JP2000090982A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2000090982A JP11074096A JP7409699A JP2000090982A JP 2000090982 A JP2000090982 A JP 2000090982A JP 11074096 A JP11074096 A JP 11074096A JP 7409699 A JP7409699 A JP 7409699A JP 2000090982 A JP2000090982 A JP 2000090982A
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secondary battery
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覚 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of easily outputting a heavy current at voltage equal to or above 3 V at least for 10 seconds. SOLUTION: This nonaqueous electrolyte secondary battery has a positive electrode 10 mainly made of a sheet type current collector 10a, and a positive electrode active material layer 10b mainly formed of a positive electrode active material formed on the current collector 10a and formed to be capable of releasing lithium ions, a negative electrode 20 and a nonaqueous electrolyte 30, and can generate voltage at least 3 V across the terminals of the positive electrode 10 and the negative electrode 20. In addition, the surface area of the positive electrode active material layer 10b per battery capacity of 1 Ah is between 20 Rmax and 75 Rmax (unit: cm2), when a discharge rate is a maximum Rmax (unit: C) under the discharge of constant current for keeping said voltage at 3 V after 30% of discharge capacity is charged and at least 10 seconds lapses after a discharge start.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車など始
動時に高い電力を必要とする電動機械において、その電
源に利用できる非水電解質二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery that can be used as a power source in an electric machine such as an electric vehicle that requires a high power at the time of starting.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、シート状の集電体と、該集電
体上に一様な厚さで形成され、リチウムイオンを放出で
きる正極活物質より主としてなる正極活物質層とから構
成されている正極と、該正極から放出された該リチウム
イオンを吸蔵および放出できる負極活物質より構成され
ている負極と、該正極と該負極との間で該リチウムイオ
ンを移動させる電解質とを備えるリチウム二次電池があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a current collector in the form of a sheet and a positive electrode active material layer formed of a uniform thickness on the current collector and mainly composed of a positive electrode active material capable of releasing lithium ions are constituted. A positive electrode, a negative electrode comprising a negative electrode active material capable of occluding and releasing the lithium ions released from the positive electrode, and an electrolyte for transferring the lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. There is a secondary battery.

【0003】このようなリチウム二次電池は3V以上の
高い電圧を発生することができるため、種々の電源に利
用されている。中でも、負極活物質にカーボン材料が用
いられているとともに、カーボネート系の有機物を溶媒
とする非水電解液が電解質に用いられている非水電解質
二次電池(リチウムイオン二次電池とも呼ばれている)
は、良好なサイクル特性と、高い安全性とを有するた
め、携帯電話やビデオカメラなどの携帯用電子機器の電
源に多く用いられている。
Since such a lithium secondary battery can generate a high voltage of 3 V or more, it is used for various power supplies. Among them, a non-aqueous electrolyte secondary battery (also called a lithium ion secondary battery) in which a carbon material is used as a negative electrode active material and a non-aqueous electrolyte using a carbonate-based organic material as a solvent is used as an electrolyte. Yes)
Because of its excellent cycle characteristics and high safety, it is widely used as a power source for portable electronic devices such as mobile phones and video cameras.

【0004】ところで、自動車などの動力機械では、そ
の始動時や馬力を上げるときに高い動力エネルギーを必
要とし、例えば、電気自動車は、その発進時や加速時に
特に高い電力を必要とする。このように始動時や馬力を
上げるときに高い電力を必要とする動力機械において
は、数秒ないし10秒程度の時間だけでもその高い電力
を供給できる電源が求められている。
[0004] By the way, power machines such as automobiles require high power energy when starting or raising horsepower. For example, electric vehicles require particularly high power when starting or accelerating. As described above, in a power machine that requires high power at the time of starting or raising horsepower, a power source that can supply the high power even for a time of only several seconds to about 10 seconds is required.

【0005】この要求に対して、リチウムイオン二次電
池などの非水電解質二次電池が、良好なサイクル特性
と、高い安全性とを有するとして、その電源に利用する
ことが検討されている。しかしながら、このような非水
電解質二次電池では、電極における電池反応が活物質内
部へのリチウムイオンの拡散を伴うために大きな電池反
応速度を得ることが難しく、また、その電極間を移動す
るリチウムイオンの移動速度はそれほど大きくないなど
の理由により、大きな電流を出力し続けることが難し
い。
[0005] In response to this demand, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are considered to have good cycle characteristics and high safety, and are being studied for use as power sources. However, in such a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is difficult to obtain a large battery reaction rate because the battery reaction at the electrode involves diffusion of lithium ions into the active material, and lithium moving between the electrodes is difficult. It is difficult to keep outputting a large current because the ion movement speed is not so high.

【0006】従来の非水電解質二次電池では、以上のよ
うな理由により、高々10秒の時間と言えども、3V以
上の電圧で高電流を出力させることが難しく、先の要求
で求められている高い電力を容易に出力できなかった。
[0006] In the conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, it is difficult to output a high current at a voltage of 3 V or more, even for a time of at most 10 seconds, for the above reasons. High power could not be easily output.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、少なくとも10秒の間、3V
以上の電圧で高電流を出力させることが容易にできる非
水電解質二次電池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has a power supply of 3 V for at least 10 seconds.
An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of easily outputting a high current at the above voltage.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】シート状の集電体と、該
集電体上に形成され、リチウムイオンを放出できる正極
活物質より主としてなる正極活物質層とから構成されて
いる正極と、該正極から放出された該リチウムイオンを
吸蔵および放出できる負極活物質より構成されている負
極と、該正極と該負極との間で該リチウムイオンを移動
させる非水電解質とを備える非水電解質二次電池におい
ては、非水電解質に接している正極活物質層の表面で電
池反応が最も高密度に起こっている。
A positive electrode comprising a sheet-like current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector and mainly composed of a positive electrode active material capable of releasing lithium ions, A non-aqueous electrolyte comprising a negative electrode composed of a negative electrode active material capable of occluding and releasing the lithium ions released from the positive electrode, and a non-aqueous electrolyte for moving the lithium ions between the positive electrode and the negative electrode In the secondary battery, the battery reaction occurs at the highest density on the surface of the positive electrode active material layer in contact with the nonaqueous electrolyte.

【0009】従って、正極活物質層の表面積を大きくす
ることにより、単位時間当たりの電池反応の反応量を増
加させることができ、その結果として、電池が出力可能
な電流の大きさを大きくすることができる。その表面積
が小さすぎると、大きな電流を出力できなくなってしま
う。しかしながら、正極活物質層の表面積は無制限に大
きくできる訳でなく、限られた電池容積で占めることの
できる正極の体積は限られており、正極活物質層の表面
積を大きくするにはその層の厚みを小さくしなければな
らない。このときに正極活物質層の表面積を必要以上に
大きくすると、電池の構成における集電体、集電リー
ド、セパレータの割合がそれぞれ増え、その結果、電極
の活物質の割合が減少する。そのため、電池の重量が増
加して電池のエネルギー密度が低下するだけでなく、高
電流を流すことが難しくなってしまう。
Therefore, by increasing the surface area of the positive electrode active material layer, the amount of battery reaction per unit time can be increased, and as a result, the amount of current that can be output by the battery can be increased. Can be. If the surface area is too small, a large current cannot be output. However, the surface area of the positive electrode active material layer cannot always be increased without limit, and the volume of the positive electrode that can be occupied by the limited battery volume is limited. The thickness must be reduced. At this time, if the surface area of the positive electrode active material layer is made unnecessarily large, the ratio of the current collector, the current collecting lead, and the separator in the battery configuration increases, and as a result, the ratio of the active material of the electrode decreases. Therefore, not only does the weight of the battery increase and the energy density of the battery decreases, but also it becomes difficult to flow a high current.

【0010】そこで、本発明者は、同一の正極活物質層
の表面積において、高い電流を出力できる電極の構造に
ついて検討を行った。そして、放電容量の30%を充電
した後に、放電を開始してから少なくとも10秒後の該
電圧が3Vとなるように定電流で放電させたときの放電
率を最大放電率(Rmax;単位C)として、正極活物質
層の電池容量1Ah当たりの最適な表面積を鋭意研究し
た。
Therefore, the present inventors have studied the structure of an electrode capable of outputting a high current in the same surface area of the positive electrode active material layer. Then, after charging 30% of the discharge capacity, the discharge rate when discharging at a constant current so that the voltage becomes 3 V at least 10 seconds after the start of the discharge, is defined as the maximum discharge rate (R max ; unit). As C), the inventors studied diligently the optimum surface area of the positive electrode active material layer per 1 Ah of battery capacity.

【0011】その結果、正極活物質層の電池容量1Ah
当たりの表面積が20Rmax未満であると、正極活物質
の量に対して導電材、結着剤およびリード材料の量の割
合が大きくなって、正極活物質層の単位面積あたりの最
大電流値が低下し、目的の最大電流値が得られなくなる
ことがわかった。一方、正極活物質層の電池容量1Ah
当たりの表面積が75Rmaxを超えると、電池の重量が
大きくなってエネルギー密度が低下し、少なくとも10
秒の間、3V以上の電圧で高電流を出力させることがで
きなくなることがわかった。本発明は、このような知見
に基づいてなされたものである。
As a result, the battery capacity of the positive electrode active material layer is 1 Ah.
If the surface area per unit is less than 20R max , the ratio of the amount of the conductive material, the binder, and the amount of the lead material to the amount of the positive electrode active material is increased, and the maximum current value per unit area of the positive electrode active material layer is reduced. It was found that the target current value could not be obtained. On the other hand, the battery capacity of the positive electrode active material layer is 1 Ah
When the surface area per unit exceeds 75R max , the weight of the battery increases, the energy density decreases, and at least 10
It has been found that it is impossible to output a high current at a voltage of 3 V or more for seconds. The present invention has been made based on such findings.

