JP2002190300A - Lithium secondary cell - Google Patents

Lithium secondary cell

Info

Publication number
JP2002190300A
JP2002190300A JP2000388649A JP2000388649A JP2002190300A JP 2002190300 A JP2002190300 A JP 2002190300A JP 2000388649 A JP2000388649 A JP 2000388649A JP 2000388649 A JP2000388649 A JP 2000388649A JP 2002190300 A JP2002190300 A JP 2002190300A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
active material
electrode active
lithium secondary
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000388649A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Sugiyama
純 杉山
Jiro Mizuno
二郎 水野
Fusayoshi Miura
房美 三浦
Tatsumi Hioki
辰視 日置
Shinobu Okayama
忍 岡山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2000388649A priority Critical patent/JP2002190300A/en
Publication of JP2002190300A publication Critical patent/JP2002190300A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary cell which provides no big change in a cell characteristics such as capacity drop while exhibits excellent safety at over-charging. SOLUTION: This cell employs a spinel-structure lithium manganese compound oxide whose basic composition is LiMn2O4 as a positive electrode active material. The positive electrode active material contains a first positive electrode active material represented by a composition formula LiMxMn2-xO4 (M is at least one kind selected from among Li, Mg, Al, Ni, and Cu; 0<=x<=0.1), and a second positive electrode active material represented by a composition formula LiMyMn2-yO4 (x<y<=0.3).

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】本発明はリチウムの吸蔵・脱
離現象を利用したリチウム二次電池、詳しくは、安全性
に優れたリチウム二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery utilizing the occlusion / desorption of lithium, and more particularly to a lithium secondary battery excellent in safety.

【0002】[0002]

【従来の技術】パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の
小型化に伴い、情報関連機器、通信機器の分野では、こ
れらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であ
るという理由から、リチウム二次電池が実用化され広く
普及するに至っている。また一方で、自動車の分野にお
いても、環境問題、資源問題から電気自動車の開発が急
がれており、この電気自動車用の電源としても、リチウ
ム二次電池が検討されている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of personal computers, video cameras, mobile phones, and the like, in the fields of information-related equipment and communication equipment, lithium secondary batteries are used as power sources for these equipments because of their high energy density. Has been put to practical use and has spread widely. On the other hand, in the field of automobiles, the development of electric vehicles is urgent due to environmental problems and resource problems, and lithium secondary batteries are being studied as power sources for electric vehicles.

【0003】現在、リチウム二次電池の正極活物質に
は、4V級の二次電池を構成できるものとして、LiC
oO2、LiNiO2、LiMn24等のリチウム遷移金
属複合酸化物が好んで用いられており、特に、LiCo
2は、合成が容易でかつ取り扱いも比較的容易である
ことに加え、充放電サイクル特性において優れることか
ら、LiCoO2を正極活物質に使用する二次電池が主
流となっている。
At present, as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, LiC is required to constitute a 4V-class secondary battery.
Lithium transition metal composite oxides such as oO 2 , LiNiO 2 and LiMn 2 O 4 are preferably used.
O 2, in addition to synthesis easy and handling is relatively easy, since it is excellent in charge-discharge cycle characteristics, a secondary battery using LiCoO 2 as the positive electrode active material has become mainstream.

【0004】ところが、コバルトは資源量として少な
く、LiCoO2を正極活物質に使用した二次電池で
は、電気自動車用電源をにらんだ将来の量産化、大型化
に対応しにくく、また価格的にも極めて高価なものにな
らざるを得ない。そこでコバルトに代えて、資源として
豊富であり、安価なマンガンを構成元素として含むスピ
ネル構造のLiMn24を正極活物質に使用する二次電
池が期待されている。
[0004] However, cobalt is a scarce resource, and a secondary battery using LiCoO 2 as a positive electrode active material is difficult to cope with future mass production and enlargement in view of the power source for electric vehicles, and is expensive. Must also be very expensive. Therefore, a secondary battery using LiMn 2 O 4 having a spinel structure, which is abundant as a resource and contains inexpensive manganese as a constituent element, instead of cobalt as a positive electrode active material is expected.

【0005】一般に、リチウム二次電池は、構成要素と
なる電解液に有機溶媒を用いた非水電解液を用いること
から、その安全性には充分な配慮が必要となる。特に、
過充電状態に陥る場合、過充電反応による電解液分解に
伴う内部圧の上昇といった現象を引き起こし、さらに、
連鎖的な発熱反応による温度上昇といった現象に至るこ
とから、過充電に対する安全性の高いリチウム二次電池
が切望されている。
In general, a lithium secondary battery uses a non-aqueous electrolyte using an organic solvent as an electrolyte serving as a constituent element. Therefore, sufficient consideration must be given to its safety. In particular,
When falling into an overcharged state, a phenomenon such as an increase in internal pressure due to decomposition of the electrolytic solution due to the overcharge reaction is caused.
A lithium secondary battery having high safety against overcharging has been desired since it leads to a phenomenon such as a temperature rise due to a chain of exothermic reactions.

【0006】リチウム二次電池の安全性向上のための技
術として、電池ケースに安全弁を設置することはよく知
られた技術である。この安全弁は、電池内部圧力が所定
の圧力に達した際、内部ガスを開放するというものであ
り、安全性の向上に一定の効果を発揮する。しかしなが
ら、過充電電流が大きい等、過充電条件によっては、安
全弁が開放した後でも電池の温度上昇は進行し続け、急
激な連鎖反応によりさらなる温度上昇に陥る可能性は残
されている。
As a technique for improving the safety of a lithium secondary battery, installing a safety valve in a battery case is a well-known technique. This safety valve releases internal gas when the battery internal pressure reaches a predetermined pressure, and exhibits a certain effect for improving safety. However, depending on overcharge conditions, such as a large overcharge current, the temperature of the battery continues to rise even after the safety valve is opened, and there is a possibility that the temperature may further fall due to a rapid chain reaction.

【0007】過充電状態の初期の段階では、正極活物質
表面において電解液が分解しガスが発生することが知ら
れている。そこで、特開平4−345770号公報に記
載されているように、正極内にLi2CO3等を添加し、
安全性の高いCO2ガスを発生させ、過充電早期に内部
圧の上昇を助長して安全弁を開放させ、その後の過充電
反応の沈静化を図ろうとする技術も検討されている。
[0007] It is known that in the initial stage of the overcharged state, the electrolyte is decomposed on the surface of the positive electrode active material to generate gas. Therefore, as described in JP-A-4-345770, Li 2 CO 3 or the like is added into the positive electrode,
A technology for generating highly safe CO 2 gas, promoting an increase in internal pressure at the early stage of overcharging to open a safety valve, and then trying to calm down the overcharging reaction has been studied.

【0008】ところが、Li2CO3等は、充放電反応に
寄与するものではないことから、このような物質を正極
内に添加することは、電池の容量を低下させることにな
り、高エネルギー密度であるというリチウム二次電池の
利点を失わせることになってしまう。また、Li2CO3
の分解は、電池電圧が4.8V程度で生じるものの、正
極活物質の種類、過充電条件等によってはその分解前に
過充電反応を生じる場合もあり、依然として問題を残す
ものとなっていた。
However, since Li 2 CO 3 and the like do not contribute to the charge / discharge reaction, the addition of such a substance into the positive electrode lowers the capacity of the battery, resulting in a high energy density. Therefore, the advantage of the lithium secondary battery is lost. Also, Li 2 CO 3
Although decomposition occurs at a battery voltage of about 4.8 V, an overcharge reaction may occur before decomposition depending on the type of the positive electrode active material, overcharge conditions, and the like, and this still leaves a problem.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、スピネル
構造のLiMn24を正極活物質に使用するリチウム二
次電池の過充電反応について、特に正極活物質の過充電
反応について研究し、幾多の実験を経て、ある知見を得
た。基本組成が同じであるスピネル構造リチウムマンガ
ン複合酸化物であっても、その組成を若干変化させる
と、リチウムの脱離し易さに差を生じ、過充電状態にお
ける電解液の分解が生じるタイミングは異なるものとな
る。この現象を利用すれば、同じ基本組成ではあるが、
若干の組成の異なる2種のリチウムマンガン複合酸化物
を混合して正極活物質とすることにより、発熱を伴う電
解液の分解反応を分散させて行わせることができ、急激
な連鎖反応による温度上昇を回避あるいは連鎖反応によ
る温度上昇に至る前に過充電状態のリチウム二次電池を
沈静化できるというものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has studied the overcharge reaction of a lithium secondary battery using LiMn 2 O 4 having a spinel structure as a positive electrode active material, in particular, the overcharge reaction of a positive electrode active material. After a number of experiments, certain findings were obtained. Even when the spinel structure lithium manganese composite oxide has the same basic composition, a slight change in the composition causes a difference in the ease of desorption of lithium, and the timing at which decomposition of the electrolytic solution occurs in an overcharged state is different It will be. If this phenomenon is used, although it is the same basic composition,
By mixing two kinds of lithium manganese composite oxides with slightly different compositions to form a positive electrode active material, it is possible to disperse the decomposition reaction of the electrolytic solution with heat generation, and the temperature rise due to a rapid chain reaction This can prevent the overcharged lithium secondary battery from calming before the temperature rise due to the chain reaction.

【0010】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
のであり、容量低下等の電池特性に大きな変化を与え
ず、かつ、過充電の際の安全性に優れたリチウム二次電
池を提供することを課題としている。
The present invention has been made based on the above findings, and provides a lithium secondary battery which does not significantly change battery characteristics such as a decrease in capacity and has excellent safety in overcharging. That is the task.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のリチウム二次電池は、基本組成をLiMn
24とするスピネル構造リチウムマンガン複合酸化物を
正極活物質とするリチウム二次電池であって、前記正極
活物質は、組成式LiMxMn2-x4(MはLi、M
g、Al、Ni、Cuから選ばれる少なくとも1種;0
≦x≦0.1)で表される第1正極活物質と、組成式L
iMyMn2-y4(x<y≦0.3)で表される第2正
極活物質とを含んでなることを特徴とする。
Means for Solving the Problems To solve the above problems,
The lithium secondary battery of the present invention has a basic composition of LiMn.
TwoOFourOf spinel structure lithium manganese composite oxide
A lithium secondary battery as a positive electrode active material, wherein the positive electrode
The active material has the composition formula LiMxMn2-xOFour(M is Li, M
g, at least one selected from Al, Ni, and Cu; 0
≦ x ≦ 0.1) and a composition formula L
iMyMn2-yOFourThe second positive represented by (x <y ≦ 0.3)
And a polar active material.

