JP2000231937A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2000231937A
JP2000231937A JP11031085A JP3108599A JP2000231937A JP 2000231937 A JP2000231937 A JP 2000231937A JP 11031085 A JP11031085 A JP 11031085A JP 3108599 A JP3108599 A JP 3108599A JP 2000231937 A JP2000231937 A JP 2000231937A
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JP
Japan
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active material
electrode active
secondary battery
positive electrode
negative electrode
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Application number
JP11031085A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoji Takeuchi
要二 竹内
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
Takahiko Honma
隆彦 本間
Tatsuo Noritake
達夫 則竹
Hideyuki Nakano
秀之 中野
Naruaki Okuda
匠昭 奥田
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 reduce a cost, enhance cycle characteristics and secure safety when overcharging as well as to stabilize a positive electrode active material itself, by using a positive electrode active material of a lithium nickel composite oxide having a rock-salt structure with orderly arranged layers obtained by substituting a part of a Ni site by other elements for the positive electrode and a negative electrode active material of a mixture of graphite and coke for the negative electrode. SOLUTION: The composition of a composite oxide for a positive electrode active material is shown by the formula LiNixM1yM2zO2z. (In the formula, Mi: At least one kind Selected from Co, Mn, M2: one or more kinds selected from Al, B, Fe, Cr, Mg; x+y+z=1, 0.5<x<0.95, 0.01<y<0.4, 0.001<z<0.2. A part of inexpensive Ni contained in the positive electrode active material is substituted by two or more elements to improve cycle characteristics. A negative electrode active material of a mixture of highly crystalline graphite and inexpensive coke increases a battery capacity, and suppresses a crystal from being collapsed by restricting a movement of a Li ion between both electrodes during normal charge and discharge. In addition, deposition of a dendrite on the negative electrode at the time of excessive charging is prevented by irreversible large capacity.

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 as a material capable of obtaining 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のコストを押
し上げる大きな要因となっている。したがって、例えば
リチウムイオン二次電池を電気自動車用の電源として用
いるような場合、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 increases the cost of lithium ion secondary batteries. Therefore, for example, when a lithium ion secondary battery is used as a power source for an electric vehicle, a large capacity is required.
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、例えば屋外放置される
可能性のある電気自動車用電源等の用途の場合、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, in the case of an application such as a power source for an electric vehicle that may be left outdoors, the secondary battery also has a small cycle deterioration at a high temperature because the deterioration proceeds further at a high temperature at which the battery reaction is activated. It is one of the important characteristics required for

【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、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, even with these means, it has been difficult to obtain a secondary battery having practically satisfactory 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と考えられ
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LiNiO2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 . It is thought to be in collapse. The present inventors have conducted intensive studies and found that by selecting an appropriate carbon material as an active material of a negative electrode to be opposed, the amount of lithium ions absorbed and released by LiNiO 2 during charge and discharge can be regulated. I got Also, regarding the precipitation of dendrite on the negative electrode surface during overcharge,
It has been found that the problem can be solved by selecting an appropriate material for the carbon material serving as the negative electrode active material.

【0010】本発明は、上記知見に基づくものであり、
Niサイトの一部を他元素で置換した層状岩塩構造リチ
ウムニッケル複合酸化物を正極活物質に用いて正極活物
質自体の安定化を図り、それに加え、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,
Stabilization of the positive electrode active material itself by using a layered rock-salt structure lithium nickel composite oxide in which part of the Ni site is replaced with another element as the positive electrode active material, and in addition, use of an appropriate carbon material for the negative electrode active material Is inexpensive and
An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent cycle characteristics and capable of ensuring safety during overcharge.

【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、組成式LiNixM1yM2z2(M1はCo、M
nから選ばれた少なくとも1種;M2はAl、B、F
e、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、黒鉛とコークスとの混合物を負極活物質
に用いた負極とを含んでなることを特徴とする。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a composition formula of LiNi x M1 y M2 z O 2 (M1 is Co, M
at least one selected from n; M2 is Al, B, F
at least one selected from e, Cr, and Mg; x + y +
z = 1; 0.5 <x <0.95; 0.01 <y <0.
4; a positive electrode using a lithium nickel composite oxide having an ordered layered rock salt structure represented by 0.001 <z <0.2) as a positive electrode active material, and a mixture of graphite and coke as a negative electrode active material. And a negative electrode.

【0012】本発明の非水電解液二次電池の正極活物質
は、層状岩塩構造LiCoO2より安価である層状岩塩
構造LiNiO2をベースとして、このLiNiO2の結
晶構造の安定化を図るべく、Niサイトの一部を2種以
上の所定元素の原子で置換させたものである。したがっ
て、このリチウムニッケル複合酸化物は、安価でかつサ
イクル特性の良好な二次電池を構成できるものとなる。
The positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is based on a layered rock salt structure LiNiO 2 , which is less expensive than the layered rock salt structure LiCoO 2 , in order to stabilize the crystal structure of the LiNiO 2 . The Ni site is partially substituted with atoms of two or more kinds of predetermined elements. Therefore, this lithium-nickel composite oxide can constitute a secondary battery which is inexpensive and has good cycle characteristics.