【0012】すなわち、本発明の非水電解質二次電池
は、シート状の集電体と、該集電体上に形成され、リチ
ウムイオンを放出できる正極活物質より主としてなる正
極活物質層とから構成されている正極と、該正極から放
出された該リチウムイオンを吸蔵および放出できる負極
活物質より構成されている負極と、該正極と該負極との
間で該リチウムイオンを移動させる非水電解質とを備
え、該正極及び該負極の端子間に少なくとも3Vの電圧
を生じさせることのできる非水電解質二次電池におい
て、放電容量の30%を充電した後に、放電を開始して
から少なくとも10秒後の該電圧が3Vとなるように定
電流で放電させたときの放電率を最大放電率(Rmax
単位C)とすると、前記正極活物質層の電池容量1Ah
当たりの表面積が20Rmax〜75Rmax(単位cm2
にあることを特徴とする。
That is, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a sheet-shaped current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector and mainly composed of a positive electrode active material capable of releasing lithium ions. A positive electrode, a negative electrode comprising a negative electrode active material capable of occluding and releasing the lithium ions released from the positive electrode, and a non-aqueous electrolyte for moving the lithium ions between the positive electrode and the negative electrode In a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of generating a voltage of at least 3 V between the terminals of the positive electrode and the negative electrode, after charging 30% of the discharge capacity, at least 10 seconds after starting discharge Thereafter, the discharge rate when discharging at a constant current so that the voltage becomes 3 V is defined as the maximum discharge rate (R max ;
Assuming unit C), the battery capacity of the positive electrode active material layer is 1 Ah
Surface area per the 20R max ~75R max (unit cm 2)
Is characterized in that:

【0013】この本発明の非水電解質二次電池では、正
極活物質層の電池容量1Ah当たりの表面積が、上述の
不具合が生じない20Rmax〜75Rmaxに限定されてい
るため、少なくとも10秒の間、3V以上の電圧で高電
流を出力させることが容易にできる。
[0013] In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the surface area per battery capacity 1Ah of the positive electrode active material layer, because it is limited to 20R max ~75R max in which the aforementioned problem does not occur, at least 10 seconds In the meantime, it is possible to easily output a high current at a voltage of 3 V or more.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の非水電解質二次電池で
は、コイン型電池、ボタン型電池、円筒型電池及び角型
電池等の公知の電池構造をとることができる。正極には
公知の正極活物質を用いることができる。リチウムと遷
移金属との複合酸化物は、その電気抵抗が低く、リチウ
ムイオンの拡散性能に優れ、高い充放電効率と良好な充
放電サイクル特性とが得られるため、本正極活物質に好
ましい材料である。リチウムマンガン酸化物は、マンガ
ンの資源が豊富であることから低コスト化を図ることが
できる上でも特に好ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can have a known battery structure such as a coin battery, a button battery, a cylindrical battery, and a square battery. Known positive electrode active materials can be used for the positive electrode. A composite oxide of lithium and a transition metal is a preferable material for the present positive electrode active material because its electric resistance is low, the diffusion performance of lithium ions is excellent, high charge / discharge efficiency and good charge / discharge cycle characteristics are obtained. is there. Lithium manganese oxide is particularly preferable in that it can reduce the cost because the manganese resources are abundant.

【0015】また、負極には公知の負極活物質を用いる
ことができるが、負極活物質は主として炭素からなるこ
とが好ましい。中でも結晶性の高い天然黒鉛や人造黒鉛
などからなるものを用いることが好ましい。このような
結晶性の高い炭素材を用いることにより、負極のリチウ
ムイオンの受け渡し効率を向上させることができる。負
極も、正極と同様に、シート状の集電体と、この集電体
上に一様な厚さで形成され、主として負極活物質より構
成されている負極活物質層とからなることが好ましい。
Although a known negative electrode active material can be used for the negative electrode, it is preferable that the negative electrode active material is mainly composed of carbon. Above all, it is preferable to use one made of natural graphite or artificial graphite having high crystallinity. By using such a highly crystalline carbon material, the lithium ion transfer efficiency of the negative electrode can be improved. Like the positive electrode, the negative electrode also preferably includes a sheet-shaped current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector with a uniform thickness and mainly composed of the negative electrode active material. .

【0016】非水電解質にも公知のものを用いることが
できるが、特に、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネートなどの高誘電率の主溶媒と、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
ートなどの低粘性の副溶媒との混合有機溶媒に、支持電
解質としてLiPF6 やLiBF4、LiAsF6、Li
N(SO2CF33、LiC(SO2CF32などのリチ
ウム塩を溶解させたものを用いることが好ましい。ま
た、副溶媒として、ジメトキシエタン、テトラヒドロフ
ラン及びブチルラクトンなどを用いてもよい。
Known non-aqueous electrolytes can be used. In particular, a high-dielectric main solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate and a low-viscosity auxiliary such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are used. LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , or LiPF 6 as a supporting electrolyte in a mixed organic solvent with a solvent
It is preferable to use a material in which a lithium salt such as N (SO 2 CF 3 ) 3 or LiC (SO 2 CF 3 ) 2 is dissolved. Further, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, butyl lactone, or the like may be used as a secondary solvent.

【0017】本発明の非水電解質二次電池においては、
最大放電率が12C以上であることが好ましい。このよ
うな非水電解質二次電池は、自動車など高い動力エネル
ギーが必要とされる動力機械に用いることができる。ま
た、10Cで連続的に放電させたときの容量としては、
0.2Cの低電流を流した時の容量の50%以上を確保
することが好ましい。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention,
It is preferable that the maximum discharge rate is 12C or more. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used for power machines that require high power energy, such as automobiles. In addition, the capacity when continuously discharged at 10 C is as follows:
It is preferable to secure 50% or more of the capacity when a low current of 0.2 C flows.

【0018】電気自動車などの動力機械では、10C以
上で連続して作動させることが多い。容量性能をこのよ
うにさらに限定することにより、少なくとも3分の間
は、高電圧で高電流を出力することができ、高いエネル
ギーを供給できるようになる。本発明の非水電解質二次
電池では、前記正極活物質層の形態を次のように数値的
に限定することが好ましい。
Power machines such as electric vehicles are often operated continuously at 10 C or higher. By further limiting the capacity performance in this way, a high voltage and a high current can be output for at least 3 minutes, and a high energy can be supplied. In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is preferable that the form of the positive electrode active material layer be numerically limited as follows.

【0019】正極活物質層は、40〜70μmの層の厚
さを有することが好ましい。その厚さが40μm未満で
あると、10Cでの放電において、0.2Cの低電流を
流した時の容量の50%以上の容量を確保することが難
しくなり、70μmを超えると、最大電流を12C以上
にすることが難しくなる。正極活物質は、1〜19μm
の2次粒子径を有することが好ましい。1μm未満の2
次粒子径を合成することは技術的に難しく、また、仮に
その正極活物質を容易に合成できたとしても、粒子どう
しの接合点数、および粒子と集電体との接合点数が多く
なり、バインダで電極形状を保持することが困難となっ
て、集電体上に正極活物質層を形成することが難しくな
る。また、その二次粒子径が19μmを超えると、正極
活物質層でのリチウムイオンの拡散経路が長くなってし
まう。それゆえ、最大電流を12C以上にすることが難
しくなるとともに、その放電後に50%以上の容量を確
保することが難しくなる。
The positive electrode active material layer preferably has a layer thickness of 40 to 70 μm. If the thickness is less than 40 μm, it becomes difficult to secure a capacity of 50% or more of the capacity when a low current of 0.2 C flows in a discharge at 10 C. If the thickness exceeds 70 μm, the maximum current is reduced. It becomes difficult to make it 12C or more. The positive electrode active material is 1 to 19 μm
It is preferable to have a secondary particle diameter of 2 less than 1 μm
It is technically difficult to synthesize the secondary particle diameter, and even if the cathode active material can be easily synthesized, the number of junctions between particles and the number of junctions between particles and the current collector increase, and the binder becomes larger. Therefore, it becomes difficult to maintain the electrode shape, and it becomes difficult to form the positive electrode active material layer on the current collector. If the secondary particle diameter exceeds 19 μm, the diffusion path of lithium ions in the positive electrode active material layer becomes long. Therefore, it is difficult to make the maximum current 12 C or more, and it is also difficult to secure 50% or more capacity after the discharge.

【0020】正極活物質層は、28〜38%の空隙率を
有することが好ましい。正極活物質層で拡散するリチウ
ムイオンは、その空隙に侵入している非水電解液を移動
することができ、非水電解液中での移動のしやすさは正
極活物質内でのものより大きい。その空隙率が、28%
未満であると、リチウムイオンを正極活物質層において
十分な拡散速度で拡散させることが難しくなる。その結
果、10Cでの放電において、0.2Cの低電流を流し
た時の容量の50%以上の容量を確保することが難しく
なる。一方、その空隙率が38%を超えると、正極活物
質層の電気抵抗が大きくなって高電流を出力することが
難しくなり、10Cでの放電において、0.2Cの低電
流を流した時の容量の50%以上の容量を確保すること
が難しくなる。
The positive electrode active material layer preferably has a porosity of 28 to 38%. Lithium ions diffusing in the positive electrode active material layer can move the non-aqueous electrolyte that has penetrated into the void, and the mobility in the non-aqueous electrolyte is easier than that in the positive electrode active material. large. The porosity is 28%
If it is less than 3, it becomes difficult to diffuse lithium ions in the positive electrode active material layer at a sufficient diffusion rate. As a result, in discharging at 10 C, it becomes difficult to secure a capacity of 50% or more of the capacity when a low current of 0.2 C flows. On the other hand, if the porosity exceeds 38%, the electric resistance of the positive electrode active material layer becomes large, and it becomes difficult to output a high current. In the discharge at 10C, when a low current of 0.2C flows. It becomes difficult to secure a capacity of 50% or more of the capacity.

【0021】正極活物質層は、20Ω・cm以下のシー
ト抵抗を有することが好ましい。そのシート抵抗が20
Ω・cmを超えると、正極活物質層での抵抗により10
Cでの放電において50%以上の容量を確保することが
難しくなる。正極活物質層は、その表面積に対して8〜
16mg/cm2の重量密度を有することが好ましい。
その重量密度が、8mg/cm2未満であると、その電
池反応を十分な反応量で行わせることが難しくなり、高
電流を出力することが難しくなる。一方、その重量密度
が、16mg/cm2を超えると、最大電流を12C以
上にすることが難しくなるとともに、10Cでの放電に
おいて、0.2Cの低電流を流した時の容量の50%以
上の容量を確保することが難しくなる。
The positive electrode active material layer preferably has a sheet resistance of 20 Ω · cm or less. The sheet resistance is 20
If the resistance exceeds Ω · cm, the resistance of the positive electrode active material layer may cause
It becomes difficult to secure a capacity of 50% or more in the discharge at C. The positive electrode active material layer has a surface area of 8 to
It preferably has a weight density of 16 mg / cm 2 .
If the weight density is less than 8 mg / cm 2 , it is difficult to perform the battery reaction with a sufficient reaction amount, and it is difficult to output a high current. On the other hand, when the weight density exceeds 16 mg / cm 2 , it is difficult to increase the maximum current to 12 C or more, and at the discharge at 10 C, 50% or more of the capacity when a low current of 0.2 C flows. It is difficult to secure sufficient capacity.

