JP2000277147A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2000277147A
JP2000277147A JP11082368A JP8236899A JP2000277147A JP 2000277147 A JP2000277147 A JP 2000277147A JP 11082368 A JP11082368 A JP 11082368A JP 8236899 A JP8236899 A JP 8236899A JP 2000277147 A JP2000277147 A JP 2000277147A
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JP
Japan
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aqueous electrolyte
secondary battery
overcharge
electrolyte secondary
battery
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Japanese (ja)
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Momoe Adachi
百恵 足立
Toru Kihira
徹 紀平
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent overcharge, to improve safety and to enhance energy density by including a redox shuttle overcharge controlling agent in a nonaqueous electrolyte and by installing a thermo-sensitive switch or thermo- sensitive sensor. SOLUTION: A compound expressed by the formula can be offered as a redox shuttle overcharge controlling agent. In the formula, X is a halogen. The compound is suitable for a redox shuttle of a battery having an oxidation- reduction potential of around four volts, its oxidation seed and reduction seed are chemically stable, and its battery performance is never degraded by a side- reaction. Its effect on a solvent characteristic of an electrolyte is small and its movement in the electrolyte is good as well. The compound is used as an oxidation-reduction reagent for protecting the battery because it consumes an overcharge current in overcharge. A thermo-sensitive switch or thermo- sensitive sensor detects the heat radiated from the battery, generates an alarm of an overcharge state and stops charge by itself or by interlocking with a facility installed together with it.

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
出入りにより起電力を得る非水電解質二次電池に関する
ものであり、いわゆるレドックスシャトルによる過充電
防止技術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 that obtains an electromotive force by entering and exiting lithium ions, and relates to a so-called redox shuttle overcharge prevention technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、カメラ一体型ビデオテープレコー
ダ、携帯電話、ラップトップコンピュータ等のポータブ
ル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られてい
る。そして、これらの電子機器のポータブル電源とし
て、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向
上させるための研究開発が活発に進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated video tape recorder, a mobile phone, and a laptop computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Research and development for improving the energy density of batteries, particularly secondary batteries, as portable power sources for these electronic devices are being actively promoted.

【0003】非水電解質を用いた電池、中でもリチウム
二次電池、リチウムイオン二次電池は、従来の水溶液系
電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池
と比較して、大きなエネルギー密度が得られるため、市
場も著しく成長しており、さらなる期待も大きくなって
いる。
[0003] Batteries using a non-aqueous electrolyte, in particular, lithium secondary batteries and lithium ion secondary batteries have higher energy densities than lead batteries and nickel cadmium batteries, which are conventional aqueous electrolyte secondary batteries. As a result, the market is growing significantly and expectations are growing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、リチウム二
次電池、あるいは、リチウムイオン二次電池は、単位体
積あたりのエネルギー密度が非常に高く、また、電解液
として可燃性の有機溶媒を使用している。そのため、リ
チウム二次電池、あるいは、リチウムイオン二次電池に
おいては、安全性確保は、最も重要な課題の一つであ
る。
The lithium secondary battery or lithium ion secondary battery has a very high energy density per unit volume and uses a flammable organic solvent as an electrolyte. I have. Therefore, in a lithium secondary battery or a lithium ion secondary battery, ensuring safety is one of the most important issues.

【0005】例えば、ニッケル−カドミウム電池におい
ては、過充電の際、充電電圧が上昇すると電解液に含ま
れる水の化学反応による充電エネルギー消費により過充
電防止機構が働く。それに対し、非水系であるリチウム
二次電池においては、水の化学反応による充電エネルギ
ー消費がないため、それに代わる別の機構が必要とな
る。リチウム二次電池における加熱時安全性機構および
過充電防止機構としては、化学反応(ガス発生をベース
とした電流遮断、開裂弁)を利用した方法、物理反応
(PTC素子)を利用した方法、および電子回路を利用
した方法が提案されている。これらの方法は、何れも制
御範囲を超えた発熱やガス発生(いわゆる熱暴走)の初
期段階をベースとして機構が成り立っており、異常時に
は、セルを使用不可能にすることにより安全を確保する
ことを目的としている。
[0005] For example, in a nickel-cadmium battery, when the charging voltage rises during overcharging, an overcharge prevention mechanism operates due to consumption of charging energy by a chemical reaction of water contained in the electrolyte. On the other hand, a non-aqueous lithium secondary battery does not consume charging energy due to the chemical reaction of water, and therefore requires another mechanism instead. As a safety mechanism during heating and an overcharge prevention mechanism in a lithium secondary battery, a method using a chemical reaction (current interruption based on gas generation, a cleavage valve), a method using a physical reaction (PTC element), and A method using an electronic circuit has been proposed. In each of these methods, the mechanism is established based on the initial stage of heat generation and gas generation (so-called thermal runaway) exceeding the control range, and in the event of an abnormality, safety is ensured by disabling the cell. It is an object.

【0006】しかしながら、これらの方法では、セルは
二度と使用することができなくなる。そして、これらの
方法は、制御不可能な発熱およびガス発生をベースとし
ているため、電池には、発火、漏液を防ぐための二重三
重の安全機構が必要となる。
However, in these methods, the cell cannot be used again. And, since these methods are based on uncontrollable heat generation and gas generation, the battery needs a double and triple safety mechanism to prevent ignition and liquid leakage.

【0007】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、過充電を防止し、より安全に優
れ、エネルギー密度の高い非水電解質二次電池を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and has as its object to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery which prevents overcharge, is more safe, and has a high energy density. And

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る非水電解質二次電池は、負極として
リチウムを主体とする金属または、リチウムをドープ・
脱ドープ可能な炭素材料を用い、正極としてリチウムと
遷移金属の複合酸化物を用い、非水電解質として非水溶
媒に電解質が溶解された非水電解液を用いてなる非水電
解質二次電池において、非水電解液がレドックスシャト
ル過充電制御剤を含有するとともに、感熱スイッチ、あ
るいは感熱センサが設けられていることを特徴とするも
のである。
In order to achieve the above-mentioned object, a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a metal mainly composed of lithium as a negative electrode or a lithium-doped metal.
In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a undoped carbon material, using a composite oxide of lithium and a transition metal as a positive electrode, and using a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent as a non-aqueous electrolyte In addition, the non-aqueous electrolyte contains a redox shuttle overcharge control agent, and a thermal switch or a thermal sensor is provided.

【0009】レドックスシャトル過充電制御剤は、非水
電解質二次電池が過充電状態にて充電される際、過充電
電流を消費するとともに、過充電による過剰エネルギー
を熱エネルギーに変換して非水電解質二次電池外に放出
する。そして、感熱スイッチ、あるいは感熱センサは、
非水電解質二次電池より放出された熱を感知することに
より単独で、または併設される設備と連動させることに
より過充電状態であることの警告を発する、あるいは充
電を停止させる等、機能する。
The redox shuttle overcharge control agent consumes an overcharge current when the nonaqueous electrolyte secondary battery is charged in an overcharged state, and converts the excess energy due to the overcharge into thermal energy to convert the nonaqueous electrolyte into a nonaqueous electrolyte. Released outside the electrolyte secondary battery. And the thermal switch or thermal sensor is
By sensing the heat released from the non-aqueous electrolyte secondary battery, it functions alone or in conjunction with a facility provided therewith to issue a warning that the battery is overcharged, or to stop charging.

