JP2000260415A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2000260415A
JP2000260415A JP11065653A JP6565399A JP2000260415A JP 2000260415 A JP2000260415 A JP 2000260415A JP 11065653 A JP11065653 A JP 11065653A JP 6565399 A JP6565399 A JP 6565399A JP 2000260415 A JP2000260415 A JP 2000260415A
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separator
secondary battery
positive electrode
negative electrode
thickness
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Japanese (ja)
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Yoichi Koyama
陽一 小山
Yuichi Ito
勇一 伊藤
Toshihiko Inoue
俊彦 井上
Norikazu Adachi
安達  紀和
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Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent regenerative (charge) characteristics, no short-circuiting and insured safety, by properly setting the thickness and the porosity of a separator between a positive electrode and a negative electrode. SOLUTION: In a nonaqueous electrolyte secondary battery 10 formed by dipping an electrode 14 formed by laminating a positive electrode 16 containing a metal oxide capable of occluding and discharging lithium in its positive electrode active material and a negative electrode 18 containing the carbon oxide capable of occluding and discharging lithium in its negative electrode active material with the intervention of a separator 20 in lithium ion conductive and nonaqueous organic electrolyte, the thickness of the separator 20 is set in a range of 10 μm-30 μm, and the porosity of the separator 20 is set in a range of 30-65%.

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、非水電解質二次電
池に関し、さらに詳しくは、例えばリチウムイオン二次
電池のように、正極と負極とがセパレータを介して積層
された電極体を非水系の有機電解液中に浸漬し、充放電
の繰り返しにより電池出力が得られる非水電解質二次電
池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly, to a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery that can be immersed in an organic electrolyte solution and obtain a battery output by repeating charge and discharge.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の非水電解質二次電池とし
ては、例えばリチウムコバルト酸化物(LiCo
)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)、リ
チウムマンガン酸化物(LiMn)等を正極電極
の活物質に用いたリチウムイオン二次電池が代表的なも
のとして挙げられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a non-aqueous electrolyte secondary battery of this type, for example, lithium cobalt oxide (LiCo
O 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), or the like is used as a typical example of a lithium ion secondary battery using the positive electrode as an active material.

【0003】このリチウムイオン二次電池は、リチウム
を吸蔵放出可能な金属酸化物を正極活物質に含む正極
と、そのリチウムを吸蔵放出可能な炭素質物質を負極活
物質に含む負極とがセパレータを介して積層された電極
体を、リチウムイオン伝導性の非水系有機電解液に浸漬
したものである。そして両電極間の充放電を繰り返すこ
とにより電解液中でのリチウムイオンの正極への移動に
より放電が、また負極への移動により充電が行われ、こ
のような充放電の繰り返しにより二次電池としての特性
が発揮される。
In this lithium ion secondary battery, a positive electrode containing a metal oxide capable of storing and releasing lithium in a positive electrode active material and a negative electrode containing a carbonaceous material capable of storing and releasing lithium in a negative electrode active material form a separator. The electrode body laminated via the immersion is immersed in a lithium ion conductive non-aqueous organic electrolyte. By repeating charge and discharge between the two electrodes, discharge is caused by movement of lithium ions in the electrolyte to the positive electrode, and charge is performed by movement to the negative electrode. By repeating such charge and discharge, a secondary battery is obtained. The characteristic of is exhibited.

【0004】ところでこのような二次電池の要求特性と
して、電池使用上の安全性は勿論のこと、出力容量や充
放電のサイクル特性が重点的に検討されてきた。そうし
た中で例えば、特開平9−92257号公報にリチウム
イオン系の非水電解液二次電池として、正極と負極との
間に介在されるセパレータの厚み寸法を35μm〜45
μmとし、かつそのセパレータの空孔率を40%〜55
%としたものが提案されている。これにより電極間ショ
ートを回避し、高負荷の放電特性を得ようというもので
ある。
As the required characteristics of such a secondary battery, not only safety in use of the battery, but also output capacity and charge / discharge cycle characteristics have been focused on. Under such circumstances, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-92257 discloses a lithium ion nonaqueous electrolyte secondary battery in which a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode has a thickness of 35 μm to 45 μm.
μm, and the porosity of the separator is 40% to 55%.
% Is proposed. This aims at avoiding a short circuit between the electrodes and obtaining a discharge characteristic of a high load.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気自
動車、とりわけハイブリッド車のようにガソリンエンジ
ンによる動力出力と二次電池による電気出力とを併用す
る電気自動車のように、二次電池としての充電・放電の
両特性が従来の二次電池以上に要求されるものでは、特
に回生(充電)特性が不足しているという問題があっ
た。
However, charging and discharging as a secondary battery, such as an electric vehicle, particularly an electric vehicle that uses both the power output of a gasoline engine and the electric output of a secondary battery as in a hybrid vehicle, When both of these characteristics are required more than conventional secondary batteries, there is a problem that the regenerative (charging) characteristics are particularly insufficient.