【0012】つまり、本発明のリチウム二次電池は、基
本組成を同じくするスピネル構造リチウムマンガン複合
酸化物であって、組成の若干異なる2種のものを混合し
て正極活物質とするリチウム二次電池である。詳しい作
用については後述するが、組成の違う2種の活物質を用
いることで、過充電状態における電解液の分解が生じる
タイミングを異ならせ、過充電反応を時期的に分散させ
ることができる。そして、連鎖反応による温度上昇を緩
やかな状態とすることができ、場合によっては連鎖反応
による温度上昇に至る前に、過充電状態のリチウム二次
電池の沈静化が可能になる。
That is, the lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery having a spinel structure lithium manganese composite oxide having the same basic composition. Battery. Although the detailed operation will be described later, by using two types of active materials having different compositions, it is possible to change the timing at which the decomposition of the electrolytic solution occurs in the overcharged state and to disperse the overcharge reaction in a timely manner. Then, the temperature rise due to the chain reaction can be made gentle, and in some cases, the overcharged lithium secondary battery can be calmed down before the temperature rise due to the chain reaction.

【0013】したがって、連鎖反応による温度上昇に陥
った場合に生じる非水電解液の急激な酸化反応による電
池ケースの変形等を緩和あるいは回避することができ、
過充電安全性に優れたリチウム二次電池となる。また、
本発明のリチウム二次電池では、Li2CO3等の充放電
反応に寄与しない物質を正極内に含むものではなく、そ
の点で、リチウム二次電池が有する高エネルギー密度と
いうメリットを阻害することもない。
Therefore, it is possible to alleviate or avoid the deformation of the battery case due to the rapid oxidation reaction of the non-aqueous electrolyte caused when the temperature rises due to the chain reaction,
A lithium secondary battery with excellent overcharge safety. Also,
In the lithium secondary battery of the present invention, a substance that does not contribute to the charge / discharge reaction such as Li 2 CO 3 is not included in the positive electrode, and in that respect, the merit of the high energy density of the lithium secondary battery is hindered. Nor.

【0014】[0014]

【作用】以下に、基本組成をLiMn24とするスピネ
ル構造リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質とし、
炭素物質を負極活物質とするリチウム二次電池を例にと
って、本発明のリチウム二次電池の作用、特に過充電時
の挙動について説明する。
In the following, a lithium manganese composite oxide having a spinel structure having a basic composition of LiMn 2 O 4 is used as a positive electrode active material.
The operation of the lithium secondary battery of the present invention, particularly the behavior at the time of overcharging, will be described by taking a lithium secondary battery using a carbon material as a negative electrode active material as an example.

【0015】スピネル構造は、正規組成である組成式L
iMn24で表せるリチウムマンガン複合酸化物の場
合、立方最密充填に配列したOを基本構造として、その
4配位位置の1/8にLiが、6配位位置の1/2にM
nが規則的に配置している。単位格子中にはOを32個
含むため、4配位位置はその倍の64個でその1/8の
8個にLiが、また、6配位位置は32個でありその1
/2の16個にMnが配置する構造となっている。した
がって、いずれの構成原子も欠損あるいは過剰に存在し
ない正規組成のものは、(Li)8a(Mn2
16d(O432eという式で表現できる。式中の8a、1
6d、32eは、それぞれ、結晶学でいうWyckof
fの位置を意味する。
The spinel structure has a composition formula L
In the case of a lithium manganese composite oxide represented by iMn 2 O 4 , O is arranged in a cubic close-packed structure as a basic structure, and Li is contained in 1/8 of the 4-coordinate position and M is contained in 1/2 of the 6-coordinate position.
n are regularly arranged. Since 32 Os are contained in the unit cell, the number of 4-coordinate positions is 64, which is twice as large as that of O, and 8 of 1/8 are Li, and the number of 6-coordinate positions is 32, and
Mn is arranged in 16 of the / 2. Therefore, those having a normal composition in which none of the constituent atoms are missing or excessive are (Li) 8a (Mn 2 )
16d (O 4 ) 32e . 8a, 1
6d and 32e are respectively Wyckof in crystallography.
It means the position of f.

【0016】リチウム二次電池の正極では、充電時に
は、正極活物質であるリチウムマンガン複合酸化物から
リチウムが脱離する次式に示す反応が行われる。
In the positive electrode of a lithium secondary battery, during charging, a reaction represented by the following equation, in which lithium is desorbed from lithium manganese composite oxide as a positive electrode active material, is performed.

【0017】(Li)8a(Mn216d(O432e
(□)8a(Mn216d(O432e+Li+ (□は原子
が欠損するサイトを意味する) 上記構成のリチウム二次電池は、安定した充放電を繰り
返すことのできる通常電池電圧範囲として、一般的に、
放電下限電圧を約3V、充電上限電圧を約4.2V程度
に設定され、充電の進行につれ電池電圧の上昇とともに
Liが脱離し、電池電圧4.2Vにおいては、完全にL
iが脱離する。全Li脱離後も、上記充電上限電圧を超
える充電を行い、いわゆる過充電状態に至ると、Mnの
平均価数は、殆ど4となり、結晶構造が不安定化し、遂
には結晶中のOを放出するに至る。この放出された酸素
が引き金となり、正極表面では、非水電解液の分解が始
まる。いわゆる過充電反応の開始である。
(Li) 8a (Mn 2 ) 16d (O 4 ) 32e
(□) 8a (Mn 2 ) 16d (O 4 ) 32e + Li + (□ means a site where an atom is missing) The lithium secondary battery of the above configuration has a normal battery voltage range in which stable charge and discharge can be repeated. As a general rule,
The discharge lower limit voltage is set to about 3 V and the charge upper limit voltage is set to about 4.2 V. As the charging proceeds, Li desorbs as the battery voltage increases.
i desorbs. Even after all Li is desorbed, charging exceeding the above charging upper limit voltage is performed, and when reaching a so-called overcharged state, the average valence of Mn becomes almost 4, the crystal structure becomes unstable, and finally O in the crystal is Leads to release. The released oxygen serves as a trigger, and decomposition of the non-aqueous electrolyte starts on the positive electrode surface. This is the start of the so-called overcharge reaction.

【0018】図1に、正規組成である組成式LiMn2
4で表されるリチウムマンガン複合酸化物を正極活物
質に用いたリチウム二次電池を、一定の電流で充電し続
けて過充電状態とした際における過充電率と電池電圧お
よび電池温度との関係を、模式的に示す。ここで、過充
電率とは、上記通常電池電圧範囲において充電可能な電
気量(基準容量を意味する)を1とした場合のそれを超
えて電池に充電される電気量を意味する。
FIG. 1 shows a composition formula LiMn 2 having a normal composition.
When a lithium secondary battery using a lithium manganese composite oxide represented by O 4 as a positive electrode active material is continuously charged at a constant current to be in an overcharged state, an overcharge rate, a battery voltage, and a battery temperature are compared. The relationship is schematically shown. Here, the overcharge rate means the amount of electricity charged to the battery beyond the amount of electricity that can be charged in the normal battery voltage range (meaning the reference capacity) is one.

【0019】図1においては、電池電圧4.2Vを通常
充電上限電圧とし、それ以上の電圧となるように充電す
る場合を過充電としている。過充電率0〜約0.05で
は、電池電圧は4.2Vからさらに5.1V程度まで上
昇をし続ける。そして、過充電率が約0.05を超えた
あたりから、電池電圧の大幅な上昇のない領域に移る。
この領域が、リチウムマンガン複合酸化物からOが放出
され、非水電解液が分解を開始する領域である。この電
解液の分解反応は発熱反応であり、この発熱に起因して
電池温度は上昇を開始する。
In FIG. 1, a battery voltage of 4.2 V is set as a normal charging upper limit voltage, and a case where the battery is charged to a voltage higher than the normal charging voltage is defined as overcharging. When the overcharge rate is 0 to about 0.05, the battery voltage continues to increase from 4.2 V to about 5.1 V. Then, when the overcharge rate exceeds about 0.05, the process moves to a region where the battery voltage does not significantly increase.
This region is a region where O is released from the lithium manganese composite oxide and the non-aqueous electrolyte starts to decompose. The decomposition reaction of the electrolytic solution is an exothermic reaction, and the battery temperature starts to rise due to the generated heat.

【0020】非水電解液の分解はガスの発生を伴うた
め、電解液は減少する。この電解液の減少は、以後の過
充電反応の抑制につながる。そしてガス発生による電池
の内部圧は上昇するが、一般にリチウム二次電池では安
全弁が設けられており、所定の圧力に達した際、安全弁
が開弁して内部圧を開放し、過充電の際の安全性をある
程度確保するように作用する。また、リチウム二次電池
は、一般に、正極と負極との間にポリエチレン、ポロプ
ロピレン等の多孔質セパレータが介在しており、温度上
昇に伴って、このセパレータが軟化閉塞し、それ以上の
過充電反応を抑制するように作用する。さらに、リチウ
ム二次電池の設置状態にもよるが、放熱が良好な状態で
あれば、電池の加熱は抑制される。充電電流が小さい等
の比較的穏やかな過充電条件においては、これらリチウ
ム二次電池の持つ自己抑制作用により、過充電状態のリ
チウム二次電池は沈静化し、電池温度は徐々に低下し、
連鎖反応による温度上昇に至るのを回避するようになっ
ている。
Since the decomposition of the non-aqueous electrolyte involves gas generation, the amount of the electrolyte decreases. This decrease in the electrolyte leads to suppression of the subsequent overcharge reaction. The internal pressure of the battery rises due to gas generation, but a safety valve is generally provided in a lithium secondary battery. When a predetermined pressure is reached, the safety valve opens to release the internal pressure, and when overcharging, Acts to ensure a certain degree of safety. In addition, lithium secondary batteries generally have a porous separator such as polyethylene or polypropylene interposed between the positive electrode and the negative electrode. As the temperature rises, this separator softens and closes, and further overcharge occurs. It acts to suppress the reaction. Further, depending on the installation state of the lithium secondary battery, if the heat radiation is good, the heating of the battery is suppressed. Under relatively mild overcharge conditions, such as a small charge current, due to the self-suppressing action of these lithium secondary batteries, the overcharged lithium secondary batteries calm down, the battery temperature gradually decreases,
The temperature rise due to the chain reaction is avoided.

