JP2000200624A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2000200624A
JP2000200624A JP11001380A JP138099A JP2000200624A JP 2000200624 A JP2000200624 A JP 2000200624A JP 11001380 A JP11001380 A JP 11001380A JP 138099 A JP138099 A JP 138099A JP 2000200624 A JP2000200624 A JP 2000200624A
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secondary battery
negative electrode
positive electrode
electrode active
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JP11001380A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Nakano
秀之 中野
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
Takahiko Honma
隆彦 本間
Tatsuo Noritake
達夫 則竹
Naruaki Okuda
匠昭 奥田
Yoji Takeuchi
要二 竹内
Tetsuo Kobayashi
哲郎 小林
Itsuki Sasaki
厳 佐々木
Kazuhiko Mukai
和彦 向
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a nonaqueous electrolyte secondary battery at low cost and secure superiority in cycle characteristics and safety against overcharging by providing a positive electrode using lithium-nickel complex oxide of regular laminar rock salt structure for a positive electrode active material and a negative electrode using graphitization retarding carbon for a negative electrode active material. SOLUTION: Graphitization retarded carbon is used for a negative electrode active material. Among the graphitization retarded carbons, phenol resin burned substance, furfuryl alcohol resin burned substance, polyacrylonitrile carbon fiber, pseudo-isotropic carbon are given. The graphitization retarded carbon is formed by burning, for example, organic compound. Among starting materials, conjugation type resin such as furfuryl alcohol resin, furfuranol resin, and furan resin and organic polymer compound such as cellulose and its derivative are given. Lithium-nickel complex oxide of regular laminar rock salt structure is used for a positive electrode active material and the stoichiometry of this substance is expressed by LiNiO2.

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】本発明はリチウムイオンの吸
蔵・放出現象を利用した非水電解液二次電池、特に、安
価であってサイクル特性の良好な非水電解液二次電池に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery utilizing the occlusion and release of lithium ions, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary battery which is inexpensive and has good cycle characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の
小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、こ
れらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であ
るという理由から、リチウム二次電池が実用化され広く
普及するに至っている。また一方で、自動車の分野にお
いても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急
がれており、この電気自動車用の電源としても、リチウ
ム二次電池が検討されている。リチウム二次電池では、
正極にリチウム複合酸化物を用い、負極に炭素材料を用
い、充放電に伴って両極へのリチウムイオンの吸蔵・放
出を繰り返すロッキングチェア型の二次電池、いわゆる
リチウムイオン二次電池が最も多く用いられている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of personal computers, video cameras, mobile phones, and the like, in the fields of information-related equipment and communication equipment, lithium secondary batteries are used as power sources for these equipments because of their high energy density. Has been put to practical use and has spread widely. On the other hand, in the field of automobiles, the development of electric vehicles is urgent due to environmental problems and resource problems, and lithium secondary batteries are being studied as power sources for electric vehicles. With lithium secondary batteries,
Most commonly used are rocking chair type secondary batteries, which use lithium composite oxide for the positive electrode and carbon material for the negative electrode, and repeat the insertion and extraction of lithium ions to and from both electrodes as they are charged and discharged. Have been.

【0003】リチウムイオン二次電池の正極活物質とな
るリチウム複合酸化物は、4V級の作動電圧が得られる
ものとして、層状岩塩構造LiCoO2、層状岩塩構造
LiNiO2、スピネル構造LiMn24がよく知られ
ている。これらの中でも、合成の容易である、最も高い
作動電圧が得られる等の理由から、現在では、LiCo
2を正極活物質に用いる二次電池が主流を占めてい
る。
As a lithium composite oxide serving as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery, a layered rock salt structure LiCoO 2 , a layered rock salt structure LiNiO 2 , and a spinel structure LiMn 2 O 4 can be obtained so as to obtain an operating voltage of 4 V class. well known. Among these, LiCo is currently used for reasons such as easy synthesis and the highest operating voltage.
Secondary batteries using O 2 as a positive electrode active material dominate.

【0004】ところが、LiCoO2を構成する元素で
あるコバルトは、資源量として少なく極めて高価な元素
であることから、リチウムイオン二次電池コストを押し
上げる大きな要因となっている。電気自動車用の電源と
して用いる場合、大きな容量を必要とすることから、大
量の正極活物質を用いなければならず、高価なLiCo
2を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池は実
用化が非常に困難であると考えられる。
[0004] However, cobalt, which is an element constituting LiCoO 2 , is an extremely expensive element with a small amount of resources, and is a major factor that raises the cost of lithium ion secondary batteries. When used as a power source for electric vehicles, a large capacity is required, so a large amount of positive electrode active material must be used, and expensive LiCo
It is considered that practical use of a lithium ion secondary battery using O 2 as a positive electrode active material is extremely difficult.

【0005】このLiCoO2に代わって期待されるの
が、層状岩塩構造LiNiO2である。コバルトと比較
して安価なニッケルを構成元素とすることから、コスト
面で優れ、また、理論放電容量においてはLiCoO2
と大差ないが実効容量(電池を構成した場合に実際取り
出すことのできる容量)において優れるという利点か
ら、大きな容量の電池を構成できるものとして期待され
ている。
A promising alternative to this LiCoO 2 is a layered rock salt structure LiNiO 2 . Since nickel, which is cheaper than cobalt, is used as a constituent element, the cost is excellent, and the theoretical discharge capacity is LiCoO 2
Although it is not much different from the above, it is expected that a battery with a large capacity can be constructed from the advantage that the effective capacity (capacity that can be actually taken out when the battery is constructed) is excellent.

【0006】ところが、このLiNiO2は、実効容量
が大きいことにより充放電に伴い多くのリチウムを吸蔵
・放出するため、自身が大きな膨張・収縮を繰り返すこ
とで結晶構造が崩壊しやすいという欠点がある。したが
って、電池を構成した場合に、繰り返される充放電によ
って電池の放電容量が減少するという、いわゆるサイク
ル劣化が問題となる。特に、電池反応が活性化する高温
下では一層劣化が進むことから、屋外放置される可能性
のある電気自動車用電源としての用途の場合、高温下で
のサイクル劣化の少ないことも二次電池に求められる重
要な特性の一つとなる。
However, since LiNiO 2 absorbs and releases a lot of lithium during charging and discharging due to its large effective capacity, there is a disadvantage that the crystal structure is easily collapsed by repeating large expansion and contraction of LiNiO 2 itself. . Therefore, when a battery is configured, there is a problem of so-called cycle deterioration in which the discharge capacity of the battery is reduced by repeated charging and discharging. In particular, when used as a power source for an electric vehicle that may be left outdoors, the secondary battery also has low cycle deterioration at high temperatures, since the deterioration proceeds further at high temperatures where the battery reaction is activated. It is one of the important characteristics required.