【0010】したがって、本発明に係る非水電解質二次
電池は、制御不能な暴走熱やガスを利用することなく、
また、異常時においてもセルを使用不可能とすることな
く、安全性が確保される。
Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention does not use uncontrollable runaway heat or gas.
In addition, even in the event of an abnormality, safety can be ensured without making the cell unusable.

【0011】また、本発明に係る非水電解質二次電池
は、負極としてリチウムを主体とする金属または、リチ
ウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を用い、正極と
してリチウムと遷移金属の複合酸化物を用い、非水電解
質として非水溶媒に電解質が溶解された非水電解液を用
いてなる非水電解質二次電池において、非水電解液が下
記化2で表される化合物を含有するとともに、感熱スイ
ッチ、あるいは感熱センサが設けられていることを特徴
とするものである。
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention uses a metal mainly composed of lithium or a carbon material capable of doping and undoping lithium as a negative electrode, and a composite oxide of lithium and a transition metal as a positive electrode. In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent as a non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte contains a compound represented by the following formula 2, A heat switch or a heat sensor is provided.

【0012】下記化2で表される化合物は、非水電解質
二次電池が過充電状態にて充電される際、過充電電流を
消費するとともに、過充電による過剰エネルギーを熱エ
ネルギーに変換して非水電解質二次電池外に放出する。
そして、感熱スイッチ、あるいは感熱センサは、非水電
解質二次電池より放出された熱を感知することにより単
独で、または併設される設備と連動させることにより過
充電状態であることの警告を発する、あるいは充電を停
止させる等、機能する。
When the non-aqueous electrolyte secondary battery is charged in an overcharged state, the compound represented by the following formula 2 consumes overcharge current and converts excess energy due to overcharge into heat energy. Released outside the non-aqueous electrolyte secondary battery.
Then, the heat-sensitive switch or the heat-sensitive sensor issues a warning that it is in an overcharged state by sensing the heat released from the non-aqueous electrolyte secondary battery alone or in conjunction with the equipment provided therewith. Alternatively, it functions such as stopping charging.

【0013】したがって、本発明に係る非水電解質二次
電池は、制御不能な暴走熱やガスを利用することなく、
また、異常時においてもセルを使用不可能とすることな
く、安全性が確保される。
Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention does not use uncontrollable runaway heat or gas.
In addition, even in the event of an abnormality, safety can be ensured without making the cell unusable.

【0014】[0014]

【化2】 Embedded image

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0016】負極としてリチウムを主体とする金属、ま
たはリチウムをドープ・脱ドープ可能な材料を用い、正
極としてリチウムと遷移金属の複合酸化物を用い、非水
電解質として非水溶媒に電解質が溶解された非水電解液
を用いてなる非水電解質二次電池は、4V以上の高い電
池電圧を有している。
A negative electrode is made of a metal mainly composed of lithium or a material capable of doping and undoping lithium, a composite oxide of lithium and a transition metal is used as a positive electrode, and an electrolyte is dissolved in a nonaqueous solvent as a nonaqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte secondary battery using the non-aqueous electrolyte has a high battery voltage of 4 V or more.

【0017】本発明では、このような非水電解質二次電
池の非水電解液にレドックスシャトル過充電制御剤とな
る化合物を含有させる。また、非水電解質は、非水電解
液だけではなく、ゲル状のものも用いることができる。
In the present invention, a compound serving as a redox shuttle overcharge control agent is contained in the nonaqueous electrolyte of such a nonaqueous electrolyte secondary battery. As the non-aqueous electrolyte, not only a non-aqueous electrolyte but also a gel-like one can be used.

【0018】レドックスシャトル過充電制御剤として
は、例えば、下記化3で表される化合物が挙げられる。
このレドックスシャトルとして用いる有機化合物は、ベ
ンゼン環に2つのメトキシ基とハロゲン基が導入された
構造を有している。
The redox shuttle overcharge control agent includes, for example, compounds represented by the following formula (3).
The organic compound used as the redox shuttle has a structure in which two methoxy groups and a halogen group are introduced into a benzene ring.

【0019】[0019]

【化3】 Embedded image

【0020】このようにベンゼン環を基本骨格とし、メ
トキシ基とハロゲン基とを有する化合物は、4V級電池
のレドックスシャトルとして適当な酸化還元電位を有す
るとともに、酸化種並びに還元種が共に化学的に安定で
ある。
As described above, the compound having a benzene ring as a basic skeleton and having a methoxy group and a halogen group has a suitable oxidation-reduction potential as a redox shuttle of a 4V-class battery, and both the oxidized species and the reduced species are chemically protected. It is stable.

【0021】すなわち、有機化合物の二原子間の共有結
合は原則として対をなした二原子によって一つの一重結
合を形成する。したがって、有機化合物を酸化あるいは
還元して結合の電子系より1電子を取り去るか加えるか
すると、有機化合物内に不対電子を生じる。この不対電
子は、化合物の分解か、他の分子と新たな結合を形成す
るかことにより安定化されるが、有機化合物においてこ
の不対電子を有する状態は原則として不安定である。
That is, in principle, a covalent bond between two atoms of an organic compound forms one single bond by paired two atoms. Therefore, when an organic compound is oxidized or reduced to remove or add one electron from the electron system of the bond, an unpaired electron is generated in the organic compound. The unpaired electron is stabilized by decomposing the compound or forming a new bond with another molecule, but the state of the organic compound having the unpaired electron is unstable in principle.

【0022】しかしながら、不対電子が芳香族のπ軌道
のような非局在化した軌道に存在し、分子内で2個以上
の原子上に広がっている場合には、不対電子を有してい
ても有機化合物は比較的安定に存在し得る。ただしこの
場合、酸化還元電位は不対電子の広がりが大きすぎる
と、酸化還元電位が不適当となる。このような点を考慮
するとベンゼン環のような比較的分子量の小さい芳香環
を基本骨格とする有機化合物がレドックスシャトルとし
て適している。
However, when an unpaired electron exists in a delocalized orbital such as an aromatic π orbital and extends over two or more atoms in a molecule, it has an unpaired electron. However, the organic compound can exist relatively stably. However, in this case, if the spread of unpaired electrons is too large, the oxidation-reduction potential becomes inappropriate. Considering such points, an organic compound having an aromatic ring having a relatively small molecular weight such as a benzene ring as a basic skeleton is suitable as a redox shuttle.

【0023】そして、さらにこのメトキシ基を有するベ
ンゼン環にハロゲン基が導入されていると以下のような
効果がある。
When a halogen group is introduced into the benzene ring having a methoxy group, the following effects are obtained.