【0006】そこで本発明者は、種々検討した結果、正
極と負極との間に介在されるセパレータの厚み寸法を更
に薄くすることが必要であり、これにより回生特性が向
上することを見い出した。図2は回生特性を評価するた
め電流(A)−電圧(V)特性の関係を示したものであ
る。
Accordingly, the present inventor has conducted various studies and found that it is necessary to further reduce the thickness of the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, thereby improving the regenerative characteristics. FIG. 2 shows a relationship between current (A) and voltage (V) characteristics for evaluating regenerative characteristics.

【0007】この図において回生特性は、O(A)の縦
軸直線と、カットオフ電圧(点線にて示す)、および電
流/電圧直線により囲まれた部分の面積で表せる。そこ
でセパレータの厚みが薄くなると、電流O(A)時の電
流/電圧直線の接点の電圧(Vo)の位置が変わらず、
電流/電圧直線の傾きが小さくなって回生特性が向上す
るとの考えに至ったものである。
In this figure, the regenerative characteristics can be represented by the O (A) vertical axis straight line, the cut-off voltage (shown by a dotted line), and the area of the portion surrounded by the current / voltage straight line. Therefore, when the thickness of the separator is reduced, the position of the voltage (Vo) at the contact of the current / voltage straight line at the time of the current O (A) does not change.
This is the idea that the slope of the current / voltage straight line is reduced and the regenerative characteristics are improved.

【0008】本発明の解決しようとする課題は、正極と
負極との間に介在されるセパレータの厚みと気孔率とを
適正に選択することにより、回生(充電)特性に優れ、
しかも電極間の短絡(ショート)も回避されて安全性の
高い非水電解質二次電池を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide an excellent regenerative (charging) property by properly selecting the thickness and porosity of a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a highly safe nonaqueous electrolyte secondary battery in which a short circuit between electrodes is avoided.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、請求項1に記載したように正極と負極とが
セパレータを介して積層された電極体を非水電解液に浸
漬した非水電解質二次電池において、前記セパレータの
厚み寸法を10μm〜30μmの範囲、望ましくは15
μm以上25μm以下の範囲とすると共に、該セパレー
タの気孔率を30%〜65%の範囲としたことを要旨と
したものである。
According to the present invention, there is provided an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween in a non-aqueous electrolyte. In the non-aqueous electrolyte secondary battery, the thickness of the separator is in the range of 10 μm to 30 μm, preferably 15 μm to 30 μm.
The gist is that the separator has a range of not less than 25 μm and not more than 25 μm, and the porosity of the separator is in a range of 30% to 65%.

【0010】セパレータの厚みが薄いと電極間の短絡
(ショート)が起き易くなり、逆にセパレータの厚みが
厚いと正極および負極の活物質の体積が相対的に低下
し、全体としての充放電容量の低下を招くことになり好
ましくない。またセパレータの気孔率が小さいと抵抗が
増加し、レート特性が悪くなり、逆にセパレータの気孔
率が大きいと電極間のショートが起き易くなる。
When the thickness of the separator is small, short-circuiting between the electrodes is apt to occur. Conversely, when the thickness of the separator is large, the volumes of the active materials of the positive electrode and the negative electrode are relatively reduced, and the overall charge / discharge capacity is increased. Is undesirably reduced. When the porosity of the separator is small, the resistance increases, and the rate characteristics deteriorate. On the contrary, when the porosity of the separator is large, a short circuit between the electrodes easily occurs.