【0007】従来、LiNiO2を活物質とした正極に
起因するサイクル劣化の問題を解決する手段として、
P、B系化合物をLiNiO2の表面に被覆、あるいは
正極内へ添加するもの(特開平7−142055等)、
Niサイトの一部をBで置換するもの(特開平8−45
509)、Liサイトの一部をアルカリ土類金属で置換
するもの(特開平9−274917)等があった。しか
し、他元素で被覆、置換等するものであるため、他元素
によっては電池容量の低下、レート特性の悪化を併発す
るという問題を残し、また、これらの手段をもってして
も実用的に満足のいくサイクル特性を有する二次電池を
得ることは困難であった。
Conventionally, as means for solving the problem of cycle deterioration caused by a positive electrode using LiNiO 2 as an active material,
Those in which a P or B-based compound is coated on the surface of LiNiO 2 or added into the positive electrode (JP-A-7-142055 or the like);
One in which a part of Ni site is replaced with B (Japanese Patent Laid-Open No. 8-45)
509), and those in which part of the Li site is replaced with an alkaline earth metal (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-274917). However, since they are coated or replaced with other elements, there is a problem that the other elements may cause a reduction in battery capacity and a deterioration in rate characteristics, and even if these means are practically satisfactory. It has been difficult to obtain a secondary battery having some cycle characteristics.

【0008】また、LiNiO2が実効容量が大きく容
易にリチウムを取り出せることは、LiNiO2を正極
活物質に用いた二次電池が、過充電の状態となった場合
に大量のリチウムイオンが負極に向かって放出されるこ
とにつながる。大量のリチウムイオンが放出された場
合、負極活物質中に吸蔵しきれなくなったリチウムイオ
ンが、負極表面に金属リチウムの形で析出し、デンドラ
イトとして成長する。このデンドライトの析出は、正負
極間にあるセパレータを突き破り、電池の内部短絡を引
き起こし、ひいては発火、電池の破裂にまでつながる可
能性がある。つまりLiNiO2を正極活物質に用いた
二次電池の場合、過充電による安全性をも充分に考慮す
る必要がある。
Also, LiNiO 2 has a large effective capacity and can easily extract lithium because a secondary battery using LiNiO 2 as a positive electrode active material is overcharged with a large amount of lithium ions. It leads to being released toward. When a large amount of lithium ions are released, lithium ions that cannot be completely absorbed in the negative electrode active material precipitate on the negative electrode surface in the form of metallic lithium and grow as dendrites. This precipitation of dendrites may break through the separator between the positive and negative electrodes, causing an internal short circuit in the battery, and eventually leading to ignition and rupture of the battery. That is, in the case of a secondary battery using LiNiO 2 as the positive electrode active material, it is necessary to sufficiently consider safety due to overcharging.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、正極
活物質にLiNiO2を用いた二次電池において、サイ
クル劣化の主要因は、LiNiO2へのリチウムイオン
の吸蔵・放出に伴う結晶構造の崩壊にある。本発明者
は、鋭意研究の結果、対向させる負極の活物質に適正な
炭素材料を選択することによって、充放電時にLiNi
2に吸蔵・放出されるリチウムイオンの量を規制する
ことができるという知見を得た。また、過充電時の負極
表面へのデンドライトの析出についても、負極活物質と
なる炭素材料に適正な材料を選択することで解決できる
という知見を得た。
As described above, in a secondary battery using LiNiO 2 as a positive electrode active material, the main cause of cycle deterioration is the crystal structure accompanying the occlusion / release of lithium ions into / from LiNiO 2 . In collapse. As a result of intensive studies, the present inventor has found that by selecting an appropriate carbon material as an active material of a negative electrode to be opposed, LiNi
It has been found that the amount of lithium ions inserted into and released from O 2 can be regulated. In addition, it has been found that the precipitation of dendrite on the surface of the negative electrode during overcharge can be solved by selecting an appropriate carbon material as the negative electrode active material.

【0010】本発明は、上記知見に基づくものであり、
層状岩塩構造リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質
とし、適正な炭素材料を負極活物質に用いることによ
り、安価であって、かつ、サイクル特性に優れ、過充電
時の安全性を確保できる非水電解液二次電池を提供する
ことにある。
The present invention is based on the above findings,
By using a layered rock-salt structure lithium nickel composite oxide as the positive electrode active material and using an appropriate carbon material for the negative electrode active material, it is inexpensive, has excellent cycle characteristics, and can ensure safety during overcharge. An object of the present invention is to provide an electrolyte secondary battery.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の非水電解液二次
電池は、規則配列層状岩塩構造のリチウムニッケル複合
酸化物を正極活物質に用いた正極と、難黒鉛化性炭素を
負極活物質に用いた負極とを備えたことを特徴とする。
本非水電解液二次電池の負極活物質として用いる難黒鉛
化性炭素は、いわゆるハードカーボンと称されるもので
あり、ガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い炭素
質材料である。この難黒鉛化性炭素は、一般的には、熱
硬化性樹脂を炭素化して得られる材料であり、黒鉛化度
が低く、さらに熱処理温度を高くしても黒鉛化構造が発
達しない材料を意味する。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode using a lithium nickel composite oxide having a regularly arranged layered rock salt structure as a positive electrode active material, and a non-graphitizable carbon used as a negative electrode active material. A negative electrode used for the substance.
The non-graphitizable carbon used as the negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery is a so-called hard carbon, and is a carbonaceous material having an amorphous structure represented by glassy carbon. . This non-graphitizable carbon is generally a material obtained by carbonizing a thermosetting resin, and means a material that has a low degree of graphitization and does not develop a graphitized structure even when the heat treatment temperature is increased. I do.

【0012】黒鉛質材料が炭素網間にあるステージにリ
チウムを吸蔵するのに対して、難黒鉛化性炭素には明確
なステージが存在しないため、黒鉛質材料に比較してリ
チウムが吸蔵されるサイトを数多くもつと考えられる。
そのため、難黒鉛化性炭素は、黒鉛質炭素に比較して理
論容量の大きい負極を構成できることになる。ところ
が、実際の二次電池を構成した場合、リチウム吸蔵・放
出反応の可逆性が低い(充放電効率が低い)ため、電池
の実効放電容量は、黒鉛質炭素を負極活物質に用いた電
池より小さいものとなる。言い換えれば、難黒鉛化性炭
素は、電池の通常範囲の充放電においては黒鉛質炭素よ
り少ない量のリチウムイオンしか可逆的に吸蔵・放出で
きないにもかかわらず、潜在的な(不可逆的な)リチウ
ム吸蔵能力をもつ炭素材料である。
[0012] The graphite material occludes lithium at the stage between the carbon nets, whereas the non-graphitizable carbon does not have a definite stage, so that lithium is occluded compared to the graphite material. It is thought that there are many sites.
Therefore, non-graphitizable carbon can constitute a negative electrode having a larger theoretical capacity than graphitic carbon. However, when an actual secondary battery is constructed, the reversibility of the lithium storage / release reaction is low (the charge / discharge efficiency is low), so the effective discharge capacity of the battery is lower than that of the battery using graphite carbon as the negative electrode active material. It will be small. In other words, non-graphitizable carbon is a potential (irreversible) lithium, despite the fact that only a smaller amount of lithium ions can be reversibly absorbed and released than graphitic carbon in the normal range of charging and discharging of batteries. It is a carbon material with storage capacity.