【0024】すなわち、化合物の酸化還元電位は分子の
基本骨格によって大まかに決定されるが、これに置換基
が導入されていると、多くの場合、電子吸引性の置換基
は酸化還元電位を上げ、電子供与性の置換基は酸化還元
電位を下げるように作用する。そして、複数の置換基の
効果はしばしば加成性が成り立つことが知られている。
That is, the oxidation-reduction potential of a compound is roughly determined by the basic skeleton of the molecule. When a substituent is introduced into the compound, the electron-withdrawing substituent often increases the oxidation-reduction potential. The electron donating substituent acts to lower the oxidation-reduction potential. It is known that the effects of a plurality of substituents often have additive properties.

【0025】ここで、ベンゼン環に置換基としてハロゲ
ン基が導入されているとハロゲン基が酸化還元電位を上
昇させる。実際の電池系では電解液の種類によって電位
が数百mV程度上下するが、ハロゲン基が導入されてい
るベンゼン環では、このようなハロゲン基の作用によっ
て酸化還元電位が微調整される。したがって、電解液の
種類によらず、適用な電位で酸化還元し、レドックスシ
ャトルとして十分な機能を発揮することになる。
Here, when a halogen group is introduced as a substituent on the benzene ring, the halogen group increases the oxidation-reduction potential. In an actual battery system, the potential fluctuates by about several hundred mV depending on the type of the electrolytic solution, but in a benzene ring into which a halogen group is introduced, the oxidation-reduction potential is finely adjusted by the action of such a halogen group. Therefore, regardless of the type of the electrolytic solution, it is oxidized and reduced at an appropriate potential, and exhibits a sufficient function as a redox shuttle.

【0026】なお、ベンゼン環に導入されるメトキシ基
は、1分子あたり2つ導入されていることが必要であ
る。一つのみでは酸化還元基としての効果が小さく、当
該化合物の必要使用量が増大してしまう。
It is necessary that two methoxy groups are introduced into a benzene ring per molecule. If only one compound is used, the effect as a redox group is small, and the required amount of the compound increases.

【0027】以上のようにベンゼン環に2つのメトキシ
基とハロゲン基が導入された構造の有機化合物は、酸化
還元電位が4V級電池のレドックスシャトルとして適当
でありかつ酸化種並びに還元種が化学的に安定であり、
副反応によって電池性能を劣化させることがない。しか
も、この化合物は、基本骨格であるベンゼン環の分子量
が78であり、例えばメタロセン類、ポリピリジン錯体
等の金属錯体やセリウム塩等に比べて分子量が小さく、
分子体積も小さい。このことは、電解液中における占有
体積が小さく拡散速度が速いことを意味しており、電解
液の溶媒特性に与える影響が小さく、また電解液中での
動態も良好である。
As described above, an organic compound having a structure in which two methoxy groups and a halogen group are introduced into a benzene ring is suitable as a redox shuttle for a 4V-class battery having a redox potential, and the oxidized species and the reduced species are chemically changed. Stable
There is no deterioration of battery performance due to side reactions. In addition, this compound has a molecular weight of 78 as a basic skeleton of a benzene ring, and is smaller in molecular weight than metal complexes such as metallocenes, polypyridine complexes, and cerium salts.
The molecular volume is also small. This means that the volume occupied in the electrolytic solution is small and the diffusion rate is high, the influence on the solvent characteristics of the electrolytic solution is small, and the dynamics in the electrolytic solution are good.

【0028】このような有機化合物を具体的に例示する
と、1,4−ジメトキシ−2−フルオロベンゼン、1,
3−ジメトキシ−5−クロロベンゼン、3,5−ジメト
キシ−1−フルオロベンゼン、1,2−ジメトキシ−4
−フルオロベンゼン、1,2−ジメトキシ−4−ブロモ
ベンゼン、1,3−ジメトキシ−4−ブロモベンゼン、
または2,5−ジメトキシ−1−ブロモベンゼン等が挙
げられる。
Specific examples of such organic compounds include 1,4-dimethoxy-2-fluorobenzene,
3-dimethoxy-5-chlorobenzene, 3,5-dimethoxy-1-fluorobenzene, 1,2-dimethoxy-4
-Fluorobenzene, 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene, 1,3-dimethoxy-4-bromobenzene,
Or 2,5-dimethoxy-1-bromobenzene.

【0029】なお、これらの中で、特に2つのメトキシ
基の位置が1,2−位あるいは1,4−位のものは酸化
還元反応の可逆性がよく、レドックスシャトルとして好
適である。
Among them, those having two methoxy groups at the 1,2-position or the 1,4-position, in particular, have good reversibility of the oxidation-reduction reaction and are suitable as a redox shuttle.

【0030】そして、レドックスシャトル過充電制御剤
は、過充電時に過充電電流を消費することで電池を保護
する酸化還元試薬として用いられるものであり、非水電
解液に一定の過充電電流を輸送するのに十分な濃度で溶
解させて使用される。
The redox shuttle overcharge control agent is used as an oxidation-reduction reagent that protects the battery by consuming the overcharge current during overcharge, and transports a constant overcharge current to the non-aqueous electrolyte. Used at a concentration sufficient to perform the reaction.

【0031】すなわち、効果的にその機能を発揮させる
には、レドックスシャトル過充電制御剤は、非水電解液
に対して0.1重量%以上30重量%以下の濃度範囲に
おいて溶解させることが好ましい。そして、1重量%以
上10重量%以下の濃度範囲において溶解させることが
より好ましい。レドックスシャトル過充電制御剤の濃度
が0.1重量%未満の場合、レドックスシャトルとして
の効果は十分に発揮されない。また、その濃度が30重
量%よりも高い場合、非水電解質二次電池の諸特性に悪
影響を与えることとなり、電池容量やサイクル特性が劣
化してしまう。
That is, in order to exert its function effectively, the redox shuttle overcharge controlling agent is preferably dissolved in the nonaqueous electrolyte in a concentration range of 0.1% by weight or more and 30% by weight or less. . It is more preferable to dissolve in a concentration range of 1% by weight or more and 10% by weight or less. When the concentration of the redox shuttle overcharge controlling agent is less than 0.1% by weight, the effect as a redox shuttle is not sufficiently exhibited. On the other hand, when the concentration is higher than 30% by weight, various characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are adversely affected, and the battery capacity and cycle characteristics are deteriorated.