【0013】本発明の非水電解液二次電池の負極活物質
には、黒鉛とコークスとの混合物を用いる。黒鉛は結晶
性が高く、リチウムイオンの吸蔵される明確なステージ
をもつことからリチウムイオンの吸蔵・放出がスムーズ
に行われ、可逆的に充放電可能な容量が大きい。これに
対してコークスは、炭素物質の中で極めて安価であり、
また、黒鉛化度が低く結晶性が低い物質で、不可逆的な
容量は大きいものの、可逆的にリチウムイオンを吸蔵・
放出できる容量が小さい。この異なる2種の炭素材料を
混合させた負極活物質は、電池容量を大きく保つと共
に、通常充放電範囲におけるリチウムイオンの正負極間
の移動を効果的に制限して、大量のリチウムの吸蔵・放
出に起因する正極活物質あるリチウムニッケル複合酸化
物の結晶構造の崩壊を抑制し、サイクル特性の良好な二
次電池を構成できるものとなる。また、この負極活物質
は、コークスのもつ不可逆容量の大きさにより、二次電
池が一旦過充電に陥った場合であっても、負極表面への
デンドライトの析出を防止でき、過充電時の安全性にも
優れた電池を構成できるものとなる。
[0013] A mixture of graphite and coke is used as the negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. Graphite has high crystallinity and has a clear stage in which lithium ions are occluded, so that lithium ions can be smoothly inserted and extracted, and the reversible charge / discharge capacity is large. On the other hand, coke is extremely cheap among carbon materials,
In addition, it is a substance with low degree of graphitization and low crystallinity.
The capacity that can be released is small. The negative electrode active material in which the two different carbon materials are mixed keeps the battery capacity large and effectively restricts the transfer of lithium ions between the positive and negative electrodes in the normal charge / discharge range, thereby storing and storing a large amount of lithium. It is possible to suppress the collapse of the crystal structure of the lithium nickel composite oxide as the positive electrode active material due to the release, and to configure a secondary battery having good cycle characteristics. In addition, due to the size of the irreversible capacity of coke, even if the secondary battery is once overcharged, the negative electrode active material can prevent dendrite from depositing on the surface of the negative electrode. Thus, a battery having excellent performance can be formed.

【0014】本発明の非水電解液二次電池は、上記正極
活物質と負極活物質とを組み合わせて構成することで、
安価で、サイクル特性の良好な、特に二次電池内部抵抗
が減少する高温環境下のサイクル特性についても良好な
二次電池となり、過充電時の安全性にも優れた二次電池
となる。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is constructed by combining the above-mentioned positive electrode active material and negative electrode active material.
A secondary battery that is inexpensive and has good cycle characteristics, particularly also has excellent cycle characteristics in a high-temperature environment where the internal resistance of the secondary battery is reduced, and has excellent safety during overcharge.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て、正極活物質、負極活物質、非水電解液二次電池の構
成と製造の順に、詳しく説明する。 〈正極活物質〉本発明の非水電解液二次電池は、上述し
たように、正極活物質に、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、LiNixM1yM2z2は、役割の異なるM
1、M2の2種以上の元素でNiサイトの一部を置換した
ものとなっている。置換させる割合、つまり組成式にお
けるxの値は、0.5<x<0.95とする。x≦0.
5の場合は、層状岩塩構造のものだけでなく、スピネル
構造等の第2の相が生成するからであり、また、x≧
0.95の場合は、置換効果が少なすぎて、目的とする
良好なサイクル特性の電池を構成できないからである。
なお、0.7<x<0.9の範囲とするのがさらに好ま
しい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail in the order of the structure and manufacture of a positive electrode active material, a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery. <Positive Electrode Active Material> As described above, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the composition formula LiNi x M1 y M2 z O 2
(M1 is at least one selected from Co and Mn; M2 is at least one selected from Al, B, Fe, Cr and Mg)
Species; x + y + z = 1; 0.5 <x <0.95; 0.01
<Y <0.4; 0.001 <z <0.2) A lithium nickel composite oxide having an ordered layered rock salt structure represented by: This LiNi x M1 y M2 z O 2 is composed of M having different roles.
1, a part of the Ni site is substituted by two or more elements of M2. The substitution ratio, that is, the value of x in the composition formula, is set to 0.5 <x <0.95. x ≦ 0.
In the case of 5, not only a layer having a layered rock salt structure but also a second phase such as a spinel structure is formed.
In the case of 0.95, the replacement effect is too small, so that a battery having good desired cycle characteristics cannot be formed.
It is more preferable to set the range of 0.7 <x <0.9.