【0013】本発明の非水電解液二次電池では、負極活
物質として用いた場合の難黒鉛化性炭素の上記特性を利
用するものである。つまり、難黒鉛化性炭素を負極活物
質に用いた非水電解液では、通常使用範囲の充放電時に
おいては、負極活物質側で正極活物質となるリチウムニ
ッケル複合酸化物へのリチウムイオンの吸蔵・放出量を
規制し、リチウムニッケル複合酸化物の大きな膨張・収
縮に伴う結晶構造の崩壊を抑制するように作用する。そ
して、一旦過充電に陥った場合には、自らがもつ大きな
不可逆的リチウム吸蔵能力によって、正極活物質から放
出される大量のリチウムイオンを吸蔵し、負極表面への
金属リチウムのデンドライトの析出を防止するように作
用する。
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention utilizes the above characteristics of non-graphitizable carbon when used as a negative electrode active material. In other words, in a non-aqueous electrolyte using non-graphitizable carbon as the negative electrode active material, during charge and discharge in the normal use range, lithium ions are transferred to the lithium nickel composite oxide, which becomes the positive electrode active material on the negative electrode active material side. It regulates the amount of occlusion and release, and acts to suppress the collapse of the crystal structure associated with large expansion and contraction of the lithium nickel composite oxide. Once overcharged, its large irreversible lithium storage capacity allows it to absorb a large amount of lithium ions released from the positive electrode active material, preventing the deposition of metallic lithium dendrite on the negative electrode surface. Acts to be.

【0014】本発明の非水電解液二次電池は、負極活物
質となる難黒鉛化性炭素の上記作用により、安価な規則
配列層状岩塩構造リチウムニッケル複合酸化物を有効に
正極活物質として用いることができ、繰り返される充放
電によっても放電容量が劣化の少なく、かつ、過充電時
の安全性に優れた二次電池となる。また本発明の非水電
解液二次電池では、正極活物質である規則配列層状岩塩
構造のリチウムニッケル複合酸化物に、基本組成がLi
NiO2で表されるものに対してNiサイトの一部を他
元素で置換することによって、組成式LiNixM1 yM2
z2(M1はCo、Mnから選ばれた少なくとも1種;
M2はAl、B、Fe、Cr、Mgから選ばれた少なく
とも1種;x+y+z=1;0.5<x<0.95;
0.01<y<0.4;0.001<z<0.2)で表
されるものを用いることもできる。このように、Niサ
イトの一部を他元素で置換することで、リチウムニッケ
ル複合酸化物の結晶構造の安定化を図り、非水電解液二
次電池のサイクル特性をより改善することが可能とな
る。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a negative electrode active material.
Due to the above-mentioned effect of non-graphitizable carbon,
Effective use of layered rock-salt lithium nickel composite oxide
Can be used as positive electrode active material, repeated charging and discharging
Discharge capacity is less degraded by electricity and overcharge
It becomes a secondary battery with excellent safety. In addition, the non-aqueous
In lyolysis secondary batteries, ordered positively active layered rock salt
The basic composition is Li
NiOTwoA part of the Ni site for the one represented by
By substituting the element, the composition formula LiNixM1 yM2
zOTwo(M1 is at least one selected from Co and Mn;
M2 is at least one selected from Al, B, Fe, Cr, and Mg.
X + y + z = 1; 0.5 <x <0.95;
0.01 <y <0.4; 0.001 <z <0.2)
What is done can also be used. Thus, Ni
By replacing part of the site with another element, the lithium nickel
Stabilization of the crystal structure of the composite oxide
It is possible to further improve the cycle characteristics of secondary batteries.
You.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】〈負極活物質〉本発明の非水電気
液二次電池において、負極活物質には難黒鉛化性炭素を
用いる。用いることのできる難黒鉛化性炭素には、フェ
ノール樹脂焼成体、フルフリルアルコール樹脂焼成体、
ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素等が挙
げられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <Negative electrode active material> In the non-aqueous electric liquid secondary battery of the present invention, non-graphitizable carbon is used as the negative electrode active material. The non-graphitizable carbon that can be used includes a phenol resin fired body, a furfuryl alcohol resin fired body,
Examples thereof include polyacrylonitrile-based carbon fiber and pseudo-isotropic carbon.

【0016】難黒鉛化性炭素は、例えば、有機化合物を
焼成することによって生成することができる。出発原料
としては、フルフリルアルコール樹脂、フルフラノール
樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ハ
ロゲン化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミ
ド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセチレン等の共役系樹
脂、セルロースおよびその誘導体等の有機高分子系化合
物等を挙げることができる。これらの出発物質を、例え
ば、窒素等の不活性ガス気流中にて300〜700℃で
炭化させた、後1〜100℃/分の速度で900〜15
00℃まで昇温し、到達温度にて0〜30時間保持する
ことによって、難黒鉛化性炭素を得ることができる。
The non-graphitizable carbon can be produced, for example, by firing an organic compound. Starting materials include furfuryl alcohol resin, furfuranol resin, furan resin, phenolic resin, acrylic resin, vinyl halide resin, polyimide resin, polyamideimide resin, polyamide resin, conjugated resin such as polyacetylene, cellulose and its derivatives, etc. And the like. These starting materials are, for example, carbonized in a stream of an inert gas such as nitrogen at 300 to 700 ° C., and thereafter 900 to 15 at a rate of 1 to 100 ° C./min.
By raising the temperature to 00 ° C. and maintaining the temperature at the ultimate temperature for 0 to 30 hours, non-graphitizable carbon can be obtained.

【0017】本発明の非水電解液二次電池に使用する難
黒鉛化性炭素は、X線回折法で得られる(002)面の
面間隔が0.34nm以上であり、(002)面のC軸
結晶子厚みが10.0nm以上であることが望ましい。
この理由は、面間隔が0.34nm未満では炭素六角構
造が発達した黒鉛化構造となるからであり、また、結晶
子厚みが10.0nm未満では真密度が黒鉛の1/2以
下となり、体積あたりの容量が低下するからである。
The non-aqueous graphitizable carbon used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a (002) plane spacing of at least 0.34 nm and a (002) plane obtained by X-ray diffraction. It is desirable that the C-axis crystallite thickness is 10.0 nm or more.
The reason for this is that if the interplanar spacing is less than 0.34 nm, a carbon hexagonal structure develops into a graphitized structure, and if the crystallite thickness is less than 10.0 nm, the true density becomes less than half that of graphite and the volume becomes less. This is because the capacity per unit decreases.

【0018】難黒鉛化性炭素の一例として、後の実施例
で使用する難黒鉛化性炭素である、大阪瓦斯製Carb
on−SのX線回折法による回折チャートを図1に掲げ
る。このCarbon−Sは、等方性ピッチ類を粉砕し
た後、900℃で炭素化させて得られた難黒鉛化性炭素
である。なお、図1には、比較のため、黒鉛質炭素の一
種であって、後の比較例において使用する黒鉛化メソフ
ェーズ小球体である大阪瓦斯製MCMB25−28の回
折チャートも掲げてある。
As an example of non-graphitizable carbon, a non-graphitizable carbon used in later examples, Carb manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.
FIG. 1 shows a diffraction chart based on the on-S X-ray diffraction method. This Carbon-S is non-graphitizable carbon obtained by pulverizing isotropic pitches and carbonizing at 900 ° C. FIG. 1 also shows, for comparison, a diffraction chart of MCMB25-28 manufactured by Osaka Gas, which is a kind of graphitic carbon and is a graphitized mesophase sphere used in a comparative example described later.