【0011】このようなことから、セパレータの厚みを
5μm〜30μmの範囲で薄くした時にはその気孔率も
35%〜65%の範囲で低目とし、逆にセパレータの厚
みを厚くした時にはその気孔率を高目とするのがよい。
これにより電極間のショートが回避されると共に、抵抗
の抑制により優れた回生特性および出力特性が得られる
こととなる。セパレータの孔径は、0.01μm以上
0.4μm以下が望ましい。0.01μm未満では、内
部抵抗が大きく効率的な充放電が容易でない。また、
0.4μmより大きいと電極間ショートが生じ易くな
る。
For this reason, when the thickness of the separator is reduced in the range of 5 μm to 30 μm, the porosity thereof is also reduced in the range of 35% to 65%, and conversely, when the thickness of the separator is increased, the porosity thereof is reduced. Should be higher.
Thereby, a short circuit between the electrodes is avoided, and excellent regenerative characteristics and output characteristics are obtained by suppressing the resistance. The pore diameter of the separator is desirably 0.01 μm or more and 0.4 μm or less. If it is less than 0.01 μm, the internal resistance is large and efficient charging and discharging is not easy. Also,
If it is larger than 0.4 μm, a short circuit between electrodes is likely to occur.

【0012】そして本発明では特にリチウムイオン系の
非水電解質二次電池に適用され、その場合の要旨とする
ところは、請求項2に記載のように、リチウムを吸蔵放
出可能な金属酸化物等を正極活物質に含む正極と、その
リチウムを吸蔵放出可能な炭素質物質等を負極活物質に
含む負極とが、セパレータを介して積層された電極体
を、リチウムイオン伝導性の非水系の有機電解液に浸漬
した非水電解質二次電池において、前記セパレータの厚
み寸法を10μm〜30μmの範囲とすると共に、該セ
パレータの気孔率を30%〜65%の範囲としたことに
ある。
The present invention is particularly applied to a lithium ion non-aqueous electrolyte secondary battery, and the gist of the present invention is that a metal oxide capable of occluding and releasing lithium, etc. A positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material are laminated with a separator interposed therebetween, to form a lithium ion conductive non-aqueous organic material. In a non-aqueous electrolyte secondary battery immersed in an electrolytic solution, the separator has a thickness in a range of 10 μm to 30 μm and a porosity of the separator in a range of 30% to 65%.

【0013】この場合正極活物質としては、Liを含む
遷移金属酸化物やLiをドープした導電性高分子を用い
ることができる。具体的には、LiMO(Mは、C
o、Mn、Ni、V、Fe系の遷移金属を少なくとも一
種含む)等のLi含有遷移金属酸化物やLiイオンをド
ープしたポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン等の
導電性高分子等が挙げられる。Li含有遷移金属酸化物
の場合には正極活物質に導電性物質を適量混合して正極
層に導電性を付与するのがよい。例えば、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
うち1種または2種以上のものを混合して用いることが
できる。これらの物質は有機バインダと共に混練し、必
要に応じて適当な溶剤に溶かし、正極ペースト組成物と
して金属集電体表面に塗布乾燥、必要に応じてプレスし
て正極電極とする。
In this case, a transition metal oxide containing Li or a conductive polymer doped with Li can be used as the positive electrode active material. Specifically, Li x MO z (M is C
o, Mn, Ni, V, and at least one Fe-based transition metal), and a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole, and polyacene doped with Li ions. In the case of a Li-containing transition metal oxide, it is preferable to add an appropriate amount of a conductive material to the positive electrode active material to impart conductivity to the positive electrode layer. For example, one or more of carbonaceous powders such as carbon black, acetylene black, and graphite can be used as a mixture. These substances are kneaded with an organic binder, dissolved in an appropriate solvent as necessary, applied as a positive electrode paste composition on the surface of the metal current collector and dried, and pressed as necessary to obtain a positive electrode.

【0014】また、負極活物質としては、例えば、金
属、炭素質材料、Li含有遷移金属酸化物やLiイオン
をドープした導電性高分子を用いることができる。具体
的には、金属Li、LiとAl、Zn、Sn等の他金属
との合金、Liを吸蔵放出可能なグラファイト、無定形
炭素等の炭素質材料、LiMO(Mは、Co、M
n、Ni、V、Fe等の遷移金属を少なくとも一種含
む)等のLi含有遷移金属酸化物やLiイオンをドープ
したポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン等の導電
性高分子等が挙げられる。炭素質材料のような粉末の場
合には、これに有機バインターを混ぜ、必要に応じて適
当な溶剤に溶かし負極ペースト組成物としてやはり金属
集電体表面に塗布乾燥、必要に応じてプレスして負極電
極とする。
As the negative electrode active material, for example, a metal, a carbonaceous material, a Li-containing transition metal oxide, or a conductive polymer doped with Li ions can be used. Specifically, metal Li, an alloy of Li with another metal such as Al, Zn, Sn, graphite capable of inserting and extracting Li, a carbonaceous material such as amorphous carbon, Li x MO z (M is Co, M
(including at least one transition metal such as n, Ni, V, and Fe), and conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, and polyacene doped with Li ions. In the case of a powder such as a carbonaceous material, an organic binder is mixed into the powder, dissolved in an appropriate solvent if necessary, and then applied as a negative electrode paste composition to the surface of the metal current collector and dried, and pressed as necessary. A negative electrode is used.