【0022】正極活物質と負極活物質との重量比(正極
活物質の重量/負極活物質の重量)が1.8〜2.9に
あることが好ましい。それらの重量比をこの範囲内にと
ることにより、これらのいずれかの活物質に無駄が生じ
ることなく、高電圧及び高電流を出力させることがで
き、高い放電容量を得ることができる。すなわち、正極
活物質と負極活物質とをバランスよく用いることによ
り、電池のエネルギー密度及び出力密度を向上させるこ
とができる。
It is preferable that the weight ratio of the positive electrode active material to the negative electrode active material (weight of the positive electrode active material / weight of the negative electrode active material) is 1.8 to 2.9. By setting the weight ratio within this range, a high voltage and a high current can be output without wasting any of these active materials, and a high discharge capacity can be obtained. That is, by using the positive electrode active material and the negative electrode active material in a well-balanced manner, the energy density and the output density of the battery can be improved.

【0023】さらに、正極および負極の活物質内でリチ
ウムイオンの拡散速度は、充電時には正極で速く、負極
では遅くなり、逆に放電時には正極では遅く、負極では
速くなる。そのため、正極活物質と負極活物質との重量
比をこの範囲に限定することにより、正極および負極で
の拡散速度のバランスが取れ、より高い電流を流すこと
が可能となる。
Furthermore, the diffusion rate of lithium ions in the active materials of the positive electrode and the negative electrode is high at the positive electrode during charging, slow at the negative electrode, and conversely slow at the positive electrode and high at the negative electrode during discharging. Therefore, by limiting the weight ratio between the positive electrode active material and the negative electrode active material to this range, the diffusion speeds at the positive electrode and the negative electrode can be balanced, and a higher current can flow.

【0024】ところで、正極活物質にリチウムマンガン
酸化物を用いた非水電解質二次電池では、充放電サイク
ルが多数繰り返されると、Liが頻繁に電極に出入りす
ることで、電極活物質の結晶構造が変化することがあ
る。こうした電極活物質の結晶構造の変化に伴って、電
極の導電性が低下したり、Mnが電解液へ溶出したりす
ることがある。こうしたことは、高温下で電池が使用さ
れたときに起こりやすく、電池のサイクル特性や保存特
性を低下させる原因となる。特に、電極活物質の比表面
積が大きい電池や、電極活物質層の厚さが小さい電池で
は、電解液との反応面積が大きくなるため、Mnの電解
液への溶出量が多くなり、この問題がより顕著に現れ
る。
By the way, in a nonaqueous electrolyte secondary battery using lithium manganese oxide as a positive electrode active material, when a charge and discharge cycle is repeated many times, Li frequently enters and leaves the electrode, and the crystal structure of the electrode active material is increased. May change. With such a change in the crystal structure of the electrode active material, the conductivity of the electrode may decrease, or Mn may elute into the electrolyte. Such a phenomenon is likely to occur when the battery is used at a high temperature, and causes deterioration in the cycle characteristics and storage characteristics of the battery. In particular, in a battery having a large specific surface area of the electrode active material or a battery having a small thickness of the electrode active material layer, since the reaction area with the electrolytic solution is large, the amount of Mn eluted into the electrolytic solution is large, and this problem occurs. Appear more conspicuously.

【0025】本発明者らは、前述のように正極活物質層
の厚さを40〜70μmに限定したとき、適切な比表面
積を有する正極活物質を用いることで、負荷特性と高温
でのサイクル特性とを向上させることができることを見
出した。すなわち、前記正極活物質は、0.3〜1.2
2 /gの比表面積を有することが好ましい。正極活物
質の比表面積が0.3m2 /g未満であると、優れた負
荷特性を得ることが難しくなる。一方、正極活物質の比
表面積が1.2m2 /gを超えると、優れた高温サイク
ル特性を得ることが難しくなる。
When the thickness of the positive electrode active material layer is limited to 40 to 70 μm as described above, the present inventors use a positive electrode active material having an appropriate specific surface area to provide load characteristics and high-temperature cycling. It has been found that the characteristics can be improved. That is, the positive electrode active material is 0.3 to 1.2.
It preferably has a specific surface area of m 2 / g. When the specific surface area of the positive electrode active material is less than 0.3 m 2 / g, it is difficult to obtain excellent load characteristics. On the other hand, when the specific surface area of the positive electrode active material exceeds 1.2 m 2 / g, it becomes difficult to obtain excellent high-temperature cycle characteristics.

【0026】また、正極活物質にスピネル構造を有する
リチウムマンガン酸化物を用いる場合、そのリチウムマ
ンガン酸化物にさらにリチウムやMn以外の陽イオンと
なりうる元素を添加した正極活物質を用いることによ
り、電池の高温でのサイクル特性を向上させることがで
きることを見出した。さらには、そのリチウムマンガン
酸化物のMnを、Mn以外の陽イオン元素で置換するこ
とにより、電池の高温でのサイクル特性をさらに確実に
向上させることができることを見出した。
In the case where a lithium manganese oxide having a spinel structure is used as the positive electrode active material, the lithium manganese oxide is further used with a positive electrode active material other than lithium or Mn to be a cation. It has been found that the high temperature cycle characteristics can be improved. Furthermore, it has been found that by substituting Mn of the lithium manganese oxide with a cation element other than Mn, the cycle characteristics at high temperature of the battery can be more reliably improved.

【0027】すなわち、前記正極活物質は、LiMnY
MeZ(4±σ)(MeはMn以外の陽イオンになりうる
元素)の組成式で表され、かつ(1+Z)/Y>1.0
5/1.95を満たすことが好ましい。ここでMeは、
LiMn24のスピネル構造を構成するMnに置換され
たものであることがさらに好ましい。上記のように正極
活物質の比表面積及び組成を限定することにより、電解
液との反応によるMnの腐食及び溶出の抑制、並びに3
価のMnとOの結合間で起こるヤンテラー歪みの分断を
行うことができる。その結果、高温下でのサイクル特性
及び保存特性が向上すると考えられる。
That is, the positive electrode active material is LiMn Y
Me Z O (4 ± σ) (Me is an element that can be a cation other than Mn) represented by a composition formula, and (1 + Z) / Y> 1.0
It is preferable to satisfy 5 / 1.95. Where Me is
More preferably, LiMn 2 O 4 is substituted with Mn constituting the spinel structure. By limiting the specific surface area and composition of the positive electrode active material as described above, corrosion and elution of Mn due to reaction with the electrolytic solution can be suppressed, and
It is possible to divide the Janteller distortion occurring between the bonds of the valence Mn and O. As a result, it is considered that the cycle characteristics and storage characteristics at high temperatures are improved.

【0028】また、上記のように正極活物質の組成を限
定する場合、前記Meは、Liと、IIAからIIIB属の
元素との少なくとも一種であることが好ましく、さらに
は前記Meは、Li、Al、Ni及びCoの少なくとも
1種であることが好ましい。このように正極活物質の組
成をさらに限定することにより、電解液との反応による
Mnの腐食及び溶出の抑制、並びに3価のMnとOの結
合間で起こるヤンテラー歪みの分断をさらに効果的に行
うことができる。その結果、高温下でのサイクル特性及
び保存特性がより一層向上する。
When the composition of the positive electrode active material is limited as described above, it is preferable that Me is at least one of Li and an element belonging to Group IIA to IIIB, and more preferably, Me is Li, It is preferably at least one of Al, Ni and Co. By further limiting the composition of the positive electrode active material in this way, the suppression of corrosion and elution of Mn due to the reaction with the electrolytic solution, and the separation of Yanterer strain occurring between the bond of trivalent Mn and O are more effectively achieved. It can be carried out. As a result, cycle characteristics and storage characteristics at high temperatures are further improved.

【0029】[0029]

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 (実施例1)本実施例の非水電解質二次電池Aは、図1
にその構造を概略的に示すように、シート状の集電体1
0aと、集電体10a上に形成され、リチウムイオンを
放出できる正極活物質より主としてなる正極活物質層1
0bとから構成されている正極10と、正極10から放
出されたリチウムイオンを吸蔵および放出できる負極活
物質より構成されている負極20と、正極10と負極2
0との間でリチウムイオンを移動させる非水電解液30
とを備える円筒型電池である。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. (Embodiment 1) The non-aqueous electrolyte secondary battery A of this embodiment is shown in FIG.
As schematically shown in FIG.
0a and a positive electrode active material layer 1 mainly formed of a positive electrode active material formed on the current collector 10a and capable of releasing lithium ions.
0b, a negative electrode 20 composed of a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions released from the positive electrode 10, a positive electrode 10 and a negative electrode 2
Non-aqueous electrolyte 30 for transferring lithium ions between zero
And a cylindrical battery comprising:

【0030】正極10は、アルミニウムよりなる厚さ1
5μmのシート状の正極集電体10aと、主としてリチ
ウムマンガン酸化物(Li1.05Mn1.954)よりなる
正極活物質層10bとから構成されており、この正極活
物質層10bは、正極集電体10aの両側の表面上に4
5μmの厚さで一様に形成されている。また、その空隙
率は32.4%であり、シート抵抗は20Ω・cmであ
る。このシート抵抗は4端子法で測定されたものであ
る。さらに、その重量密度は、その表面積に対して1
1.5mg/cm2である。この正極10は次のように
して成形したものである。
The cathode 10 has a thickness of 1 made of aluminum.
It is composed of a 5 μm sheet-shaped positive electrode current collector 10a and a positive electrode active material layer 10b mainly composed of lithium manganese oxide (Li 1.05 Mn 1.95 O 4 ). 4 on both sides of body 10a
It is formed uniformly with a thickness of 5 μm. The porosity is 32.4%, and the sheet resistance is 20 Ω · cm. This sheet resistance is measured by a four-terminal method. Furthermore, its weight density is 1 to its surface area.
1.5 mg / cm 2 . This positive electrode 10 is formed as follows.

【0031】先ず、正極活物質として、二次粒子径が
6.5μmにあるLi1.05Mn1.95 4粉末を用意し
た。この二次粒子径はレーザー回折法により測定した値
である。また、導電材としてグラファイト粉末(ロンザ
社製KS−15)を用意した。結着剤としてポリビニリ
デンフロライド(PVDF)を用意した。分散溶媒とし
てN−メチル−2ピロリドン(NMP)を用意した。
First, as the positive electrode active material, the secondary particle diameter is
Li at 6.5 μm1.05Mn1.95O FourPrepare the powder
Was. This secondary particle size is the value measured by the laser diffraction method.
It is. In addition, graphite powder (Lonza) is used as the conductive material.
KS-15) was prepared. Polyvinyl as binder
Denfluoride (PVDF) was prepared. As a dispersion solvent
To prepare N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).