【0019】これらを、比較して判るように、難黒鉛化
性炭素は、黒鉛質炭素のようなシャープなピークが存在
しないことから、非晶質に近いものであることが確認で
きる。なお、チャート中の(002)面のピーク位置か
ら解析することにより、本難黒鉛化性炭素は、(00
2)面の面間隔が0.38nmとなっていることが確認
できる。
As can be seen from the comparison, the non-graphitizable carbon does not have a sharp peak unlike the graphitic carbon, so that it can be confirmed that the carbon is almost amorphous. In addition, by analyzing from the peak position of the (002) plane in the chart, the present non-graphitizable carbon is (00)
2) It can be confirmed that the spacing between the surfaces is 0.38 nm.

【0020】〈正極活物質〉本発明の非水電解液二次電
池において、正極活物質には規則配列層状岩塩構造のリ
チウムニッケル複合酸化物を用いる。この規則配列層状
岩塩構造のリチウムニッケル複合酸化物は化学量論組成
がLiNiO2で表される。上述したように層状岩塩構
造のLiNiO2は、現在の非水電解液二次電池におい
て主流となっている層状岩塩構造LiCoO2と比較し
て、安価であることおよび放出することのできるリチウ
ム量が多いことが利点である。
<Positive Electrode Active Material> In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a lithium nickel composite oxide having an ordered layered rock salt structure is used as the positive electrode active material. The stoichiometric composition of the lithium-nickel composite oxide having this ordered layered rock salt structure is represented by LiNiO 2 . As described above, LiNiO 2 having a layered rock salt structure is inexpensive and has an amount of lithium that can be released, compared to the layered rock salt structure LiCoO 2 that is currently mainstream in current nonaqueous electrolyte secondary batteries. More is an advantage.

【0021】本発明の非水電解液二次電池においては、
上記化学量論組成であるLiNiO 2あるいは化学量論
組成に近いリチウムニッケル複合酸化物を用いることが
できる。また、このリチウムニッケル複合酸化物結晶構
造の安定化を図り、よりサイクル劣化の少ない非水電解
液を得るためには、Niサイトの一部を他の元素で置換
した、組成式LiNixM1yM2z2(M1はCo、Mn
から選ばれた少なくとも1種;M2はAl、B、Fe、
Cr、Mgから選ばれた少なくとも1種;x+y+z=
1;0.5<x<0.95;0.01<y<0.4;
0.001<z<0.2)で表されるものを用いること
が望ましい。これらの中でも、上記M1がCoであり、
M2がAlである、組成式LiNixCoyAlz2で表
される層状岩塩構造のリチウムニッケル複合酸化物を用
いるのがより望ましい。置換元素となるCoはNiに比
べて酸化されにくいという性質を持ち、このCoを一部
固溶させることにより、満充電時においても構造中に残
るLiCoO2によって層状構造の安定化を図るもので
あり、リチウムニッケル複合酸化物の結晶構造の安定化
効果が高い。またAlは、過充電された場合等、過度に
正極活物質が酸化された場合であっても、酸素の離脱を
抑制するという役割を果たし、安全性向上効果が高い。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention,
LiNiO having the above stoichiometric composition TwoOr stoichiometry
Use of lithium nickel composite oxide with composition close to
it can. In addition, this lithium nickel composite oxide crystal structure
Non-aqueous electrolysis with stable structure and less cycle deterioration
To obtain a liquid, replace part of the Ni site with another element
The composition formula LiNixM1yM2zOTwo(M1 is Co, Mn
M2 is Al, B, Fe,
At least one selected from Cr and Mg; x + y + z =
1; 0.5 <x <0.95; 0.01 <y <0.4;
0.001 <z <0.2)
Is desirable. Among them, M1 is Co,
A composition formula LiNi wherein M2 is AlxCoyAlzOTwoIn table
Used lithium nickel composite oxide with layered rock salt structure
Is more desirable. Co, which is a substitution element, is smaller than Ni.
All have the property of being hardly oxidized, and this Co is partially
By forming a solid solution, it remains in the structure even when fully charged.
LiCoOTwoTo stabilize the layered structure.
Yes, stabilization of crystal structure of lithium nickel composite oxide
High effect. Al is excessively charged, such as when overcharged.
Even if the positive electrode active material is oxidized, oxygen
It plays a role of suppressing, and has a high effect of improving safety.

【0022】層状岩塩構造リチウム複合酸化物は、例え
ば、Li23とNiOの混合物を酸素中650〜700
℃焼成することにより、化学量論組成に近いものを合成
することができる。また、組成式LiNixCoyAlz
2で表されるものを合成する場合には、例えば、Li
OH、Ni(OH)2、Co23およびAl23をL
i:Ni:Co:Al=1:x:y:zに混合したもの
を、酸素雰囲気中800℃の温度下、8時間焼成するこ
とによって合成することができる。
The layered rock salt-structured lithium composite oxide is prepared, for example, by mixing a mixture of Li 2 O 3 and NiO in oxygen at 650-700.
By baking at ℃, it is possible to synthesize a material having a stoichiometric composition. In addition, the composition formula LiNi x Co y Al z
When synthesizing a compound represented by O 2 , for example, Li
OH, Ni (OH) 2 , Co 2 O 3 and Al 2 O 3
A mixture of i: Ni: Co: Al = 1: x: y: z can be synthesized by firing at 800 ° C. for 8 hours in an oxygen atmosphere.

【0023】また、リチウムニッケル複合酸化物は、X
線回折法における(003)面による回折ピークの強度
(003)と(104)面による回折ピークの強度I(104)
との比が、1.4<I(003)/I(104)<2.0となるも
のを用いるのが望ましい。I (003)/I(104)=2の場合
は、LiとNiとが完全にオーダーされた状態となり、
(003)/I(104)の値が1に近くなる程、LiとNiと
がランダムに混合された構造となる。I(003)/I(104)
>1.4の場合は、80%以上オーダーされた状態と判
断でき、活物質としての性能に優れるからである。
The lithium nickel composite oxide is represented by X
Of diffraction peak by (003) plane in X-ray diffraction method
I(003)Of diffraction peak due to (104) plane and I(104)
Is less than 1.4 <I(003)/ I(104)<2.0
It is desirable to use I (003)/ I(104)= 2
Is in a state where Li and Ni are completely ordered,
I(003)/ I(104)Is closer to 1, Li and Ni and
Are randomly mixed. I(003)/ I(104)
> 1.4, it is judged that the order is over 80%.
This is because it can be cut off and has excellent performance as an active material.

【0024】正極活物質として使用できるリチウムニッ
ケル複合酸化物の一例として、後の実施例において使用
する組成式LiNi0.85Co0.1Al0.052で表される
富士化学社製のリチウムニッケル複合酸化物のX線回折
法による回折チャートを図2に掲げる。なお、回折チャ
ート中の(003)面および(104)面のピーク強度
を比較することにより、このリチウムニッケル複合酸化
物はI(003)/I(104)の値が1.93であり、上記好適
範囲に属するものであることが確認できる。
As an example of a lithium nickel composite oxide which can be used as a positive electrode active material, a lithium nickel composite oxide manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd. and represented by a composition formula of LiNi 0.85 Co 0.1 Al 0.05 O 2 used in the following examples. FIG. 2 shows a diffraction chart based on the X-ray diffraction method. By comparing the peak intensities of the (003) plane and the (104) plane in the diffraction chart, the lithium nickel composite oxide has a value of I (003) / I (104) of 1.93. It can be confirmed that the material belongs to a suitable range.