【0016】Co、Mnから選ばれる元素M1は、主
に、リチウムニッケル複合酸化物の結晶構造を安定化す
る役割を果たしている。M1での結晶構造安定化によ
り、非水電解液二次電池のサイクル特性は良好に保た
れ、特に高温下での充放電および高温下での貯蔵による
電池容量の劣化が抑制される。サイクル特性の改善効果
を充分に発揮させるために、M1の置換割合、つまり組
成式におけるyの値は0.01<y<0.4とする。y
≦0.01の場合は、構成される二次電池の結晶構造安
定化が充分でないためサイクル特性が良好ではなく、y
≧0.4の場合はリチウムニッケル複合酸化物の結晶性
が低下し好ましくない。なお、0.05<y<0.3と
するのがより好ましい。さらに、Coには、元素置換に
よる容量低下を抑えるとともに、Li(Co,Ni)O
2は全固溶型であり、結晶性の低下を最小限にとどめる
という利点があることから、これを考慮すれば、M1に
Coを用いることが望ましい。
The element M1 selected from Co and Mn mainly plays a role of stabilizing the crystal structure of the lithium nickel composite oxide. By stabilizing the crystal structure at M1, the cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are kept good, and deterioration of the battery capacity due to charge / discharge at high temperature and storage at high temperature is particularly suppressed. In order to sufficiently exert the effect of improving the cycle characteristics, the substitution ratio of M1, that is, the value of y in the composition formula, is set to 0.01 <y <0.4. y
When ≦ 0.01, the crystal structure of the formed secondary battery is not sufficiently stabilized, so that the cycle characteristics are not good.
If ≧ 0.4, the crystallinity of the lithium-nickel composite oxide is undesirably reduced. It is more preferable that 0.05 <y <0.3. Further, Co has a capacity reduction due to element substitution, and Li (Co, Ni) O
2 is an all-solid solution type and has the advantage of minimizing the decrease in crystallinity. Therefore, considering this, it is desirable to use Co for M1.

【0017】Al、B、Fe、Cr、Mgから選ばれる
元素M2は、主に、酸素放出に伴う活物質の分解反応を
抑え、熱安定性を向上させるという役割を果たしてい
る。この役割のため、M2の置換割合、つまり組成式に
おけるzの値は、0.001<z<0.2とする。z≦
0.001の場合は、安全性に対して十分な効果が得ら
れなくなり、z≧0.2の場合は、正極の容量が低下し
てしまうため好ましくない。なお、0.004<z<
0.1とするのがより好ましい。さらに、Alには、熱
安定性を向上させつつ、容量低下を最小限に抑えるとい
う利点があることから、これを考慮すれば、M2にAl
を用いることが望ましい。
The element M2 selected from Al, B, Fe, Cr and Mg mainly serves to suppress the decomposition reaction of the active material due to the release of oxygen and to improve the thermal stability. Due to this role, the substitution ratio of M2, that is, the value of z in the composition formula, is set to 0.001 <z <0.2. z ≦
In the case of 0.001, a sufficient effect on safety cannot be obtained, and in the case of z ≧ 0.2, the capacity of the positive electrode decreases, which is not preferable. In addition, 0.004 <z <
More preferably, it is 0.1. Furthermore, Al has the advantage of minimizing the capacity loss while improving the thermal stability.
It is desirable to use

【0018】組成式LiNixM1yM2z2で表される層
状岩塩構造リチウムニッケル複合酸化物は、例えば、L
iOH・H2O、Ni(OH)2、Co34、Al(O
H)3をそれぞれ所定量混合し、酸素気流中で850℃
程度の温度で、20時間程度の時間焼成することによっ
て、合成することができる。 〈負極活物質〉本発明の非水電解液二次電池では、負極
活物質に黒鉛とコークスとの混合物を用いる。
The layered rock salt structure lithium nickel composite oxide represented by the composition formula LiNi x M1 y M2 z O 2 is, for example, L
iOH.H 2 O, Ni (OH) 2 , Co 3 O 4 , Al (O
H) A predetermined amount of each of 3 was mixed and 850 ° C in an oxygen stream.
It can be synthesized by firing at a temperature of about 20 hours for about 20 hours. <Negative electrode active material> In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a mixture of graphite and coke is used as the negative electrode active material.