【0032】これらLi1.05Mn1.954粉末及び炭素
粉末をPVDFとともにNMPに加え、よく混ぜ合わせ
てスラリー様の正極用合剤を得た。ここでは、Li1.05
Mn 1.954粉末、炭素粉末及びPVDFを87:1
0:3の重量比で配合した。この正極用合剤を、正極集
電体10aの両側の表面上にコンマコータ法により塗布
した後、高温槽で十分に乾燥させ、正極活物質層10b
を形成した。この正極活物質層10bをプレス処理して
所定の密度にし、正極10を得た。
These Li1.05Mn1.95OFourPowder and carbon
Add powder to NMP with PVDF and mix well
Thus, a slurry-like mixture for a positive electrode was obtained. Here, Li1.05
Mn 1.95OFour87: 1 powder, carbon powder and PVDF
It was blended at a weight ratio of 0: 3. This positive electrode mixture is mixed with the positive electrode
Coating on both surfaces of electric body 10a by comma coater method
After that, it is sufficiently dried in a high-temperature bath, and
Was formed. This positive electrode active material layer 10b is pressed
The positive electrode 10 was obtained at a predetermined density.

【0033】負極20は、負極活物質にカーボン材料が
用いられているもので、銅箔よりなる負極集電体20a
(厚さ10μm)と、主としてカーボン材料よりなる負
極活物質層20bとから構成されている。負極活物質層
20bは、負極集電体20aの両側の表面上に34μm
の厚さで一様に形成されている。この負極20は次のよ
うにして成形したものである。
The negative electrode 20 uses a carbon material as a negative electrode active material, and includes a negative electrode current collector 20a made of copper foil.
(Thickness: 10 μm) and a negative electrode active material layer 20b mainly made of a carbon material. The negative electrode active material layer 20b has a thickness of 34 μm on both surfaces of the negative electrode current collector 20a.
Is formed uniformly. This negative electrode 20 is formed as follows.

【0034】先ず、メソフェーズカーボンマイクロビー
ズ(MCMB)粉末を用意し、このMCMBをPVDF
とともにNMPに加え、よく混ぜ合わせてスラリー様の
負極用合剤を得た。ここでは、正極活物質と負極活物質
との重量比(Li1.05Mn1. 954粉末の重量/MCM
B粉末の重量)が2.4となるように、4.1mg/c
2のMCMB粉末を用いた。また、MCMB粉末とP
VDFとを95:5の重量比で配合した。この負極用合
剤を負極集電体20aの両側の表面上にコンマコータ法
により塗布した後、高温槽で十分に乾燥させて負極活物
質層20bを形成し、負極20を得た。
First, mesophase carbon microbead (MCMB) powder is prepared, and this MCMB is PVDF.
Together with NMP and mixed well to obtain a slurry-like negative electrode mixture. Here, the weight ratio of the cathode active material and the anode active material (Li 1.05 Mn 1. 95 O 4 powder weight / MCM
4.1 mg / c so that the weight of B powder is 2.4.
m 2 of MCMB powder was used. Also, MCMB powder and P
VDF and 95: 5 by weight. The negative electrode mixture was applied on both surfaces of the negative electrode current collector 20a by a comma coater method, and then sufficiently dried in a high-temperature bath to form the negative electrode active material layer 20b, whereby the negative electrode 20 was obtained.

【0035】以上で得られた正極10及び負極20をさ
らに10Paの減圧下において120℃で8時間加熱し
て、それらの電極中の水分をほぼ完全に除去した後、そ
れらの電極を間にポリエチレンよりなるセパレータ40
(東燃タピルス社製)を挟んで巻回し、円柱状の巻回電
極体を形成した。また、非水電解液30には、エチレン
カーボネート及びジエチルカーボネートを体積比30:
70で混合した溶媒に、支持塩としてLiPF6 を1m
ol/l溶解させたものを用いた。
The positive electrode 10 and the negative electrode 20 obtained above were further heated at 120 ° C. for 8 hours under a reduced pressure of 10 Pa to almost completely remove water from the electrodes. Separator 40 consisting of
(Made by Tonen Tapils) to form a cylindrical wound electrode body. The nonaqueous electrolyte 30 contains ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 30:
1 m of LiPF 6 as a supporting salt was added to the solvent mixed at 70.
ol / l was used.

【0036】先に得た巻回電極体を電池缶50aに挿入
した後、非水電解液30を電池缶50aに注ぎ入れ、巻
回電極体を非水電解液30に浸し、最後に正極端子52
を備えた蓋部50bを取り付けて図1に示される非水電
解質二次電池Aを完成した。この非水電解質二次電池A
は、10.9Ahの放電容量をもち、正極10及び負極
20の端子間に3.0〜4.2Vの電圧を生じさせるこ
とができる。
After the previously obtained wound electrode body is inserted into the battery can 50a, the non-aqueous electrolyte 30 is poured into the battery can 50a, the wound electrode body is immersed in the non-aqueous electrolyte 30, and finally the positive electrode terminal 52
A non-aqueous electrolyte secondary battery A shown in FIG. This non-aqueous electrolyte secondary battery A
Has a discharge capacity of 10.9 Ah and can generate a voltage of 3.0 to 4.2 V between the terminals of the positive electrode 10 and the negative electrode 20.

【0037】この非水電解質二次電池Aの正極活物質層
の表面積は、10200cm2であり、1Ah当たりの
面積に換算すると935cm2/Ahとなる。また、こ
の電池では、放電容量の30%を充電した後に、放電を
開始してから10秒後の該電圧が3Vとなるように定電
流で放電させたとき、その最大電流値は264Aであ
り、この値は最大放電率の値に換算すると24Cに相当
する。従って、正極活物質層の表面積の値は、図2に示
されるその1Ah当たりの表面積(cm2/Ah)およ
び最大放電率Rmax(C)の関係を表す直線グラフの傾
きから、30.3Rmaxと表すことができる。
The surface area of the positive electrode active material layer of the non-aqueous electrolyte secondary battery A is 10200 cm 2 , which is 935 cm 2 / Ah in terms of area per 1 Ah. Further, when the battery was charged at 30% of the discharge capacity and then discharged at a constant current such that the voltage became 3 V 10 seconds after the discharge was started, the maximum current value was 264A. This value corresponds to 24C when converted to the value of the maximum discharge rate. Therefore, the value of the surface area of the positive electrode active material layer was determined to be 30.3 R from the slope of the linear graph showing the relationship between the surface area per 1 Ah (cm 2 / Ah) and the maximum discharge rate R max (C) shown in FIG. It can be expressed as max .

【0038】なお、本実施例では、最大電流値を次のよ
うにして測定した。先ず、放電深度(DOD)が70%
となるようにして、放電容量の30%を充電した。続い
て、1/3C、1C、3C、6C、12C及び24Cの
各放電率でそれぞれ放電を行った。放電を開始してから
10秒後に、各放電における電圧をそれぞれ測定した。
放電率と10秒後の電圧とが直線関係にあることを利用
し、これらの測定値から、放電を開始してから10秒後
に電圧が3Vとなる電流値、すなわち最大電流値を求め
た。
In this example, the maximum current value was measured as follows. First, the depth of discharge (DOD) is 70%
Thus, 30% of the discharge capacity was charged. Subsequently, discharge was performed at a discharge rate of 1 / 3C, 1C, 3C, 6C, 12C, and 24C, respectively. Ten seconds after the start of the discharge, the voltage at each discharge was measured.
Utilizing the fact that the discharge rate and the voltage after 10 seconds have a linear relationship, a current value at which the voltage becomes 3 V 10 seconds after the start of discharge, that is, a maximum current value was determined from these measured values.

【0039】また、充電をCC−CV、4.2Vの電
圧、並びに1Cの充電率で2.5時間行った後、0.2
Cおよび10Cの放電率で3Vまで放電をおこなった。
その結果、10Cで放電させたときの容量は、0.2C
の低電流を流した時の容量の90%であった。また、こ
のときの出力密度の値は1600W/kgであった。 (実施例2)本実施例の非水電解質二次電池Bは、次の
形態及び特性を有する他は実施例1と同じ電池である。
After charging was performed for 2.5 hours at a CC-CV voltage of 4.2 V and a charging rate of 1 C, charging was performed for 0.2 hours.
Discharge was performed up to 3V at a discharge rate of C and 10C.
As a result, the capacity when discharged at 10 C is 0.2 C
Was 90% of the capacity when a low current was passed. The value of the output density at this time was 1600 W / kg. (Example 2) A non-aqueous electrolyte secondary battery B of this example is the same as Example 1 except that it has the following form and characteristics.

【0040】この非水電解質二次電池Bの正極活物質層
の表面積は、6700cm2にあり、1Ah当たりの面
積に換算すると838cm2である。この電池の最大電
流値は、実施例1と同様にして測定した結果、268A
であることがわかった。この値は最大放電率の値に換算
すると33Cに相当する。従って、正極活物質層の表面
積の値は、図2に示されるその1Ah当たりの表面積
(cm2/Ah)および最大放電率Rmax(C)の関係を
表す直線グラフの傾きから、25Rmaxと表すことがで
きる。
The surface area of the positive electrode active material layer of the non-aqueous electrolyte secondary battery B is in 6700Cm 2, a 838cm 2 in terms of area per 1 Ah. The maximum current value of this battery was measured in the same manner as in Example 1.
It turned out to be. This value corresponds to 33C when converted to the value of the maximum discharge rate. Therefore, the value of the surface area of the positive electrode active material layer is 25R max from the slope of the linear graph showing the relationship between the surface area per 1 Ah (cm 2 / Ah) and the maximum discharge rate R max (C) shown in FIG. Can be represented.

【0041】また、正極活物質層のシート抵抗は0.6
Ω・cmである。出力密度の値は2200W/kgであ
る。また、10Cで放電させたときの容量は、0.2C
の低電流を流した時の容量の92%であった。 (実施例3)本実施例の非水電解質二次電池Cは、次の
形態及び特性を有する他は実施例1と同じ電池である。
The sheet resistance of the positive electrode active material layer was 0.6.
Ω · cm. The value of the power density is 2200 W / kg. The capacity when discharged at 10 C is 0.2 C
Was 92% of the capacity when a low current was passed. (Embodiment 3) A non-aqueous electrolyte secondary battery C of this embodiment is the same as Embodiment 1 except that it has the following form and characteristics.

【0042】この非水電解質二次電池Cの正極活物質層
の表面積は、400〜680cm2にあり、1Ah当た
りの面積に換算すると432〜730cm2である。こ
の電池の最大電流値は、実施例1と同様にして測定した
結果、8〜12.4Aであることがわかった。この値は
最大放電率の値に換算すると8.6〜13.4Cに相当
する。従って、正極活物質層の表面積の値は、図2に示
されるその1Ah当たりの表面積(cm2/Ah)およ
び最大放電率Rmax(C)の関係を表す直線グラフの傾
きから、62.5Rmaxと表すことができる。
The surface area of the positive electrode active material layer of the non-aqueous electrolyte secondary battery C is in 400~680Cm 2, a 432~730Cm 2 in terms of area per 1 Ah. The maximum current value of this battery was measured in the same manner as in Example 1, and was found to be 8 to 12.4 A. This value corresponds to 8.6 to 13.4 C when converted to the value of the maximum discharge rate. Accordingly, the value of the surface area of the positive electrode active material layer is calculated from the slope of 62.5 R from the slope of the linear graph showing the relationship between the surface area per 1 Ah (cm 2 / Ah) and the maximum discharge rate R max (C) shown in FIG. It can be expressed as max .

