると、安全性向上等の効果をより向上することができる。
粒子含有層が設けられた状態のセパレータの平均透気度が、10s/100ml以上100s/100ml以下であると、安全性向上等の効果をより向上することができる。
粒子含有層が設けられた状態の前記セパレータの、150℃における熱収縮率が、30%以下であると、内部短絡(釘刺し試験)時における安全性をより向上することができる。
Table 3 shows the following.
When the peel strength between the positive electrode and the separator is 5 mN / mm or more and 35 mN / mm or less, safety at the time of an internal short circuit (a nail penetration test) can be improved, deterioration of cycle characteristics is suppressed, and high-temperature storage is performed. In this case, the effect of suppressing battery swelling (gas generation) at the time (hereinafter, referred to as “effect of improving safety”) can be further improved.
When the average thickness of the particle-containing layer is 1 μm or more and 5 μm or less, effects such as improvement in safety can be further improved.
When the average air permeability of the separator provided with the particle-containing layer is 10 s / 100 ml or more and 100 s / 100 ml or less, effects such as improved safety can be further improved.
When the heat shrinkage at 150 ° C. of the separator provided with the particle-containing layer is 30% or less, safety at the time of an internal short circuit (a nail penetration test) can be further improved.
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。 For example, the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like mentioned in the above-described embodiments are merely examples, and if necessary, use different configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like. Is also good.
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。 The configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments can be combined with each other without departing from the gist of the present invention.
10 外装材
11 正極リード
12 負極リード
13 密着フィルム
20 電極体
21 正極
21A 正極集電体
21B 正極活物質層
22 負極
22A 負極集電体
22B 負極活物質層
23 セパレータ
23A 粒子含有層
300 電池パック
400 電子機器
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記正極に対向して設けられた負極と、
前記正極および前記負極の間に設けられたセパレータと、
前記正極と前記セパレータの間に設けられ、無機粒子および樹脂材料を含む粒子含有層と
を備え、
前記粒子含有層中における前記樹脂材料の含有量が、10質量%以上50質量%以下である二次電池。 A positive electrode having a positive electrode active material layer containing a fluorine-based binder having a melting point of 166 ° C. or less, wherein the content of the fluorine-based binder in the positive electrode active material layer is 0.7% by mass or more and 2.8% by mass or less; When,
A negative electrode provided to face the positive electrode,
A separator provided between the positive electrode and the negative electrode,
A particle-containing layer provided between the positive electrode and the separator, the layer containing inorganic particles and a resin material;
A secondary battery in which the content of the resin material in the particle-containing layer is from 10% by mass to 50% by mass.
前記粒子含有層の平均厚みが、1μm以上5μm以下であり、
前記粒子含有層が設けられた状態の前記セパレータの平均透気度が、10s/100ml以上100s/100ml以下である請求項1に記載の二次電池。 The particle-containing layer is provided on a surface of the separator,
The average thickness of the particle-containing layer is 1 μm or more and 5 μm or less,
2. The secondary battery according to claim 1, wherein the separator provided with the particle-containing layer has an average air permeability of 10 s / 100 ml or more and 100 s / 100 ml or less.
前記粒子含有層が設けられた状態の前記セパレータの、150℃における熱収縮率が、40%以下である請求項1に記載の二次電池。 The particle-containing layer is provided on a surface of the separator,
The secondary battery according to claim 1, wherein a thermal shrinkage at 150 ° C. of the separator provided with the particle-containing layer is 40% or less.
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