JP2002110159A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Nonaqueous electrolyte secondary batteryInfo
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】リチウム金属、リチウム合金、リチウム
化合物、炭素材料などを負極活物質に用いた非水電解質
二次電池は、高エネルギー密度電池として期待され、盛
んに研究開発が進められている。これまでに、正極活物
質としては、LiCoO2、LiMn2O4などを用い、
負極活物質としてはリチウムを吸蔵・放出する炭素材料
を用いたリチウムイオン電池が広く実用化さている。2. Description of the Related Art Non-aqueous electrolyte secondary batteries using lithium metal, lithium alloys, lithium compounds, carbon materials and the like as negative electrode active materials are expected to be high energy density batteries, and are being actively researched and developed. So far, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 and the like have been used as the positive electrode active material,
As a negative electrode active material, a lithium ion battery using a carbon material that absorbs and releases lithium has been widely put into practical use.
【0003】一方、リチウム金属、リチウム合金、リチ
ウム化合物を負極に用いた二次電池は、未だ実用化され
ていない。この主な理由は、リチウム金属を用いた場
合、非水電解液とリチウム金属との反応によるリチウム
の劣化と、充放電の繰り返しによるデンドライト状(樹
枝状)のリチウムの発生による脱離が起きるため内部短
絡やサイクル寿命が短いという問題点を有している。On the other hand, a secondary battery using a lithium metal, a lithium alloy, or a lithium compound for a negative electrode has not been put to practical use yet. The main reason for this is that when lithium metal is used, lithium is degraded due to the reaction between the non-aqueous electrolyte and the lithium metal, and desorption occurs due to the generation of dendritic (dendritic) lithium due to repeated charge and discharge. There is a problem that the internal short circuit and the cycle life are short.
【0004】このような問題点を解決するたリチウム合
金やリチウム化合物を負極に用いる研究がなされた。と
くにリチウム−アルミニウム合金などの合金において
は、非水電解液との反応性が抑制され充放電効率は改善
されるものの、深い充放電を繰り返すと電極が微粉化が
生じるため、サイクル特性に問題があった。そこで、現
在、これら負極活物質より容量は小さいもののリチウム
を可逆的に吸蔵・放出する炭素材料を使用している。微
粉化の問題もなく優れたサイクル性能と安全性とを有す
るため実用化に至った。[0004] Studies have been made on using a lithium alloy or lithium compound for the negative electrode which solves such problems. In particular, in alloys such as lithium-aluminum alloys, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is suppressed and the charge / discharge efficiency is improved.However, repeated charging / discharging causes the electrodes to become finer, which causes a problem in cycle characteristics. there were. Therefore, a carbon material that has a smaller capacity than these negative electrode active materials but reversibly stores and releases lithium is used. Since it had excellent cycle performance and safety without the problem of pulverization, it was put to practical use.
【0005】このような中、一層の負極高容量化の観点
から、負極に酸化物、窒化物などのカルコゲン化合物を
用いる提案がなされている。例えば、SnO、SnO2
(特開平7-122274号公報、特開平7-235293号公報)、さ
らにSnSiO3やSnSi1 -XPXO3などの非晶質酸化
物でサイクル特性を改善する提案がなされている(特開
平7-288123号公報)。しかし、さらなる十分にサイクル
特性と容量の改善が求められている。Under these circumstances, from the viewpoint of further increasing the capacity of the negative electrode, proposals have been made to use chalcogen compounds such as oxides and nitrides for the negative electrode. For example, SnO, SnO 2
(JP-A-7-122274 and JP-Hei 7-235293), further proposal for improving the cycle property amorphous oxides such as SnSiO 3 or SnSi 1 -X P X O 3 have been made (Japanese Patent JP-A-7-288123). However, further sufficient improvement in cycle characteristics and capacity is required.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の非水電解質二次電池においては、さらなるサイクル特
性の向上および容量向上が求められている。As described above, conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries are required to have further improved cycle characteristics and improved capacity.
【0007】本発明は、このような要求に応じ、高容量
で充放電サイクル性能に優れた負極を用いることにより
高容量でサイクル寿命の優れた非水電解質二次電池を提
供しようとするものである。The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and an excellent cycle life by using a negative electrode having a high capacity and excellent charge / discharge cycle performance in response to such a demand. is there.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の非水電解質二次
電池は、正極と、アルカリ金属を吸蔵・放出する負極活
物質を具備する負極と、前記正極および前記負極に挟ま
れた非水電解質とを有する非水電解質二次電池におい
て、前記負極活物質は、式(1)で表わされる非晶質材
料であることを特徴とする。According to the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode active material for occluding and releasing an alkali metal, and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. In a non-aqueous electrolyte secondary battery having an electrolyte, the negative electrode active material is an amorphous material represented by Formula (1).
【0009】 LixM1YM2zM31-x-y-z (1) (式中、M1はB、Al、Ga、Si、GeおよびAs
の群から選ばれる少なくとも一種の元素。M2は、M1
を除くLiよりも電気陰性度の大きな元素から選ばれる
少なくとも一種の元素。M3はSおよびSeの群から選
ばれる少なくとも一種の元素。Xは0<x≦0.5、y
は0<y<0.5、zは0<z<0.5である。) また、本発明の非水電解質二次電池は、正極と、アルカ
リ金属を吸蔵・放出する負極活物質を具備する負極と、
前記正極および前記負極に挟まれた非水電解質とを有す
る非水電解質二次電池において、前記負極活物質は、式
(2)で表わされる非晶質材料であることを特徴とす
る。Li x M1 Y M2 z M3 1-xyz (1) (where M1 is B, Al, Ga, Si, Ge and As
At least one element selected from the group of M2 is M1
At least one element selected from elements having a higher electronegativity than Li except for M3 is at least one element selected from the group consisting of S and Se. X is 0 <x ≦ 0.5, y
Is 0 <y <0.5, and z is 0 <z <0.5. Further, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode including a negative electrode active material that occludes and releases an alkali metal,
In a non-aqueous electrolyte secondary battery having the positive electrode and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the negative electrode, the negative electrode active material is an amorphous material represented by Formula (2).
【0010】 M1aM2bP1-a-b (2) (式中、M1はB、Al、Ga、Si、GeおよびAs
の群から選ばれる少なくとも一種の元素。M2は、M1
を除くLiよりも電気陰性度の大きな元素から選ばれる
少なくとも一種の元素。aは0<a≦0.5、bは0<
b<0.5である。) 本発明の、非水電解質二次電池は、正極と、アルカリ金
属を吸蔵・放出する負極活物質を具備する負極と、前記
正極および前記負極に挟まれた非水電解質とを有する非
水電解質二次電池において、前記負極活物質は、式
(3)で表わされる非晶質材料であることを特徴とす
る。M1 a M2 b P 1-ab (2) (where M1 is B, Al, Ga, Si, Ge and As
At least one element selected from the group of M2 is M1
At least one element selected from elements having a higher electronegativity than Li except for a is 0 <a ≦ 0.5, b is 0 <
b <0.5. A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a non-aqueous electrolyte having a positive electrode, a negative electrode including a negative electrode active material that occludes and releases an alkali metal, and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. In the secondary battery, the negative electrode active material is an amorphous material represented by Formula (3).