【0025】〈非水電解液二次電池の構成と製造〉本発
明の非水電解液二次電池は、上記リチウムニッケル複合
酸化物を活物質とした正極と、上記難黒鉛化性炭素を負
極活物質とした負極とを主要構成要素とし、この正極お
よび負極、この正極および負極との間に挟装されるセパ
レータ、非水電解液等を電池ケースに組付けることによ
って構成することができる。
<Structure and Production of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery> The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode using the above-mentioned lithium nickel composite oxide as an active material, and a negative electrode comprising the above non-graphitizable carbon. A negative electrode as an active material is used as a main component, and the positive electrode and the negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and the like can be assembled in a battery case.

【0026】正極は、正極活物質である上記リチウムニ
ッケル複合酸化物の粉状体に導電材および結着剤を混合
し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたも
のを、アルミニウム等の金属箔製の集電体表面に塗布乾
燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成
することができる。導電材は、正極の電気伝導性を確保
するためのものであり、カーボンブラック、アセチレン
ブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体の1種又は2種以上
を混合したものを用いることができる。結着剤は、活物
質粒子および導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすもの
でポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデ
ン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポ
リエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。こ
れら活物質、導電材、結着剤を分散させる溶剤として
は、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いる
ことができる。
The positive electrode was prepared by mixing a powder of the above-mentioned lithium nickel composite oxide, which is a positive electrode active material, with a conductive material and a binder, and adding an appropriate solvent to form a paste-like positive electrode mixture. And the like, can be applied to the surface of a current collector made of metal foil and dried, and if necessary, compressed to increase the electrode density. The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode, and may be a mixture of one or more of carbon material powders such as carbon black, acetylene black, and graphite. The binding agent plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and may be a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene. . An organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as a solvent in which the active material, the conductive material, and the binder are dispersed.

【0027】負極は、負極活物質である上記難黒鉛化性
炭素の粉状体に結着剤を混合し、溶剤として水を加えて
ペースト状にした負極合材を、銅等の金属箔集電体の表
面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧
縮して形成することができる。正極同様、結着剤には、
ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂を用いることが
でき、また、活物質、結着剤を分散させる溶剤としてN
−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることが
できる。
The negative electrode is prepared by mixing a binder with the powder of the non-graphitizable carbon, which is a negative electrode active material, and adding water as a solvent to form a paste. It can be formed by coating and drying on the surface of the electric body and, if necessary, compressing to increase the electrode density. Like the positive electrode, the binder includes
A fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride can be used, and N.sub.2 is used as a solvent for dispersing the active material and the binder.
Organic solvents such as -methyl-2-pyrrolidone can be used.

【0028】正極と負極とを対向させて二次電池を構成
するのであるが、負極表面のデンドライトの析出を防止
する等の理由から、正極よりも負極の容量を多くして電
池を設計するのが望ましい。正極および負極の対極をL
iとして取り出せる容量を基準として考えた場合、面積
あたりの容量比(正負極面積容量比)が1.1〜2.0
となる範囲が好適である。この好適範囲となるように、
正負極の活物質密度および正負極の合材層の塗工厚を決
定するのが望ましい。
A secondary battery is constructed with the positive electrode and the negative electrode facing each other. However, in order to prevent dendrite deposition on the negative electrode surface, it is necessary to design the battery with a larger negative electrode capacity than the positive electrode. Is desirable. The counter electrode of the positive electrode and the negative electrode is L
When considering the capacity that can be taken out as i, the capacity ratio per area (positive / negative electrode area capacity ratio) is 1.1 to 2.0.
The following range is preferable. To be in this preferred range,
It is desirable to determine the active material density of the positive and negative electrodes and the coating thickness of the mixture layer of the positive and negative electrodes.

【0029】上記のように構成された正極および負極に
挟装させるセパレータは、正極と負極とを分離し電解液
を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン
等の薄い微多孔膜を用いることができる。非水電解液
は、電解質としてのリチウム塩を有機溶媒に溶解させた
ものである。リチウム塩は有機溶媒に溶解することによ
って解離し、リチウムイオンとなって電解液中に存在す
る。使用できるリチウム塩としては、LiBF4、Li
PF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAsF6
LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22等が
挙げられる。これらのリチウム塩は、それぞれ単独で用
いてもよく、また、これらのもののうち2種以上のもの
を併用することもできる。
The separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode configured as described above separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolyte, and a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used. . The non-aqueous electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt as an electrolyte in an organic solvent. The lithium salt is dissociated by dissolving in an organic solvent, and is present in the electrolyte as lithium ions. LiBF 4 , Li
PF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 ,
LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and the like. Each of these lithium salts may be used alone, or two or more of these lithium salts may be used in combination.

【0030】リチウム塩を溶解させる有機溶媒には、非
プロトン性の有機溶媒を用いる。例えば、環状カーボネ
ート、鎖状カーボネート、環状エステル、環状エーテル
あるいは鎖状エーテル等の1種または2種以上からなる
混合溶媒を用いることができる。環状カーボネートの例
示としてはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等
が、鎖状カーボネートの例示としてはジメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト等が、環状エステルの例示としてはガンマブチルラク
トン、ガンマバレルラクトン等が、環状エーテルの例示
としてはテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロ
フラン等が、鎖状エーテルの例示としてはジメトキシエ
タン、エチレングリコールジメチルエーテル等がそれぞ
れ挙げられる。これらのもののうちいずれか1種を単独
で用いることも、また2種以上を混合させて用いること
もできる。
An aprotic organic solvent is used as the organic solvent for dissolving the lithium salt. For example, a solvent mixture of one or more of cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether or chain ether can be used. Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate.Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate.Examples of the cyclic ester include gamma butyl lactone and gamma. Examples of barrel lactone include cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, and examples of chain ether include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. Any one of these can be used alone, or two or more can be used as a mixture.

【0031】上記電解質となるリチウム塩および有機溶
媒は、HF等の遊離酸の生成を防止すべく、充分に脱水
された状態で混合されるのが好ましく。また、電解液中
の電解質濃度は、内部抵抗を小さくするため、少なくと
も0.1M以上とするのが好ましく、通常の非水電解液
二次電池においては、0.2〜1.5Mとするのがさら
に好ましい。
It is preferable that the lithium salt and the organic solvent serving as the electrolyte are mixed in a sufficiently dehydrated state in order to prevent generation of free acids such as HF. Further, the electrolyte concentration in the electrolyte is preferably at least 0.1 M or more in order to reduce the internal resistance. In a normal non-aqueous electrolyte secondary battery, the concentration is 0.2 to 1.5 M. Is more preferred.