【0032】レドックスシャトル過充電制御剤は、上記
のような濃度範囲において非水電解液に溶解させること
により、効果的にその機能を発揮し、過充電時において
過充電電流を化学的に消費するとともに、過充電エネル
ギーを熱エネルギーに変換し、非水電解質二次電池外に
放出する。
The redox shuttle overcharge controlling agent exhibits its function effectively by dissolving it in the non-aqueous electrolyte in the above concentration range, and chemically consumes the overcharge current at the time of overcharging. At the same time, the overcharge energy is converted into heat energy and released outside the non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0033】したがって、レドックスシャトル過充電制
御剤を非水電解液中に含有する非水電解質二次電池で
は、過充電電流による過剰エネルギーは、非水電解質二
次電池内に蓄積されることがなく、熱エネルギーに変換
されて非水電解質二次電池外に放出される。
Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery containing the redox shuttle overcharge controlling agent in the non-aqueous electrolyte, the excess energy due to the overcharge current is not accumulated in the non-aqueous electrolyte secondary battery. Is converted into thermal energy and released outside the non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0034】そして、レドックスシャトル過充電制御剤
を用いた非水電解質二次電池では、例えば、レドックス
シャトルの限界電流を超えた過充電電流で過充電された
場合においても、少なくとも限界電流までの過剰エネル
ギーは非水電解質二次電池内に蓄積されることがなく、
熱エネルギーとして非水電解質二次電池外に放出され
る。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery using a redox shuttle overcharge controlling agent, for example, even when overcharge is performed with an overcharge current exceeding the limit current of the redox shuttle, at least the excess current up to the limit current is obtained. Energy is not stored in the non-aqueous electrolyte secondary battery,
Released as heat energy outside the non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0035】さらに、レドックスシャトル過充電制御剤
を非水電解液中に含有する非水電解質二次電池は、感熱
スイッチ、あるいはセンサを設けることにより、非水電
解質二次電池より放出された熱を感熱スイッチ、あるい
はセンサにより検出し、感熱スイッチあるいはセンサ単
独で、または併設される設備と連動させることにより過
充電状態であることの警告を発する、あるいは充電を停
止させる等、機能させることができる。
Furthermore, a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a redox shuttle overcharge controlling agent in a non-aqueous electrolyte can be provided with a heat-sensitive switch or a sensor to reduce the heat released from the non-aqueous electrolyte secondary battery. The detection can be performed by a thermal switch or a sensor, and the thermal switch or the sensor can be used alone or in conjunction with a facility provided therewith to issue a warning of an overcharged state or to stop charging.

【0036】上記感熱スイッチ、あるいは感熱センサと
しては、熱が加わることによって特性が変化し、その特
性の変化が検出できるものを用いることができる。例え
ば、熱が加わることによって、溶ける、変形する、抵抗
値が変化する、色が変化する等、種々の特性変化を利用
することができる。そして、より具体的には、例えば、
チョークマーカ、液晶(配向剤)、熱電対、PTC素子
(Positive Temperature Coefficient)、バイメタ
ル、形状記憶合金、等が挙げられる。また、これらを用
いて、例えば、過充電電流を遮断する、色変化により警
告表示をする、回路を介して警告音を発する、電源を切
る等、種々の過充電防止策を講じることができる。
As the above-mentioned heat-sensitive switch or heat-sensitive sensor, those whose characteristics change due to the application of heat and whose change can be detected can be used. For example, various property changes such as melting, deformation, resistance value change, and color change by application of heat can be used. And, more specifically, for example,
Examples include a chalk marker, a liquid crystal (alignment agent), a thermocouple, a PTC element (Positive Temperature Coefficient), a bimetal, and a shape memory alloy. Using these, various overcharge prevention measures can be taken, such as, for example, cutting off the overcharge current, displaying a warning by a color change, emitting a warning sound via a circuit, and turning off the power.

【0037】さらに、DSC(Differrental Scanning
Calorimeter)、もしくはカロリーメータの機能を搭
載したコンピュータ等を用いることもできる。すなわ
ち、既存の保護回路に、上記のような感熱センサの機能
も追加するとともに、端子間電圧を検出し、端子間電圧
が一定値を上回り、発熱を感知した場合に電流を遮断す
る、電源を切る、等のシステムを組むこともできる。
Further, DSC (Differential Scanning)
Calorimeter) or a computer equipped with a calorimeter function can also be used. That is, in addition to adding the function of the thermal sensor as described above to the existing protection circuit, the power supply that detects the voltage between terminals and shuts off the current when the voltage between terminals exceeds a certain value and generates heat is detected. It is also possible to build a system such as cutting.

【0038】なお、本発明は上記の例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変
更可能であることは言うまでもない。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described example, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.

【0039】したがって、本発明による非水電解質二次
電池は、非水電解液にレドックスシャトル過充電制御剤
を含有するとともに、感熱スイッチ、あるいは感熱セン
サを設け、過充電防止策を講じることにより、制御不可
能な暴走熱やガスを利用することなく、また、異常時に
おいてもセルを使用不可能にすることのない優れた安全
機構を備えるため、高い安全性を確保することができ
る。
Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention contains a redox shuttle overcharge controlling agent in the non-aqueous electrolyte and is provided with a heat-sensitive switch or a heat-sensitive sensor to take measures for preventing overcharge. An excellent safety mechanism that does not use uncontrollable runaway heat or gas and does not make the cell unusable even in the event of an abnormality provides high safety.

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明を具体的な実験結果に基づいて
詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on specific experimental results.

【0041】実施例1 図1に本実施例1で作製したコイン型非水電解液二次電
池(外径20mm、高さ2.5mm)の断面図を示す。
Example 1 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery (outer diameter 20 mm, height 2.5 mm) manufactured in Example 1.

【0042】このコイン型非水電解液二次電池を以下の
ようにして作製した。
This coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured as follows.

【0043】負極は、負極活物質1として圧延リチウム
金属シート(厚み1.85mm、直径15mm)を上缶
2に圧着して作製した。
The negative electrode was produced by pressing a rolled lithium metal sheet (thickness: 1.85 mm, diameter: 15 mm) as the negative electrode active material 1 onto the upper can 2.

【0044】一方、正極は次のようにして作製した。On the other hand, the positive electrode was manufactured as follows.

【0045】まず初めに、正極活物質(LiCoO2
を得るために、炭酸リチウムと炭酸コバルトとを0.5
モル:1モルの比率で混合し、空気中900℃で5時間
焼成した。次に、得られたLiCoO2を200℃にお
いて90分間予備乾燥を行った後、このLiCoO2
0重量部と、導電剤としてグラファイト7重量部と、結
着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3重量部
とをN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を用いて
湿式混合し、100℃で減圧乾燥することによって正極
合剤を得た。そして、この正極合剤を集電体のアルミニ
ウムメッシュとともに直径16mmのペレット型に成型
し、下缶4に収納した。
First, a positive electrode active material (LiCoO 2 )
To obtain lithium carbonate and cobalt carbonate in 0.5
The mixture was mixed in a molar ratio of 1: 1 and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours. Next, after preliminarily drying the obtained LiCoO 2 at 200 ° C. for 90 minutes, this LiCoO 2 9
0 parts by weight, 7 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are wet-mixed using N, N-dimethylformamide (DMF) and dried at 100 ° C. under reduced pressure. Thus, a positive electrode mixture was obtained. Then, this positive electrode mixture was formed into a pellet type having a diameter of 16 mm together with the aluminum mesh of the current collector, and stored in the lower can 4.