【0011】 LilM1mM2nP1-l-m-n (3) (式中、M1はB、Al、Ga、Si、GeおよびAs
の群から選ばれる少なくとも一種の元素。M2は、M1
を除くLiよりも電気陰性度の大きな元素から選ばれる
少なくとも一種の元素。lは0<l≦0.5、mは0<
m<0.5、nは0<n<0.5である。) 前記M2は、Ca、Sr、Ba、希土類元素(Yを含
む)、 In、Sn、Sb、Zn、Cd、CuおよびA
gの群から選ばれる少なくとも一種の元素が使用でき
る。[0011] Li l M1 m M2 n P 1 -lmn (3) ( wherein, M1 is B, Al, Ga, Si, Ge and As
At least one element selected from the group of M2 is M1
At least one element selected from elements having a higher electronegativity than Li except for l is 0 <l ≦ 0.5, m is 0 <
m <0.5, n is 0 <n <0.5. M2 is Ca, Sr, Ba, rare earth element (including Y), In, Sn, Sb, Zn, Cd, Cu and A
At least one element selected from the group g can be used.
【0012】また、前記負極活物質は、前記非晶質材料
と黒鉛系材料との混合物とすることができる。[0012] The negative electrode active material may be a mixture of the amorphous material and a graphite material.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる非水電解質
二次電池(例えば円筒形非水電解質二次電池)図1を参
照して詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery) according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
【0014】例えば、ステンレスからなる有底円筒状の
容器1は、底部に絶縁体2が配置されている。電極群3
は、前記容器1に収納されている。前記電極群3は、正
極4、セパレータ5、負極6及セパレータ5を積層した
帯状物を前記セパレータ5が外側に位置するように渦巻
き状に捲回した構造になっている。For example, a bottomed cylindrical container 1 made of stainless steel has an insulator 2 disposed at the bottom. Electrode group 3
Are stored in the container 1. The electrode group 3 has a structure in which a band formed by laminating the positive electrode 4, the separator 5, the negative electrode 6, and the separator 5 is spirally wound so that the separator 5 is located outside.
【0015】前記容器1内には、電解液が収容されてい
る。中央部が開口された絶縁紙7は、前記容器1内の前
記電極群3の上方に配置されている。絶縁封口板8は、
前記容器1の上部開口部に配置され、かつ前記上部開口
部付近を内側にかしめ加工することにより前記封口板8
は前記容器1に固定されている。正極端子9は、前記絶
縁封口板8の中央には嵌合されている。正極リード10の
一端は、前記正極4に、他端は前記正極端子9にそれぞ
れ接続されている。前記負極6は、図示しない負極リー
ドを介して負極端子である前記容器1に接続されてい
る。The container 1 contains an electrolytic solution. The insulating paper 7 having a central opening is disposed above the electrode group 3 in the container 1. The insulating sealing plate 8
The sealing plate 8 is disposed at the upper opening of the container 1 and caulked in the vicinity of the upper opening inward.
Is fixed to the container 1. The positive electrode terminal 9 is fitted in the center of the insulating sealing plate 8. One end of the positive electrode lead 10 is connected to the positive electrode 4, and the other end is connected to the positive electrode terminal 9. The negative electrode 6 is connected to the container 1 as a negative electrode terminal via a negative electrode lead (not shown).
【0016】次に、前記正極4、前記セパレータ、前記
負極6及び前記非水電解質について詳しく説明する。 1) 正極4 正極4は、正極活物質に導電剤および結着剤を適当に溶
媒に懸濁し、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体
に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作
製される。Next, the positive electrode 4, the separator, the negative electrode 6, and the nonaqueous electrolyte will be described in detail. 1) Positive electrode 4 The positive electrode 4 is prepared by suspending a conductive agent and a binder in a positive electrode active material in a suitable solvent, applying the suspension to a current collector such as an aluminum foil, drying and pressing to form a strip electrode. It is produced by this.
【0017】前記正極活物質は、種々の酸化物、硫化物
が挙げられる。例えば、二酸化マンガン(MnO2)、
リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMn2O4また
はLiMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例え
ばLiNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(Li
CoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例
えばLiNi1-xCoxO2)、リチウムマンガンコバルト
複合酸化物(例えばLiMnxCo1-xO2)、バナジウ
ム酸化物(例えばV2O5) などが挙げられる。また、
導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料など
の有機材料も挙げられる。より好ましい正極は、電池電
圧が高いリチウムマンガン複合酸化物(LiMn
2O4)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNi
O2)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)、
リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LiNi0.8C
o0.2O2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(L
iMnxCo1-xO 2)などが挙げられる。The positive electrode active material includes various oxides and sulfides.
Is mentioned. For example, manganese dioxide (MnOTwo),
Lithium manganese composite oxide (eg, LiMnTwoOFourAlso
Is LiMnOTwo), Lithium nickel composite oxide (for example,
If LiNiOTwo), Lithium cobalt composite oxide (Li
CoOTwo), Lithium nickel cobalt composite oxide (example
For example, LiNi1-xCoxOTwo), Lithium manganese cobalt
Complex oxide (for example, LiMnxCo1-xOTwo), Vanajiu
Oxide (eg, VTwoOFive) And the like. Also,
Conductive polymer materials, disulfide polymer materials, etc.
Organic materials. A more preferable positive electrode is a battery electrode.
Lithium manganese composite oxide (LiMn
TwoOFour), Lithium nickel composite oxide (LiNi
OTwo), Lithium cobalt composite oxide (LiCoO)Two),
Lithium nickel cobalt composite oxide (LiNi0.8C
o0.2OTwo), Lithium manganese cobalt composite oxide (L
iMnxCo1-xO Two).
【0018】導電剤としては、例えばアセチレンブラッ
ク、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like.
【0019】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン
(PVdF)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber.
【0020】正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比
は、正極活物質80〜95重量%、導電剤3〜20重量
%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ましい。 2) セパレータ5 セパレータは、正極および負極が接触するのを防止する
ためのものであり、絶縁性材料で構成される。さらに、
正極および負極の間を電解質が移動可能な形状のものが
使用される。具体的には、例えば合成樹脂製不織布、ポ
リエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィ
ルムなどを挙げることができる。 3) 負極6 負極6は、例えば負極活物質、導電剤及び結着剤からな
る負極合剤を適当な溶媒に懸濁して混合し、塗液とした
ものを集電体の片面もしくは両面に塗布し、乾燥するこ
とにより形成される。The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 80 to 95% by weight of the positive electrode active material, 3 to 20% by weight of the conductive agent, and 2 to 7% by weight of the binder. . 2) Separator 5 The separator is for preventing the positive electrode and the negative electrode from contacting each other, and is made of an insulating material. further,
One having a shape in which the electrolyte can move between the positive electrode and the negative electrode is used. Specific examples include a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, and the like. 3) Negative electrode 6 The negative electrode 6 is prepared by suspending and mixing a negative electrode mixture composed of, for example, a negative electrode active material, a conductive agent and a binder in an appropriate solvent, and applying a coating solution to one or both surfaces of a current collector. And dried.