【0032】以上のものを構成要素とする非水電解液二
次電池であるが、その形状は円筒型、積層型等、種々の
ものとすることができる。いずれの形状を採る場合であ
っても、正極と負極との間にセパレータを挟装させ、正
極、負極を交互に積層するあるいはロール状に捲回する
等して電極体とし、正極集電体および負極集電体から外
部に通ずる正極端子および負極端子までの間を集電用リ
ード等を用いて接続し、この電極体に非水電解液を含浸
させ、電池ケースに密閉して二次電池が完成させられ
る。
The above-described non-aqueous electrolyte secondary battery is a non-aqueous electrolyte secondary battery. The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery may be various types such as a cylindrical type and a laminated type. In any case, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated or wound into a roll to form an electrode body. The negative electrode current collector is connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal that communicate with the outside using a current collecting lead, etc., and the electrode body is impregnated with a non-aqueous electrolyte solution, and sealed in a battery case to form a secondary battery. Is completed.

【0033】[0033]

【実施例】上記実施形態に基づき、リチウムニッケル複
合酸化物を正極活物質に用いた正極と難黒鉛化性炭素を
負極活物質に用いた負極とを備えた18650型円筒形
二次電池を、実施例として作製した。さらに、この二次
電池と比較すべく、負極活物質に黒鉛質炭素を負極活物
質として用いた二次電池を、比較例として作製した。そ
して、実施例および比較例の二次電池に対して充放電サ
イクル試験を行い、両者の二次電池のサイクル特性につ
いて評価した。以下に、これらについて説明する。
EXAMPLE Based on the above embodiment, a 18650 type cylindrical secondary battery provided with a positive electrode using a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material and a negative electrode using a non-graphitizable carbon as a negative electrode active material, It was produced as an example. Further, for comparison with this secondary battery, a secondary battery using graphite carbon as the negative electrode active material as a negative electrode active material was produced as a comparative example. Then, charge and discharge cycle tests were performed on the secondary batteries of the example and the comparative example, and the cycle characteristics of both the secondary batteries were evaluated. Hereinafter, these will be described.

【0034】〈実施例の非水電解液二次電池〉本二次電
池は、正極活物質にLiNi0.85Co0.1Al0.05
2(富士化学社製)に用い、負極活物質に難黒鉛化性炭
素(Carbon−S:大阪瓦斯製)を用いた二次電池
である。本二次電池の正極は以下のように作製した。ま
ず、85重量部の上記LiNi 0.85Co0.1Al0.052
に導電材としてアセチレンブラック(HS−100:電
気化学工業製)を5重量部混合した粉末に、結着剤とな
る12%ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/N−メチ
ル−2−ピロリドン(NMP)溶液を、PVDF固形分
が5重量部となるように混合し、さらに適量のNMPを
添加して粘度調整し、ペースト状の正極合材を得た。次
に、この正極合材を、正極集電体となる厚さ20μmの
アルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、正極合材層に
おける活物質密度が2.3g/cm3となるまで圧縮成
形して、シート状の正極とした。
<Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery of Example>
The pond uses LiNi as the positive electrode active material.0.85Co0.1Al0.05O
Two(Manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd.).
Battery using carbon (Carbon-S: Osaka Gas)
It is. The positive electrode of this secondary battery was produced as follows. Ma
85 parts by weight of the above LiNi 0.85Co0.1Al0.05OTwo
Acetylene black (HS-100:
Powder was mixed with 5 parts by weight of
12% polyvinylidene fluoride (PVDF) / N-methyl
Ru-2-pyrrolidone (NMP) solution, PVDF solid content
Is 5 parts by weight, and an appropriate amount of NMP is further added.
The viscosity was adjusted by adding the mixture to obtain a paste-like positive electrode mixture. Next
Then, this positive electrode mixture was formed into a 20 μm thick positive electrode current collector.
Apply to both sides of aluminum foil, dry and apply to positive electrode mixture layer
Active material density at 2.3g / cmThreeUntil compression
It was shaped into a sheet-shaped positive electrode.

【0035】負極は、以下のように作製した。まず、9
5重量部の上記難黒鉛化性炭素に、正極同様、結着剤と
なる12%PVDF/NMP溶液を、PVDF固形分が
5重量部となるように混合し、さらに適量のNMPを添
加して粘度調整し、ペースト状の負極合材を得た。次
に、この負極合材を、負極集電体となる厚さ10μmの
銅箔の両面に塗布し、乾燥後、負極合材層における活物
質密度が1.2g/cm 3となるまで圧縮成形して、シ
ート状の負極とした。なお、正極および負極合材層は、
予め求めておいた正極および負極活物質の容量に基づい
て、上述した正負極面積容量比が1.5となるような厚
さに形成した。
The negative electrode was manufactured as follows. First, 9
5 parts by weight of the above non-graphitizable carbon, like the positive electrode,
12% PVDF / NMP solution, PVDF solid content
5 parts by weight, and add an appropriate amount of NMP.
To adjust the viscosity to obtain a paste-like negative electrode mixture. Next
Next, this negative electrode mixture was formed into a 10 μm thick negative electrode current collector.
Apply to both sides of the copper foil, dry it, and use the active material in the negative electrode mixture layer.
1.2g / cm ThreeCompression molding until
The negative electrode was in the form of a sheet. The positive and negative electrode mixture layers are
Based on the positive and negative electrode active material capacity obtained in advance
And a thickness such that the above-described positive / negative electrode area capacity ratio becomes 1.5.
Formed.

【0036】上記正極および負極を、厚さ22μmのポ
リプロピレン製のセパレータを介して捲回し、ロール状
の電極体を構成させた。この電極体を18650型電池
缶に挿設し、非水電解液を注入して電極体に含浸させた
後、電池缶を封口して二次電池の組付けを完了させた。
なお、非水電解液には、エチレンカーボネートとジエチ
ルカーボネートとを体積比1:1に混合した混合溶媒
に、LiPF6を1Mの濃度で溶解させたものを用い
た。
The positive electrode and the negative electrode were wound through a 22 μm-thick polypropylene separator to form a roll-shaped electrode body. This electrode body was inserted into a 18650 type battery can, a non-aqueous electrolyte was injected to impregnate the electrode body, and then the battery can was sealed to complete the assembly of the secondary battery.
As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 M in a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1: 1 was used.

【0037】〈比較例の非水電解液二次電池〉本二次電
池は、正極活物質に、実施例の場合と同様、LiNi
0.85Co0.1Al0.052(富士化学社製)を用い、負極
活物質には、実施例の場合と異なり、黒鉛化メソフェー
ズ小球体(MCMB25−28:大阪瓦斯製)を用いた
二次電池である。
<Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery of Comparative Example> In this secondary battery, LiNi was used as the positive electrode active material in the same manner as in the example.
A secondary battery using 0.85 Co 0.1 Al 0.05 O 2 (manufactured by Fuji Chemical Co., Ltd.) and a graphitized mesophase sphere (MCMB25-28: manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) was used as the negative electrode active material, unlike the case of the embodiment. is there.