【0046】これら負極活物質1が圧着した上缶2と、
正極活物質3が収納された下缶4とを多孔質ポリプロピ
レンフィルム製のセパレータ5を介して積層した。そし
て、炭酸プロピレンと炭酸ジメチルとを1:1なる体積
比で混合した混合溶媒に、LiPF6(電解質)を1.
0mol/lと1,2ジメトキシ−4−ブロモベンゼン
(レドックスシャトル過充電制御剤)を200mmol
/lとを溶解させて非水電解液を調製し、電池缶内に注
入した。続いて、上缶2と下缶4の外周縁部を封口ガス
ケット6を介してかしめ密閉することでコイン型非水電
解液二次電池を作製した。なお、非水電解液に溶解させ
た1,2ジメトキシ−4−ブロモベンゼンは、サイクリ
ックボルタンメトリーにより対リチウムで4.2Vおよ
び4.45V付近で可逆的な酸化還元反応が起こること
が確認されている。
An upper can 2 to which the negative electrode active material 1 is pressed,
The lower can 4 containing the positive electrode active material 3 was laminated via a separator 5 made of a porous polypropylene film. Then, propylene carbonate and dimethyl carbonate 1: a solvent mixture 1 comprising a volume ratio, LiPF 6 (the electrolyte) 1.
0 mol / l and 200 mmol of 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene (redox shuttle overcharge control agent)
/ L was dissolved to prepare a non-aqueous electrolyte, which was injected into the battery can. Subsequently, the outer peripheral edges of the upper can 2 and the lower can 4 were caulked via a sealing gasket 6 and sealed to produce a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery. In addition, 1,2 dimethoxy-4-bromobenzene dissolved in the non-aqueous electrolyte solution was confirmed by cyclic voltammetry to have a reversible oxidation-reduction reaction at around 4.2 V and 4.45 V with respect to lithium. I have.

【0047】比較例1 炭酸プロピレンと炭酸ジメチルとを1:1なる体積比で
混合した混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/lを
溶解させた非水電解液を使用したこと以外は、実施例1
と同様にしてコイン型非水電解液二次電池を作製した。
Comparative Example 1 A non-aqueous electrolyte in which 1.0 mol / l of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent obtained by mixing propylene carbonate and dimethyl carbonate at a volume ratio of 1: 1 was used. Example 1
In the same manner as in the above, a coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.

【0048】以上の実施例1および比較例1で作製され
たコイン型非水電解液二次電池について、過充電条件で
充放電を行い、その電圧変化を調べた。
The coin-type non-aqueous electrolyte secondary batteries produced in Example 1 and Comparative Example 1 were charged and discharged under overcharge conditions, and the voltage change was examined.

【0049】なお、充放電は、初めに電流150μA、
上限電圧4.5Vなる条件で定電流充電を100時間行
った後、10時間休止し、続いて電流150μAなる条
件で電池電圧が2.7Vに達するまで定電流放電を行う
といったプロセスで行った。このような充放電プロセス
における実施例1および比較例1で作製されたコイン型
非水電解液二次電池の電圧変化を図2に示す。
The charge and discharge were performed at a current of 150 μA,
A constant current charge was performed for 100 hours under the condition of an upper limit voltage of 4.5 V, a pause was performed for 10 hours, and then a constant current discharge was performed under a condition of a current of 150 μA until the battery voltage reached 2.7 V. FIG. 2 shows the voltage change of the coin-type nonaqueous electrolyte secondary batteries produced in Example 1 and Comparative Example 1 in such a charge / discharge process.

【0050】図2において、比較例1のコイン型非水電
解液二次電池は、充電によって電池電圧が大きく上昇す
るが、実施例1のコイン型非水電解液二次電池は、4.
1Vになった時点でほとんど電池電圧が上昇しなくな
る。これは、実施例1のコイン型非水電解液二次電池で
は、電解液に添加した1,2ジメトキシ−4−ブロモベ
ンゼンによって過充電電流が消費され、電圧上昇が抑え
られているからである。これにより、実施例1のコイン
型非水電解液二次電池においては、電池電圧が4.1V
になった時点からは、コイン型非水電解液二次電池内に
はエネルギーが蓄えられていないことがわかる。すなわ
ち、実施例1のコイン型非水電解液二次電池において
は、電池電圧が4.1Vになった時点からは、レドック
スシャトル過充電制御剤の効果により、過充電電流が消
費されるとともに、過充電による過剰エネルギーは、熱
エネルギーに変換されてコイン型非水電解液二次電池外
に放出されていると考えられる。それに対して、比較例
1のコイン型非水電解液二次電池においては、レドック
スシャトル過充電制御剤が添加されていないため、電池
電圧が上限電圧4.5Vまで上昇してしまい、コイン型
非水電解液二次電池内に過剰エネルギーが蓄積されてい
ることがわかる。
In FIG. 2, the battery voltage of the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 is greatly increased by charging.
When the voltage becomes 1 V, the battery voltage hardly rises. This is because in the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1, the overcharge current was consumed by 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene added to the electrolyte, and the voltage rise was suppressed. . Thereby, in the coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1, the battery voltage was 4.1 V.
It can be seen that no energy is stored in the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery from the point in time when. That is, in the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1, the overcharge current is consumed by the effect of the redox shuttle overcharge control agent from the time when the battery voltage becomes 4.1 V, It is considered that excess energy due to overcharging is converted to heat energy and released outside the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery. On the other hand, in the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1, since the redox shuttle overcharge controlling agent was not added, the battery voltage rose to the upper limit voltage of 4.5 V, and the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery increased. It can be seen that excess energy is accumulated in the water electrolyte secondary battery.

【0051】次に、上記の見解を確認するために、実施
例1および比較例1で作製されたコイン型非水電解液二
次電池について、過充電時における、電圧変化と、発熱
状況を調べた。
Next, in order to confirm the above opinion, for the coin-type non-aqueous electrolyte secondary batteries manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, the voltage change and the heat generation state during overcharge were examined. Was.

【0052】なお、充電は、150μAで電池電圧が
4.95Vになるまで定電流充電を行うといったプロセ
スで行った。また、コイン型非水電解液二次電池の発熱
状況は、カロリメータ(SETARAM社製)を用いて
測定した。このような充電プロセスにおける実施例1お
よび比較例1で作製したコイン型非水電解液二次電池の
電圧変化およびそれに対応する発熱量の変化を図3に示
す。
The charging was performed by a process such as performing constant-current charging at 150 μA until the battery voltage reached 4.95 V. The heat generation of the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery was measured using a calorimeter (manufactured by SETARAM). FIG. 3 shows a change in voltage of the coin-type non-aqueous electrolyte secondary batteries manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 and a corresponding change in calorific value in such a charging process.