【0021】本発明者らは負極活物質として種々の化合
物を合成し、その特性を評価したところ、負極活物質と
して式(1)に示される非晶質化合物(第1の発明)、
式(2)に示される非晶質化合物(第2の発明)あるい
は式(3)に示される非晶質化合物(第3の発明)を用
いることで非水電解質二次電池のサイクル特性の向上、
および電池容量の向上が達成できることを確認し本発明
にいたった。The present inventors have synthesized various compounds as the negative electrode active material and evaluated the characteristics thereof. As a result, the amorphous compound represented by the formula (1) (the first invention) was used as the negative electrode active material.
Use of the amorphous compound represented by the formula (2) (second invention) or the amorphous compound represented by the formula (3) (third invention) improves the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery. ,
The inventors have confirmed that the improvement of the battery capacity can be achieved, and reached the present invention.
【0022】3−1) まず、式(1)に示される非晶
質化合物を含有する負極活物質について説明する。3-1) First, the negative electrode active material containing the amorphous compound represented by the formula (1) will be described.
【0023】この負極活物質の作製法としては高周波溶
解法、アーク溶解法、焼結法、超急冷法、アトマイズ
法、めっき法、CVD法、スパッタ法、メカニカル処理
法、圧延法、あるいはゾル・ゲル法などが挙げられる。
特に好ましくは、メカニカル処理法、超急冷法や焼結法
が挙げられる。The method for producing the negative electrode active material includes a high frequency melting method, an arc melting method, a sintering method, a super-quenching method, an atomizing method, a plating method, a CVD method, a sputtering method, a mechanical processing method, a rolling method, and a sol-melting method. Gel method and the like can be mentioned.
Particularly preferred are a mechanical treatment method, a super-quenching method and a sintering method.
【0024】式(1)に示す負極活物質をメカニカル処
理法で作製する方法について説明する。例えばLiとM
1とS又はSeからなる化合物と、LiとM2とS又は
Seからなる化合物とを所定量混合し、メカニカル処理
を施すことにより遊星型ボールミル装置により、機械的
に混合することにより作製できる。また出発原料として
金属間化合物や炭素、硫化リチウムを混合する方法も有
効な手段の一つである。A method for producing the negative electrode active material represented by the formula (1) by a mechanical processing method will be described. For example, Li and M
A compound consisting of 1 and S or Se, and a compound consisting of Li and M2 and a compound consisting of S or Se are mixed in a predetermined amount and subjected to a mechanical treatment to be mechanically mixed by a planetary ball mill. A method of mixing an intermetallic compound, carbon, and lithium sulfide as starting materials is also one of the effective means.
【0025】機械的に混合する処理手段としては、例え
ば遊星型ボールミル、スクリュー式ボールミル、回転式
ボールミル、アトライタのようなボールが収納された混
合容器内に前述の混合物を入れ、容器とボール、または
ボールとボールとの衝突により機械的に衝撃を与える方
式が採用される。As a processing means for mechanically mixing, for example, the above-mentioned mixture is put into a mixing container containing balls such as a planetary ball mill, a screw ball mill, a rotary ball mill, and an attritor, and the container and the balls, or A method of mechanically giving an impact by a collision between balls is adopted.
【0026】混合容器を密閉する場合にはアルゴンなど
の不活性ガス雰囲気で満たしたドライボックスのような
装置内で行うか、または容器に排気弁を設けて容器内を
排気する。場合によっては窒素ガスを導入して処理を行
ってもよい。このような装置は密閉性を確保するため容
器を二重蓋や、あるいは装置自体を不活性雰囲気で満た
すか、あるいは真空にした部屋にいれてしまう等の工夫
をすることが望ましい。また不活性雰囲気にする場合に
は不活性ガスの純度も制御されていることが好ましい。When the mixing container is sealed, the mixing container is sealed in a device such as a dry box filled with an atmosphere of an inert gas such as argon, or the container is evacuated by providing an exhaust valve. In some cases, the treatment may be performed by introducing nitrogen gas. In order to ensure the hermeticity of such an apparatus, it is desirable to take measures such as filling the container with a double lid, or filling the apparatus itself with an inert atmosphere, or putting it in a vacuum chamber. When the atmosphere is an inert atmosphere, the purity of the inert gas is preferably controlled.
【0027】例えば前記不活性ガスは酸素濃度100p
pm以下、水分濃度50ppm以下に抑えることが好ま
しい。原料として用いる粉末も不活性雰囲気中で扱い、
酸化を避けることが望ましい。反応雰囲気中の含有酸素
量が100ppmを超えると、作製される式(1)に示
す負極活物質中に含有される不純物酸素量が増大し、電
池特性が低下する恐れがある。For example, the inert gas has an oxygen concentration of 100 p
pm or less and a water concentration of 50 ppm or less. The powder used as a raw material is also handled in an inert atmosphere,
It is desirable to avoid oxidation. When the amount of oxygen contained in the reaction atmosphere exceeds 100 ppm, the amount of impurity oxygen contained in the produced negative electrode active material represented by the formula (1) increases, and the battery characteristics may be degraded.
【0028】遊星ボールミル等によるメカニカルな処理
は1〜1000時間の範囲で行うことが好ましい。処理
時間を1時間未満にすると吸蔵特性が十分に変化せず、
一方1000時間を超えると負極活物質の酸化が徐々に
進行する他、製造コストも高くなる。The mechanical treatment using a planetary ball mill or the like is preferably performed for a period of 1 to 1000 hours. If the treatment time is less than 1 hour, the occlusion characteristics do not change sufficiently,
On the other hand, when the time exceeds 1000 hours, the oxidation of the negative electrode active material gradually progresses, and the production cost increases.
【0029】機械的な混合処理により得られた粉末は粒
径が0.1〜50μmであることが好ましい。また必要
に応じて熱処理を行うことで結晶性を調整し、非晶質材
料をより安定化させることもできる。この処理温度は試
料の組成物によって左右されるが、約100℃〜500
℃程度の温度範囲で行うことが好ましい。また最適な熱
処理時間は熱処理温度により変動するものではあるが、
目安として0.1〜500時間、好ましくは0.5〜1
00時間、より好ましくは1〜50時間が良い。さらに
場合によっては処理により混合した元素種が凝集体を形
成していることがあり、その凝集効果によっても吸蔵特
性を向上することが可能である。その際凝集の比は5重
量%以上にすることが好ましい。The powder obtained by the mechanical mixing treatment preferably has a particle size of 0.1 to 50 μm. In addition, by performing heat treatment as needed, the crystallinity can be adjusted, and the amorphous material can be further stabilized. The processing temperature depends on the composition of the sample, but is about 100 ° C. to 500 ° C.