【0038】本二次電池の正極は、実施例の場合と同様
に作製した。負極は、95重量部の上記MCMBに結着
剤となる12%PVDF/NMP溶液をPVDF固形分
が5重量部となるように混合して得た負極合材を、実施
例の場合と同様に、銅箔製集電体表面に塗工し、活物質
密度が1.2g/cm3となるまで圧縮成形して作製し
た。正負極面積容量比についても、実施例の場合と同
様、1.5とした。この正極および負極を、実施例の場
合と同様な工程にて電池の組付けを完了させた。なお、
セパレータ、非水電解液、電池缶等の負極を除く他の構
成要素については、実施例のものと同じとした。
The positive electrode of this secondary battery was produced in the same manner as in the example. The negative electrode was prepared by mixing 95 parts by weight of the MCMB with a 12% PVDF / NMP solution serving as a binder so that the PVDF solid content was 5 parts by weight, in the same manner as in Example. Then, it was applied to the surface of a copper foil current collector, and compression molded until the active material density became 1.2 g / cm 3 . The positive / negative electrode area capacity ratio was set to 1.5 as in the case of the example. The assembling of the battery with the positive electrode and the negative electrode was completed in the same process as in the example. In addition,
Other components except the negative electrode such as the separator, the non-aqueous electrolyte, and the battery can were the same as those in the examples.

【0039】〈サイクル特性の評価〉実施例および比較
例の二次電池に対して、充放電サイクル試験を行いサイ
クル特性を評価した。実施例の二次電池に対しての試験
は以下のように行った。まず、試験に先立ち、コンディ
ショニングとして、20℃の恒温槽内で、0.25mA
/cm2の電流密度で4.1Vまで充電し、10分間休
止後、0.25mA/cm2の電流密度で2.5Vまで
の放電を行った。次いで、放電状態で3日間、20℃の
恒温槽内に保存した後、充放電サイクル試験に供した。
充放電サイクル試験は、一般に電池の使用温度の上限と
想定される60℃の高温下にて行った。充放電サイクル
試験の条件は、1.0mA/cm2の電流密度で4.1
Vまで充電し、10分間休止後、1.0mA/cm2
電流密度で2.5Vまで行う放電を、1サイクルとし、
これを500サイクルまで行うものとした。
<Evaluation of Cycle Characteristics> The secondary batteries of Examples and Comparative Examples were subjected to a charge / discharge cycle test to evaluate the cycle characteristics. The tests on the secondary batteries of the examples were performed as follows. First, before the test, as conditioning, 0.25 mA in a thermostat at 20 ° C.
/ Cm 2 at a current density of 4.1 V, and after a 10-minute pause, discharging was performed at a current density of 0.25 mA / cm 2 to 2.5 V. Next, the battery was stored in a constant temperature bath at 20 ° C. for 3 days in a discharged state, and then subjected to a charge / discharge cycle test.
The charge / discharge cycle test was performed at a high temperature of 60 ° C., which is generally assumed to be the upper limit of the operating temperature of the battery. The conditions for the charge / discharge cycle test were as follows: a current density of 1.0 mA / cm 2 and 4.1.
Discharge to 2.5 V at a current density of 1.0 mA / cm 2 after charging for 10 minutes and resting for 10 minutes.
This was performed up to 500 cycles.

【0040】比較例の二次電池に対しても、同様の充放
電サイクル試験を行った。但し、実施例の難黒鉛化性炭
素より酸化還元電位が約0.5V高いという理由から、
コンディショニングおよび充放電サイクル試験における
放電終止電圧を3.0Vとし、4.1V−3.0Vの間
で充放電を行うものとした。なお、実施例および比較例
のいずれの二次電池に対しても、2つの電池に対して試
験を行い評価した。
The same charge / discharge cycle test was performed on the secondary battery of the comparative example. However, because the oxidation-reduction potential is about 0.5 V higher than the non-graphitizable carbon of the example,
The discharge end voltage in the conditioning and charge / discharge cycle test was 3.0 V, and charge / discharge was performed between 4.1 V and 3.0 V. In each of the secondary batteries of the example and the comparative example, a test was performed on two batteries and evaluated.

【0041】充放電サイクル試験の結果について、実施
例および比較例の二次電池の、正極活物質単位重量あた
りの放電容量の変化を図3に、初期放電容量(1サイク
ル目の放電容量)を100%とした場合の容量維持率の
変化を図4に、それぞれ示す。さらに、実施例および比
較例のそれぞれの二次電池について、初期放電容量を1
00%とした場合の、1〜100サイクルまでのサイク
ルあたりの平均容量劣化率と、101〜500サイクル
までのサイクルあたりの平均容量劣化率とを、下記表1
に示す。
FIG. 3 shows the change in the discharge capacity per unit weight of the positive electrode active material of the secondary batteries of the examples and the comparative examples with respect to the results of the charge and discharge cycle test. FIG. 4 shows the change in the capacity retention ratio when 100% is set. Furthermore, the initial discharge capacity of each of the secondary batteries of Example and Comparative Example was 1
Table 1 below shows the average capacity deterioration rate per cycle from 1 to 100 cycles and the average capacity deterioration rate per cycle from 101 to 500 cycles in the case of 00%.
Shown in

【0042】[0042]

【表1】 図3に示すように、比較例の二次電池は初期放電容量が
約150mAh/gあるのに対して、実施例の二次電池
は初期放電容量が約120mAh/gと小さい、これ
は、負極活物質である難黒鉛化性炭素が不可逆的にリチ
ウムを吸蔵する能力が大きい(不可逆容量が大きい)こ
とに起因するものである。ところが、約350サイクル
目以降では逆転し、難黒鉛化性炭素を負極活物質に用い
た実施例の二次電池のほうが放電容量が大きくなること
が判る。
[Table 1] As shown in FIG. 3, the secondary battery of the comparative example has an initial discharge capacity of about 150 mAh / g, whereas the secondary battery of the example has an initial discharge capacity of about 120 mAh / g, which is small. This is due to the fact that the non-graphitizable carbon as the active material has a large ability to irreversibly occlude lithium (has a large irreversible capacity). However, the reverse was observed after about the 350th cycle, and it was found that the secondary battery of the example using the non-graphitizable carbon as the negative electrode active material had a larger discharge capacity.

【0043】図4に示す容量維持率の変化に着目すれ
ば、比較例の二次電池は約10サイクルまで容量の増加
が確認され、それ以降においては上に凸状の曲線を描き
ながら劣化する様子が確認できる。これに対して実施例
の二次電池では、サイクル当初で容量劣化が若干大きい
ものの、ほとんど一定のごく小さい割合でしか容量劣化
しないことが確認できる。これを、表4が示す平均容量
劣化率で明らかにすれば、比較例の二次電池では、10
0サイクルまでの劣化率が0.06%と小さく、以降の
サイクルでは0.13%と大きな値を示しているのに対
して、実施例の二次電池では、100サイクルまでの劣
化率が0.1%と比較的大きく、以降のサイクルでは
0.02%と極めて小さな値を示していることが判る。
Focusing on the change in the capacity retention ratio shown in FIG. 4, the secondary battery of the comparative example shows an increase in capacity up to about 10 cycles, and thereafter degrades while drawing an upwardly convex curve. You can check the situation. On the other hand, in the secondary battery of the example, although the capacity deterioration is slightly large at the beginning of the cycle, it can be confirmed that the capacity deterioration is almost constant at a very small rate. If this is clarified by the average capacity deterioration rate shown in Table 4, in the secondary battery of the comparative example, 10
The deterioration rate up to 0 cycles is as small as 0.06%, and the subsequent cycle shows a large value of 0.13%. On the other hand, in the secondary battery of the embodiment, the deterioration rate up to 100 cycles is 0%. It can be seen that the value is relatively large at 0.1% and is extremely small at 0.02% in the subsequent cycles.