【0019】混合物を構成する黒鉛は、真密度が高く体
積比容量を大きくできること、低い充放電電位で平坦性
のよいこと等のメリットがあり、非水電解液二次電池の
高エネルギー密度化に貢献する。本二次電池において
は、ベースとなる炭素材料にこの黒鉛を使用し、放電容
量を確保している。黒鉛には、天然黒鉛、例えばコーク
スを2800℃以上で熱処理等して得られる人造黒鉛等
の種々のものを用いることができる。これらの中でも、
ピッチ類を400℃前後で加熱する過程で得られる光学
異方性をもつメソフェーズ小球体を2000℃以上の温
度で黒鉛化させた黒鉛化メソフェーズ小球体(MCM
B)を用いるのが望ましい。MCMBは、結晶子が球状
粒子の中でラメラ状に配向して結晶子端面が粒子表面に
露出していることから、リチウムイオンの吸蔵・放出が
よりスムーズに行われ、大電流の充放電に適した材料と
なるからである。
The graphite constituting the mixture has advantages such as a high true density, a large volume specific capacity, a good flatness at a low charge / discharge potential, and a high energy density of a nonaqueous electrolyte secondary battery. To contribute. In this secondary battery, this graphite is used as a base carbon material to secure a discharge capacity. As the graphite, various materials such as natural graphite, for example, artificial graphite obtained by heat-treating coke at 2800 ° C. or more can be used. Among these,
Graphitized mesophase microspheres (MCM) obtained by graphitizing mesophase microspheres having optical anisotropy obtained in the process of heating pitches at about 400 ° C. at a temperature of 2000 ° C. or more.
It is desirable to use B). In MCMB, since the crystallites are oriented in a lamellar shape in spherical particles and the crystallite end faces are exposed on the particle surface, the absorption and release of lithium ions are performed more smoothly, and the charging and discharging of a large current is performed. This is because it becomes a suitable material.

【0020】黒鉛に混合させるコークスは、例えば、石
炭や石油から得られるタールピッチ原料を1500℃程
度までの比較的低温で熱処理することによって得られ
る。黒鉛化度が低く結晶性が低い炭素材料の1種であ
る。コークスは、非水電解液二次電池の負極活物質とし
て用いられる炭素材料の中でも、極めて安価であるとい
うメリットを有する。また、黒鉛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、コークスには明
確なステージが存在しないため、黒鉛に比較してリチウ
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、コークスは、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、コークスは、電池の通常範囲の充
放電においては黒鉛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。コークスのこの特質を利用することで、通常充放電
範囲におけるリチウムイオンの正負極間の移動を制限し
て、正極活物質であるリチウムニッケル複合酸化物の結
晶構造の崩壊を抑制し、サイクル特性を向上させ、二次
電池が過充電に陥った場合でも安全性を確保している。
Coke to be mixed with graphite can be obtained, for example, by subjecting a tar pitch raw material obtained from coal or petroleum to a heat treatment at a relatively low temperature of about 1500 ° C. It is one type of carbon material having low degree of graphitization and low crystallinity. Coke has an advantage of being extremely inexpensive among carbon materials used as a negative electrode active material of a nonaqueous electrolyte secondary battery. In addition, graphite stores lithium in the stage between the carbon nets, whereas coke does not have a definite stage. Therefore, it is considered that there are many sites where lithium is stored compared to graphite. Therefore, coke 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 insertion / removal reaction is low (the charge / discharge efficiency is low), so the effective discharge capacity of the battery is smaller than that of a battery using graphite as the negative electrode active material. Becomes In other words, coke is a carbon material that has a potential (irreversible) lithium storage capacity, despite the fact that only a smaller amount of lithium ions can be stored and released reversibly than graphite in the normal range of charging and discharging of batteries. It is. By utilizing this characteristic of coke, the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes in the normal charge and discharge range is restricted, the collapse of the crystal structure of the lithium nickel composite oxide, which is the positive electrode active material, is suppressed, and the cycle characteristics are improved. It ensures safety even if the secondary battery is overcharged.

【0021】以上のことから、混合物中のコークスの混
合割合は、10wt%以上90wt%以下とすることが
望ましい。コークスの混合割合大きすぎる場合には二次
電池の通常の充放電における電池容量が小さくなってし
まい、また逆に、コークスの混合割合が小さすぎる場合
には、サイクル特性が低下するからである。なお、コー
クスを単独で負極活物質に用いた場合は、構成された二
次電池の電池電圧がかなり低くなってしまう。この点を
考慮しても、黒鉛とコークスとの混合物を負極活物質に
用いることが望ましいといえる。
From the above, it is desirable that the mixing ratio of coke in the mixture be 10 wt% or more and 90 wt% or less. If the mixing ratio of coke is too large, the battery capacity during normal charging and discharging of the secondary battery will be small. Conversely, if the mixing ratio of coke is too small, the cycle characteristics will deteriorate. In addition, when coke is used alone as the negative electrode active material, the battery voltage of the configured secondary battery becomes considerably low. Even in consideration of this point, it can be said that it is desirable to use a mixture of graphite and coke for the negative electrode active material.

【0022】〈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
酸化物を正極活物質とした正極と、上記黒鉛とコークス
との混合物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 Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery> The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a mixture of the above-mentioned lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material, graphite and coke. And a negative electrode having a negative electrode active material as a main component, and a positive electrode and a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and the like may be assembled in a battery case. it can.