It is preferable to carry out in a temperature range of about ° C. The optimal heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature,
0.1 to 500 hours, preferably 0.5 to 1 hour
00 hours, more preferably 1 to 50 hours. Further, in some cases, the element species mixed by the treatment may form an aggregate, and the occlusion property can be improved by the aggregation effect. At that time, the aggregation ratio is preferably set to 5% by weight or more.
【0030】この時作製される非晶質材料からなる化合
物の組成比としてはモル比で、リチウムが0を超えて5
0%以下、さらには2%以上、30%以下、M1が0を
超えて50%以下、さらには10%以上、40%以下、
M2が0を超えて50%以下、さらには15%以上、4
0%以下、M3が0を超えて50%以下、さらには15
%以上、45%以下とすることが好ましい。At this time, the composition ratio of the compound made of an amorphous material is as follows:
0% or less, further 2% or more, 30% or less, M1 exceeding 0 and 50% or less, further 10% or more, 40% or less,
M2 is greater than 0 and less than or equal to 50%, furthermore, greater than or equal to 15% and 4
0% or less, M3 is more than 0 and 50% or less, and even 15
% Or more and 45% or less.
【0031】M1は、リチウム吸蔵を担う元素であり、
この量が10%よりも少ないとリチウムの吸蔵・放出特
性が低下する。M2あるいはM3は、構造的な安定性を
持たせるためのものであり、15%よりも少ないと構造
的に不安定になり、充放電に伴い負極活物質が微細化
し、サイクル特性が低下する恐れがある。さらにこの形
にLiを含有させることでこの非晶質材料のリチウムの
吸蔵・放出特性を向上させることが可能になる。M1 is an element responsible for occlusion of lithium,
If this amount is less than 10%, the lithium absorption / desorption characteristics deteriorate. M2 or M3 is for imparting structural stability. If it is less than 15%, the structure becomes unstable, and the negative electrode active material becomes finer with charge / discharge, and the cycle characteristics may deteriorate. There is. Further, by incorporating Li in this form, it becomes possible to improve the lithium occlusion / release characteristics of the amorphous material.
【0032】またこの試料においてはNやFなどの元素
が不純物として特性を阻害しない範囲で含まれていても
よい。なおこれらの不純物の含有量はおのおの1重量%
以下であることが好ましい。但し、不純物として酸素が
含有されると他の不純物と異なり充放電特性が大きく低
下する。したがって、不純物酸素量は100ppm以下
に抑えることが好ましい。In this sample, elements such as N and F may be contained as impurities as long as the characteristics are not impaired. The content of these impurities is 1% by weight each.
The following is preferred. However, when oxygen is contained as an impurity, unlike other impurities, the charge / discharge characteristics are significantly reduced. Therefore, the amount of impurity oxygen is preferably suppressed to 100 ppm or less.
【0033】また、負極活物質として非晶質材料を使用
するのは、リチウムなどのアルカリ金属を吸蔵する時の
負極活物質の体積変化が特に抑制されるため、微粉化さ
れずサイクル特性を向上させることが可能となる。The use of an amorphous material as the negative electrode active material is particularly effective in preventing the volume change of the negative electrode active material during occlusion of an alkali metal such as lithium, thereby improving the cycle characteristics without pulverization. It is possible to do.
【0034】3−2) 次に、式(2)、(3)に示さ
れる非晶質化合物を含有する負極活物質について説明す
る。3-2) Next, the negative electrode active material containing the amorphous compound represented by the formulas (2) and (3) will be described.
【0035】この負極活物質の作製方法としては式
(1)に示す非晶質化合物と同様に、高周波溶解法、ア
ーク溶解法、焼結法、超急冷法、アトマイズ法、めっき
法、CVD法、スパッタ法、メカニカル処理法、圧延
法、あるいはゾル・ゲル法などが挙げられる。特に好ま
しくは、メカニカル処理法、超急冷法や焼結法が挙げら
れる。The method for producing the negative electrode active material is the same as that for the amorphous compound represented by the formula (1), such as a high-frequency melting method, an arc melting method, a sintering method, a super-quenching method, an atomizing method, a plating method, and a CVD method. , A sputtering method, a mechanical processing method, a rolling method, or a sol-gel method. Particularly preferred are a mechanical treatment method, a super-quenching method and a sintering method.
【0036】また、これらの負極活物質は、M1のリン
化合物とM2のリン化合物とを出発原料とし(第3の発
明)、LiおよびM1のリン化合物と、LiおよびM2
のリン化合物とを出発原料として(第2の発明)、これ
らを所定量混合し、メカニカル処理を施すことにより遊
星型ボールミル装置により、機械的に混合することによ
り作製できる。また出発原料として金属間化合物や炭
素、硫化リチウムを混合する方法も有効な手段の一つで
ある。These negative electrode active materials are composed of a phosphorus compound of M1 and a phosphorus compound of M2 as a starting material (third invention), and a phosphorus compound of Li and M1 and a lithium compound of Li and M2.
(2nd invention) using a phosphorus compound as a starting material (second invention), mixing them in a predetermined amount, subjecting them to mechanical treatment, and mechanically mixing them with a planetary ball mill. A method of mixing an intermetallic compound, carbon, and lithium sulfide as starting materials is also one of the effective means.
【0037】機械的に混合する処理手段は、式(1)に
示す非晶質材料の説明と同様な方法が採用できる。As the processing means for mechanically mixing, the same method as described for the amorphous material shown in the formula (1) can be adopted.
【0038】また、混合処理を密閉空間で行う場合、ア
ルゴンなどの不活性ガス雰囲気で満たしたドライボック
スのような装置内で行うか、または容器に排気弁を設け
て容器内を排気する。場合によっては窒素ガスを導入し
て処理を行ってもよい。このような装置は密閉性を確保
するため容器を二重蓋や、あるいは装置自体を不活性雰
囲気で満たすか、あるいは真空にした部屋にいれてしま
う等の工夫をすることが望ましい。また不活性雰囲気に
する場合には不活性ガスの純度も制御されていることが
好ましい。When the mixing process is performed in a closed space, the mixing process is performed in a device such as a dry box filled with an atmosphere of an inert gas such as argon, or the container is evacuated by providing an exhaust valve. In some cases, the treatment may be performed by introducing nitrogen gas. In order to ensure the hermeticity of such an apparatus, it is desirable to take measures such as filling the container with a double lid, or filling the apparatus itself with an inert atmosphere, or putting it in a vacuum chamber. When the atmosphere is an inert atmosphere, the purity of the inert gas is preferably controlled.