【0015】そして正極と負極との間に挟装されるセパ
レータは、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔質フ
ィルム、不織布または織布等が用いられ、上述した正極
および負極にセパレータを挟装させ電極体とし、この電
極体を非水電解液とともに電池ケースに密閉して、リチ
ウム二次電池が完成されるものである。
As the separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, a porous film such as polyethylene or polypropylene, a nonwoven fabric or a woven fabric is used, and the separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body. Then, this electrode body is sealed in a battery case together with the non-aqueous electrolyte to complete a lithium secondary battery.

【0016】非水電解液には、通常電解液であるリチウ
ム塩を有機溶媒に溶解させたものが用いられる。電解質
塩としては、LiPF、LiA、LiSb
、LiBF、LiClO、LiI、LiBr、
LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN、L
iSOCF等が挙げられる。これらのうちで特に、
LiPF、LiBF、LiClOが好適である。
As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving a lithium salt, which is usually an electrolyte, in an organic solvent is used. As the electrolyte salt, LiPF 6 , LiA 5 F 6 , LiSb
F 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiI, LiBr,
LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, L
ISO 3 CF 2, and the like. Of these,
LiPF 6 , LiBF 4 and LiClO 4 are preferred.

【0017】またこの電解質を溶解する溶媒としては、
比較的高誘電率の有機溶媒が好適なものとして用いら
れ、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボ
ネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネー
ト、エチルメチルカーボネート等の非環状カーボネート
類、テトラヒドラフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン等のグライム類、γ−ブチルラクトン等のラクトン
類、スルフォラン等の硫黄化合物、アセトニトリル等の
ニトリル類等が好適である。これらのうちで特に、エチ
レンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カ
ーボネート類、ジメチルカーボネート、エチルメチルカ
ーボネート等の非環状カーボエート類が用いられる。
As a solvent for dissolving the electrolyte,
Organic solvents having a relatively high dielectric constant are preferably used, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, acyclic carbonates such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, tetrahydrafuran and 2-methyltetrahydrofuran And the like, lactones such as γ-butyl lactone, sulfur compounds such as sulfolane, and nitriles such as acetonitrile. Among them, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and acyclic carbonates such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are used.

【0018】そしてこのリチウムイオン系の非水電解質
二次電池においても、セパレータの厚みを5μm〜30
μmの範囲で薄くした時にはその気孔率も35%〜65
%の範囲で低目とし、逆にセパレータの厚みを厚くした
時にはその気孔率を高目とするのが良い。これにより電
極間のショートが回避されると共に、抵抗の上昇が抑制
され、高いレート特性が維持されることとなる。
Also in this lithium ion non-aqueous electrolyte secondary battery, the thickness of the separator is 5 μm to 30 μm.
When thinned in the range of μm, the porosity is also 35% to 65%.
%, The porosity is preferably high when the thickness of the separator is large. This avoids a short circuit between the electrodes, suppresses a rise in resistance, and maintains a high rate characteristic.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。図1は本実施例に係
るリチウム二次電池の概略構成を示している。このリチ
ウム二次電池10は、有底筒状をした電槽缶(電池ケー
ス)12内に充放電要素である電極体14が収納され、
その周囲には非水系有機電解液が充填されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of the lithium secondary battery according to the present embodiment. In this lithium secondary battery 10, an electrode body 14 as a charge / discharge element is housed in a battery case (battery case) 12 having a bottomed cylindrical shape.
The surroundings are filled with a non-aqueous organic electrolyte.