【0023】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.

【0024】負極は、負極活物質である上記黒鉛とコー
クスとの混合物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 powder of a mixture of graphite and coke as the negative electrode active material with a binder and adding water as a solvent to form a paste into a paste. It can be formed by coating and drying on the surface of the current collector and, if necessary, compressing it to increase the electrode density. Like the positive electrode, the binder may be a fluororesin such as polyvinylidene fluoride, and the active material may be an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent for dispersing the binder. Can be.

【0025】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
するという本発明の目的から、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
の理論容量(不可逆容量をも含めた容量)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1.1〜2.5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 a positive electrode and a negative electrode facing each other. However, in order to prevent dendrite deposition on the negative electrode surface, the battery is designed with a larger capacity of the negative electrode than the positive electrode. It is desirable to do. When considering the theoretical capacity of the positive and negative electrodes (capacity including irreversible capacity) as a reference, the capacity ratio per area (positive and negative electrode area capacity ratio)
Is preferably in the range of 1.1 to 2.5. It is desirable to determine the active material density of the positive electrode and the negative electrode and the coating thickness of the mixture layer of the positive electrode and the negative electrode so as to be within this preferable range.

【0026】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 forms lithium ions in the electrolyte. 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.

【0027】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.

【0028】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 acid 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.

【0029】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 non-aqueous electrolyte secondary battery having the above-mentioned components as constituent elements can be of various shapes 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.

【0030】[0030]

【実施例】上記実施形態に基づき、Niサイトを所定元
素で置換した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、上記黒鉛とコークスとの混合物を負極
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、負極活物質に黒鉛を単独で用いた二次電
池、負極活物質にコークスを単独で用い二次電池、およ
びNiサイトを置換していないリチウムニッケル複合酸
化物を正極活物質に用いた二次電池を、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 positive electrode using a lithium nickel composite oxide in which a Ni site was substituted with a predetermined element as a positive electrode active material, and a negative electrode using a mixture of graphite and coke as a negative electrode active material were used. The provided 18650 type cylindrical secondary battery was manufactured as an example. Furthermore, for comparison with this secondary battery, a secondary battery using graphite alone as the negative electrode active material, a secondary battery using coke alone as the negative electrode active material, and a lithium-nickel composite oxide without replacing Ni sites A secondary battery using the product as a positive 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.

【0031】〈実施例の非水電解液二次電池〉本二次電
池では、層状岩塩構造LiNi0.895Co0.1Al0.005
2を正極活物質に用いた。LiNi0.895Co0.1Al
0.0052は、上記実施形態の方法に基づき、LiOH・
2O、Ni(OH)2、Co34、Al(OH)3をモ
ル比でそれぞれ102:89.5:10:5の割合で混
合したものを、800℃の温度で焼成することにより合
成したものを用いた。また、負極活物質となる混合物
は、黒鉛としての黒鉛化メソフェーズ小球体(MCM
B)と、タールを1000℃で焼成して得られたコーク
スとを混合した。
<Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery of Example> In this secondary battery, a layered rock salt structure LiNi 0.895 Co 0.1 Al 0.005
O 2 was used as the positive electrode active material. LiNi 0.895 Co 0.1 Al
0.005 O 2 is based on LiOH ·
Baking at a temperature of 800 ° C. a mixture of H 2 O, Ni (OH) 2 , Co 3 O 4 , and Al (OH) 3 in a molar ratio of 102: 89.5: 10: 5, respectively. Was used. The mixture used as the negative electrode active material is a graphitized mesophase microsphere (MCM) as graphite.
B) and coke obtained by baking the tar at 1000 ° C. were mixed.

【0032】本二次電池の正極は以下のように作製し
た。まず、100重量部の上記LiNi0.895Co0.1
0.0052の粉末に、導電材としてアセチレンブラック
(デンカ製)を7重量部と、結着剤ポリフッ化ビニリデ
ン(PVDF)を10重量部とを混合し、さらに適量の
N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して、ペ
ースト状の正極合材を得た。次に、この正極合材を、正
極集電体とアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、ロ
ールプレスにて圧縮成形して、シート状の正極とした。
The positive electrode of this secondary battery was prepared as follows. First, 100 parts by weight of the above LiNi 0.895 Co 0.1 A
l 0.005 O 2 powder, 7 parts by weight of acetylene black (manufactured by Denka) as a conductive material and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a conductive material were mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2- Pyrrolidone (NMP) was added to obtain a paste-like positive electrode mixture. Next, this positive electrode mixture was applied to both surfaces of a positive electrode current collector and an aluminum foil, dried, and compression-molded by a roll press to obtain a sheet-shaped positive electrode.