【0039】例えば前記不活性ガスは酸素濃度100p
pm以下、水分濃度50ppm以下に抑えることが好ま
しい。原料として用いる粉末も不活性雰囲気中で扱い、
酸化を避けることが望ましい。反応雰囲気中の含有酸素
量が100ppmを超えると、作製される式(2)、あ
るいは式(3)に示す負極活物質中に含有される不純物
酸素量が増大し、電池特性が低下する恐れがある。For example, the inert gas has an oxygen concentration of 100 p
pm or less and a water concentration of 50 ppm or less. The powder used as a raw material is also handled in an inert atmosphere,
It is desirable to avoid oxidation. If the amount of oxygen contained in the reaction atmosphere exceeds 100 ppm, the amount of impurity oxygen contained in the produced negative electrode active material represented by the formula (2) or (3) increases, and the battery characteristics may decrease. is there.
【0040】遊星ボールミル等によるメカニカルな処理
は1〜1000時間の範囲で行うことが好ましい。処理
時間を1時間未満にすると吸蔵特性が十分に変化せず、
一方1000時間を超えると酸化が徐々に進行する他、
製造コストも高くなる。The mechanical treatment using a planetary ball mill or the like is preferably performed for a period of 1 to 1000 hours. If the treatment time is less than 1 hour, the occlusion characteristics do not change sufficiently,
On the other hand, if it exceeds 1000 hours, oxidation proceeds gradually,
Manufacturing costs also increase.
【0041】前記メカニカルな処理により得られた粉末
は粒径が0.1〜50μmであることが好ましい。また
必要に応じて熱処理を行ってもよい。この処理温度は試
料の組成物によって左右されるが、約100℃〜500
℃程度の温度範囲で行うことが好ましい。また最適な熱
処理時間は熱処理温度により変動するものではあるが、
目安として0.1〜500時間、好ましくは0.5〜1
00時間、より好ましく1〜50時間が良い。さらに場
合によっては処理により混合した元素種が凝集体を形成
していることがあり、その凝集効果によっても吸蔵特性
を向上することが可能である。その際凝集の比は5重量
%以上にすることが好ましい。The powder obtained by the mechanical treatment preferably has a particle size of 0.1 to 50 μm. Further, heat treatment may be performed if necessary. The processing temperature depends on the composition of the sample, but is about 100 ° C. to 500 ° C.
It is preferable to carry out in a temperature range of about ° C. The optimal heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature,
0.1 to 500 hours, preferably 0.5 to 1 hour
00 hours, more preferably 1 to 50 hours. Further, in some cases, the element species mixed by the treatment may form an aggregate, and the occlusion property can be improved by the aggregation effect. At that time, the aggregation ratio is preferably set to 5% by weight or more.
【0042】この時作製される式(2)で示される非晶
質材料の組成比としてはモル比で、M1が0を超えて5
0%以下、さらには10%以上40%以下、M2が0を
超えて50%以下、さらには15%以上40%以下、M
3が0を超えて50%以下、さらには15%以上40%
以下とすることが好ましい。At this time, the composition ratio of the amorphous material represented by the formula (2) is a molar ratio.
0% or less, further 10% or more and 40% or less, M2 is more than 0 and 50% or less, further 15% or more and 40% or less
3 is more than 0 and 50% or less, and further 15% or more and 40%
It is preferable to set the following.
【0043】さらに、式(2)に示すような非晶質材料
中にリチウムを含有させ、式(3)で示すような化合物
とすることで、よりアルカリ金属の吸蔵能を向上させる
ことができる。その組成比としては、リチウムが0を超
えて50%以下、さらには2%以上30%以下、M1が
0を超えて50%以下、さらには10%以上40%以
下、M2が0を超えて50%以下、さらには15%以上
40%以下、M3が0を超えて50%以下、さらには1
5%以上40%以下とすることが好ましい。Further, by incorporating lithium into the amorphous material represented by the formula (2) and forming a compound represented by the formula (3), the occlusion ability of an alkali metal can be further improved. . As the composition ratio, lithium exceeds 0 and 50% or less, further 2% or more and 30% or less, M1 exceeds 0 and 50% or less, further 10% or more and 40% or less, and M2 exceeds 0 or less. 50% or less, furthermore, 15% or more and 40% or less, M3 is more than 0 and 50% or less, further 1
It is preferable that the content be 5% or more and 40% or less.
【0044】なお、本発明に係る非晶質材料とは、完全
な非晶質である必要は無く、CuKαを線源としたX線
回折により得られたピークにおいて、その3強線のピー
クのうち、少なくとも一つのピークでの半価幅Δ(2
Θ)が、2°≦Δ(2Θ)となる化合物であればよい。
ここで3強線とはX線回折により得られたピークにおい
て最大の強度を有するピークから数えて3つ目までのピ
ークを意味する。前記Δ(2Θ)を規定したのは次のよ
うな理由によるものである。It should be noted that the amorphous material according to the present invention does not need to be completely amorphous, and the peaks obtained by X-ray diffraction using CuKα as a source are the peaks of the three strong lines. Among them, at least one peak has a half width Δ (2
Θ) may be any compound that satisfies 2 ° ≦ Δ (2Θ).
Here, the three strong lines mean up to the third peak counted from the peak having the maximum intensity among the peaks obtained by X-ray diffraction. The reason for defining the Δ (2 前 記) is as follows.
【0045】半値幅Δ(2Θ)が2°未満である場合に
はアルカリ金属の吸蔵量が低下し電池の容量が低減す
る。一方、半値幅Δ(2Θ)は、50°≧Δ(2Θ)を
満たすことが望ましい。半値幅Δ(2Θ)が50°より
も大きくなるとアルカリ金属の吸蔵速度が著しく小さく
なる。When the half width Δ (2Θ) is less than 2 °, the amount of occluded alkali metal decreases and the capacity of the battery decreases. On the other hand, the half width Δ (2 値) desirably satisfies 50 ° ≧ Δ (2Θ). When the half width Δ (2Θ) is larger than 50 °, the occlusion rate of the alkali metal becomes extremely low.
【0046】さらには、5°≦Δ(2Θ)≦20°とす
ることが望ましい。Further, it is desirable that 5 ° ≦ Δ (2 °) ≦ 20 °.
【0047】このような微結晶構造あるいは非晶質構造
を有することにより、アルカリ金属を吸蔵時の体積変化
が特に抑制され、結晶は微粉化せず、長寿命化を達成す
ることが可能となる。By having such a microcrystalline structure or an amorphous structure, a change in volume during occlusion of an alkali metal is particularly suppressed, and the crystal is not pulverized, and a long life can be achieved. .
【0048】また、負極活物質として、アルカリ金属の
吸蔵能の高い炭素材料を添加し、前述した非晶質材料
と、この炭素材料との混合物とすることで、アルカリ金
属の吸蔵量を向上させることができる。このような負極
活物質に用いる炭素材料としては黒鉛系の炭素材料が好
ましく、より具体的にはメソフェーズピッチカーボンフ
ァイバー(MCF)などが好ましい。Further, as a negative electrode active material, a carbon material having a high occlusion ability of an alkali metal is added to form a mixture of the above-mentioned amorphous material and this carbon material, thereby increasing the occlusion amount of the alkali metal. be able to. As the carbon material used for such a negative electrode active material, a graphite-based carbon material is preferable, and more specifically, mesophase pitch carbon fiber (MCF) or the like is preferable.