【0021】しかし、充電電流が大きい等の過酷な充電
条件下においては、単位時間あたりの発熱量は著しく、
上記自己抑制作用をもってしても電池の温度上昇を抑え
られない。また、逆に電解液の減少、セパレータの閉塞
等といった現象に伴う内部抵抗の増加による抵抗発熱が
放熱をまさり、電池の温度を上昇させる要因ともなる。
このようなリチウム二次電池の温度上昇は、遂には、電
解液の酸化反応を引き起こし、また、場合によっては電
池ケースの変形等の悪影響をリチウム二次電池に与え
る。そして、温度上昇が急激であり、一気に連鎖反応を
引き起こすような場合には、電池ケースの変形はきわめ
て著しいものとなり、このような急激な連鎖反応による
温度上昇を回避することが、リチウム二次電池の安全性
向上には極めて有効である。
However, under severe charging conditions such as a large charging current, the amount of heat generated per unit time is remarkable.
Even with the self-suppressing action, the rise in battery temperature cannot be suppressed. On the other hand, resistance heat generated by an increase in internal resistance due to phenomena such as a decrease in electrolyte solution and clogging of a separator outweighs heat dissipation and also causes a rise in battery temperature.
Such an increase in the temperature of the lithium secondary battery eventually causes an oxidation reaction of the electrolytic solution, and in some cases, adversely affects the lithium secondary battery such as deformation of the battery case. When the temperature rises suddenly and causes a chain reaction at a stretch, the deformation of the battery case becomes extremely remarkable, and avoiding the temperature rise due to such a rapid chain reaction can be avoided by using a lithium secondary battery. It is extremely effective for improving the safety of

【0022】図1においては、過充電率0.2を超えた
あたりで、電池電圧は温度上昇による電池抵抗減少のた
めに一旦僅かに低下する。しかし、その直後の電池電圧
の急激な上昇は、セパレータの閉塞等を伴った内部抵抗
の上昇を示し、また、温度線の勾配の変化が連鎖反応に
よる温度上昇の開始を示している。その後の急激な温度
線の立ち上がりは、電解液の酸化反応に至る急激な温度
変化を示している。なお、図1は、あるモデルについて
示す模式的なものであり、リチウム二次電池の構成、過
充電条件等によって、ある程度の差異は生じる。これは
本作用の項目で後掲する他の図についても同様である。
In FIG. 1, when the overcharge rate exceeds 0.2, the battery voltage temporarily decreases slightly due to a decrease in battery resistance due to a rise in temperature. However, a sharp rise in the battery voltage immediately after that indicates an increase in internal resistance accompanied by blockage of the separator, and a change in the gradient of the temperature line indicates the start of temperature rise due to a chain reaction. The subsequent rapid rise of the temperature line indicates a rapid change in temperature leading to an oxidation reaction of the electrolytic solution. FIG. 1 is a schematic diagram showing a certain model, and some differences occur depending on the configuration of the lithium secondary battery, overcharge conditions, and the like. This is the same for other figures described later in the section of the present operation.

【0023】一方、リチウムマンガン複合酸化物は、正
規組成のものの他、Mnサイトの一部を他の元素、例え
ばLiで置換したLi1+xMn2-x4で表されるような
ものも容易に合成することができる。このものは、上記
Wyckoffの位置を利用して(Li)8a(Lix
2-x16d(O432eという式で表現できる。そして、
充電時には、正極活物質であるリチウムマンガン複合酸
化物からリチウムが脱離する(式1)に示す反応が行わ
れる。なお、この場合においても、安定した充放電を繰
り返すことのできる通常電池電圧範囲として、放電下限
電圧を約3V、充電上限電圧を約4.2V程度に設定し
ている。
On the other hand, the lithium manganese composite oxide has a normal composition, and a lithium manganese composite oxide represented by Li 1 + x Mn 2-x O 4 in which a part of the Mn site is replaced by another element, for example, Li. Can also be easily synthesized. This is obtained by utilizing the position of the Wyckoff (Li) 8a (Li x M
n 2-x ) 16d (O 4 ) 32e . And
At the time of charging, a reaction represented by (Equation 1) in which lithium is desorbed from the lithium manganese composite oxide as the positive electrode active material is performed. Also in this case, as the normal battery voltage range in which stable charging and discharging can be repeated, the discharge lower limit voltage is set to about 3 V and the charging upper limit voltage is set to about 4.2 V.

【0024】 (Li)8a(LixMn2-x16d(O432e → (□1-3xLi3x8a(Lix Mn2-x16d(O432e+(1−3x)Li+ (式1) 式1からわかるように、上記正規組成のものとは異な
り、電池電圧4.2Vにおいても全てのLiが脱離する
わけではない。つまり、Liは脱離しにくく、通常の充
電上限電圧では8a位置にあるLiをすべて脱離させる
ことは困難である。そして、さらに充電を続けると、電
池電圧5.05V付近で(式2)に示す反応が行われ、
8a位置にあった残りのLiが脱離する。
(Li) 8a (Li x Mn 2-x ) 16d (O 4 ) 32e → (□ 1-3x Li 3x ) 8a (Li x Mn 2-x ) 16d (O 4 ) 32e + (1-3x) ) Li + (Formula 1) As can be seen from Formula 1, not all of Li is desorbed even at a battery voltage of 4.2 V, unlike the above-mentioned normal composition. That is, Li is not easily desorbed, and it is difficult to desorb all Li at the 8a position at a normal upper limit charging voltage. When the battery is further charged, a reaction represented by (Equation 2) is performed around a battery voltage of 5.05 V,
The remaining Li at the 8a position is eliminated.

【0025】 (□1-3xLi3x8a(LixMn2-x16d(O432e → (□)8a(LixM n2-x16d(O432e+3xLi+ (式2) 図2に、このLi1+xMn2-x4を正極活物質に用いた
リチウム二次電池を一定の電流で充電し続けて過充電状
態とした際における過充電率と電池電圧との関係を模式
的に示す。
(□ 1-3x Li 3x ) 8a (Li x Mn 2-x ) 16d (O 4 ) 32e → (□) 8a (Li x Mn 2-x ) 16d (O 4 ) 32e + 3 × Li + (formula 2) FIG. 2 shows the overcharge rate and the battery voltage when the lithium secondary battery using this Li 1 + x Mn 2-x O 4 as the positive electrode active material was continuously charged at a constant current and brought into an overcharged state. Is schematically shown.

【0026】図2に示すように、充電を続けると電池電
圧は5.05V付近まで上昇し、過充電率が0.05〜
0.3付近までは略一定の電圧となっている。この電池
電圧が一定の領域では、通常の電池電圧範囲では脱離し
ないLiが負極へ移動する上記(式2)に示した反応が
行われている。この反応は、発熱を伴わないため電池温
度はほとんど変化しない。さらに充電を続けると、過充
電率0.35付近で電池電圧が5.1Vまで上昇し、過
充電率0.5付近までは略一定となる。この電圧一定の
領域で、非水電解液が分解を開始し、それに伴う発熱に
起因して電池温度は上昇を開始する。そして、過充電率
0.5を超えたあたりで、電池電圧は温度上昇による電
池抵抗減少のために一旦僅かに低下する。しかし、その
直後、電池電圧はセパレータの閉塞等により急激に上昇
し、また、電池温度も急激に上昇し、連鎖反応による温
度上昇に陥っていることを示している。
As shown in FIG. 2, when charging is continued, the battery voltage rises to around 5.05 V, and the overcharge rate becomes 0.05 to
The voltage is substantially constant up to around 0.3. In the region where the battery voltage is constant, Li, which does not desorb in the normal battery voltage range, moves to the negative electrode, and the reaction shown in (Equation 2) is performed. This reaction does not generate heat, so that the battery temperature hardly changes. When charging is further continued, the battery voltage rises to 5.1 V near the overcharge rate of 0.35, and becomes substantially constant up to about 0.5 of the overcharge rate. In this region where the voltage is constant, the non-aqueous electrolyte starts to decompose, and the battery temperature starts to rise due to the accompanying heat generation. Then, when the overcharge rate exceeds 0.5, the battery voltage temporarily decreases slightly due to a decrease in battery resistance due to an increase in temperature. However, immediately after that, the battery voltage sharply rises due to clogging of the separator and the like, and the battery temperature also sharply rises, indicating that the temperature has fallen due to a chain reaction.