【0033】負極は、以下のように作製した。まず、上
記MCMBとコークスとを重量比で3:7、5:5、
7:3に混合した3種の混合粉末を作製した。それぞれ
の混合粉末の100重量部に、結着剤としてPVDFを
10重量部混合し、さらに適量のNMPを添加して、3
種のペースト状の負極合材を得た。次に、正極同様、そ
れぞれの負極合材を、負極集電体となる銅箔の両面に塗
布し、乾燥後、ロールプレスにて圧縮成形して、3種の
シート状の負極とした。
The negative electrode was manufactured as follows. First, the MCMB and the coke in a weight ratio of 3: 7, 5: 5,
Three kinds of mixed powders mixed at 7: 3 were prepared. To 100 parts by weight of each mixed powder, 10 parts by weight of PVDF was mixed as a binder, and an appropriate amount of NMP was added.
A kind of paste-like negative electrode mixture was obtained. Next, similarly to the positive electrode, each negative electrode mixture was applied to both surfaces of a copper foil serving as a negative electrode current collector, dried, and compression-molded by a roll press to obtain three types of sheet-shaped negative electrodes.

【0034】上記正極およびそれぞれ負極を、厚さ25
μm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1865
0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 above positive electrode and each negative electrode were each
Wound through a polypropylene separator of μm,
A roll-shaped electrode body was formed. This electrode body is 1865
The battery was inserted into a 0-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.

【0035】MCMBとコークスとを3:7に混合した
混合粉末を負極活物質として用いた非水電解液二次電池
を実施例1の二次電池とし、5:5に混合した混合粉末
を用いたものを実施例2の二次電池と、7:3に混合し
た混合粉末を用いたものを実施例3の二次電池とした。 〈比較例1の非水電解液二次電池〉MCMBとコークス
との混合粉末の代わりに、負極活物質として上記MCM
Bを単独で用いた非水電解液二次電池を作製し、比較例
1の二次電池とした。負極活物質を除いて、二次電池の
構成および作製方法は、実施例の場合と同様とした。
A non-aqueous electrolyte secondary battery using a mixed powder obtained by mixing MCMB and coke in a ratio of 3: 7 as a negative electrode active material was used as the secondary battery in Example 1, and a mixed powder mixed in a ratio of 5: 5 was used. The secondary battery according to Example 2 was used as the secondary battery, and the secondary battery according to Example 3 using the mixed powder mixed at 7: 3. <Non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1> Instead of the mixed powder of MCMB and coke, the above-mentioned MCM was used as a negative electrode active material.
A non-aqueous electrolyte secondary battery using B alone was produced and used as a secondary battery of Comparative Example 1. Except for the negative electrode active material, the structure and manufacturing method of the secondary battery were the same as those in the example.

【0036】〈比較例2の非水電解液二次電池〉MCM
Bとコークスとの混合粉末の代わりに、負極活物質とし
て上記コークスを単独で用いた非水電解液二次電池を作
製し、比較例2の二次電池とした。負極活物質を除い
て、二次電池の構成および作製方法は、実施例の場合と
同様とした。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2> MCM
A non-aqueous electrolyte secondary battery using the above coke alone as a negative electrode active material instead of the mixed powder of B and coke was produced, and the secondary battery of Comparative Example 2 was obtained. Except for the negative electrode active material, the structure and manufacturing method of the secondary battery were the same as those in the example.

【0037】〈比較例2の非水電解液二次電池〉上記L
iNi0.895Co0.1Al0.0052の代わりに、正極活物
質として、Niサイトを他元素で置換していない層状岩
塩構造のLiNiO2を用いた二次電池を作製し、比較
例3の二次電池とした。正極活物質を除いて、二次電池
の構成および作製方法は、負極活物質にMCMBとコー
クスとを3:7に混合した混合粉末を用いた実施例1の
二次電池と同様とした。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2>
Instead of iNi 0.895 Co 0.1 Al 0.005 O 2 , a secondary battery using LiNiO 2 having a layered rock salt structure in which the Ni site was not replaced with another element as a positive electrode active material was produced, and the secondary battery of Comparative Example 3 was produced. And Except for the positive electrode active material, the structure and manufacturing method of the secondary battery were the same as those of the secondary battery of Example 1 using a mixed powder of MCMB and coke mixed at 3: 7 as the negative electrode active material.

【0038】〈サイクル特性の評価〉実施例および比較
例の各二次電池に対して、充放電サイクル試験を行いサ
イクル特性を評価した。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、比較的大電流の
充放電となる2.0mA/cm2の電流密度で4.1V
まで充電し、次いで、同じ2.0mA/cm2の電流密
度で3.0Vまで行う放電を、1サイクルとし、これを
300サイクル以上行うものとした。
<Evaluation of Cycle Characteristics> Each of the secondary batteries of the examples and the comparative examples was subjected to a charge / discharge cycle test to evaluate the cycle characteristics. 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 of the charge / discharge cycle test are as follows: a current density of 2.0 mA / cm 2 at which a relatively large current is charged and discharged;
, And then discharging to 3.0 V at the same current density of 2.0 mA / cm 2 was defined as one cycle, and this was performed for 300 cycles or more.