【0049】さらに、負極には使用される導電剤として
は、通常炭素材料が使用される。前述した負極活物質に
用いる炭素材料として、アルカリ金属の吸蔵性と導電性
との両特性の高いものがあれば、負極活物質として用い
る前述の炭素材料を導電剤と兼用させることが可能であ
るが、例示したメソフェーズピッチカーボンファイバー
などの炭素吸蔵性の高い黒鉛のみでは導電性が低くなる
ため、導電剤として使用される炭素材料としては、例え
ばアセチレンブラック、カーボンブラック等を負極に使
用することが好ましい。Further, as the conductive agent used for the negative electrode, a carbon material is usually used. As long as the carbon material used for the negative electrode active material has both high occlusion properties and conductivity of an alkali metal, the above-described carbon material used as the negative electrode active material can also be used as a conductive agent. However, since only graphite having a high carbon occlusion property such as the mesophase pitch carbon fiber exemplified has low conductivity, as the carbon material used as the conductive agent, for example, acetylene black, carbon black, etc. may be used for the negative electrode. preferable.
【0050】結着剤としては、例えばポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ
素系ゴム、エチレン-ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシ
メチルセルロース(CMC)などが挙げられる。Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine rubber, ethylene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like.
【0051】前記負極活物質、導電剤及び結着剤の配合
比は、負極活物質70〜95重量%、導電剤0〜25重
量%、結着剤2〜10重量%の範囲にすることが好まし
い。The compounding ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder is preferably in the range of 70 to 95% by weight of the negative electrode active material, 0 to 25% by weight of the conductive agent, and 2 to 10% by weight of the binder. preferable.
【0052】4) 非水電解質 前記非水電解質は、非水溶媒に電解質を溶解することに
より調製される液体状電解液または、高分子材料に前記
非水溶媒と前記電解質を含有した高分子ゲル状電解質、
前記電解質だけを含有した高分子固体電解質、リチウム
イオン伝導性を有する無機固体電解質が挙げられる。4) Nonaqueous Electrolyte The nonaqueous electrolyte is a liquid electrolyte prepared by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent, or a polymer gel containing the nonaqueous solvent and the electrolyte in a polymer material. Electrolyte,
Examples include a solid polymer electrolyte containing only the above-mentioned electrolyte and an inorganic solid electrolyte having lithium ion conductivity.
【0053】液状電解質としては、リチウム電池の非水
溶媒に電解質としてリチウム塩を溶解したもので公知の
非水溶媒を用いることができ、エチレンカーボネート(E
C)やプロピレンカーボネート(PC)などの環状カーボネー
トや、環状カーボネートと環状カーボネートより低粘度
の非水溶媒(以下第2の溶媒)との混合溶媒を主体とす
る非水溶媒を用いることが好ましい。As the liquid electrolyte, a known non-aqueous solvent obtained by dissolving a lithium salt as an electrolyte in a non-aqueous solvent of a lithium battery can be used.
It is preferable to use a cyclic carbonate such as C) or propylene carbonate (PC), or a non-aqueous solvent mainly composed of a mixed solvent of a cyclic carbonate and a non-aqueous solvent having a lower viscosity than the cyclic carbonate (hereinafter, a second solvent).
【0054】第2の溶媒としては、例えばジメチルカー
ボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボ
ネートなどの鎖状カーボネート、γ-ブチロラクトン、
アセトニトリル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エ
チル、環状エーテルとしてテトラヒドロフラン、2-メチ
ルテトラヒドロフランなど、鎖状エーテルとしてジメト
キシエタン、ジエトキシエタンなどが挙げられる。Examples of the second solvent include chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate, γ-butyrolactone,
Acetonitrile, methyl propionate, ethyl propionate, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, and chain ethers such as dimethoxyethane and diethoxyethane are exemplified.
【0055】電解質としては、アルカリ塩が挙げられる
が、とくにリチウム塩が挙げられる。リチウム塩とし
て、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチ
ウム(LiBF4)、六フッ化ヒ素リチウム(LiAsF6)、過塩素
酸リチウム(LiClO4)、トリフルオロメタスルホン酸リチ
ウム(LiCF3SO3)などが挙げられる。とくに、六フッ化リ
ン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)が好
ましい。前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、
0.5〜2.0モル/lとすることが好ましい。Examples of the electrolyte include an alkali salt, and in particular, a lithium salt. As lithium salts, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium trifluorometasulfonic acid (LiCF 6 ) 3 SO 3 ). In particular, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium borofluoride (LiBF 4 ) are preferable. The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is
It is preferably 0.5 to 2.0 mol / l.
【0056】ゲル状電解質として前記溶媒と前記電解質
を高分子材料に溶解しゲル状にしたもので、高分子材料
としてはポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポ
リフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエチレンオキシド(PEC
O)などの単量体の重合体または他の単量体との共重合体
が挙げられる。The gel electrolyte is obtained by dissolving the solvent and the electrolyte in a polymer material to form a gel. The polymer material may be polyacrylonitrile, polyacrylate, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethylene oxide (PEC).
Examples thereof include a polymer of a monomer such as O) or a copolymer with another monomer.
【0057】固体電解質としては、前記電解質を高分子
材料に溶解し、固体化したものである。高分子材料とし
てはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン(PVd
F)、ポリエチレンオキシド(PEO)などの単量体の重合体
または他の単量体との共重合体が挙げられる。また、無
機固体電解質として、リチウムを含有したセラミック材
料が挙げられる。なかでもLi3N、Li3PO4-Li2S-SiS2ガラ
スなどが挙げられる。As the solid electrolyte, the above-mentioned electrolyte is dissolved in a polymer material and solidified. Polymer materials include polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride (PVd
F), a polymer of a monomer such as polyethylene oxide (PEO) or a copolymer with another monomer. Further, as the inorganic solid electrolyte, a ceramic material containing lithium may be used. Among them, Li 3 N, Li 3 PO 4 —Li 2 S—SiS 2 glass and the like can be mentioned.
【0058】なお、前述した図1において、円筒形非水
電解質二次電池に適用した例を説明したが、角型非水電
解質二次電池にも同様に適用できる。また、前記電池の
容器内に収納される電極群は、渦巻形に限らず、正極、
セパレータ及び負極をこの順序で複数積層した形態にし
てもよい。Although an example in which the present invention is applied to a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery has been described with reference to FIG. 1 described above, the present invention can be similarly applied to a rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery. Further, the electrode group housed in the battery container is not limited to a spiral shape, but a positive electrode,
A configuration in which a plurality of separators and negative electrodes are stacked in this order may be adopted.