【0027】すなわち、基本組成をLiMn24とする
スピネル構造リチウムマンガン複合酸化物において、正
規組成のものを正極活物質として用いた二次電池は、通
常電池電圧範囲において全てのLiが脱離するため、そ
れ以上の充電を続けると、直ちに電解液が分解する電圧
まで電池電圧が上昇し、過充電率が0.05付近で電解
液の分解が生じて過充電反応が開始される。一方、Mn
サイトの一部をLiで置換したものを正極活物質として
用いた二次電池は、通常電池電圧範囲においても全ての
Liは脱離せず、さらに充電を続けて電池電圧が5.0
5V付近に至ると、8a位置にある残りのLiの脱離反
応が行われる。その間電池電圧は一定に保たれ、電解液
の分解は生じない。そして、8a位置のLiが全て脱離
した後、電池電圧は電解液が分解する電圧に達し、電解
液の分解が生じて過充電反応が開始される。つまり、M
nサイトの他元素による置換割合によって、充電の際の
Liの脱離し易さが変わり、両者の過充電反応の開始時
期は異なるものとなる。
That is, in a secondary battery using a lithium manganese composite oxide having a spinel structure having a basic composition of LiMn 2 O 4 and a normal composition as a positive electrode active material, all of Li is generally desorbed in a battery voltage range. Therefore, if the battery is further charged, the battery voltage immediately rises to a voltage at which the electrolytic solution is decomposed, and when the overcharge rate is around 0.05, the electrolytic solution is decomposed and the overcharge reaction is started. On the other hand, Mn
In a secondary battery in which a part of the site is replaced with Li as a positive electrode active material, all of Li is not desorbed even in a normal battery voltage range, and further charging is continued to increase the battery voltage to 5.0.
When the voltage reaches about 5 V, the elimination reaction of the remaining Li at the 8a position is performed. During that time, the battery voltage is kept constant and no decomposition of the electrolyte occurs. Then, after all of the Li at the position 8a is desorbed, the battery voltage reaches a voltage at which the electrolytic solution is decomposed, the electrolytic solution is decomposed, and an overcharge reaction is started. That is, M
The ease of desorption of Li during charging changes depending on the substitution ratio of the n-site with another element, and the start time of the overcharge reaction differs between the two.

【0028】したがって、まとめれば、基本組成を同じ
とするリチウムマンガン複合酸化物であっても、若干の
組成の違い、特にMnの含有割合の違いにより、過充電
反応を起こす時期が違い、これらを混合した混合物を正
極活物質とする本発明のリチウム二次電池は、過充電反
応が分散して行われることで、連鎖反応による温度上昇
に至る可能性の小さなリチウム二次電池となる。また、
連鎖反応による温度上昇に至った場合であっても、それ
は比較的緩やかに進行するため、電池ケースの変形等の
リチウム二次電池への影響は少ないものとなる。
Therefore, in summary, even when the lithium manganese composite oxides have the same basic composition, the timing of causing the overcharge reaction differs due to a slight difference in the composition, particularly the difference in the content of Mn. The lithium secondary battery of the present invention in which the mixed mixture is used as the positive electrode active material is a lithium secondary battery that has a small possibility of causing a temperature rise due to a chain reaction by performing the overcharge reaction in a dispersed manner. Also,
Even when the temperature rises due to the chain reaction, it progresses relatively slowly, so that the effect on the lithium secondary battery such as deformation of the battery case is small.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明のリチウム二次電池
の実施の形態について、正極活物質、正極の構成、リチ
ウム二次電池の全体構成等の項目に分け、詳しく説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a lithium secondary battery of the present invention will be described in detail by dividing into items such as a positive electrode active material, a configuration of a positive electrode, and an overall configuration of a lithium secondary battery.

【0030】〈正極活物質〉 (1)対象となるリチウムマンガン複合酸化物 本発明のリチウム二次電池は、正極活物質として、基本
組成をLiMn24とするスピネル構造リチウムマンガ
ン複合酸化物を採用する。「基本組成をLiMn24
する」とは、正規組成のものの他、結晶構造におけるL
iやMnサイトの一部を他の元素で置換したものも含む
ことを意味する。また、化学量論組成のものに限らず、
製造過程で生じる不可避の構成元素の欠損、過剰存在、
あるいは、他の不純物の混入等のあるものをも許容する
ことを意味する。この内容については、以下に説明する
第1正極活物質、第2正極活物質についても同様に解釈
する。
<Positive Electrode Active Material> (1) Target Lithium-Manganese Composite Oxide The lithium secondary battery of the present invention comprises, as a positive electrode active material, a spinel-structured lithium-manganese composite oxide having a basic composition of LiMn 2 O 4. adopt. “Let the basic composition be LiMn 2 O 4 ” means not only that of the normal composition but also that of L in the crystal structure.
This means that i and Mn sites include those in which a part of the site is replaced by another element. Also, not only those of stoichiometric composition,
Inevitable constituent element deficiency, excess presence,
Alternatively, it means that a mixture of other impurities is allowed. The same applies to the first positive electrode active material and the second positive electrode active material described below.

【0031】(2)第1正極活物質 本発明のリチウム二次電池を構成する正極活物質の一つ
である第1正極活物質は、組成式LiMxMn2-x
4(MはLi、Mg、Al、Ni、Cuから選ばれる少
なくとも1種;0≦x≦0.1)で表されるリチウムマ
ンガン複合酸化物である。第1正極活物質は、第2正極
活物質と比較して、結晶構造におけるMnサイトのMに
よる置換割合が小さいものである。具体的には、Mnサ
イトの一部をMで置換していない正規組成LiMn24
で表されるもの(x=0の場合)、および、Mnサイト
の一部をMで若干置換した組成式LiMxMn2-x
4(0<x≦0.1)で表されるものを含む。
(2) First Positive Electrode Active Material The first positive electrode active material, which is one of the positive electrode active materials constituting the lithium secondary battery of the present invention, has a composition formula of LiM x Mn 2-x O
4 (M is at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ni, and Cu; 0 ≦ x ≦ 0.1). The first positive electrode active material has a smaller substitution ratio of Mn sites by M in the crystal structure than the second positive electrode active material. Specifically, a normal composition LiMn 2 O 4 in which a part of the Mn site is not replaced with M
(In the case of x = 0), and a composition formula LiM x Mn 2-x O in which a part of the Mn site is slightly substituted with M
4 Including those represented by (0 <x ≦ 0.1).

【0032】MnサイトをMで置換した組成式LiMx
Mn2-x4で表されるものを採用する場合、Mでの置換
割合つまり組成式中のxの値は、0<x≦0.1とす
る。Mでの置換割合の少ない第1正極活物質において、
xが0.1を超えると、後に説明する第2正極活物質に
おける置換割合はそれより大きいこともあり、通常の電
池電圧範囲において、充放電に伴って吸蔵・脱離するL
iの量が減少しすぎることになり、リチウム二次電池の
容量低下が顕著となるからである。
Composition formula LiM x in which Mn site is substituted by M
When the one represented by Mn 2-x O 4 is adopted, the substitution ratio of M, that is, the value of x in the composition formula, is set to 0 <x ≦ 0.1. In the first positive electrode active material having a small substitution ratio with M,
When x exceeds 0.1, the substitution ratio of the second positive electrode active material described later may be larger than that, and in the normal battery voltage range, L that is inserted and extracted with charge and discharge is L.
This is because the amount of i decreases too much, and the capacity of the lithium secondary battery decreases significantly.

【0033】金属元素Mは、Mnイオンの平均価数を上
げるという理由から、Li、Mg、Al、Ni、Cuか
ら選ばれる少なくとも1種とする。特に、価数の小さい
イオンの方が少量でも置換する効果が得られることか
ら、Liを用いることが望ましい。したがって、第1正
極活物質としては、Liで置換した組成式Li1+xMn2
-x4で表されるものを採用することが望ましい。
The metal element M is higher than the average valence of Mn ions.
Li, Mg, Al, Ni, Cu
At least one selected from the group consisting of: In particular, low valence
Is it possible to obtain the effect of replacing even a small amount of ions?
Therefore, it is desirable to use Li. Therefore, the first positive
As a polar active material, a composition formula Li substituted by Li1 + xMnTwo
-xOFourIt is desirable to adopt the one represented by

【0034】なお、上記組成の範囲で、組成の微妙に異
なる各種のリチウムマンガン複合酸化物が存在する。本
発明のリチウム二次電池においては、この微妙に組成の
異なる複数種のリチウムマンガン複合酸化物を混合して
第1正極活物質とすることを妨げるものではない。
In the above composition range, there are various lithium manganese composite oxides having slightly different compositions. The lithium secondary battery of the present invention does not prevent mixing of a plurality of types of lithium manganese composite oxides having slightly different compositions into the first positive electrode active material.

【0035】(3)第2正極活物質 本発明のリチウム二次電池を構成する正極活物質のもう
一つである第2正極活物質は、組成式LiMyMn2-y
4(x<y≦0.3)で表されるリチウムマンガン複合
酸化物である。第2正極活物質は、第1正極活物質と比
較して、結晶構造におけるMnサイトのMによる置換割
合が大きいものである。
(3) Second positive electrode active material The second positive electrode active material, which is another positive electrode active material constituting the lithium secondary battery of the present invention, has a composition formula of LiM y Mn 2-y O
4 This is a lithium-manganese composite oxide represented by (x <y ≦ 0.3). The second positive electrode active material has a larger substitution ratio of Mn sites by M in the crystal structure than the first positive electrode active material.

【0036】金属元素Mは、上記同様、Li、Mg、A
l、Ni、Cuから選ばれる少なくとも1種とし、Mn
イオンの価数を少量の置換で上げることができる点を考
慮する場合には、Liで置換した組成式Li1+yMn2-y
4で表されるものを採用することが望ましい。
As described above, the metal element M is Li, Mg, A
1, at least one selected from Ni, Cu, and Mn
When considering that the valence of the ion can be increased by a small amount of substitution, the composition formula Li 1 + y Mn 2-y substituted by Li
It is desirable to adopt the one represented by O 4 .

【0037】MnサイトのMでの置換割合、つまり組成
式中のyの値は、x<y≦0.3とする。これは第1正
極活物質と同様、yが0.3を超えると、通常の電池電
圧範囲において、充放電に伴って吸蔵・脱離するLiの
量が減少しすぎることになり、リチウム二次電池の容量
低下が顕著となるからである。特に、電池の容量を考慮
する場合には、y≦0.2であることが望ましい。
The substitution ratio of M at the Mn site, that is, the value of y in the composition formula, is set to x <y ≦ 0.3. This is because, as in the case of the first positive electrode active material, when y exceeds 0.3, the amount of Li absorbed and desorbed during charging and discharging in a normal battery voltage range becomes too small, and lithium secondary This is because the reduction in battery capacity becomes significant. In particular, when considering the capacity of the battery, it is desirable that y ≦ 0.2.