【0039】試験の結果得られた各二次電池の正極活物
質単位重量あたりの初期放電容量(1サイクル目放電容
量)と、10サイクル目の容量維持率(当該サイクルに
おける放電容量/初期放電容量×100(%))および
300サイクル目の容量維持率とを、下記表1に示す。
また、実施例1〜3、比較例1、2の二次電池の各サイ
クルにおける正極活物質単位重量あたりの放電容量を図
1に、実施例1〜3、比較例1、2の二次電池の各サイ
クルにおける容量維持率を図2に示す。
The initial discharge capacity per unit weight of the positive electrode active material (discharge capacity at the first cycle) of each secondary battery obtained as a result of the test, and the capacity retention rate at the tenth cycle (discharge capacity in the cycle / initial discharge capacity) × 100 (%)) and the capacity retention rate at the 300th cycle are shown in Table 1 below.
FIG. 1 shows the discharge capacities per unit weight of the positive electrode active material in each cycle of the secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, and the secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. 2 shows the capacity retention ratio in each cycle.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】上記表1において、実施例1と比較例3の
二次電池を比較すれば、正極活物質として使用する層状
岩塩構造リチウムマンガン複合酸化物のNiサイトの所
定元素による置換の効果が明らかとなる。Niサイトを
置換していないLiNiO2を用いた比較例3の二次電
池は、初期放電容量において高い値を示すものの容量維
持率において、10サイクル目の容量維持率が50%と
低く、さらにサイクルを重ねた300サイクル目におい
てはわずか10%と極めて低い値となっている。これに
対して、Niサイトを所定元素で置換したLiNi
0.895Co0.1Al0. 0052を用いた実施例1の二次電池
は、10サイクル目で97%、300サイクル目で85
%となっており、サイクル特性においてはるかに優るこ
とが確認できる。
Comparing the secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 3 in Table 1 above, the effect of replacing the Ni site of the lithium manganese composite oxide having a layered rock salt structure used as a positive electrode active material with a predetermined element is clear. Becomes The secondary battery of Comparative Example 3 using LiNiO 2 in which the Ni site was not substituted showed a high value in the initial discharge capacity, but had a low capacity maintenance rate at the 10th cycle of 50% in terms of the capacity maintenance rate, and further increased the cycle. In the 300th cycle where is repeated, the value is as extremely low as only 10%. On the other hand, LiNi in which Ni site is replaced with a predetermined element is used.
Secondary battery of Example 1 using 0.895 Co 0.1 Al 0. 005 O 2 is 97% at 10 cycle, 85 in the 300th cycle
%, Which is far superior in cycle characteristics.

【0042】また、表1、図1および図2から、負極活
物質にコークスを混合することの効果が明らかとなる。
コークスが混合されていない比較例1の二次電池は、2
サイクル目に放電容量が増加するものの、その後急激に
放電容量が小さくなり、サイクル劣化がかなり進行する
ものとなっている。これに対して、コークスが混合され
ている実施例1〜3およびコークスを単独で用いた比較
例2の二次電池は、300サイクルあるいはそれ以上の
サイクルを重ねた場合であっても85%以上の容量維持
率を示し、サイクル特性の良好な二次電池となる。ただ
し、コークスのみを負極活物質に用いた比較例2の二次
電池は、初期放電容量が小さく、実用的な電池とはなっ
ていない。これらのデータの結果から、負極活物質とな
る混合物中のコークスの混合割合は、上述した、10w
t%以上90wt%以下であるのが望ましいことも推認
できる。
Further, from Table 1, FIG. 1 and FIG. 2, the effect of mixing coke with the negative electrode active material becomes clear.
The secondary battery of Comparative Example 1 in which coke was not mixed was 2
Although the discharge capacity increases at the cycle, the discharge capacity rapidly decreases thereafter, and the cycle deterioration considerably progresses. On the other hand, the secondary batteries of Examples 1 to 3 in which coke was mixed and Comparative Example 2 using coke alone had 85% or more even when cycles of 300 cycles or more were repeated. And a secondary battery having good cycle characteristics. However, the secondary battery of Comparative Example 2 using only coke as the negative electrode active material has a small initial discharge capacity and is not a practical battery. From the results of these data, the mixing ratio of coke in the mixture serving as the negative electrode active material was 10 w
It can be inferred that it is desirable that the content be at least t% and at most 90 wt%.