【0053】図3より、レドックスシャトル過充電制御
剤である1,2ジメトキシ−4−ブロモベンゼンが添加
されていない比較例1のコイン型非水電解液二次電池に
おいては、非水電解液の分解および正極の構造破壊が起
きていると推察される充電末期までは、発熱がほとんど
認められない。それに対して、レドックスシャトル過充
電制御剤である1,2ジメトキシ−4−ブロモベンゼン
が添加されている実施例1のコイン型非水電解液二次電
池においては、比較例1のコイン型非水電解液二次電池
との間に電圧の差を生じ始めた時間帯(45時間付近)
から電池の発熱が認められる。さらに電圧が一定になっ
た4.2V〜4.3Vの状態においては、電池の発熱量
は、約0.6mW〜0.7mWになった。定電流充電時
の充電電流は、150μAであることから、電圧が一定
になった4.2V〜4.3Vにおける仕事率は、0.6
3mW〜0.645mWになると予想され、本実施例1
の結果と非常によく一致する。このことより、電圧が
4.3Vを超えた状態においてコイン型非水電解液二次
電池に供給される過充電電流、すなわち過剰エネルギー
は、コイン型非水電解液二次電池内に蓄えられたり、何
らかの副反応に使用されたりすることはなく、ほぼ10
0%の割合で熱エネルギーに変換されて、コイン型非水
電解液二次電池外に放出されていると理論づけられる。
FIG. 3 shows that the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 to which 1,2 dimethoxy-4-bromobenzene, which is a redox shuttle overcharge control agent, was not added, Heat generation is hardly observed until the end of charging, when it is assumed that decomposition and structural destruction of the positive electrode have occurred. On the other hand, in the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1 to which 1,2 dimethoxy-4-bromobenzene which is a redox shuttle overcharge control agent was added, the coin-type non-aqueous electrolyte of Comparative Example 1 was used. Time zone when the voltage difference between the battery and the electrolyte secondary battery started to occur (around 45 hours)
, Heat generation of the battery is recognized. Further, in the state where the voltage was constant at 4.2 V to 4.3 V, the calorific value of the battery was about 0.6 mW to 0.7 mW. Since the charging current at the time of constant current charging is 150 μA, the power at 4.2 V to 4.3 V where the voltage is constant is 0.6 μm.
It is expected to be 3 mW to 0.645 mW.
Agrees very well with the results. From this, the overcharge current supplied to the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery in a state where the voltage exceeds 4.3 V, that is, excess energy, is stored in the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery. Is not used for any side reaction,
It is theorized that it is converted to thermal energy at a rate of 0% and released outside the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0054】実施例2 図4に本実施例2で作製した円筒型非水電解液二次電池
(外径18mm、高さ65mm)の断面図を示す。
Example 2 FIG. 4 shows a cross-sectional view of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery (outer diameter 18 mm, height 65 mm) manufactured in Example 2.

【0055】この円筒型非水電解液二次電池を以下のよ
うにして作製した。
This cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured as follows.

【0056】まず初めに、負極7を次のように作製し
た。
First, the negative electrode 7 was manufactured as follows.

【0057】出発原料に石油ピッチを用い、これに酸素
を含む官能基を10〜20%導入することにより酸素架
橋を行い、次いで不活性ガス気流中1000℃で焼成
し、ガラス状炭素に近い性質の難黒鉛化炭素材料を得
た。この難黒鉛化炭素材料を粉砕し、平均粒径10μm
の炭素材料粉末とした。次に、この炭素材料粉末90重
量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVd
F)10重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらに
これをN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリ
ー状とした。そして、このスラリーを負極集電体14で
ある厚み10μmの帯状の銅箔の両面に均一に塗布し、
乾燥後ロールプレス機で圧縮成型し、負極7を作製し
た。
Oxygen crosslinking is carried out by using a petroleum pitch as a starting material and introducing a functional group containing oxygen by 10 to 20%, and then firing at 1000 ° C. in an inert gas stream to obtain a property close to glassy carbon. Was obtained. This non-graphitizable carbon material is pulverized to an average particle size of 10 μm.
Carbon material powder. Next, 90 parts by weight of this carbon material powder and polyvinylidene fluoride (PVd) as a binder
F) was mixed with 10 parts by weight to prepare a negative electrode mixture, which was further dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. Then, the slurry is uniformly applied to both surfaces of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil as the negative electrode current collector 14,
After drying, compression molding was performed with a roll press machine to produce a negative electrode 7.

【0058】一方、正極8を次のように作製した。On the other hand, the positive electrode 8 was produced as follows.

【0059】まず初めに、正極活物質(LiCoO2
を得るために、炭酸リチウムと炭酸コバルトとを0.5
モル:1モルの比率で混合し、空気中900℃で5時間
焼成した。次に、得られたLiCoO2を91重量部
と、導電剤としてグラファイト6重量部と、結着剤とし
てポリフッ化ビニリデン(PVdF)3重量部とを混合
して正極合剤を調製し、さらにこれをN−メチルピロリ
ドンに分散させてスラリー状とした。そして、このスラ
リーを正極集電体15である厚み20μmのアルミニウ
ム箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で
圧縮成型し、正極8を作製した。
First, the positive electrode active material (LiCoO 2 )
To obtain lithium carbonate and cobalt carbonate in 0.5
The mixture was mixed in a molar ratio of 1: 1 and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours. Next, 91 parts by weight of the obtained LiCoO 2 , 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Was dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry. Then, this slurry was uniformly applied to both surfaces of a 20 μm-thick aluminum foil as the positive electrode current collector 15, dried, and then compression-molded with a roll press to produce a positive electrode 8.

【0060】次に、得られた負極7および正極8を厚み
25μmの微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパ
レータ5を介して順次積層し、渦巻型に多数回巻回する
ことにより巻回体を作製した。
Next, the obtained negative electrode 7 and positive electrode 8 were successively laminated via a separator 5 made of a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm, and wound in a spiral form many times to produce a wound body. .

【0061】次に、ニッケルメッキを施した鉄製の電池
缶10の底部に絶縁板9を挿入し、上記巻回体を収納し
た。そして、負極7の集電をとるためにニッケル製の負
極リード16の一端を負極7に圧着し、他端を電池缶1
0に溶接した。また、正極8の集電をとるために、アル
ミニウム製の正極リード17の一端を正極8に取り付
け、他端を電池内圧に応じて電流を遮断する電流遮断用
薄板13を介して電池蓋12と電気的に接続した。
Next, the insulating plate 9 was inserted into the bottom of the nickel-plated iron battery can 10, and the wound body was housed. Then, in order to collect the current of the negative electrode 7, one end of a negative electrode lead 16 made of nickel is pressed against the negative electrode 7, and the other end is connected to the battery can 1.
0 was welded. In order to collect the current of the positive electrode 8, one end of an aluminum positive electrode lead 17 is attached to the positive electrode 8, and the other end is connected to the battery lid 12 via a current interrupting thin plate 13 which interrupts the current according to the internal pressure of the battery. Connected electrically.