【0038】また、yの値がxの値と近い場合には、M
での置換割合にあまり差を設けることができないため、
過充電反応の開始時期の分散効果が小さくなる。したが
って、過充電反応の開始時期をより分散させるために
は、第1活物質と第2活物質との置換割合の差は、0.
05以上あることが望ましい。この点を考慮すれば、x
+0.05≦yであることが望ましい。
When the value of y is close to the value of x, M
Can not make much difference in the replacement ratio in
The dispersion effect of the start time of the overcharge reaction is reduced. Therefore, in order to further disperse the start time of the overcharge reaction, the difference between the replacement ratio of the first active material and the replacement ratio of the second active material is set to 0.1.
It is desirable that the number be 05 or more. Considering this point, x
It is desirable that + 0.05 ≦ y.

【0039】なお、第1活物質と同様、上記組成の範囲
で、組成の微妙に異なる各種のリチウムマンガン複合酸
化物が存在する。本発明のリチウム二次電池において
は、この微妙に組成の異なる複数種のリチウムマンガン
複合酸化物を混合して第2正極活物質とすることをも妨
げるものではない。
As in the case of the first active material, various lithium manganese composite oxides having slightly different compositions exist within the above composition range. In the lithium secondary battery of the present invention, it does not prevent the mixing of a plurality of types of lithium manganese composite oxides having slightly different compositions into the second positive electrode active material.

【0040】(4)正極活物質の製造方法 本発明のリチウム二次電池において正極活物質となる種
々のリチウムマンガン複合酸化物は、その製造方法を特
に限定するものではない。固相反応法、水溶液からの析
出法、噴霧燃焼法等、既に公知の様々な製造方法を採用
して、それらのリチウムマンガン複合酸化物を製造する
ことができる。
(4) Method for Producing Positive Electrode Active Material The various lithium manganese composite oxides used as the positive electrode active material in the lithium secondary battery of the present invention are not particularly limited in their production methods. Various known production methods such as a solid-phase reaction method, a precipitation method from an aqueous solution, and a spray combustion method can be employed to produce the lithium-manganese composite oxide.

【0041】例えば、LiMn24で表される、あるい
は組成式Li1+yMn2-y4で表されるリチウムマンガ
ン複合酸化物を固相反応法によって製造する場合、Li
源となるリチウム化合物およびMn源となるマンガン化
合物を、合成しようとするリチウムマンガン複合酸化物
の構成元素の組成比に応じて混合し、この混合物を70
0〜900℃の温度下、酸素雰囲気あるいは空気中で、
8〜24時間焼成して合成することができる。この際、
Li源となるリチウム化合物としては、水酸化リチウ
ム、炭酸リチウム等を用いることができ、Mn源となる
マンガン化合物には、二酸化マンガン等を用いることが
できる。
For example, when a lithium manganese composite oxide represented by LiMn 2 O 4 or represented by the composition formula Li 1 + y Mn 2-y O 4 is produced by a solid-state reaction method,
A lithium compound serving as a source and a manganese compound serving as a Mn source are mixed in accordance with the composition ratio of the constituent elements of the lithium-manganese composite oxide to be synthesized.
At a temperature of 0 to 900 ° C. in an oxygen atmosphere or air,
It can be synthesized by firing for 8 to 24 hours. On this occasion,
As the lithium compound serving as the Li source, lithium hydroxide, lithium carbonate or the like can be used, and as the manganese compound serving as the Mn source, manganese dioxide or the like can be used.

【0042】(5)第1正極活物質と第2正極活物質と
の構成比 本発明のリチウム二次電池の正極活物質を構成する第1
正極活物質および第2正極活物質の構成比は、特に限定
するものでなく、過充電反応を分散して行わせるという
作用を充分に達成するのに必要な構成比とすればよい。
(5) Constituent Ratio of First Positive Electrode Active Material and Second Positive Electrode Active Material The first positive electrode constituting the positive electrode active material of the lithium secondary battery of the present invention.
The composition ratio of the positive electrode active material and the second positive electrode active material is not particularly limited, and may be a composition ratio necessary for sufficiently achieving the effect of dispersing and performing the overcharge reaction.

【0043】例えば、MをLiとした組成式Li1+x
2-x4で表される第1正極活物質と、組成式Li1+y
Mn2-y4で表される第2正極活物質との構成比は、両
者の合計を100wt%とした場合において、第1正極
活物質が10wt%を超え60wt%未満であることが
望ましい。この好適範囲は、実験によって確証されたも
のであり、この範囲を超えていずれかの正極活物質が少
ない場合は、その範囲内のものに比べ、過充電反応の分
散による効果が少なく、多いほうの過充電反応に支配さ
れることになり、急激な連鎖反応による温度上昇に至る
可能性が高まるからである。さらに実験による検証によ
れば、第1正極活物質が20wt%以上50wt%以下
となる構成比である場合、電池ケースの変形が小さい
等、より過充電安全性が担保されたリチウム二次電池と
なる。さらに、連鎖反応による温度上昇に至る可能性が
極めて低く、より安全性に優れるリチウム二次電池とす
るためには、第1正極活物質が20wt%以上30wt
%以下となる構成比とすることがより望ましいことが確
認できている。
For example, a composition formula Li 1 + x M where M is Li
a first positive electrode active material represented by n 2-x O 4 , and a composition formula Li 1 + y
The composition ratio of the first positive electrode active material to the second positive electrode active material represented by Mn 2-y O 4 is preferably more than 10% by weight and less than 60% by weight when the total of both is 100% by weight. . This preferred range has been confirmed by experiments. When the amount of any of the positive electrode active materials is smaller than this range, the effect due to the dispersion of the overcharge reaction is smaller than that in the range, and the larger amount is preferable. This is because the reaction is governed by the overcharge reaction, and the possibility of a temperature rise due to a rapid chain reaction increases. Further, according to verification by experiment, when the first positive electrode active material has a composition ratio of 20 wt% or more and 50 wt% or less, a lithium secondary battery with more secured overcharge safety such as a small deformation of the battery case is obtained. Become. Furthermore, in order to obtain a lithium secondary battery which is very unlikely to cause a temperature rise due to a chain reaction and is more excellent in safety, the first positive electrode active material must be 20 wt% or more and 30 wt% or more.
% Has been confirmed to be more desirable.

【0044】〈正極の構成〉本発明のリチウム二次電池
の正極は、上記正極活物質を除き、その構成を特に限定
するものではなく、既に公知のリチウム二次電池の正極
の構成に従えばよい。上記正極活物質は、第1正極活物
質および第2正極活物質となるそれぞれのリチウムマン
ガン複合酸化物を粉状体として製造し、それらを充分に
混合した粉状体混合物とした上で、例えば、その粉状体
混合物を結着剤で結着して形成することができる。より
具体的に例示すれば、まず、正極活物質たるリチウムマ
ンガン複合酸化物と、導電材と、結着剤とを混合し、こ
れらを分散させるための溶剤を添加して、ペースト状の
正極合材を調製する。次に、この正極合材をアルミニウ
ム箔等の正極集電体の表面に塗工機等により塗布し、乾
燥して固形分のみの正極合材を層状に形成すればよい。
そしてこの後に、必要に応じ、ロールプレス等の圧縮機
により圧縮を行い、活物質密度を高めるものであっても
よい。この形態の正極はシート状であり、作製しようと
する電池に適合する大きさに裁断等して用いればばよ
い。
<Structure of Positive Electrode> The structure of the positive electrode of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited except for the above-described positive electrode active material. Good. The above-described positive electrode active material is produced by preparing each of the lithium-manganese composite oxides serving as the first positive electrode active material and the second positive electrode active material as a powder, and forming a powder mixture obtained by sufficiently mixing the powder. The powder mixture can be formed by binding the powder mixture with a binder. More specifically, first, a lithium manganese composite oxide as a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and a solvent for dispersing these is added. Prepare the ingredients. Next, this positive electrode mixture may be applied to the surface of a positive electrode current collector such as an aluminum foil by a coating machine or the like, and dried to form a positive electrode mixture containing only solids in a layered form.
Thereafter, if necessary, the active material density may be increased by performing compression using a compressor such as a roll press. The positive electrode in this form is in a sheet shape, and may be cut into a size suitable for a battery to be manufactured and used.

【0045】なお、導電材は、正極の電気伝導性を確保
するためのものであり、カーボンブラック、アセチレン
ブラック、黒鉛等の炭素物質粉状体の1種又は2種以上
を混合したものを用いることができる。結着剤は、活物
質粒子および導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすもの
でポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデ
ン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポ
リエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。ま
た、分散させるための溶剤としては、N−メチル−2−
ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。なお、
正極合材中の活物質、導電材、結着剤(固形分のみ)の
混合比は、重量比において、正極活物質100重量部に
対して、導電材2〜20重量部、正極結着剤1〜20重
量部とすればよく、溶剤の添加量は、塗工機等の特性に
応じ適量とすればよい。
The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode, and one or a mixture of two or more powdered carbon materials such as carbon black, acetylene black and graphite is used. be able to. The binding agent plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and may be a fluororesin such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or fluororubber, or a thermoplastic resin such as polypropylene or polyethylene. . Further, as a solvent for dispersing, N-methyl-2-
Organic solvents such as pyrrolidone can be used. In addition,
The mixing ratio of the active material, the conductive material, and the binder (only solid content) in the positive electrode mixture is 2 to 20 parts by weight of the conductive material, 100 parts by weight of the positive electrode active material, and the positive electrode binder in weight ratio. The amount may be 1 to 20 parts by weight, and the amount of the solvent added may be an appropriate amount according to the characteristics of the coating machine or the like.

【0046】〈リチウム二次電池の全体構成〉本発明の
リチウム二次電池は、上記正極を除き、その構成を特に
限定するものではなく、既に公知のリチウム二次電池の
構成に従えばよい。
<Overall Configuration of Lithium Secondary Battery> The configuration of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, except for the above-described positive electrode, and may follow the configuration of a known lithium secondary battery.