【0043】なお、この正極活物質層は、正極集電体の
両側の表面上に35〜75μmの厚さで一様に形成され
ており、そのシート抵抗は10Ω・cmである。出力密
度の値は608〜960W/kgである。また、10C
で放電させたときの容量は、0.2Cの低電流を流した
時の容量の7〜83%であった。 (比較例1)本比較例の非水電解質二次電池Dは、次の
正極の形態及び特性を有する他は実施例1と同じ電池で
ある。
The positive electrode active material layer is uniformly formed on both surfaces of the positive electrode current collector with a thickness of 35 to 75 μm, and has a sheet resistance of 10 Ω · cm. The value of the power density is 608-960 W / kg. Also, 10C
Was 7 to 83% of the capacity when a low current of 0.2 C was passed. (Comparative Example 1) A nonaqueous electrolyte secondary battery D of this comparative example is the same as Example 1 except that it has the following positive electrode form and characteristics.

【0044】この非水電解質二次電池Dの正極活物質層
の表面積は、486〜842cm2にあり、1Ah当た
りの面積に換算すると525〜910cm2である。こ
の電池の最大電流値は、実施例1と同様にして測定した
結果、7.2〜10.6Aであることがわかった。この
値は最大放電率の値に換算すると7.8〜11.5Cに
相当する。従って、正極活物質層の表面積の値は、図2
に示されるその1Ah当たりの表面積(cm2/Ah)
および最大放電率Rmax(C)の関係を表す直線グラフ
の傾きから、77Rmaxと表すことができる。
The surface area of the positive electrode active material layer of the non-aqueous electrolyte secondary battery D is in 486~842Cm 2, a 525~910Cm 2 in terms of area per 1 Ah. The maximum current value of this battery was measured in the same manner as in Example 1, and was found to be 7.2 to 10.6 A. This value corresponds to 7.8 to 11.5 C when converted to the value of the maximum discharge rate. Accordingly, the value of the surface area of the positive electrode active material layer is as shown in FIG.
Surface area per 1 Ah (cm 2 / Ah)
And from the slope of the maximum discharge rate line graph showing the relationship R max (C), it can be expressed as 77R max.

【0045】なお、この正極活物質層は、正極集電体の
両側の表面上に45〜125μmの厚さで一様に形成さ
れており、そのシート抵抗は20Ω・cmである。 [各非水電解質二次電池の電池特性の評価]図2より、
上記の実施例の各非水電解質二次電池では、比較例1の
非水電解質二次電池Dと正極活物質層を同じ表面積とし
て比較したときに、いずれも高い最大放電率が得られる
ことがわかる。従って、上記の各実施例の非水電解質二
次電池では、少なくとも10秒の間、3V以上の電圧で
高電流を出力させることが容易にできる。 [正極活物質層の厚さの電池特性への影響]正極活物質
層の厚さが異なる電極を用い、18650サイズの電池
を作製した。この電池の容量は約1Ahである。各電池
の正極活物質層の厚さには、図3でプロットされている
5種類の値をそれぞれとった。
The positive electrode active material layer is uniformly formed on both surfaces of the positive electrode current collector with a thickness of 45 to 125 μm, and has a sheet resistance of 20 Ω · cm. [Evaluation of Battery Characteristics of Each Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery] From FIG.
In each of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of the above examples, when the nonaqueous electrolyte secondary battery D of Comparative Example 1 and the positive electrode active material layer were compared with the same surface area, a high maximum discharge rate could be obtained. Understand. Therefore, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of each of the above embodiments, it is possible to easily output a high current at a voltage of 3 V or more for at least 10 seconds. [Effect of Thickness of Positive Electrode Active Material Layer on Battery Characteristics] A battery of 18650 size was manufactured using electrodes having different thicknesses of the positive electrode active material layer. The capacity of this battery is about 1 Ah. Five values plotted in FIG. 3 were taken as the thickness of the positive electrode active material layer of each battery.

【0046】これらの電池を用い、実施例1で最大電流
値を測定した方法と同じようにして各電池の最大電流値
を求めた。また、充電をCC−CV、4.2Vの電圧、
並びに1Cの充電率で2.5時間行った後、0.2Cお
よび10Cの放電率で3Vまで放電をおこなった。図3
に、各電池の正極活物質層の厚さと、最大放電率、およ
び10Cでの容量との関係を示した。なお、10Cでの
放電容量の値を0.2Cでの放電容量に対する比で示し
た。
Using these batteries, the maximum current value of each battery was determined in the same manner as in the method of measuring the maximum current value in Example 1. In addition, charging is performed by CC-CV, a voltage of 4.2 V,
After 2.5 hours at a charge rate of 1 C, the battery was discharged to 3 V at a discharge rate of 0.2 C and 10 C. FIG.
2 shows the relationship between the thickness of the positive electrode active material layer of each battery, the maximum discharge rate, and the capacity at 10C. In addition, the value of the discharge capacity at 10C was shown as a ratio to the discharge capacity at 0.2C.

【0047】図3より、正極活物質層の厚さが40〜7
0μmにある電池においては、最大放電率が12C以上
となり、かつ、10Cで放電させたときの容量が、0.
2Cの低電流を流した時の容量の50%以上であること
がわかる。 [正極活物質の二次粒子径の電池特性への影響]正極活
物質層に用いられている正極活物質の二次粒子径が異な
る他は、実施例1の非水電解質二次電池と同じ電池を作
製した。各電池の正極活物質の二次粒子径には、図4で
プロットされている4種類の値をそれぞれとった。
FIG. 3 shows that the thickness of the positive electrode active material layer is 40 to 7
In the battery at 0 μm, the maximum discharge rate is 12 C or more, and the capacity when discharged at 10 C is 0.
It can be seen that the capacity is 50% or more of the capacity when a low current of 2C flows. [Effect of Secondary Particle Diameter of Positive Electrode Active Material on Battery Characteristics] Same as the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 except that the secondary particle diameter of the positive electrode active material used in the positive electrode active material layer is different. A battery was manufactured. Four types of values plotted in FIG. 4 were taken as the secondary particle diameter of the positive electrode active material of each battery.

【0048】これらの電池を用い、実施例1で最大電流
値を測定した方法と同じようにして各電池の最大電流値
を測定し、最大放電率を求めた。図4にその結果を示
す。この図より、正極活物質層に用いられている正極活
物質の二次粒子径が1〜19μmにある電池において
は、12C以上の最大放電率が得られることがわかる。 [正極活物質層の空隙率の電池特性への影響]正極活物
質層の空隙率が異なる他は、実施例1の非水電解質二次
電池と同じ電池を作製した。各電池の正極活物質層の空
隙率には、図5でプロットされている4種類の値をそれ
ぞれとった。
Using these batteries, the maximum current value of each battery was measured in the same manner as the method of measuring the maximum current value in Example 1, and the maximum discharge rate was obtained. FIG. 4 shows the result. From this figure, it is understood that the maximum discharge rate of 12 C or more is obtained in a battery in which the secondary particle diameter of the positive electrode active material used in the positive electrode active material layer is 1 to 19 μm. [Effect of Porosity of Positive Electrode Active Material Layer on Battery Characteristics] The same battery as the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was produced except that the porosity of the positive electrode active material layer was different. As the porosity of the positive electrode active material layer of each battery, four values plotted in FIG. 5 were respectively taken.

【0049】充電をCC−CV、4.2Vの電圧、並び
に1Cの充電率で2.5時間行った後、0.2Cおよび
10Cの放電率で3Vまで放電をおこなった。図5に、
各電池の正極活物質層の空隙率と、10Cでの放電容量
比との関係を示した。図5より、正極活物質層の空隙率
が28〜38%にある電池においては、10Cで放電さ
せたときの容量が、0.2Cの低電流を流した時の容量
の50%以上であることがわかる。 [正極活物質層のシート抵抗による電池特性への影響]
正極活物質層のシート抵抗が異なる他は、実施例1の非
水電解質二次電池と同じ電池を作製した。各電池の正極
活物質層のシート抵抗には、図6でプロットされている
5種類の値をそれぞれとった。
After charging was performed for 2.5 hours at a CC-CV voltage of 4.2 V and a charging rate of 1 C, the battery was discharged to 3 V at a discharging rate of 0.2 C and 10 C. In FIG.
The relationship between the porosity of the positive electrode active material layer of each battery and the discharge capacity ratio at 10 C is shown. From FIG. 5, in the battery in which the porosity of the positive electrode active material layer is 28 to 38%, the capacity when discharged at 10 C is 50% or more of the capacity when a low current of 0.2 C flows. You can see that. [Effect of battery resistance due to sheet resistance of positive electrode active material layer]
The same battery as the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was produced except that the sheet resistance of the positive electrode active material layer was different. As the sheet resistance of the positive electrode active material layer of each battery, five values plotted in FIG. 6 were respectively taken.

【0050】これらの電池を用い、実施例1で最大電流
値を測定した方法と同じようにして各電池の最大電流値
を測定し、最大放電率を求めた。図6にその結果を示
す。この図より、正極活物質層のシート抵抗が20Ω・
cm以下にある電池で、12C以上の最大放電率が得ら
れることがわかる。 [正極活物質と負極活物質との重量比の電池特性への影
響]正極活物質と負極活物質との重量比(Li1.05Mn
1.954粉末の重量/MCMB粉末の重量)が異なる他
は、実施例1の非水電解質二次電池と同じ電池を6種類
作製した。各電池の正極活物質と負極活物質との重量比
には、図7でプロットされている6種類の値をそれぞれ
とった。
Using these batteries, the maximum current value of each battery was measured in the same manner as in the method of measuring the maximum current value in Example 1, and the maximum discharge rate was obtained. FIG. 6 shows the result. According to this figure, the sheet resistance of the positive electrode active material layer is 20 Ω ·
It is understood that a battery having a maximum discharge rate of 12 C or more can be obtained with a battery having a size of 12 cm or less. [Effect of Weight Ratio of Positive Electrode Active Material and Negative Electrode Active Material on Battery Characteristics] Weight ratio of positive electrode active material and negative electrode active material (Li 1.05 Mn
Except for the difference of 1.95 O 4 powder weight / MCMB powder weight), six types of the same batteries as the non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1 were produced. The weight ratio between the positive electrode active material and the negative electrode active material of each battery was set to the six values plotted in FIG.