【0059】[0059]
【実施例】実施例1〜19 <正極の作製>まず、正極活物質のリチウムコバルト酸
化物(LiCoO2)粉末91重量%をアセチレンブラック2.
5重量%、グラファイト3重量%、ポリフッ化ビニリデ
ン(PVdF)3.5重量%と、N−メチルピロリドン
(NMP)溶液を加えて混合し、厚さ15μmのアルミニウム
箔の集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより電
極密度3.0g/cm3の正極を作製した。EXAMPLES Examples 1 to 19 <Preparation of Positive Electrode> First, 91% by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material was added to acetylene black.
5% by weight, 3% by weight of graphite, 3.5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) and N-methylpyrrolidone
(NMP) solution was added and mixed, applied to a 15 μm-thick aluminum foil current collector, dried, and pressed to produce a positive electrode having an electrode density of 3.0 g / cm 3 .
【0060】<負極の作製>負極活物質としては、Li
と表1および表2に示すM1の硫化物(あるいSe化合
物)粉末と、Liと表2に示すM2の硫化物(あるいは
Se化合物)粉末、実施例によってはさらにLi、M1
あるいはM2粉末を下記表1に示す組成比率(Li:M
1:M2:M3=x:y:z:1−x−y)で混合し、
遊星型ボールミルを用いて、300rpmで1〜10時
間処理することにより作製した。<Preparation of Negative Electrode> As the negative electrode active material, Li was used.
And Tables 1 and M1 sulfide shown in Table 2 (some have Se compound) powder and sulfides M2 shown in Li and Table 2 (or Se compound) powder, in some embodiments further Li, M1
Alternatively, the M2 powder was mixed with a composition ratio (Li: M
1: M2: M3 = x: y: z: 1-xy)
It was produced by performing a treatment at 300 rpm for 1 to 10 hours using a planetary ball mill.
【0061】その後、 この粉末85重量%に導電剤と
してのグラファイト5重量%、同じく導電剤としてのア
セチレンブラック3重量%、PVdF7重量%とNMP
溶液とを加えて混合し、厚さ11μmの銅箔からなる集
電体に塗布し、乾燥し、プレスすることにより負極を作
製した。After that, 85% by weight of this powder, 5% by weight of graphite as a conductive agent, 3% by weight of acetylene black also as a conductive agent, 7% by weight of PVdF and NMP
The solution was added and mixed, applied to a current collector made of a copper foil having a thickness of 11 μm, dried, and pressed to produce a negative electrode.
【0062】<電極群の作製>前記正極、ポリエチレン
製多孔質フィルムからなるセパレータ、前記負極、及び
前記セパレータをそれぞれこの順序で積層した後、前記
負極が最外周に位置するように渦巻き状に捲回して電極
群を作製した。<Preparation of Electrode Group> The positive electrode, the separator made of a porous film made of polyethylene, the negative electrode, and the separator were laminated in this order, and then spirally wound so that the negative electrode was positioned at the outermost periphery. This was turned to produce an electrode group.
【0063】<非水電解液の調整>さらに、エチレンカ
ーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)の混
合溶媒に(混合体積比率1:2)に六フッ化リン酸リチ
ウム(LiPF6)を1.0モル/L溶解して非水電解液を調整し
た。<Adjustment of Non-Aqueous Electrolyte> Further, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) in a mixing volume ratio of 1: 2 (1.0%). A non-aqueous electrolyte solution was prepared by dissolving in mol / L.
【0064】前記電極群及び前記電解液をステンレス製
の有底円筒状容器内にそれぞれ収納して前述した図1に
示す円筒形非水電解質二次電池を組み立てた。The above-mentioned electrode group and the above-mentioned electrolytic solution were respectively housed in a stainless steel bottomed cylindrical container to assemble the above-mentioned cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery shown in FIG.
【0065】得られた二次電池について、充電電流1A
で4.2Vまで2.5時間充電した後、2.7Vまで1
Aで放電した時の放電容量を測定した。さらにこの充放
電を300回繰り返した時の容量維持率(1回目の容量
を100とした時の300サイクル目の容量)を測定し
た。その結果を表1に示す。なお放電容量は後述する比
較例1における放電容量を1とした時の比率で示す。For the obtained secondary battery, a charging current of 1 A
Charge to 4.2V for 2.5 hours, and then to 2.7V
The discharge capacity at the time of discharging at A was measured. Further, the capacity retention rate when the charge and discharge were repeated 300 times (capacity at the 300th cycle when the first capacity was set to 100) was measured. Table 1 shows the results. The discharge capacity is shown as a ratio when the discharge capacity in Comparative Example 1 described later is set to 1.
【表1】 [Table 1]
【表2】 実施例20 負極活物質の原料紛に、MCFを10%添加したことを
除き、実施例1と同様にして電池を作製し、得られた放
電容量および容量維持率を評価した。得られた負極活物
質の半値幅Δ(2Θ)は30°であり、放電容量は1.
5、容量維持率は0.9であった。[Table 2] Example 20 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 10% of MCF was added to the raw material powder of the negative electrode active material, and the obtained discharge capacity and capacity retention were evaluated. The half-width Δ (2Θ) of the obtained negative electrode active material was 30 °, and the discharge capacity was 1.
5. The capacity retention ratio was 0.9.
【0066】比較例1 負極活物質として3050℃で熱処理したメソフェーズ
ピッチ系炭素繊維(繊維径が10μm、平均繊維長が2
2μm、平均面間隔d(002)が0.3353nm、
BET法による比表面積5m2/g)の粉末を用い、上
記を同様の条件で負極を作製したことを除き、実施例1
と同様にして電池を作製し、得られた電池の放電容量お
よび容量維持率を評価した。容量維持率は0.7であ
り、またここで得られた放電容量を1とした。Comparative Example 1 Mesophase pitch-based carbon fibers heat-treated at 3050 ° C. as a negative electrode active material (having a fiber diameter of 10 μm and an average fiber length of 2
2 μm, average plane spacing d (002) is 0.3353 nm,
Example 1 was repeated except that a negative electrode was manufactured under the same conditions as described above using a powder having a specific surface area of 5 m 2 / g) by a BET method.
A battery was prepared in the same manner as described above, and the obtained battery was evaluated for discharge capacity and capacity retention. The capacity retention was 0.7, and the discharge capacity obtained here was 1.
【0067】実施例21〜41 負極活物質としては、M1のリン化合物粉末と、M2の
のリン化合物の粉末、実施例によってはさらにLi、M
1あるいはM2粉末を表3および4に示す組成比率(L
i:M1:M2:P=x:y:z:1−x−y−z)で
混合し、遊星型ボールミルを用いて、300rpmで1
〜10時間処理することにより作製した。Examples 21 to 41 As the negative electrode active materials, a phosphorus compound powder of M1 and a phosphorus compound powder of M2 were used.