【0047】上記正極に対向させる負極は、金属リチウ
ム、リチウム合金等を、シート状にして、あるいはシー
ト状にしたものをニッケル、ステンレス等の集電体網に
圧着して形成するものであってもよい。しかしデンドラ
イトの析出等を考慮し、安全性に優れたリチウム二次電
池とするために、リチウムを吸蔵・脱離できる炭素物質
を活物質とする負極を用いることができる。使用できる
炭素物質としては、天然あるいは人造の黒鉛、フェノー
ル樹脂等の有機化合物焼成体、コークス等の粉状体が挙
げられる。この場合は、負極活物質に結着剤を混合し、
適当な溶媒を加えてペースト状にした負極合材を、銅等
の金属箔集電体の表面に塗布乾燥して形成する。なお、
炭素物質を負極活物質とした場合、正極同様、負極結着
剤としてはポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等
を、溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機
溶剤を用いることができる。
The negative electrode opposed to the positive electrode is formed by sheeting metal lithium, a lithium alloy, or the like, or by pressing the sheet into a current collector net made of nickel, stainless steel, or the like. Is also good. However, in consideration of dendrite precipitation and the like, a negative electrode using a carbon material capable of inserting and extracting lithium as an active material can be used in order to obtain a lithium secondary battery having excellent safety. Examples of the carbon substance that can be used include natural or artificial graphite, fired organic compounds such as phenolic resins, and powders such as coke. In this case, a binder is mixed with the negative electrode active material,
A negative electrode mixture formed into a paste by adding an appropriate solvent is applied to the surface of a metal foil current collector made of copper or the like, followed by drying to form the mixture. In addition,
When the carbon material is used as the negative electrode active material, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride or the like can be used as the negative electrode binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone can be used as the solvent, similarly to the positive electrode.

【0048】本発明のリチウム二次電池では、一般のリ
チウム二次電池と同様、正極および負極の他に、正極と
負極の間に挟装されるセパレータ、非水電解液等を構成
要素とする。セパレータは、正極と負極とを分離し電解
液を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等の薄い微多孔膜を用いることができる。なお、セパ
レータは、ある程度の電池温度が上昇した場合、軟化し
てその細孔が閉塞し、電池反応を停止させるいわゆるシ
ャットダウン効果を充分に発揮するものであることが望
ましい。
The lithium secondary battery of the present invention comprises, similarly to a general lithium secondary battery, a positive electrode, a negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and the like. . The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolyte, and a thin microporous film of polyethylene, polypropylene, or the like can be used. It is desirable that the separator softens and closes its pores when the battery temperature rises to some extent, so that the separator sufficiently exhibits a so-called shutdown effect of stopping the battery reaction.

【0049】また非水電解液は、有機溶媒に電解質であ
るリチウム塩を溶解させたもので、有機溶媒としては、
非プロトン性有機溶媒、例えばエチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエ
チルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエ
タン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレ
ン等の1種またはこれらの2種以上の混合溶媒を用いる
ことができる。また、溶解させる電解質としては、Li
I、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiP
6、LiN(CF 3SO22等のリチウム塩を用いるこ
とができる。
The non-aqueous electrolyte is an electrolyte in an organic solvent.
The lithium salt is dissolved, and as the organic solvent,
Aprotic organic solvents such as ethylene carbonate,
Propylene carbonate, dimethyl carbonate, die
Chill carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyl
Tyrolactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxye
Tan, tetrahydrofuran, dioxolan, methyle chloride
Use one or a mixture of two or more of these
be able to. The electrolyte to be dissolved is Li
I, LiClOFour, LiAsF6, LiBFFour, LiP
F6, LiN (CF ThreeSOTwo)TwoUse lithium salt such as
Can be.

【0050】以上のように構成される本発明のリチウム
二次電池であるが、その形状は円筒型、積層型等、種々
のものとすることができる。いずれの形状を採る場合で
あっても、正極および負極にセパレータを挟装させ電極
体とし、正極集電体および負極集電体から外部に通ずる
正極端子および負極端子までの間を集電用リード等を用
いて接続し、この電極体を非水電解液とともに電池ケー
スに挿設し、電池ケースを密閉して電池を完成すること
ができる。
The lithium secondary battery of the present invention configured as described above has various shapes such as a cylindrical type and a laminated type. Regardless of the shape used, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and a current collecting lead extends from the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal that lead to the outside. The electrode body is inserted into the battery case together with the non-aqueous electrolyte, and the battery case is sealed to complete the battery.

【0051】本発明のリチウム二次電池では、過充電時
の安全性を高めることを目的としていることから、電池
の内部圧が所定圧に達したときにその内部圧を開放する
ための安全弁を電池ケースに設けることが望ましい。ま
た、PTC素子、温度ヒューズ等、二次電池の温度度上
昇を検知して所定の温度に達したときに電流を制限する
等の機能を果たす他の手段を併用し、過充電時の安全性
をより充分に確保することもできる。
Since the lithium secondary battery of the present invention aims to enhance safety during overcharge, a safety valve for releasing the internal pressure of the battery when the internal pressure of the battery reaches a predetermined pressure is provided. It is desirable to provide it in the battery case. In addition, PTC elements, temperature fuses, and other means that detect a rise in the temperature of the secondary battery and limit the current when the temperature reaches a predetermined temperature, etc., are used in combination, to ensure safety during overcharge. Can be secured more sufficiently.

【0052】〈他の実施形態の許容〉以上、本発明のリ
チウム二次電の実施形態について説明したが、上述した
実施形態は一実施形態にすぎず、本発明のリチウム二次
電池は、上記実施形態を始めとして、当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施する
ことができる。
<Allowance of Other Embodiments> Although the embodiment of the lithium secondary battery of the present invention has been described above, the above-described embodiment is merely an embodiment, and the lithium secondary battery of the present invention has the above-described configuration. The present invention can be implemented in various forms including various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, including the embodiment.

【0053】[0053]

【実施例】以下、上記実施形態に基づいて、所定の第1
正極活物質および第2正極活物質を混合して構成した本
発明のリチウム二次電池を作製した。また、比較のた
め、所定の第1正極活物質または第2正極活物質を単独
で用いたリチウム二次電池をも作製した。これら作製し
たリチウム二次電池に過充電試験を行い、本発明のリチ
ウム二次電池の高い安全性を確認した。以下に、これら
について、詳しく説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, based on the above embodiment, a predetermined first
A lithium secondary battery of the present invention constituted by mixing a positive electrode active material and a second positive electrode active material was produced. For comparison, a lithium secondary battery using a predetermined first positive electrode active material or a predetermined second positive electrode active material alone was also manufactured. An overcharge test was performed on the manufactured lithium secondary batteries, and high safety of the lithium secondary batteries of the present invention was confirmed. Hereinafter, these will be described in detail.

【0054】〈作製したリチウム二次電池〉作製したリ
チウム二次電池の構造を図3を用いて説明する。作製し
たリチウム二次電池は電極を捲回したロール状の電極体
を、円筒型の電池ケースに挿設したリチウム二次電池で
ある。図3はその断面を示している。
<Prepared Lithium Secondary Battery> The structure of the prepared lithium secondary battery will be described with reference to FIG. The manufactured lithium secondary battery is a lithium secondary battery in which a roll-shaped electrode body in which electrodes are wound is inserted into a cylindrical battery case. FIG. 3 shows the cross section.

【0055】本リチウム二次電池1は、電極体10と、
電極体10を非水電解液とともに密封する電池ケース2
0と、電池容器20に付設され電極体10に導通する正
極端子30および負極端子40とから構成されている。
電極体10は、シート状の正極11とシート状の負極1
2とをセパレータ13を挟装し捲回芯14を中心に捲回
したロール状のものとなっている。
The present lithium secondary battery 1 includes an electrode body 10,
Battery case 2 for sealing electrode body 10 together with non-aqueous electrolyte
0, a positive electrode terminal 30 and a negative electrode terminal 40 attached to the battery case 20 and electrically connected to the electrode body 10.
The electrode body 10 includes a sheet-shaped positive electrode 11 and a sheet-shaped negative electrode 1.
2 is a roll having a separator 13 sandwiched therebetween and wound around a winding core 14.

【0056】正極11は、まず、正極活物質(詳細は後
述)90重量部に対して、導電材としてグラファイトを
5重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを5重量
部混合し、溶剤として適量のN−メチル−2−ピロリド
ンを添加し、これらを充分に混練してペースト状の正極
合材を調製し、次いで、この正極合材を厚さ15μmの
アルミニウム箔集電体の両面に塗布し、乾燥し、正極合
材密度を高めるべくプレスして作製したものである。正
極11は、その厚さを75μmとし、その大きさを、1
24mm×3100mmとした。
The positive electrode 11 is prepared by mixing 5 parts by weight of graphite as a conductive material and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder with 90 parts by weight of a positive electrode active material (details will be described later). Of N-methyl-2-pyrrolidone, and kneading them sufficiently to prepare a paste-like positive electrode mixture, and then applying this positive electrode mixture to both sides of a 15 μm-thick aluminum foil current collector. , Dried, and pressed to increase the density of the positive electrode mixture. The positive electrode 11 has a thickness of 75 μm and a size of 1 μm.
It was 24 mm x 3100 mm.

【0057】負極12は、負極活物質に球状人造黒鉛を
採用し、まず、この黒鉛の95重量部に対して、結着剤
としてポリフッ化ビニリデンを5重量部混合し、溶剤と
して適量のN−メチル−2−ピロリドンを添加し、これ
らを充分に混練してペースト状の負極合材を調製し、次
いで、この負極合材を厚さ10μmの銅箔集電体の両面
に塗布し、乾燥し、負極合材密度を高めるべくプレスし
て作製したものである。負極12は、その厚さを83μ
mとし、その大きさを、130mm×3200mmとし
た。
The negative electrode 12 employs spherical artificial graphite as the negative electrode active material. First, 95 parts by weight of this graphite is mixed with 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of N- Methyl-2-pyrrolidone was added, and these were sufficiently kneaded to prepare a paste-like negative electrode mixture. Then, the negative electrode mixture was applied to both surfaces of a 10 μm-thick copper foil current collector, and dried. And pressed to increase the density of the negative electrode mixture. The negative electrode 12 has a thickness of 83 μm.
m, and its size was 130 mm × 3200 mm.