【0020】前記電極体14は正極16と負極18とが
セパレータ20を介して重ね合わされ、芯棒22に巻回
されてなるものである。この場合正極16は、マンガン
酸リチウム(LiMn)を正極活物質とし、これ
に導電剤としてグラファイトを用い、これに結着剤とし
てポリフッ化ビニリデン5重量%混合した後、N−メチ
ルピロリドンを分散剤として加えて、正極合剤ペースト
を作成した。そのペーストをアルミニウム箔からなる芯
材の両面に塗布、乾燥、圧延し正極16とした。この時
に正極の密度は2.67g/cm、A1箔の厚み15
μmで、正極活物質塗布後の全体の厚みは127μmで
あった。
The electrode assembly 14 has a structure in which a positive electrode 16 and a negative electrode 18 are overlapped via a separator 20 and wound around a core rod 22. In this case, the positive electrode 16 uses lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) as a positive electrode active material, uses graphite as a conductive agent, and mixes 5% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder with N-methylpyrrolidone. Was added as a dispersant to prepare a positive electrode mixture paste. The paste was applied to both sides of a core material made of aluminum foil, dried and rolled to obtain a positive electrode 16. At this time, the density of the positive electrode was 2.67 g / cm 3 , and the thickness of the A1 foil was 15
μm, and the total thickness after coating the positive electrode active material was 127 μm.

【0021】また、負極18は、球状黒鉛を負極活物質
とし、これに結着剤としてポリフッ化ビニリデン5重量
%混合した後、N−メチルポロリドンを分散剤として加
えて負極合剤ペーストを作成した。そのペーストを銅箔
からなる芯材の両面に塗布、乾燥、圧延し負極18とし
た。この時の負極密度は1.25g/cm、銅箔の厚
み10μmで、負極活物質塗布後の全体の厚みは125
μmであった。
The negative electrode 18 is prepared by mixing spherical graphite as a negative electrode active material, 5% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and adding N-methylporolidone as a dispersant to form a negative electrode mixture paste. did. The paste was applied to both sides of a core material made of copper foil, dried and rolled to obtain a negative electrode 18. At this time, the negative electrode density was 1.25 g / cm 3 , the thickness of the copper foil was 10 μm, and the total thickness after applying the negative electrode active material was 125.
μm.

【0022】セパレータ20はポリプロピレンからなる
多孔性フィルムを正極16および負極18よりも幅広く
裁断したものを用いた。セパレータの厚み寸法は、後述
の各種実験結果で示されるように、5μm〜40μmの
範囲で各種のものを用いた。またその気孔率についても
25%〜70%の範囲で各種のものを用いた。
As the separator 20, a porous film made of polypropylene, which was cut more widely than the positive electrode 16 and the negative electrode 18, was used. Various thicknesses of the separator were used in the range of 5 μm to 40 μm as shown in the results of various experiments described below. Various porosity was used within the range of 25% to 70%.

【0023】そして正極16と負極18との間にセパレ
ータ20を介在させ全体を渦巻き状に捲回して電極体1
4を構成し、電池ケース12に収容して負極リード線2
4を電池ケース12の内底面にスポット溶接し、電池ケ
ース12内に非水系電解液を注入した後、電池蓋26と
正極リード先28をスポット溶接した後、電池蓋26を
電池ケース12に装着し、電池ケース12の上部をかし
めることで密閉化した。非水系電解液はエチレンカーボ
ネート(EC)とジエチレンカーボネート(DEC)と
を体積比1:1に混合し、6フッ化リン酸リチウム(L
iPF)を1mol/l溶解させたものを用いてい
る。
Then, a separator 20 is interposed between the positive electrode 16 and the negative electrode 18 and the whole is spirally wound to form the electrode assembly 1.
4 and accommodated in the battery case 12 to accommodate the negative electrode lead 2
4 is spot-welded to the inner bottom surface of the battery case 12, a non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 12, the battery cover 26 and the positive electrode lead 28 are spot-welded, and then the battery cover 26 is attached to the battery case 12. Then, the upper part of the battery case 12 was sealed by caulking. As the non-aqueous electrolyte, ethylene carbonate (EC) and diethylene carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 1: 1 and lithium hexafluorophosphate (L) is mixed.
iPF 6 ) dissolved at 1 mol / l is used.