【0043】以上の、各二次電池のサイクル特性の評価
結果から、Niサイトの一部を所定の元素で置換した規
則配列層状岩塩構造リチウムニッケル複合酸化物を正極
活物質に用いた正極と、黒鉛とコークスとの混合物を負
極活物質に用いた負極とから構成される本発明の非水電
解液二次電池は、サイクル特性、特に高温環境下におけ
るサイクル特性に優れた二次電池であることが確認でき
る。
From the above evaluation results of the cycle characteristics of each secondary battery, it was found that a positive electrode using an ordered layered rock-salt structure lithium nickel composite oxide in which a part of Ni site was replaced with a predetermined element as a positive electrode active material, The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprising a negative electrode using a mixture of graphite and coke as a negative electrode active material is a secondary battery having excellent cycle characteristics, especially in high temperature environments. Can be confirmed.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明の非水電解液二次電池は、Niサ
イトの一部を所定の元素で置換した規則配列層状岩塩構
造リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質に用いた正
極と、黒鉛とコークスとの混合物を負極活物質に用いた
負極とから構成される。このような構成とすることによ
り、本発明の非水電解液二次電池は、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
る二次電池となる。
As described above, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode using an ordered layered rock-salt structure lithium nickel composite oxide in which a part of Ni site is replaced with a predetermined element as a positive electrode active material, and a graphite. And a negative electrode using a mixture of coke as a negative electrode active material. With such a configuration, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a secondary battery that is inexpensive, has excellent cycle characteristics, and can ensure safety during overcharge.

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

【図1】 負極活物質における黒鉛とコークスとの混合
割合を変更したそれぞれの二次電池の、充放電サイクル
試験におけるサイクル数と正極活物質あたりの放電容量
との関係を示す。
FIG. 1 shows the relationship between the number of cycles in a charge / discharge cycle test and the discharge capacity per positive electrode active material of each secondary battery in which the mixing ratio of graphite and coke in the negative electrode active material was changed.

【図2】 負極活物質における黒鉛とコークスとの混合
割合を変更したそれぞれの二次電池の、充放電サイクル
試験におけるサイクル数と容量維持率との関係を示す。
FIG. 2 shows the relationship between the number of cycles in a charge / discharge cycle test and the capacity retention of each secondary battery in which the mixing ratio of graphite and coke in the negative electrode active material was changed.

───────────────────────────────────────────────────── 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 中野 秀之 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 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 AA08 AA10 BA03 BB01 BB05 BC06 BD00 BD04 5H014 AA02 EE08 EE10 HH00 HH01 5H029 AJ05 AJ12 AJ14 AK03 AL06 AL07 AL19 AM03 AM04 AM05 AM07 DJ17 HJ01 HJ02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takahiko Homma 41 Toyota Chuo Research Institute, Inc. 41, Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. 41 Toyota Chuo R & D Co., Ltd., No. 41, Chuchu-Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Japan ) Inventor, Takeshi Sasaki 41-cho, Yojimichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi, Japan 1 Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. 41F, Toyoda Central R & D Co., Ltd. F-term (reference) 5H003 AA04 AA08 AA10 BA03 BB01 BB05 BC06 BD00 BD04 5H014 AA02 EE08 EE10 HH00 HH01 5H029 AJ05 AJ12 AL06 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 DJ17 HJ01 HJ02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 組成式LiNixM1yM2z2(M1はC
o、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、 黒鉛とコークスとの混合物を負極活物質に用いた負極
と、を含んでなる非水電解液二次電池。
A composition formula LiNi x M1 y M2 z O 2 (M1 is C
at least one selected from o and Mn; M2 is Al;
At least one selected from B, Fe, Cr, and Mg; x
+ Y + z = 1; 0.5 <x <0.95; 0.01 <y <
0.4; 0.001 <z <0.2) A positive electrode using a lithium nickel composite oxide having an ordered layered rock-salt structure represented by the following formula as a positive electrode active material, and a mixture of graphite and coke as a negative electrode active material. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode used.
【請求項2】 前記混合物中の前記コークスの混合割合
は、10wt%以上90wt%以下である請求項1に記
載の非水電解液二次電池。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a mixing ratio of the coke in the mixture is 10 wt% or more and 90 wt% or less.
【請求項3】 前記リチウムニッケル複合酸化物の前記
組成式中の前記M1はCoであり、前記M2はAlである
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 non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein M1 in the composition formula of the lithium nickel composite oxide is Co, and M2 is Al. .
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100430938B1 (en) * 2000-11-30 2004-05-12 가부시키 가이샤 닛코 마테리알즈 Cathode material for lithium secondary battery and mathod for manufacturing the same
KR100660759B1 (en) 2005-03-11 2006-12-22 제일모직주식회사 A Cathode Material for Secondary Batteries with Non-Aqueous Electrolyte, a Process for preparing the Cathode Material and Lithium secondary Battery containing the same
KR101027764B1 (en) 2002-01-08 2011-04-07 소니 주식회사 Cathode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same

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