【0058】セパレータ13は、多孔質ポリプロピレン
製シートからなり、その厚さを25μmとし、その大き
さを、136mm×3400mmとし、それを2枚用い
た。捲回芯14は、正極端子側に位置するアルミニウム
合金製のアルミ捲回芯部14aと、アルミ捲回芯部14
aに同軸的に螺合連結され負極端子側に位置する樹脂製
の樹脂捲回芯部14bとからなる。
The separator 13 was made of a porous polypropylene sheet, had a thickness of 25 μm, a size of 136 mm × 3400 mm, and used two sheets thereof. The winding core 14 includes an aluminum winding core 14 a made of an aluminum alloy located on the positive electrode terminal side, and an aluminum winding core 14.
and a resin-wound core portion 14b made of resin and coaxially screw-connected to a.

【0059】この捲回芯14に上記正極11および負極
12をその間にセパレータ13を挟装して捲回して作製
された電極体10は、捲回時に正極11と負極12とに
それぞれ正極リード11aおよび負極リード12aが付
設され、それらのリード11a、12aは、電極体10
のそれぞれの捲回端部から延出している。
The electrode body 10 produced by winding the positive electrode 11 and the negative electrode 12 on the wound core 14 with the separator 13 interposed therebetween has a positive electrode lead 11a on the positive electrode 11 and the negative electrode 12 at the time of winding. And a negative electrode lead 12a, and the leads 11a, 12a
From each wound end.

【0060】電池ケース20は、アルミニウム合金製の
円筒状の外装缶21と、外装缶21の両開口端にそれぞ
れ接合されるアルミニウム合金製の円盤状の正極側蓋板
22および負極側蓋板23とからなる。外装缶21の板
厚は1.5mmであり、その外径は33mm、長さは1
70mmとした。正極側蓋板22、負極側蓋板23は、
板厚が1.5mmであり、外装缶21の内径に略等しい
外径の円盤形状を成している。なお、外装缶21と正極
側蓋板22、負極側蓋板23との接合は、図のAの箇所
を全周レーザー溶接することによって行われている。
The battery case 20 includes a cylindrical outer can 21 made of an aluminum alloy, and a disc-shaped positive electrode side cover plate 22 and a negative electrode side cover plate 23 made of an aluminum alloy joined to both open ends of the outer case 21, respectively. Consists of The outer can 21 has a thickness of 1.5 mm, an outer diameter of 33 mm, and a length of 1 mm.
70 mm. The positive electrode side cover plate 22 and the negative electrode side cover plate 23
The plate thickness is 1.5 mm, and it has a disk shape with an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the outer can 21. The outer can 21 and the positive-side lid plate 22 and the negative-side lid plate 23 are joined together by laser welding at a point A in the figure.

【0061】正極側蓋板22および負極側蓋板23には
それぞれ電池ケース20の内部圧力が所定圧を超える場
合に開弁する安全弁24が付設されており(正極側は図
示していない)、また、負極側蓋板23には、さらに電
解液注入口25が設けられ、電解液注入口25を封口す
る注入孔栓26が螺合して取付けられている。なお、安
全弁は、電池内圧が15MPaとなった時点で開放する
ように設計されている。
Each of the positive cover plate 22 and the negative cover plate 23 is provided with a safety valve 24 which opens when the internal pressure of the battery case 20 exceeds a predetermined pressure (the positive electrode is not shown). Further, the negative electrode side cover plate 23 is further provided with an electrolyte injection port 25, and an injection hole plug 26 for sealing the electrolyte injection port 25 is screwed and attached. The safety valve is designed to open when the internal pressure of the battery becomes 15 MPa.

【0062】正極端子30は、アルミニウム合金製で、
集電部30aと、ボルト状の外部端子部30bとからな
り、集電部30aは、捲回芯14のアルミ捲回芯部14
aに螺合連結され、また、外部端子部30bは、先端を
電池外部に突出する状態で電池ケース20の正極側蓋板
22に設けられた正極端子取付穴22aに、ガスケット
31を介し、ワッシャ32、ナット33によって付設さ
れており、電池ケース20とは絶縁が保たれている。集
電部30aには電極体10より延出する帯状の正極リー
ド11aがその周囲に接合され、正極端子30と正極1
1との電気的導通が確保されている。
The positive electrode terminal 30 is made of an aluminum alloy.
The current collecting unit 30a includes a current collecting unit 30a and a bolt-shaped external terminal unit 30b.
The external terminal 30b is screwed to the positive terminal mounting hole 22a formed in the positive cover plate 22 of the battery case 20 with its tip protruding outside the battery. 32 and a nut 33, which are insulated from the battery case 20. A strip-shaped positive electrode lead 11a extending from the electrode body 10 is joined to the periphery of the current collector 30a, and the positive electrode terminal 30 and the positive electrode 1 are connected to each other.
1 and electrical continuity are secured.

【0063】負極端子40は、銅合金製で、集電部40
aと、ボルト状の外部端子部40bとからなり、集電部
40aは、捲回芯14の樹脂捲回芯部14bに螺合連結
され、また、外部端子部40bは、先端を電池外部に突
出する状態で電池ケース20の負極側蓋板23に設けら
れた負極端子取付穴23aに、ガスケット41を介し、
ワッシャ42、ナット43によって付設されており、電
池ケース20とは絶縁が保たれている。集電部40aに
は電極体10より延出する帯状の負極リード12aがそ
の周囲に接合され、負極端子40と負極12との電気的
導通が確保されている。
The negative electrode terminal 40 is made of a copper alloy.
a, and a bolt-shaped external terminal portion 40b. The current collecting portion 40a is screwed and connected to the resin wound core portion 14b of the wound core 14, and the external terminal portion 40b has a tip outside the battery. In a protruding state, a gasket 41 is inserted through a gasket 41 into a negative electrode terminal mounting hole 23 a provided in the negative electrode side lid plate 23 of the battery case 20.
The battery case 20 is provided with a washer 42 and a nut 43 to keep the battery case 20 insulated. A strip-shaped negative electrode lead 12a extending from the electrode body 10 is joined to the periphery of the current collector 40a to ensure electrical conduction between the negative electrode terminal 40 and the negative electrode 12.

【0064】注液するする非水電解液は、エチレンカー
ボネーとジエチルカーボネートとを体積比で3:7に混
合した混合有機溶媒に、LiPF6を1Mの濃度で溶解
したものを用いた。非水電解液の注液量は、70ccと
した。
As the non-aqueous electrolyte to be injected, a solution prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 M in a mixed organic solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 was used. The injection amount of the non-aqueous electrolyte was 70 cc.

【0065】上記リチウム二次電池は、正極活物質の構
成のみ異なる8種のものを作製した。正極活物質を構成
する第1正極活物質には、組成式LiMn24で表され
る正規組成のリチウムニッケル複合酸化物を、第2正極
活物質には、組成式Li1.1Mn1.94で表されるリチ
ウムマンガン複合酸化物をそれぞれ使用した。各々のリ
チウム二次電池の正極活物質は、第1正極活物質と第2
正極活物質との構成比が異なる。作製したリチウム二次
電池を#1〜#8と番号付けし、それぞれのリチウム二
次電池における第1正極活物質と第2正極活物質との構
成比を下記表1に示す。
As the lithium secondary batteries, eight kinds of lithium secondary batteries differing only in the constitution of the positive electrode active material were produced. The first positive electrode active material constituting the positive electrode active material is a lithium nickel composite oxide having a regular composition represented by a composition formula LiMn 2 O 4 , and the second positive electrode active material is a composition formula Li 1.1 Mn 1.9 O 4. The lithium manganese composite oxide represented by each was used. The positive electrode active material of each lithium secondary battery includes a first positive electrode active material and a second positive electrode active material.
The composition ratio with the positive electrode active material is different. The manufactured lithium secondary batteries are numbered # 1 to # 8, and the composition ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material in each lithium secondary battery is shown in Table 1 below.

【0066】[0066]

【表1】 [Table 1]

【0067】〈過充電試験〉上記#1〜#8のリチウム
二次電池に対して、コンディショニングを兼ねた基準容
量測定のためのサイクル充放電を行った。このサイクル
充放電は25℃の環境温度下で行うものとした。1回目
のサイクルは、電流密度0.25mA/cm 2の定電流
で電池電圧4.2Vまで充電を行い、さらにその電池電
圧で定電圧充電を行い(充電合計時間6時間)、次い
で、電流密度0.2mA/cm2の定電流で電池電圧
3.0Vまで放電を行うものとした。さらに、2回目の
サイクルから5回目のサイクルまでは、電流密度1mA
/cm2の定電流で電池電圧4.2Vまで充電を行い、
さらにその電池電圧で定電圧充電を行い(充電合計時間
2時間)、次いで、電流密度1mA/cm2の定電流で
電池電圧3.0Vまで放電を行うサイクルを繰り返し
た。そして、5回目のサイクルの放電容量をもって、こ
の容量をそれぞれのリチウム二次電池の基準容量とし
た。このサイクル充放電の結果、それぞれの電池の基準
容量は、略同等の値を示した。また、いずれのリチウム
二次電池も2サイクル目と5サイクル目との間の放電容
量差が殆ど見られなかったことから、これらのリチウム
二次電池の通常使用電圧範囲は3.0〜4.2Vとする
ことが妥当であることを確認した。
<Overcharge test> Lithium of # 1 to # 8
Standard condition for rechargeable batteries that also serves as conditioning
Cycle charge / discharge for the amount measurement was performed. This cycle
Charge and discharge were performed at an environmental temperature of 25 ° C. First time
Cycle is a current density of 0.25 mA / cm TwoConstant current
To charge the battery voltage to 4.2V, and then charge the battery
Charge with constant voltage (total charge time 6 hours), then
And the current density is 0.2 mA / cmTwoBattery voltage at constant current
Discharge was performed up to 3.0 V. Furthermore, the second time
From the first cycle to the fifth cycle, the current density is 1 mA
/ CmTwoTo a battery voltage of 4.2V with a constant current of
Furthermore, constant voltage charging is performed at the battery voltage (total charging time
2 hours), then a current density of 1 mA / cmTwoAt a constant current of
Repeat the cycle of discharging to battery voltage 3.0V
Was. Then, with the discharge capacity of the fifth cycle,
Is the reference capacity of each lithium secondary battery.
Was. As a result of this cycle charge and discharge,
The capacity showed substantially the same value. Also, any lithium
The discharge capacity of the secondary battery between the second and fifth cycles
Since there was almost no difference in the amount, these lithium
The normal operating voltage range of the secondary battery is 3.0 to 4.2 V
Was confirmed to be appropriate.