【0044】以上の結果を総合すれば、正極活物質にリ
チウムニッケル複合酸化物を用いた非水電解液二次電池
においては、負極活物質に黒鉛質炭素を用いる二次電池
よりも、難黒鉛化性炭素を用いた二次電池のほうが、あ
る程度長期的に見た場合、サイクル特性に優れており、
より実用的な二次電池であるといえる。また、充放電サ
イクル試験を、電池の実使用上限温度と見込まれる60
℃という温度で行っていることから、難黒鉛化性炭素を
負極活物質に用いた二次電池は、高温サイクル特性に優
れた二次電池であるといえる。
Summarizing the above results, the nonaqueous electrolyte secondary battery using the lithium nickel composite oxide as the positive electrode active material is more difficult to graphitize than the secondary battery using graphite carbon as the negative electrode active material. Secondary batteries using carbonizable carbon have better cycle characteristics when viewed over a long period of time,
It can be said that this is a more practical secondary battery. In addition, the charge / discharge cycle test was conducted at 60
Since it is performed at a temperature of ° C., it can be said that a secondary battery using non-graphitizable carbon as the negative electrode active material is a secondary battery having excellent high-temperature cycle characteristics.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明は、非水電解液二次電池を、規則
配列層状岩塩構造のリチウムニッケル複合酸化物を正極
活物質に用いた正極と、難黒鉛化性炭素を負極活物質に
用いた負極とで構成させるものである。このような構成
としたことで、本発明の非水電解液二次電池は、従来の
主流であるリチウムコバルト複合酸化物を正極活物質に
用いた二次電池より安価な二次電池となり、また、サイ
クル特性、特に高温下でのサイクル特性が良好であっ
て、かつ、過充電時の安全性にも優れた二次電池とな
る。
According to the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery is used for a positive electrode using a lithium nickel composite oxide having an ordered layered rock salt structure as a positive electrode active material and a non-graphitizable carbon as a negative electrode active material. And the negative electrode. With such a configuration, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a secondary battery that is less expensive than a conventional secondary battery using a lithium cobalt composite oxide as a positive electrode active material, and In addition, a secondary battery having good cycle characteristics, especially cycle characteristics at high temperatures, and excellent safety during overcharge can be obtained.

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

【図1】 難黒鉛化性炭素および黒鉛質炭素のX線回折
法による回折チャートを示す。
FIG. 1 shows a diffraction chart of non-graphitizable carbon and graphitic carbon by an X-ray diffraction method.

【図2】 規則配列層状岩塩構造リチウムニッケル複合
酸化物のX線回折法による回折チャートを示す。
FIG. 2 shows a diffraction chart of an ordered layered rock salt structure lithium nickel composite oxide by an X-ray diffraction method.

【図3】 実施例および比較例の二次電池の正極活物質
単位重量あたりの放電容量の変化を示す。
FIG. 3 shows a change in discharge capacity per unit weight of a positive electrode active material of the secondary batteries of Examples and Comparative Examples.

【図4】 実施例および比較例の二次電池の容量維持率
の変化を示す。
FIG. 4 shows changes in the capacity retention ratio of the secondary batteries of the example and the comparative example.

フロントページの続き (72)発明者 本間 隆彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 則竹 達夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 奥田 匠昭 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 竹内 要二 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 小林 哲郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 佐々木 厳 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 向 和彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 5H003 AA04 AA10 BB01 BB05 BC06 BD00 BD03 5H014 AA02 EE08 EE10 HH00 HH01 5H029 AJ05 AJ12 AK03 AL06 AM01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 DJ17 HJ02 HJ04 HJ13 Continued on the front page (72) Inventor Takahiko Homma 41, Chuchu-ji, Yoji, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Institute, Inc. (72) Inventor Tatsuo Noriku, Tatsuo Noriku, Nagatsu-cho, Aichi-gun, Aichi, 41 No. 1 in Toyota Central Research Institute, Inc. (72) Inventor Takuaki Okuda 41, Oku-cho, Yoji, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture No. 1 in Toyota Central Research Institute, Inc. (72) Inventor Yuji Takeuchi Aichi, Aichi (71) Inventor Tetsuro Kobayashi Tetsuro Kobayashi, 41-Cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Gunaga-cho, Gunichi Person Takeshi Sasaki 41-Chome, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiko Mukai 41-Cho, Yakumichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture 1 Toyota-Chuo Corporation F-term in the laboratory (reference) 5H003 AA04 AA10 BB01 BB05 BC06 BD00 BD03 5H014 AA02 EE08 EE10 HH00 HH01 5H029 AJ05 AJ12 AK03 AL06 AM01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 DJ17 HJ02 HJ04 HJ13

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 規則配列層状岩塩構造のリチウムニッケ
ル複合酸化物を正極活物質に用いた正極と、難黒鉛化性
炭素を負極活物質に用いた負極とを備えた非水電解液二
次電池。
1. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode using a lithium nickel composite oxide having an ordered layered rock salt structure as a positive electrode active material and a negative electrode using non-graphitizable carbon as a negative electrode active material. .
【請求項2】 前記難黒鉛化性炭素は、X線回折法で得
られる(002)面の面間隔が0.34nm以上であ
り、(002)面のC軸結晶子厚みが10.0nm以上
である請求項1に記載の非水電解液二次電池。
2. The non-graphitizable carbon has a (002) plane spacing of at least 0.34 nm and a (002) C-axis crystallite thickness of at least 10.0 nm obtained by X-ray diffraction. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記リチウムニッケル複合酸化物は、組
成式LiNixM1yM2 z2(M1はCo、Mnから選ば
れた少なくとも1種;M2はAl、B、Fe、Cr、M
gから選ばれた少なくとも1種;x+y+z=1;0.
5<x<0.95;0.01<y<0.4;0.001
<z<0.2)で表される請求項1または請求項2のい
ずれかに記載の非水電解液二次電池。
3. The lithium-nickel composite oxide comprises a set
Formula LiNixM1yM2 zOTwo(M1 is selected from Co and Mn
M2 is Al, B, Fe, Cr, M
g + x + y + z = 1;
5 <x <0.95; 0.01 <y <0.4; 0.001
<Z <0.2) according to claim 1 or claim 2.
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to any of the above.
【請求項4】 前記組成式中の前記M1がCoであり、
M2がAlである請求項3に記載の非水電解液二次電
池。
4. The composition according to claim 1, wherein said M1 is Co,
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein M2 is Al.
【請求項5】 前記リチウムニッケル複合酸化物は、X
線回折法における(003)面の回折ピークの強度I
(003)と(104)面の回折ピークの強度I(104)との比
が、 1.4<I(003)/I(104)<2.0 となる請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の非水
電解液二次電池。
5. The lithium-nickel composite oxide comprises X
Of diffraction peak of (003) plane in X-ray diffraction method
The ratio of the diffraction peak intensity I (104) of the (003) plane to the (104) plane is 1.4 <I (003) / I (104) <2.0. A non-aqueous electrolyte secondary battery according to any of the above items.
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