【0051】これらの電池を用い、実施例1で最大電流
値を測定した方法と同じようにして各電池の最大電流値
を測定し、最大放電率を求めた。図7にその結果を示
す。この図より、正極活物質と負極活物質との重量比が
1.8〜2.9にある電池で、12C以上の最大放電率
が得られることがわかる。なお、このときの充電容量は
180〜330mAh/gであった。 (実施例4−1)本実施例では、本発明の非水電解質二
次電池の負荷特性と高温でのサイクル特性とをさらに向
上させるために、前記正極活物質を構成するリチウムマ
ンガン酸化物について、以下のようにマンガンをリチウ
ムで置換することを検討した。
Using these batteries, the maximum current value of each battery was measured in the same manner as the method of measuring the maximum current value in Example 1, and the maximum discharge rate was obtained. FIG. 7 shows the result. This figure shows that a battery having a weight ratio of the positive electrode active material to the negative electrode active material of 1.8 to 2.9 can obtain a maximum discharge rate of 12 C or more. The charging capacity at this time was 180 to 330 mAh / g. (Example 4-1) In this example, in order to further improve the load characteristics and the high-temperature cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a lithium manganese oxide constituting the positive electrode active material was used. The inventors considered replacing manganese with lithium as described below.

【0052】先ず、Liの原料としてLiOH・H2
を用意し、Mnの原料として酢酸Mnを用意した。さら
に、LiとMnとを架橋するためにクエン酸を用意し
た。これら各材料を、Li及びMnのモル比で見た仕込
の組成比(Li/Mn)が1.1/1.9となるように
秤量して純水中に溶解させることにより、Li及びMn
を含む水溶液を得た。なお、この水溶液の調製では、L
iの濃度が0.80mol/Lとなり、Mnの濃度が
1.38mol/Lとなり、またクエン酸の濃度が1.
19mol/Lとなるようにした。
First, LiOH.H 2 O is used as a raw material for Li.
Was prepared, and Mn acetate was prepared as a raw material of Mn. Further, citric acid was prepared for crosslinking Li and Mn. Li and Mn are weighed and dissolved in pure water so that the composition ratio (Li / Mn) of the charged raw materials in terms of the molar ratio of Li and Mn is 1.1 / 1.9.
Was obtained. In the preparation of this aqueous solution, L
The concentration of i was 0.80 mol / L, the concentration of Mn was 1.38 mol / L, and the concentration of citric acid was 1.
It was adjusted to 19 mol / L.

【0053】こうして得られた水溶液を500Pa程度
の減圧下において、120℃で加熱して水及び酢酸を蒸
発させ、LiとMnとがクエン酸により架橋された乾燥
物を得た。次いで、この乾燥物を400℃で4時間予備
焼成を行った後、800〜950℃の焼成温度で焼成を
行って、リチウムマンガン酸化物を合成した。その結
果、比表面積が0.3〜1.2m2 /gの範囲にあっ
て、かつ2次粒子径が5〜15μmの範囲にある正極活
物質が得られた。この正極活物質について、ICP分析
により組成を調べた結果、リチウムとマンガンの含有比
率(Li/Mn)が1.1/1.9であることが分かっ
た。この含有比率は、出発原料の組成と良く一致してい
る。これらの正極活物質の電池特性を比較するために、
次のように正極を作製した。
The aqueous solution thus obtained was heated at 120 ° C. under a reduced pressure of about 500 Pa to evaporate water and acetic acid to obtain a dried product in which Li and Mn were crosslinked with citric acid. Next, this dried product was pre-baked at 400 ° C. for 4 hours, and then fired at a firing temperature of 800 to 950 ° C. to synthesize lithium manganese oxide. As a result, a positive electrode active material having a specific surface area of 0.3 to 1.2 m 2 / g and a secondary particle diameter of 5 to 15 μm was obtained. As a result of examining the composition of this positive electrode active material by ICP analysis, it was found that the content ratio of lithium and manganese (Li / Mn) was 1.1 / 1.9. This content ratio is in good agreement with the composition of the starting material. To compare the battery characteristics of these positive electrode active materials,
A positive electrode was produced as follows.

【0054】先ず、正極活物質と、導電剤であるグラフ
ァイト粉と、結着剤であるPVDFとを86:10:4
の重量比で混合した後、適量のNMPを加えて混練し、
スラリー状の正極合剤を得た。次いで、正極集電体とし
てAl箔上を用意し、この正極集電体上に正極合剤を一
様な厚さで塗布して、正極活物質層を形成した。この正
極活物質層をロールプレスによって圧縮を行い、正極を
完成した。なお、この正極の作製では、正極活物質層の
密度が2.85g/cm3 なるように正極合剤の塗布量
を調整した。
First, a positive electrode active material, graphite powder as a conductive agent, and PVDF as a binder were mixed at 86: 10: 4.
After mixing at a weight ratio of, an appropriate amount of NMP is added and kneaded,
A slurry-like positive electrode mixture was obtained. Next, an Al foil was prepared as a positive electrode current collector, and a positive electrode mixture was applied on the positive electrode current collector in a uniform thickness to form a positive electrode active material layer. This positive electrode active material layer was compressed by a roll press to complete a positive electrode. In the production of the positive electrode, the amount of the positive electrode mixture applied was adjusted such that the density of the positive electrode active material layer was 2.85 g / cm 3 .

【0055】この正極の作製方法により、正極活物質層
の厚さが55μm、65μm及び75μmの正極をそれ
ぞれ3種類作製した。一方、負極については、次のよう
にして作製した。先ず、負極活物質である天然黒鉛と、
結着剤であるPVDFとを92.5:7.5の重量比で
混合した後、適量のNMPを加えて混練し、スラリー状
の負極合剤を得た。次いで、負極集電体としてCu箔を
用意し、この負極集電体上に負極合剤を塗布して、負極
活物質層を形成した。この負極活物質層をロールプレス
によって圧縮を行い、電極を完成した。なお、この負極
の作製では、正極活物質と負極活物質との電極表面に対
する単位面積当たりの重量比が、24:10となるよう
に負極合剤の塗布量を調整した。
According to this method of producing a positive electrode, three types of positive electrodes having a positive electrode active material layer thickness of 55 μm, 65 μm and 75 μm were produced. On the other hand, the negative electrode was manufactured as follows. First, natural graphite which is a negative electrode active material,
After mixing with PVDF as a binder at a weight ratio of 92.5: 7.5, an appropriate amount of NMP was added and kneaded to obtain a slurry-like negative electrode mixture. Next, a Cu foil was prepared as a negative electrode current collector, and a negative electrode mixture was applied on the negative electrode current collector to form a negative electrode active material layer. This negative electrode active material layer was compressed by a roll press to complete an electrode. In the preparation of the negative electrode, the application amount of the negative electrode mixture was adjusted such that the weight ratio of the positive electrode active material and the negative electrode active material per unit area to the electrode surface was 24:10.

【0056】セパレータには、25μmのポリエチレン
製の微孔フィルムを用意した。また、非水電解液には、
エチレンカーボネートとジメトキシエタンとを同じ体積
比率で混合して得た有機溶媒に、LiPF6 を1M溶解
して調製したものを用意した。以上の正極、負極及びセ
パレータを、正極と負極の間にセパレータが挟まれるよ
うに互いに重ね合わせて巻回して巻回電極体を形成し
た。この巻回電極体を電池缶(サイズ;φ18mm、高
さ65mm)に挿入した後、非水電解液を電池缶に注ぎ
入れ、巻回電極体を非水電解液に浸し、最後に正極端子
を備えた蓋部を取り付けて、図1に示したようなスパイ
ラル状の円筒型非水電解質二次電池Aを完成した。
As the separator, a 25 μm polyethylene microporous film was prepared. In addition, non-aqueous electrolytes include
One prepared by dissolving 1 M of LiPF 6 in an organic solvent obtained by mixing ethylene carbonate and dimethoxyethane at the same volume ratio was prepared. The above-mentioned positive electrode, negative electrode and separator were wound on top of each other so that the separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form a wound electrode body. After inserting this wound electrode body into a battery can (size: φ18 mm, height 65 mm), a non-aqueous electrolyte is poured into the battery can, and the wound electrode body is immersed in the non-aqueous electrolyte. By attaching the provided lid, a spiral cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery A as shown in FIG. 1 was completed.

【0057】こうして正極の正極活物質層の厚さが異な
る3種類の非水電解質二次電池を作製した。なお、これ
ら非水電解質二次電池の各正極の表面積は、電極の膜厚
によりそれぞれ756cm2、675cm2 、540c
2 となった。これらの非水電解質二次電池の負荷特性
を、次の条件で充放電試験を行って評価した。この充放
電試験では、CC−CV、4.2Vの電圧でかつ1Cの
充電率で充電を2.5時間行った後、0.5C及び10
Cの各放電率で定電流でそれぞれ3Vまで放電を行っ
た。
Thus, three types of nonaqueous electrolyte secondary batteries having different thicknesses of the positive electrode active material layer of the positive electrode were manufactured. The surface area of each positive electrode of these nonaqueous electrolyte secondary batteries was 756 cm 2 , 675 cm 2 , 540 c
It became m 2. The load characteristics of these nonaqueous electrolyte secondary batteries were evaluated by performing a charge / discharge test under the following conditions. In this charge / discharge test, after charging was performed for 2.5 hours at a CC-CV, a voltage of 4.2 V and a charging rate of 1 C, 0.5 C and 10 C
The discharge was performed at a constant current to 3 V at each discharge rate of C.

【0058】上記で作製された各電池について、上記各
条件で充放電を行ったときの放電容量をそれぞれ測定し
た。その測定結果を表1に示す。なお、表1には、10
Cの放電率で放電を行ったときの放電容量(以下、10
C放電容量と称する)と、0.5Cの放電率で放電を行
ったときの放電容量(以下、0.5C放電容量と称す
る)との放電容量比(10C放電容量/0.5C放電容
量)を示した。
With respect to each of the batteries produced as described above, the discharge capacity when charging and discharging were performed under the above-described conditions was measured. Table 1 shows the measurement results. In Table 1, 10
Discharge capacity when discharging at a discharge rate of C (hereinafter, 10
C discharge capacity) and the discharge capacity when discharging at a discharge rate of 0.5 C (hereinafter referred to as 0.5 C discharge capacity) (10 C discharge capacity / 0.5 C discharge capacity). showed that.

【0059】表1より、正極の正極活物質層の厚さが7
5μmの電池(No.1〜No.3)では、正極活物質
の比表面積が1.2m2 /g以下になると、10C放電
容量が、0.5C放電容量の60%程度より低くなって
しまうことがわかる。特に、正極活物質の比表面積が
0.8m2 /gより小さくなると、10C放電容量が、
0.5C放電容量の50%以下に低下してしまうことが
わかる。
As shown in Table 1, the thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode was 7
In a 5 μm battery (No. 1 to No. 3), when the specific surface area of the positive electrode active material becomes 1.2 m 2 / g or less, the 10 C discharge capacity becomes lower than about 60% of the 0.5 C discharge capacity. You can see that. In particular, when the specific surface area of the positive electrode active material becomes smaller than 0.8 m 2 / g, the 10 C discharge capacity becomes
It can be seen that the discharge capacity is reduced to 50% or less of the 0.5 C discharge capacity.