【0024】次に上記方法で得た電池を用いて充放電試
験を行った。初回充放電は、環境温度20℃で、0.2
mA/cmの定電流を流し、上限電圧4.2Vまで充
電した後、0.2mA/cmの定電流の下で、下限電
圧3.0Vまで放電した。そして、初回の充放電を行っ
た後、電池の基準容量を測定した。2回目以降の充放電
条件は、環境温度20℃、1mA/cmの定電流で、
上限電圧(カットオフ電圧)4.2Vまで充電、環境温
度20℃、1mA/cmの定電流で、下限電圧3.0
Vまで放電するサイクルを5回実施した。その5回目
(通算6回目)の放電容量を基準容量1Cとした。
Next, a charge / discharge test was performed using the battery obtained by the above method. Initial charge / discharge was performed at an ambient temperature of 20 ° C and 0.2
After a constant current of mA / cm 2 was passed to charge the battery to an upper limit voltage of 4.2 V, the battery was discharged to a lower limit voltage of 3.0 V under a constant current of 0.2 mA / cm 2 . After the first charge / discharge, the reference capacity of the battery was measured. The second and subsequent charge / discharge conditions were as follows: an ambient temperature of 20 ° C. and a constant current of 1 mA / cm 2 .
Charged to an upper limit voltage (cutoff voltage) of 4.2 V, an ambient temperature of 20 ° C., a constant current of 1 mA / cm 2 , and a lower limit voltage of 3.0
The cycle of discharging to V was performed 5 times. The fifth (sixth) discharge capacity was defined as a reference capacity 1C.

【0025】次に、各資料の充電密度の測定を行った。
即ち、上記基準容量1Cの80%(SOC80%)にな
るまで1mA/cmの定電流で充電した後、1時間の
休止をおいてから、閉回路電圧と電流値の測定を開始し
た。閉回路電圧と電流値の測定は、まず、C/3の電流
値で10秒放電し、次いで5分間休止した後C/3の電
流値で10秒充電した。次いで、5分間休止後、1Cの
電流値での10秒間の充放電を5分間の休止を挟んで行
った。
Next, the charge density of each sample was measured.
That is, the battery was charged at a constant current of 1 mA / cm 2 until it reached 80% of the reference capacity 1C (SOC 80%), and after a pause of 1 hour, measurement of the closed circuit voltage and current value was started. For the measurement of the closed circuit voltage and the current value, first, the battery was discharged at a current value of C / 3 for 10 seconds, then, after resting for 5 minutes, charged at a current value of C / 3 for 10 seconds. Next, after a pause of 5 minutes, charging / discharging at a current value of 1 C for 10 seconds was performed with a pause of 5 minutes.

【0026】さらに、その後、5分間の休止を挟んだ充
放電を、3C、6C、9C、12Cの電流値によりそれ
ぞれ行った。そして、各10秒間の充放電完了時には閉
回路電圧と電流値を測定し、各測定値から回帰直線を求
め、I−V線図を得た。回生すなわち電池の充電電力
は、既述の図2で説明したように、O(A)の直線、カ
ットオフ電圧の直線および電流/電圧直線に囲まれた部
分の面積で表せるから、この面積を電池重量で除して、
回生密度を算出した。また、カットオフ電圧と電流/電
圧の直線の交点から回生電流値を求めた。次の表1はそ
の試験結果を表にまとめたものである。なお、電流値は
充電を「−(マイナス)」表示してある。
Further, after that, charging and discharging were performed with a current value of 3C, 6C, 9C, and 12C with a pause of 5 minutes. Then, at the completion of charging and discharging for each 10 seconds, the closed circuit voltage and current value were measured, and a regression line was obtained from each measured value to obtain an IV diagram. As described with reference to FIG. 2 described above, the regenerative power, that is, the charging power of the battery, can be expressed by the area surrounded by the O (A) straight line, the cutoff voltage straight line, and the current / voltage straight line. Divide by battery weight,
The regeneration density was calculated. Further, a regenerative current value was determined from the intersection of the cutoff voltage and the current / voltage straight line. Table 1 below summarizes the test results. Note that the current value indicates “− (minus)” for the charge.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】この表1は、セパレータの厚み(μm)を
多段階に亘って選択したものについての試験結果を示し
ている。この表において、I−V傾き(Ω)、回生密度
(W/kg)、回生電流(A)はいずれも平均値で示し
ている。また気孔率(%)は、25〜70%としてい
る。
Table 1 shows the test results obtained by selecting the thickness (μm) of the separator in multiple steps. In this table, the IV slope (Ω), the regenerative density (W / kg), and the regenerative current (A) are all shown as average values. The porosity (%) is set to 25 to 70%.

【0029】この表1より明かなように、セパレータの
厚みを薄くした方がI−Vのマイナスの傾きが小さくな
り、電池重量を基準とした回生密度(W/kg)は高く
なり、回生電流値(A)は高い値を示す。このことはセ
パレータの厚みを薄くした方が回生特性がよくなること
を意味している。そしてセパレータの厚み30μmが回
生電流特性を維持する上で限界であり、これ以上セパレ
ータの厚みを厚くすることは無理がある。
As is clear from Table 1, the thinner the separator, the smaller the negative slope of IV, the higher the regenerative density (W / kg) based on the battery weight, and the higher the regenerative current. The value (A) indicates a high value. This means that the thinner the separator, the better the regenerative characteristics. The thickness of the separator of 30 μm is a limit for maintaining the regenerative current characteristics, and it is impossible to increase the thickness of the separator any more.