【0062】そして、この電池缶10の中に、炭酸プロ
ピレン(PC)50体積%と炭酸ジエチル50体積%と
の混合溶媒に、1,2−ジメトキシ−4−ブロモベンゼ
ン(レドックスシャトル過充電制御剤)5体積%と、L
iPF6(電解質)0.5mol/lと、LiN(C2
5SO22(電解質)0.5mol/lとを溶解させた
非水電解液を注入した。そこでアスファルトを塗布した
絶縁封口ガスケット11を介して電池缶10をかしめる
ことにより電池蓋12を固定し、直径18mm、高さ6
5mmの円筒型非水電解液二次電池を作製した。
Then, 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene (a redox shuttle overcharge controlling agent) was mixed in a mixed solvent of 50 vol% of propylene carbonate (PC) and 50 vol% of diethyl carbonate in the battery can 10. ) 5% by volume and L
0.5 mol / l of iPF 6 (electrolyte) and LiN (C 2 F
5 SO 2) 2 (was injected electrolyte) non-aqueous electrolytic solution obtained by dissolving a 0.5 mol / l. Then, the battery lid 10 is fixed by caulking the battery can 10 through the insulating sealing gasket 11 coated with asphalt, and has a diameter of 18 mm and a height of 6 mm.
A 5 mm cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.

【0063】上記のようにして作製した円筒型非水電解
液二次電池の電池缶10の外側に、発熱を感知すると変
色するチョークマーカを張り付けた。
A chalk marker that changes color when heat is detected is attached to the outside of the battery can 10 of the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured as described above.

【0064】比較例2 非水電解液中に、1,2−ジメトキシ−4−ブロモベン
ゼンを溶解させない以外は実施例2と同様にして円筒型
非水電解液二次電池を作製した。
Comparative Example 2 A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was prepared in the same manner as in Example 2 except that 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene was not dissolved in the non-aqueous electrolyte.

【0065】以上の実施例2および比較例2で作製され
た円筒型非水電解液二次電池に対して、過充電を行い、
その電圧変化を調べた。
The cylindrical non-aqueous electrolyte secondary batteries produced in Example 2 and Comparative Example 2 were overcharged,
The voltage change was examined.

【0066】なお、充電は、電流60mAの定電流充電
により行った。実施例2および比較例2で作製された円
筒型非水電解液二次電池の電圧変化を図5に示す。
The charging was performed by constant current charging at a current of 60 mA. FIG. 5 shows voltage changes of the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary batteries manufactured in Example 2 and Comparative Example 2.

【0067】図5において、比較例2の円筒型非水電解
液二次電池は、充電によって電池電圧が大きく上昇する
が、実施例2の円筒型非水電解液二次電池は、電池電圧
が4.2V付近になった時点でほとんど電池電圧が上昇
しなくなる。これは、実施例2の円筒型非水電解液二次
電池では、電解液に添加した1,2−ジメトキシ−4−
ブロモベンゼンによって過充電電流が消費され、電圧上
昇が抑えられているからである。また、実施例2の円筒
型非水電解液二次電池では、電池電圧が一定になり始め
た容量1600mAh付近から、電池缶10に張り付け
たチョークマーカの変色が確認された。これにより、実
施例2の円筒型非水電解液二次電池においては、電池電
圧が一定になり始めた時点、すなわち電池電圧が4.2
V付近になった時点からは、円筒型非水電解液二次電池
内にはエネルギーが蓄えられていないことがわかる。す
なわち、実施例2の円筒型非水電解液二次電池において
は、電池電圧が4.2V付近になった時点からは、レド
ックスシャトル過充電制御剤の効果により、過充電電流
が消費されるとともに、過充電による過剰エネルギー
は、熱エネルギーに変換されて円筒型非水電解液二次電
池外に放出されていると言える。
In FIG. 5, the battery voltage of the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2 is greatly increased by charging, whereas the battery voltage of the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 2 is large. When the voltage becomes about 4.2 V, the battery voltage hardly rises. This is because, in the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 2, 1,2-dimethoxy-4-added to the electrolyte was added.
This is because the bromobenzene consumes an overcharge current and suppresses a voltage rise. In the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 2, the color of the choke marker attached to the battery can 10 was confirmed from around 1600 mAh where the battery voltage began to be constant. Thereby, in the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 2, the time when the battery voltage started to be constant, that is, the battery voltage was 4.2
It can be seen that no energy is stored in the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery from the point in time when the voltage has reached around V. That is, in the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 2, from the time when the battery voltage becomes around 4.2 V, the overcharge current is consumed due to the effect of the redox shuttle overcharge control agent, and In other words, it can be said that excess energy due to overcharging is converted into heat energy and released outside the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0068】それに対して、比較例2の円筒型非水電解
液二次電池においては、電池電圧が5V付近にまで上昇
している。また、比較例2の円筒型非水電解液二次電池
においては電池缶10に張り付けたチョークマーカに変
色は認められなかった。これにより、比較例2の円筒型
非水電解液二次電池においては、レドックスシャトル過
充電制御剤が添加されていないため、過充電電流は消費
されず、また、熱エネルギーに変換されて円筒型非水電
解液二次電池外に放出されることもなく、円筒型非水電
解液二次電池内に過剰エネルギーとして蓄積されている
ことがわかる。
On the other hand, in the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2, the battery voltage increased to around 5V. In the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2, no color change was observed in the choke marker attached to the battery can 10. Thereby, in the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2, since the redox shuttle overcharge controlling agent was not added, the overcharge current was not consumed, and it was converted to thermal energy and converted into cylindrical energy. It can be seen that the energy is not released to the outside of the non-aqueous electrolyte secondary battery and is stored as excess energy in the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0069】上記の結果より、非水電解液中にレドック
スシャトル過充電制御剤を添加することにより、電池が
過充電状態において充電が行われた場合においても、過
剰エネルギーは、熱エネルギーに変換されて、非水電解
液二次電池外に放出されることがわかる。したがって、
この放出された熱エネルギーを、感熱スイッチ、あるい
は感熱センサ等を用いて検出し、過充電防止策を講じる
ことにより、制御不可能な暴走熱やガスを利用すること
なく、また、異常時においてもセルを使用不可能にする
ことのない優れた安全機構を備えるため、高い安全性を
確保することができる。
From the above results, by adding the redox shuttle overcharge controlling agent to the non-aqueous electrolyte, even when the battery is charged in an overcharged state, the excess energy is converted into heat energy. Thus, it can be seen that it is discharged outside the non-aqueous electrolyte secondary battery. Therefore,
This released thermal energy is detected using a thermal switch or a thermal sensor, etc., and by taking measures to prevent overcharging, without using uncontrollable runaway heat or gas, and even in abnormal times Since an excellent safety mechanism that does not render the cell unusable is provided, high security can be ensured.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よればエネルギー密度の高い4V以上の電圧の非水電解
質二次電池の過充電保護を、セルを使用不可能にするこ
となく、そしてより低コストで、しかもエネルギー密度
を低下させる保護装置なしに、より簡便な方法にて提供
することができる。
As described above in detail, according to the present invention, overcharge protection of a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high energy density of 4 V or more can be achieved without disabling the cell. And it can be provided by a simpler method at a lower cost and without a protective device for lowering the energy density.

【0071】したがって、軽量にして高容量かつ長寿命
の非水電解質二次電池を安価に供給することができ、し
かも電池の安全性や信頼性に優れていることから、ポー
タブル機器、自動車用バッテリ、電気自動車、ロードレ
ベリング等、二次電池を必要とする用途に広く用いるこ
とができ、その効果は非常に大きいものである。
Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a light weight, a high capacity and a long life can be supplied at a low cost, and since the battery is excellent in safety and reliability, it can be used in portable equipment and automobile batteries. It can be widely used for applications requiring a secondary battery, such as electric vehicles, road leveling, etc., and the effect is very large.