【0060】それに対し、正極活物質層の厚さが65μ
mの電池(No.4)では、正極活物質の比表面積が
0.3m2 /g以上にあれば、10C放電容量が0.5
C放電容量の80%よりも大きいことがわかる。特に、
正極活物質層の厚さが55μmの電池(No.5〜N
o.9)では、正極活物質の比表面積が0.3m2 /g
以上にあれば、10C放電容量が0.5C放電容量の9
0%以上にあることがわかる。
On the other hand, the thickness of the positive electrode active material layer was 65 μm.
m battery (No. 4), if the specific surface area of the positive electrode active material is 0.3 m 2 / g or more, the 10 C discharge capacity is 0.5
It turns out that it is larger than 80% of C discharge capacity. In particular,
Batteries having a positive electrode active material layer thickness of 55 μm (Nos.
o. In 9), the specific surface area of the positive electrode active material is 0.3 m 2 / g.
If it is above, 10C discharge capacity is 9 of 0.5C discharge capacity.
It turns out that it is 0% or more.

【0061】これらの結果から、正極活物質層の厚さを
40〜70μmにする場合、比表面積が0.3m2 /g
以上の正極活物質を用いれば、高負荷での放電容量が大
きくなり、負荷特性に優れる非水電解質二次電池が得ら
れることがわかる。一方、正極の正極活物質層の厚さが
55μmの電池(No.5〜No.9)について、それ
らの電池の高温でのサイクル特性を、次の条件でそれぞ
れ充放電試験を行って評価した。
From these results, when the thickness of the positive electrode active material layer is 40 to 70 μm, the specific surface area is 0.3 m 2 / g.
It can be seen that the use of the above positive electrode active material increases the discharge capacity under a high load, and provides a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent load characteristics. On the other hand, for batteries (No. 5 to No. 9) in which the thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode was 55 μm, the high-temperature cycle characteristics of the batteries were evaluated by performing charge / discharge tests under the following conditions. .

【0062】この充放電試験では、60℃の恒温槽内
で、正極面積当たり1.1mA/cm 2 の定電流で4.
2Vまで充電を行った後、正極面積当たり1.1mA/
cm2の定電流で3Vまで放電を行った。この充放電を
100サイクル行った。この充放電試験において、初期
サイクル(1回目)での放電容量(C1)と、100サ
イクルでの放電容量(C100)とをそれぞれ測定した。
その測定結果を表1に併せて示す。なお、表1には、
{C100/(C1×99)}×100/100サイクル
(%/サイクル)の値(劣化率)を示した。
In this charge / discharge test, the inside of a 60 ° C.
1.1 mA / cm per positive electrode area TwoAt a constant current of 4.
After charging to 2 V, 1.1 mA /
cmTwoAt a constant current of 3 V. This charge and discharge
100 cycles were performed. In this charge / discharge test,
Discharge capacity (C) in the first cycle1) And 100
Discharge capacity at cycle (C100) Was measured.
Table 1 also shows the measurement results. In Table 1,
{C100/ (C1× 99) Δ × 100/100 cycles
(% / Cycle) (deterioration rate).

【0063】[0063]

【表1】 表1より、No.5〜No.9の各電池の劣化率を比較
すると、正極活物質の比表面積が低くなるにしたがって
劣化率が低下し、サイクル特性が向上していることがわ
かる。特に、正極活物質の比表面積が1.2m2 /g以
下の電池(No.5〜No.8)では、比表面積が1.
4m2 /gの電池(No.9)よりも優れたサイクル特
性が得られることがわかる。
[Table 1] From Table 1, No. 5-No. Comparing the deterioration rates of the batteries of No. 9 shows that the deterioration rate decreases as the specific surface area of the positive electrode active material decreases, and the cycle characteristics improve. In particular, in the batteries (No. 5 to No. 8) in which the specific surface area of the positive electrode active material is 1.2 m 2 / g or less, the specific surface area is 1.
It can be seen that cycle characteristics superior to the 4 m 2 / g battery (No. 9) were obtained.

【0064】従って、正極活物質層の厚さを40〜70
μmにする場合、正極活物質の比表面積を0.3〜1.
2m2 /gに限定することにより、非水電解質二次電池
の負荷特性及び高温でのサイクル特性を向上させること
が容易に可能なことがわかる。 (実施例4−2)実施例4−1の非水電解質二次電池で
は、LiMn24のスピネル構造において、LiがMn
の16d位置の一部に置換された構造を有していると考
えられる。そこで、そのリチウムの置換量と電池特性の
関係を評価するため、次のようにLiとMnの組成比が
異なるリチウムマンガン酸化物をそれぞれ合成して正極
活物質を調製した。
Therefore, the thickness of the positive electrode active material layer is set to 40 to 70
When the thickness is set to μm, the specific surface area of the positive electrode active material is set to 0.3 to 1.
It can be seen that by limiting to 2 m 2 / g, it is possible to easily improve the load characteristics and the high-temperature cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery. (Example 4-2) In the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 4-1, in the spinel structure of LiMn 2 O 4 , Li was Mn.
Is considered to have a structure substituted at a part of the 16d position. Therefore, in order to evaluate the relationship between the lithium replacement amount and the battery characteristics, lithium manganese oxides having different composition ratios of Li and Mn were synthesized as follows to prepare a positive electrode active material.

【0065】本実施例では、Li及びMnのモル比で見
た各原料の仕込み組成比(Li/Mn)が1.05/
1.95と、1.15/1.85となるように2種類の
前記水溶液をそれぞれ調製した他は、実施例4と同様に
して2種類の正極活物質を調製した。これらの正極活物
質の組成をICP分析により組成を調べた結果、Liの
Mnに対する組成比(Li/Mn)が1.05/1.8
5と、1.15/1.85とであることがわかり、原料
の仕込み組成と一致していることが分かった。また、そ
れらの正極活物質は、双方とも0.4m2 /gの比表面
積を有し、かつ10μmの2次粒子径を有することもわ
かった。
In this example, the charged composition ratio (Li / Mn) of each raw material was 1.05 /
Two kinds of positive electrode active materials were prepared in the same manner as in Example 4, except that two kinds of the aqueous solutions were respectively prepared so as to be 1.95 and 1.15 / 1.85. As a result of examining the composition of these positive electrode active materials by ICP analysis, the composition ratio of Li to Mn (Li / Mn) was 1.05 / 1.8.
5 and 1.15 / 1.85, which was consistent with the charge composition of the raw materials. It was also found that both of these positive electrode active materials had a specific surface area of 0.4 m 2 / g and a secondary particle diameter of 10 μm.

【0066】これら2種類の正極活物質を用い、実施例
4と同様にして、正極活物質層の厚さが55μmである
スパイラル状の円筒型非水電解質二次電池を2種類作製
した。これらの非水電解質二次電池について、実施例4
と同様に、60℃の恒温槽内で充放電試験を行い、初期
サイクル(1回目)での放電容量(C1)と、100サ
イクルでの放電容量(C100)とをそれぞれ測定した。
その測定結果を表1に併せて示す。
Using these two types of positive electrode active materials, two types of spiral cylindrical nonaqueous electrolyte secondary batteries having a thickness of the positive electrode active material layer of 55 μm were produced in the same manner as in Example 4. Example 4 of these nonaqueous electrolyte secondary batteries
Similar to perform a charge and discharge test in a thermostat at 60 ° C., the discharge capacity in the initial cycle (1) and (C 1), discharge capacity at 100 cycles (C 100) and was measured.
Table 1 also shows the measurement results.

【0067】表1において、No.6、No.10及び
No.11の各電池の劣化率を比較すると、同じ比表面
積の正極活物質を用いた電池においては、LiのMnに
対する組成比(Li/Mn)が増加するにしたがって劣
化率が低下し、高温でのサイクル特性が向上しているこ
とがわかる。特に、その組成比(Li/Mn)が1.0
5/1.95を超えた電池(No.6及びNo.11)
では、組成比(Li/Mn)が1.05/1.95の電
池(No.10)に比べて劣化率が低くなることがわか
る。
In Table 1, no. 6, no. 10 and No. Comparing the deterioration rates of the batteries of No. 11, in the battery using the positive electrode active material having the same specific surface area, the deterioration rate decreases as the composition ratio of Li to Mn (Li / Mn) increases, It can be seen that the cycle characteristics have been improved. In particular, the composition ratio (Li / Mn) is 1.0
Batteries exceeding 5 / 1.95 (No. 6 and No. 11)
In this case, it can be seen that the deterioration ratio is lower than that of the battery (No. 10) having a composition ratio (Li / Mn) of 1.05 / 1.95.

【0068】LiのMnに対する組成比(Li/Mn)
が1.05/1.95を超える非水電解質二次電池は、
その正極活物質の組成式をLiMnYMeZ(4±σ)
表すと、MeはLiであり、かつ(1+Z)/Y>1.
05/1.95を満たすものである。こうした条件を満
たす非水電解質二次電池では、極めて優れたサイクル特
性が得られることがわかる。 (実施例5)本発明の非水電解質二次電池の高温でのサ
イクル特性をさらに向上させるために、前記正極活物質
を構成するリチウムマンガン酸化物について、以下のよ
うにマンガンをリチウム以外の陽イオンになりうる元素
(以下、陽イオン元素と称する)で置換することを検討
した。
Composition ratio of Li to Mn (Li / Mn)
Is greater than 1.05 / 1.95,
When the composition formula of the positive electrode active material is represented by LiMn Y Me Z O (4 ± σ ) , Me is Li and (1 + Z) / Y> 1.
It satisfies 05 / 1.95. It can be seen that in the nonaqueous electrolyte secondary battery satisfying these conditions, extremely excellent cycle characteristics can be obtained. Example 5 In order to further improve the high-temperature cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the lithium manganese oxide constituting the positive electrode active material was changed to a positive electrode other than lithium as follows. Substitution with an element that can become an ion (hereinafter, referred to as a cation element) was studied.