【0030】一方、この表1でもわかるようにセパレー
タの厚み10μm、気孔率40%でショート率1.5%
程度の電極間ショートが起きている。これを回避するに
は気孔率をもう少し下げて35%程度にすればよいが、
そうすると今度は抵抗が増大しレート特性が低下するこ
とが懸念される。おそらくセパレータの厚み10μm、
気孔率30%が限界であるように思われる。
On the other hand, as can be seen from Table 1, the separator thickness is 10 μm, the porosity is 40%, and the short ratio is 1.5%.
A short circuit between the electrodes has occurred. To avoid this, the porosity can be reduced a little to about 35%,
Then, there is a concern that the resistance will increase and the rate characteristics will decrease. Probably separator thickness 10μm,
A porosity of 30% seems to be the limit.

【0031】次に表2は、更に気孔率(%)を多段階に
亘って選択したものでの試験結果を示している。セパレ
ータの厚み(μm)は25μmで一律としており、気孔
率(%)は30%〜70%の範囲で各種選択している。
I−V傾き(Ω)、回生密度(W/kg)、回生電流
(A)はいずれも平均値で示している。
Next, Table 2 shows the test results obtained by further selecting the porosity (%) in multiple steps. The thickness (μm) of the separator is uniformly 25 μm, and the porosity (%) is variously selected within a range of 30% to 70%.
The IV slope (Ω), regenerative density (W / kg), and regenerative current (A) are all shown as average values.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】この表2より明らかなように、セパレータ
の厚みを25μmで一定とした場合、気孔率が30%〜
65%の範囲では電極間ショートが全く起きていない
(ショート率0%)が、気孔率70%とした時にショー
ト率2.0%程度の電極間ショートが起きている。した
がって電極間ショートを回避するためには、セパレータ
の気孔率を65%程度までにとどめる必要がある。この
場合セパレータの厚みをもう少し厚くすれば、気孔率も
若干大きくすることができるが、セパレータの厚みを厚
くすることにより回生電流値(A)が低下するので、セ
パレータの厚み寸法(μm)と気孔率(%)との調整が
必要である。
As is clear from Table 2, when the thickness of the separator is fixed at 25 μm, the porosity is 30% to 30%.
In the range of 65%, no short-circuit between the electrodes occurred at all (short ratio 0%), but when the porosity was 70%, a short-circuit between the electrodes with a short ratio of about 2.0% occurred. Therefore, in order to avoid the short circuit between the electrodes, it is necessary to keep the porosity of the separator to about 65%. In this case, if the thickness of the separator is slightly increased, the porosity can be slightly increased. However, since the regenerative current value (A) is decreased by increasing the thickness of the separator, the thickness (μm) of the separator and the pore size are reduced. Adjustment with the rate (%) is necessary.

【0034】本発明は上記した実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、リチ
ウムマンガン酸化物(LiMn)の正極活物質を
用いたリチウムイオン二次電池について説明したが、こ
れ以外のリチウムコバルト酸化物(LiCoO)やリ
チウムニッケル酸化物(LiNi)等の正極活物
質を用いたリチウムイオン二次電池を始めとした各種L
iイオン二次電池、更に、正極/負極/非水電解液/セ
パレータからなる積層型非水電解質二次電池にも適用で
きる。要するに本発明は、正極と負極とがセパレータを
介して積層された電極体を非水系の電解液に浸漬して充
放電反応を起こさせる二次電池において、正極−負極間
の電極間隔を維持すると同時に正極−負極間のイオン伝
導性を良くするためにセパレータの厚み寸法とその気孔
率の適正化を図ったことにある。
The present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, a lithium ion secondary battery using a lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) positive electrode active material has been described, but other lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide Various types of L including a lithium ion secondary battery using a positive electrode active material such as (LiNi 2 O 4 )
The invention can be applied to an i-ion secondary battery, and further to a laminated nonaqueous electrolyte secondary battery composed of a positive electrode / anode / a nonaqueous electrolyte / separator. In essence, the present invention provides a secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween to cause a charge / discharge reaction by immersing the electrode body in a non-aqueous electrolytic solution. At the same time, in order to improve the ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, the thickness of the separator and the porosity thereof were optimized.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の非水電解質二次電池は、正極と
負極との間に介在されるセパレータの厚みを10μm〜
30μmの範囲に抑えて電極間隔を極力小さくし、その
上でそのセパレータの気孔率を30%〜65%の範囲で
選択することにより抵抗を抑制して充電できる電流、電
力を高め、しかも電極間の短絡(ショート)も回避する
ようにしたものである。したがって本発明の非水電解質
電池によれば、回生(充電)特性に優れると共に、電極
間ショートもなく安全性も高いものであるから、パソコ
ンや携帯電話などの情報通信機器類をはじめ、電気自動
車(特にハイブリッド車)の電源などの用途への適用が
大いに期待されるものである。
According to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the thickness of the separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is 10 μm to 10 μm.
The electrode spacing is reduced to a minimum of 30 μm, and the porosity of the separator is selected within a range of 30% to 65%. Is also avoided. Therefore, according to the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, since it has excellent regenerative (charging) characteristics and high safety without inter-electrode short-circuit, electric vehicles including information communication devices such as personal computers and mobile phones. It is highly expected to be applied to power sources (especially hybrid vehicles).