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

【図1】本発明を適用した電池の一構成例を示す断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one configuration example of a battery to which the present invention is applied.

【図2】電解液に1,2−ジメトキシ−4−ブロモベン
ゼンを添加したコイン型非水電解液二次電池と、電解液
にこの化合物を添加していないコイン型非水電解液二次
電池について、充放電プロセスにおける電圧変化を比較
して示す特性図である。
FIG. 2 shows a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery in which 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene is added to an electrolyte, and a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery in which this compound is not added to an electrolyte. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a comparison between voltage changes in a charge / discharge process.

【図3】電解液に1,2−ジメトキシ−4−ブロモベン
ゼンを添加したコイン型非水電解液二次電池と、電解液
にこの化合物を添加していないコイン型非水電解液二次
電池について、充電プロセスにおける電圧変化およびそ
れに対応するコイン型非水電解液二次電池からの発熱量
を比較して示す特性図である。
FIG. 3 shows a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery in which 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene is added to an electrolyte, and a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery in which this compound is not added to an electrolyte. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a comparison between a voltage change in a charging process and a corresponding calorific value from a coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery.

【図4】本発明に適用した電池の一構成例を示す断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one configuration example of a battery applied to the present invention.

【図5】電解液に1,2−ジメトキシ−4ブロモベンゼ
ンを添加した円筒型非水電解液二次電池と、電解液にこ
の化合物を添加していない円筒型非水電解液二次電池に
ついて、充電プロセスにおける電圧変化を比較して示す
特性図である。
FIG. 5 shows a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery in which 1,2-dimethoxy-4 bromobenzene is added to the electrolyte and a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery in which this compound is not added to the electrolyte. FIG. 7 is a characteristic diagram showing a comparison between voltage changes in a charging process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 負極活物質、2 上缶、3 正極活物質、4 下
缶、5 セパレータ、6封口ガスケット、7 負極、8
正極、9 絶縁板、10 電池缶、11 絶縁封口ガ
スケット、12 電池蓋、13 電流遮断用薄板、14
負極集電体、15 正極集電体、16 負極リード、
17 正極リード
1 negative electrode active material, 2 upper can, 3 positive electrode active material, 4 lower can, 5 separator, 6 sealing gasket, 7 negative electrode, 8
Positive electrode, 9 Insulation plate, 10 Battery can, 11 Insulation sealing gasket, 12 Battery cover, 13 Current interrupting thin plate, 14
Negative electrode current collector, 15 positive electrode current collector, 16 negative electrode lead,
17 Positive electrode lead

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 負極としてリチウムを主体とする金属、
又はリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を用
い、正極としてリチウムと遷移金属の複合酸化物を用
い、非水電解質として非水溶媒に電解質が溶解された非
水電解液を用いてなる非水電解質二次電池において、 上記非水電解液がレドックスシャトル過充電制御剤を含
有するとともに、 感熱スイッチ、あるいは感熱センサが設けられているこ
と、 を特徴とする非水電解質二次電池。
1. A metal mainly composed of lithium as a negative electrode,
Or a non-aqueous electrolyte comprising a carbon material capable of doping and undoping lithium, a composite oxide of lithium and a transition metal as a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent as a non-aqueous electrolyte. A non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that the non-aqueous electrolyte contains a redox shuttle overcharge control agent and is provided with a heat-sensitive switch or a heat-sensitive sensor.
【請求項2】 上記レドックスシャトル過充電制御剤
は、下記化1で表される化合物であること、 を特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。 【化1】
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the redox shuttle overcharge control agent is a compound represented by the following formula 1. Embedded image
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003030292A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-10 Nisshinbo Industries, Inc., Nonaqueous electrolyte secondary cell, power supply comprising the secondary cell, portable device, transportable or movable machine, electric apparatus for home use, and method for charging nonaqueous electrolyte secondary cell
US6818352B2 (en) 1999-03-07 2004-11-16 Teijin Limited Lithium secondary cell, separator, cell pack, and charging method
US6881438B2 (en) 2000-03-07 2005-04-19 Teijin Limited Process for production of composite porous film
US7094497B2 (en) 2000-03-07 2006-08-22 Teijin Limited Separator for lithium ion secondary battery
US7648801B2 (en) 2004-04-01 2010-01-19 3M Innovative Properties Company Redox shuttle for overdischarge protection in rechargeable lithium-ion batteries
US7811710B2 (en) 2004-04-01 2010-10-12 3M Innovative Properties Company Redox shuttle for rechargeable lithium-ion cell
JP2011512014A (en) * 2008-02-12 2011-04-14 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Redox shuttle for high voltage cathode
JP2011520214A (en) * 2008-03-25 2011-07-14 エイ 123 システムズ,インク. High energy high power electrodes and batteries
US9455472B2 (en) 2011-06-07 2016-09-27 3M Innovative Properties Company Lithium-ion electrochemical cells including fluorocarbon electrolyte additives
CN107276154A (en) * 2017-06-19 2017-10-20 广东电网有限责任公司惠州供电局 Adaptive single battery balancer

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6818352B2 (en) 1999-03-07 2004-11-16 Teijin Limited Lithium secondary cell, separator, cell pack, and charging method
US6881438B2 (en) 2000-03-07 2005-04-19 Teijin Limited Process for production of composite porous film
US7094497B2 (en) 2000-03-07 2006-08-22 Teijin Limited Separator for lithium ion secondary battery
WO2003030292A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-10 Nisshinbo Industries, Inc., Nonaqueous electrolyte secondary cell, power supply comprising the secondary cell, portable device, transportable or movable machine, electric apparatus for home use, and method for charging nonaqueous electrolyte secondary cell
US7648801B2 (en) 2004-04-01 2010-01-19 3M Innovative Properties Company Redox shuttle for overdischarge protection in rechargeable lithium-ion batteries
US7811710B2 (en) 2004-04-01 2010-10-12 3M Innovative Properties Company Redox shuttle for rechargeable lithium-ion cell
JP2011512014A (en) * 2008-02-12 2011-04-14 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Redox shuttle for high voltage cathode
JP2011520214A (en) * 2008-03-25 2011-07-14 エイ 123 システムズ,インク. High energy high power electrodes and batteries
US9299966B2 (en) 2008-03-25 2016-03-29 A123 Systems Llc High energy high power electrodes and batteries
US9455472B2 (en) 2011-06-07 2016-09-27 3M Innovative Properties Company Lithium-ion electrochemical cells including fluorocarbon electrolyte additives
CN107276154A (en) * 2017-06-19 2017-10-20 广东电网有限责任公司惠州供电局 Adaptive single battery balancer
CN107276154B (en) * 2017-06-19 2023-04-28 广东电网有限责任公司惠州供电局 Self-adaptive storage battery monomer equalization device

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