【0069】本実施例では、リチウムマンガン酸化物の
組成式をLiMnYMeZ(4±σ)で表すと、Meをリ
チウム及び陽イオン元素とし、かつZ=1(Li)+
0.5(陽イオン元素)とした。正極活物質の調製で
は、陽イオン元素としてAl、Cu、Ni及びCoを用
い、各原料のLi、Mn及び陽イオン元素で見た仕込み
組成比(Li:Mn:陽イオン元素)が1.1:1.8
5:0.05となるように前記水溶液をそれぞれ調製し
た他は、実施例4と同様にして、使用した陽イオン元素
が異なる4種類の正極活物質を調製した。これらの正極
活物質の組成をICP分析により組成を調べた結果、い
ずれもLiとMnと陽イオン元素との組成比(Li:M
n:陽イオン元素)が1.1:0.05:1.85であ
ることがわかり、原料の仕込み組成と一致していること
が分かった。すなわち、Meは、Liと陽イオンとであ
って、その組成比Zは、Liの0.1と陽イオン元素の
0.05を足し合わせたものである。
In this embodiment, when the composition formula of the lithium manganese oxide is represented by LiMn Y Me Z O (4 ± σ ) , Me is lithium and a cation element, and Z = 1 (Li) +
0.5 (cationic element). In the preparation of the positive electrode active material, Al, Cu, Ni and Co were used as cation elements, and the charged composition ratio (Li: Mn: cation element) of Li, Mn and the cation element of each raw material was 1.1. : 1.8
Four kinds of positive electrode active materials having different cation elements were prepared in the same manner as in Example 4, except that the aqueous solutions were prepared so that the ratio became 5: 0.05. As a result of examining the composition of these positive electrode active materials by ICP analysis, the composition ratio of Li, Mn, and the cation element (Li: M
(n: cation element) was found to be 1.1: 0.05: 1.85, which was consistent with the charged composition of the raw materials. That is, Me is Li and a cation, and the composition ratio Z is the sum of 0.1 of Li and 0.05 of the cation element.

【0070】また、これらの正極活物質は、いずれも
0.4m2 /gの比表面積を有し、かつ10μmの2次
粒子径を有することもわかった。これらの正極活物質を
用い、実施例4と同様にして、正極活物質層の厚さが5
5μmであるスパイラル状の円筒型非水電解質二次電池
を4種類作製した。これらの非水電解質二次電池につい
て、実施例4と同様に、60℃の恒温槽内で充放電試験
を行い、初期サイクル(1回目)での放電容量(C1
と、100サイクルでの放電容量(C100)とをそれぞ
れ測定した。その測定結果を表2に示す。
It was also found that each of these positive electrode active materials had a specific surface area of 0.4 m 2 / g and a secondary particle diameter of 10 μm. Using these cathode active materials, the thickness of the cathode active material layer was 5 in the same manner as in Example 4.
Four types of 5 μm spiral cylindrical non-aqueous electrolyte secondary batteries were produced. For these non-aqueous electrolyte secondary batteries, a charge / discharge test was performed in a thermostat at 60 ° C. in the same manner as in Example 4, and the discharge capacity (C 1 ) in the initial cycle (first time) was measured.
And the discharge capacity (C 100 ) at 100 cycles were measured. Table 2 shows the measurement results.

【0071】[0071]

【表2】 表2より、No.12〜No.15の各電池では、40
%未満の低い劣化率が得られていることがわかる。従っ
て、陽イオンを添加することにより劣化率が低下し、高
温でのサイクル特性が向上していることがわかる。この
ように高温での特性が向上したのは、正極活物質の調製
においてAl、Cu、Ni及びCoを添加したことによ
り、MnとOとの結合が強いリチウムマンガン酸化物が
合成されたことが考えられる。Al、Cu、Ni及びC
oは、いずれもIIAからIIIB属の元素である。
[Table 2] From Table 2, No. 12-No. For each of the 15 batteries, 40
It can be seen that a low deterioration rate of less than 10% is obtained. Therefore, it can be seen that the rate of deterioration is reduced by adding a cation, and the cycle characteristics at high temperatures are improved. The reason why the characteristics at high temperatures have been improved is that the addition of Al, Cu, Ni and Co in the preparation of the positive electrode active material resulted in the synthesis of a lithium manganese oxide having a strong bond between Mn and O. Conceivable. Al, Cu, Ni and C
o is an element belonging to any of IIA to IIIB.

【0072】また、No.12〜No.15の各電池の
劣化率を比較すると、No.13〜No.15の各電池
では、30%程度又はそれより低い劣化率が得られるこ
とがわかる。この結果より、Li、Al、Ni、Coを
添加した正極活物質を用いることにより、さらに低い劣
化率が得られ、高温でのサイクル特性が特に向上するこ
とがわかる。
In addition, No. 12-No. Comparing the deterioration rate of each battery of No. 15, 13-No. It can be seen that in each of the 15 batteries, a deterioration rate of about 30% or lower can be obtained. From these results, it can be seen that the use of the positive electrode active material to which Li, Al, Ni, and Co are added achieves a further lower deterioration rate and particularly improves the cycle characteristics at high temperatures.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例1の非水電解質二次電池を概略的に示
す要部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a main part of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to a first embodiment.

【図2】 実施例1〜3及び比較例1の各非水電解質二
次電池において、正極活物質層の1Ah当たりの表面積
と最大放電率Rmaxとの関係をそれぞれ示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a surface area per 1 Ah of a positive electrode active material layer and a maximum discharge rate R max in each of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

【図3】 本実施例の非水電解質二次電池において、正
極活物質層の厚さと、最大電流値、および10Cでの容
量との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of a positive electrode active material layer, the maximum current value, and the capacity at 10 C in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present example.

【図4】 本実施例の非水電解質二次電池において、正
極活物質の二次粒子径と最大放電率との関係を示すグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the secondary particle diameter of the positive electrode active material and the maximum discharge rate in the nonaqueous electrolyte secondary battery of this example.

【図5】 本実施例の非水電解質二次電池において、正
極活物質層の空隙率と、10Cでの放電容量比との関係
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the porosity of the positive electrode active material layer and the discharge capacity ratio at 10 C in the nonaqueous electrolyte secondary battery of this example.

【図6】 本実施例の非水電解質二次電池において、正
極活物質層のシート抵抗と最大放電率との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the sheet resistance of the positive electrode active material layer and the maximum discharge rate in the non-aqueous electrolyte secondary battery of this example.

【図7】 本実施例の非水電解質二次電池において、正
極活物質と負極活物質との重量比と最大放電率との関係
を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the weight ratio of the positive electrode active material and the negative electrode active material and the maximum discharge rate in the non-aqueous electrolyte secondary battery of this example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:正極 10a:集電体 10b:正極活物質層 20:負極 30:非水電解液 10: positive electrode 10a: current collector 10b: positive electrode active material layer 20: negative electrode 30: non-aqueous electrolyte

フロントページの続き (72)発明者 大木島 俊 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 小島 久尚 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内Continued on the front page (72) Inventor Shun Okishima 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Hisao Kojima 1-1-1, Showa-cho, Kariya City, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シート状の集電体と、該集電体上に形成
され、リチウムイオンを放出できる正極活物質より主と
してなる正極活物質層とから構成されている正極と、該
正極から放出された該リチウムイオンを吸蔵および放出
できる負極活物質より構成されている負極と、該正極と
該負極との間で該リチウムイオンを移動させる非水電解
質とを備え、該正極及び該負極の端子間に少なくとも3
Vの電圧を生じさせることのできる非水電解質二次電池
において、 放電容量の30%を充電した後に、放電を開始してから
少なくとも10秒後の該電圧が3Vとなるように定電流
で放電させたときの放電率を最大放電率(Rma x;単位
C)とすると、前記正極活物質層の電池容量1Ah当た
りの表面積が20Rmax〜75Rmax(単位cm2)にあ
ることを特徴とする非水電解質二次電池。
1. A positive electrode comprising a sheet-shaped current collector, a positive electrode active material layer formed on the current collector and mainly composed of a positive electrode active material capable of releasing lithium ions, and a positive electrode formed from the positive electrode. A negative electrode composed of a negative electrode active material capable of inserting and extracting the lithium ions, and a non-aqueous electrolyte for moving the lithium ions between the positive electrode and the negative electrode; and terminals of the positive electrode and the negative electrode. At least 3 in between
In a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of generating a voltage of V, after charging 30% of the discharge capacity, the battery is discharged at a constant current such that the voltage becomes 3 V at least 10 seconds after the start of discharge. maximum discharge rate discharge rate obtained while; when (R ma x units C), and characterized in that the surface area per battery capacity 1Ah of the positive electrode active material layer is in the 20R max ~75R max (unit cm 2) Non-aqueous electrolyte secondary battery.
【請求項2】 前記最大放電率は12C以上である請求
項1に記載の非水電解質二次電池。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the maximum discharge rate is 12 C or more.
【請求項3】 前記正極活物質層は、40〜70μmの
厚さを有する請求項1に記載の非水電解質二次電池。
3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material layer has a thickness of 40 to 70 μm.
【請求項4】 前記正極活物質は、1〜19μmの2次
粒子径を有する請求項1に記載の非水電解質二次電池。
4. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material has a secondary particle size of 1 to 19 μm.
【請求項5】 前記正極活物質層は、28〜38%の空
隙率を有する請求項1に記載の非水電解質二次電池。
5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material layer has a porosity of 28 to 38%.
【請求項6】 前記正極活物質層は、20Ω・cm以下
のシート抵抗を有する請求項1に記載の非水電解質二次
電池。
6. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material layer has a sheet resistance of 20 Ω · cm or less.
【請求項7】 前記正極活物質層は、前記表面積に対し
て8〜16mg/cm2の重量密度を有する請求項1に
記載の非水電解質二次電池。
7. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material layer has a weight density of 8 to 16 mg / cm 2 with respect to the surface area.
【請求項8】 前記正極活物質と前記負極活物質との重
量比が1.8〜2.9にある請求項1に記載の非水電解
質二次電池。
8. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a weight ratio between the positive electrode active material and the negative electrode active material is in a range from 1.8 to 2.9.
【請求項9】 前記正極活物質は、0.3〜1.2m2
/gの比表面積を有する請求項3に記載の非水電解質二
次電池。
9. The positive electrode active material is 0.3 to 1.2 m 2.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, which has a specific surface area of / g.
【請求項10】 前記正極活物質は、LiMnYMeZ
(4±σ)(MeはMn以外の陽イオンになりうる元素)
の組成式で表され、かつ(1+Z)/Y>1.05/
1.95を満たす請求項1〜8のいずれかに記載の非水
電解質二次電池。
Wherein said positive active material, LiMn Y Me Z O
(4 ± σ ) (Me is an element other than Mn that can be a cation)
And (1 + Z) / Y> 1.05 /
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which satisfies 1.95.
【請求項11】 前記Meは、Liと、IIAからIIIB
属の元素との少なくとも一種である請求項10に記載の
非水電解質二次電池。
11. The method according to claim 11, wherein Me is Li and IIA to IIIB.
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 10, wherein the nonaqueous electrolyte secondary battery is at least one element selected from the group consisting of a genus element.
【請求項12】 前記Meは、Li、Al、Ni及びC
oの少なくとも1種である請求項11に記載の非水電解
質二次電池。
12. The method according to claim 1, wherein the Me is Li, Al, Ni and C.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 11, which is at least one of o.
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