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

【図1】本発明の一実施の形態である非水電解質二次電
池の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の課題である回生(充電)特性を説明す
るために示した電流−電圧関係図である。
FIG. 2 is a current-voltage relationship diagram for explaining a regenerative (charging) characteristic which is an object of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 リチウム二次電池 14 電極体 16 正極 18 負極 20 セパレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium secondary battery 14 Electrode body 16 Positive electrode 18 Negative electrode 20 Separator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 陽一 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 伊藤 勇一 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 井上 俊彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地トヨタ自動車 株式会社内 (72)発明者 安達 紀和 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地株式会社 デンソー内 Fターム(参考) 4F071 AA15 AA20 AH12 BC01 BC17 4F074 AA17 AA24 CE02 DA02 DA03 DA23 DA49 5H021 BB12 HH02 HH03 5H029 AJ02 AJ12 AK03 AK16 AL03 AL07 AL08 AL12 AL16 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ13 DJ04 HJ04 HJ09  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor: Yoichi Koyama 41-Cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. 41, Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory, Inc. (72) Inventor Toshihiko Inoue 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Kiwa Adachi 1-1-1, Showacho Kariya City, Aichi Prefecture F term in DENSO CORPORATION (reference) 4F071 AA15 AA20 AH12 BC01 BC17 4F074 AA17 AA24 CE02 DA02 DA03 DA23 DA49 5H021 BB12 HH02 HH03 5H029 AJ02 AJ12 AK03 AK16 AL03 AL07 AL08 AL12 AL16 AM03 H04 DJ05J04

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極と負極とがセパレータを介して積層
された電極体を非水電解液に浸漬した非水電解質二次電
池において、前記セパレータの厚みを10μm〜30μ
mの範囲とすると共に、該セパレータの気孔率を30%
〜65%の範囲としたことを特徴とする非水電解質二次
電池。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween is immersed in a non-aqueous electrolyte, the separator has a thickness of 10 μm to 30 μm.
m and the porosity of the separator is 30%
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by being in the range of 65% to 65%.
【請求項2】 リチウムを吸蔵放出可能な金属酸化物等
を正極活物質に含む正極と、そのリチウムを吸蔵放出可
能な炭素質物質等を負極活物質に含む負極とが、セパレ
ータを介して積層された電極体を、リチウムイオン伝導
性の非水系の有機電解液に浸漬した非水電解質二次電池
において、前記セパレータの厚み寸法を10μm〜30
μmの範囲とすると共に、該セパレータの気孔率を30
%〜65%の範囲としたことを特徴とする非水電解質二
次電池。
2. A positive electrode containing a metal oxide capable of occluding and releasing lithium in a positive electrode active material and a negative electrode containing a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium in a negative electrode active material with a separator interposed therebetween. In a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the electrode assembly thus immersed is immersed in a lithium ion conductive non-aqueous organic electrolytic solution, the separator has a thickness of 10 μm to 30 μm.
μm and a porosity of the separator of 30 μm.
% To 65%.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014010526A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 シャープ株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN114447438A (en) * 2020-10-30 2022-05-06 泰星能源解决方案有限公司 Method for producing nonaqueous electrolyte solution for lithium ion secondary battery and method for producing lithium ion secondary battery using the same

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