1 or M2 powder in the composition ratio (L
i: M1: M2: P = x: y: z: 1-x-y-z) and 1 at 300 rpm using a planetary ball mill.
It was produced by treating for 10 to 10 hours.
【0068】この負極活物質を使用したことを除き、実
施例1と同様にして電池を作製し、得られた電池の放電
容量および容量維持率を評価した。その結果を表3およ
び4に示す。A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode active material was used, and the obtained battery was evaluated for discharge capacity and capacity retention. The results are shown in Tables 3 and 4.
【表3】 [Table 3]
【表4】 実施例42,43 負極活物質の原料紛に、MCFを15%添加したことを
除き、実施例21、41と同様にして得られた放電容量
および容量維持率を評価した。得られた負極活物質の半
値幅Δ(2Θ)はそれぞれ20°、30°、電池の放電
容量は1.6、1.7、容量維持率は0.87、0.9
であった。[Table 4] Examples 42 and 43 The discharge capacity and capacity retention obtained in the same manner as in Examples 21 and 41 except that 15% of MCF was added to the raw material powder of the negative electrode active material were evaluated. The half widths Δ (2 °) of the obtained negative electrode active material were 20 ° and 30 °, respectively, the discharge capacity of the battery was 1.6 and 1.7, and the capacity retention ratio was 0.87 and 0.9.
Met.
【0069】これら実施例の結果から明らかなように、
本発明に係る負極活物質を使用した実施例の電池は、比
較例1と比較して電池容量が高く、サイクル特性も高い
ことが分かる。As is clear from the results of these examples,
It can be seen that the batteries of Examples using the negative electrode active material according to the present invention have higher battery capacity and higher cycle characteristics than Comparative Example 1.
【0070】[0070]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、放
電容量およびサイクル寿命が改善されたリチウム二次電
池を提供することができる。As described above, according to the present invention, a lithium secondary battery having improved discharge capacity and cycle life can be provided.
【図1】 本発明に係わるリチウム二次電池を示す部分
断面図。FIG. 1 is a partial sectional view showing a lithium secondary battery according to the present invention.
1‥容器 3‥電極群 4‥正極 5‥セパレータ 6‥負極 8‥封口板 1 container 3 electrode group 4 positive electrode 5 separator 6 negative electrode 8 sealing plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL01 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 DJ16 DJ18 HJ02 5H050 AA07 AA08 BA17 CA08 CB01 CB30 EA09 EA10 EA24 FA20 GA10 HA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL01 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 DJ16 DJ18 HJ02 5H050 AA07 AA08 BA17 CA08 CB01 CB30 EA09 EA10 EA24 FA20 GA10 HA02
Claims (5)
極活物質を具備する負極と、前記正極および前記負極に
挟まれた非水電解質とを有する非水電解質二次電池にお
いて、 前記負極活物質は、式(1)で表わされる非晶質材料で
あることを特徴とする非水電解質二次電池。 LixM1YM2zM31-x-y-z (1) (式中、M1はB、Al、Ga、Si、GeおよびAs
の群から選ばれる少なくとも一種の元素。M2は、M1
を除くLiよりも電気陰性度の大きな元素から選ばれる
少なくとも一種の元素。M3はSおよびSeの群から選
ばれる少なくとも一種の元素。Xは0<x≦0.5、y
は0<y<0.5、zは0<z<0.5である。)1. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode active material for occluding and releasing an alkali metal, and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The substance is an amorphous material represented by the formula (1), wherein the nonaqueous electrolyte secondary battery is provided. Li x M1 Y M2 z M3 1-xyz (1) (where M1 is B, Al, Ga, Si, Ge and As
At least one element selected from the group of M2 is M1
At least one element selected from elements having a higher electronegativity than Li except for M3 is at least one element selected from the group consisting of S and Se. X is 0 <x ≦ 0.5, y
Is 0 <y <0.5, and z is 0 <z <0.5. )
極活物質を具備する負極と、前記正極および前記負極に
挟まれた非水電解質とを有する非水電解質二次電池にお
いて、 前記負極活物質は、式(2)で表わされる非晶質材料で
あることを特徴とする非水電解質二次電池。 M1aM2bP1-a-b (2) (式中、M1はB、Al、Ga、Si、GeおよびAs
の群から選ばれる少なくとも一種の元素。M2は、M1
を除くLiよりも電気陰性度の大きな元素から選ばれる
少なくとも一種の元素。Xは0<a≦0.5、bは0<
b<0.5である。)2. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode active material for occluding and releasing an alkali metal, and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the substance is an amorphous material represented by the formula (2). M1 a M2 b P 1-ab (2) (where M1 is B, Al, Ga, Si, Ge and As
At least one element selected from the group of M2 is M1
At least one element selected from elements having a higher electronegativity than Li except for X is 0 <a ≦ 0.5, b is 0 <
b <0.5. )
極活物質を具備する負極と、前記正極および前記負極に
挟まれた非水電解質とを有する非水電解質二次電池にお
いて、 前記負極活物質は、式(3)で表わされる非晶質材料で
あることを特徴とする非水電解質二次電池。 LilM1mM2nP1-l-m-n (3) (式中、M1はB、Al、Ga、Si、GeおよびAs
の群から選ばれる少なくとも一種の元素。M2は、M1
を除くLiよりも電気陰性度の大きな元素から選ばれる
少なくとも一種の元素。lは0<l≦0.5、mは0<
m<0.5、nは0<n<0.5である。)3. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode having a negative electrode active material that occludes and releases an alkali metal, and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The substance is an amorphous material represented by the formula (3), wherein the nonaqueous electrolyte secondary battery is provided. Li l M1 m M2 n P 1 -lmn (3) ( wherein, M1 is B, Al, Ga, Si, Ge and As
At least one element selected from the group of M2 is M1
At least one element selected from elements having a higher electronegativity than Li except for l is 0 <l ≦ 0.5, m is 0 <
m <0.5, n is 0 <n <0.5. )
素(Yを含む)、 In、Sn、Sb、Zn、Cd、C
uおよびAgの群から選ばれる少なくとも一種の元素で
あることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載
の非水電解質二次電池。4. M2 is Ca, Sr, Ba, rare earth element (including Y), In, Sn, Sb, Zn, Cd, C
4. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is at least one element selected from the group consisting of u and Ag.
系材料との混合物であることを特徴とする請求項1乃至
3のいずれかに記載の非水電解質二次電池。5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material is a mixture of the amorphous material and a graphite-based material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000300986A JP2002110159A (en) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
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JP (1) | JP2002110159A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010510625A (en) * | 2006-11-17 | 2010-04-02 | パナソニック株式会社 | Electrode active material for non-aqueous secondary battery |
-
2000
- 2000-09-29 JP JP2000300986A patent/JP2002110159A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010510625A (en) * | 2006-11-17 | 2010-04-02 | パナソニック株式会社 | Electrode active material for non-aqueous secondary battery |
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