【0068】次に、それぞれのリチウム二次電池に対し
て、過充電試験を行った。過充電試験の条件は、以下の
ものとした。まず、各電池の基準容量を1時間で放電す
る際の電流値(1時間率放電における電流値)を1Cと
した場合のこの1Cに相当する電流で電池電圧4.2V
まで定電流充電し、さらにその電池電圧で定電圧充電し
た(充電総時間3時間)。次いで、電池ケース表面に電
池温度測定用の熱電対を取り付け、さらに10Cに相当
する電流で上限電圧22Vとなるまでの充電を行うもの
とした。
Next, an overcharge test was performed on each lithium secondary battery. The conditions of the overcharge test were as follows. First, assuming that the current value when discharging the reference capacity of each battery in one hour (current value in one hour rate discharge) is 1 C, the battery voltage is 4.2 V with a current corresponding to 1 C.
The battery was charged at a constant current until the battery voltage reached, and the battery was charged at a constant voltage (total charging time 3 hours). Next, a thermocouple for measuring the battery temperature was attached to the surface of the battery case, and charging was performed with a current corresponding to 10 C until the upper limit voltage reached 22 V.

【0069】この過充電試験にける電池の安全性の評価
は、過充電過程での安全弁の開放状況、電解液の酸化反
応の有無、電池ケースの変形の度合について、それぞれ
目視観察によって行い、それらの結果から総合評価を下
した。この評価結果を、下記表2示す。
The safety of the battery in the overcharge test was evaluated by visual observation of the opening state of the safety valve during the overcharge process, the presence or absence of the oxidation reaction of the electrolyte, and the degree of deformation of the battery case. The overall evaluation was made based on the results. The evaluation results are shown in Table 2 below.

【0070】[0070]

【表2】 [Table 2]

【0071】上記表2から明らかなように、いずれのリ
チウム二次電池も安全弁は開放している。第1正極活物
質または第2正極活物質を単独で用いた#1および#8
のリチウム二次電池は、電池ケースに著しい変形が見ら
れ、安全性に問題があることが判る。これに対し、第1
正極活物質と第2正極活物質を混合して用いた#2〜#
7のリチウム二次電池は、正極活物質の構成比に偏りの
ある#2および#7のリチウム二次電池に若干の変形が
見られるものの、それら以外の#3〜#6のリチウム二
次電池には電池ケースの変形は見られなかった。さら
に、#3および#4のリチウム二次電池は、電解液の酸
化反応も生じず、極めて過充電安全性の高いリチウム二
次電池であることが判る。
As is clear from Table 2, the safety valves are open for all lithium secondary batteries. # 1 and # 8 using the first positive electrode active material or the second positive electrode active material alone
In the lithium secondary battery, the battery case was significantly deformed, and it was found that there was a problem in safety. In contrast, the first
# 2 to # using a mixture of the positive electrode active material and the second positive electrode active material
The lithium secondary battery of No. 7 is slightly different from the lithium secondary batteries of # 2 and # 7 having a bias in the composition ratio of the positive electrode active material, but other lithium secondary batteries of # 3 to # 6 No deformation of the battery case was observed. Furthermore, it can be seen that the lithium secondary batteries of # 3 and # 4 do not cause an oxidation reaction of the electrolyte, and are extremely safe for overcharge.

【0072】次に、第1正極活物質のみを用いた#8の
リチウム二次電池および電解液の酸化反応すら認められ
なかった#3、#4のリチウム二次電池の過充電率と電
池電圧との関係を図4に、また、過充電率と電池温度と
の関係を図5に、それぞれ示す。
Next, the overcharge rate and the battery voltage of the lithium secondary battery # 8 using only the first positive electrode active material and the lithium secondary batteries # 3 and # 4 in which even the oxidation reaction of the electrolyte was not observed. Is shown in FIG. 4 and the relationship between the overcharge rate and the battery temperature is shown in FIG.

【0073】図4および図5から明らかなように、#8
のリチウム二次電池は、過充電反応の開始が遅く、一気
に連鎖反応による温度上昇に至っており、このために電
池ケースの著しい変形をを生じている。これに対し、#
3および#4のリチウム二次電池は、過充電初期の段階
から緩やかな過充電反応が開始し、上述したリチウム二
次電池の自己抑制作用によって、連鎖反応による温度上
昇に至る前に沈静化していることが判る。したがって、
電解液の酸化反応をも生じない極めて安全性の高いリチ
ウム二次電池であることが判る。
As is apparent from FIGS. 4 and 5, # 8
In the lithium secondary battery described above, the overcharge reaction starts slowly, and the temperature rises at once due to a chain reaction, which causes a significant deformation of the battery case. In contrast, #
In the lithium secondary batteries of Nos. 3 and # 4, a gradual overcharge reaction starts from the initial stage of overcharge, and calms before the temperature rise due to the chain reaction due to the self-suppressing action of the lithium secondary battery described above. It turns out that there is. Therefore,
It can be seen that this is a highly safe lithium secondary battery that does not cause an oxidation reaction of the electrolyte.

【0074】以上の結果を総合すれば、基本組成をLi
Mn24とするリチウムマンガン複合酸化物を正極活物
質として用いたリチウム二次電池において、その正極活
物質を上述した第1正極活物質と第2正極活物質とを混
合して構成することにより、過充電反応が時期的に分散
して生じ、電池ケースの著しい変形を伴うような急激な
連鎖反応による温度上昇を回避できることが確認でき
る。また、第1正極活物質と第2正極活物質の構成比を
適切なものとすることにより、過充電状態のリチウム二
次電池を連鎖反応による温度上昇に至る前に沈静化させ
ることができ、極めて過充電安全性に優れたリチウム二
次電池となることが確認できる。
When the above results are combined, the basic composition can be expressed as Li
In a lithium secondary battery using a lithium manganese composite oxide as Mn 2 O 4 as a positive electrode active material, the positive electrode active material is formed by mixing the first positive electrode active material and the second positive electrode active material described above. Thereby, it can be confirmed that the overcharge reaction occurs in a timely manner and the temperature rise due to a rapid chain reaction accompanied by a significant deformation of the battery case can be avoided. Further, by making the composition ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material appropriate, the overcharged lithium secondary battery can be calmed down before the temperature rises due to the chain reaction, It can be confirmed that the lithium secondary battery has extremely excellent overcharge safety.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明は、基本組成をLiMn24とす
るリチウムマンガン複合酸化物を正極活物質として用い
たリチウム二次電池を、その正極活物質が、組成式Li
xMn2-x4で表される上記第1正極活物質と、組成
式LiMyMn2-y4で表される上記第2正極活物質を
含んで構成するものである。このような構成をもつ本発
明のリチウム二次電池は、過充電反応の開始である電解
液の分解時期が異なるため、過充電反応が時期的に分散
され、急激な連鎖反応による温度上昇を回避あるいは連
鎖反応による温度上昇に至る前に過充電状態の沈静化で
きるという、過充電安全性に優れたリチウム二次電池と
なる。
According to the present invention, there is provided a lithium secondary battery using a lithium manganese composite oxide having a basic composition of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material.
The first positive electrode active material represented by M x Mn 2 -x O 4 and the second positive electrode active material represented by the composition formula LiM y Mn 2 -y O 4 are included. In the lithium secondary battery of the present invention having such a configuration, since the decomposition time of the electrolyte, which is the start of the overcharge reaction, is different, the overcharge reaction is dispersed in time, and the temperature rise due to a rapid chain reaction is avoided. Alternatively, a lithium secondary battery excellent in overcharge safety, in which an overcharged state can be calmed down before temperature rise due to a chain reaction.

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

【図1】 正規組成である組成式LiMn24で表され
るリチウムマンガン複合酸化物を正極活物質に用いたリ
チウム二次電池を一定の電流で充電し続けて過充電状態
とした際における過充電率と電池電圧および電池温度と
の関係を、模式的に示す。
FIG. 1 shows a case where a lithium secondary battery using a lithium manganese composite oxide represented by a composition formula LiMn 2 O 4 as a normal composition as a positive electrode active material is continuously charged with a constant current to be in an overcharged state. The relationship between the overcharge rate, the battery voltage, and the battery temperature is schematically shown.

【図2】 組成式Li1+xMn2-x4で表されるリチウ
ムマンガン複合酸化物を正極活物質に用いたリチウム二
次電池を一定の電流で充電し続けて過充電状態とした際
における過充電率と電池電圧との関係を、模式的に示
す。
FIG. 2 A lithium secondary battery using a lithium manganese composite oxide represented by the composition formula Li 1 + x Mn 2-x O 4 as a positive electrode active material is continuously charged at a constant current to be in an overcharged state. The relationship between the overcharge rate and the battery voltage at this time is schematically shown.

【図3】 過充電試験に供するために作製したリチウム
二次電池の構造を示す。
FIG. 3 shows a structure of a lithium secondary battery manufactured for use in an overcharge test.

【図4】 実施例において、#8のリチウム二次電池お
よび#3、#4のリチウム二次電池の過充電率と電池電
圧との関係を示す。
FIG. 4 shows the relationship between the overcharge rate and the battery voltage of the lithium secondary battery of # 8 and the lithium secondary batteries of # 3 and # 4 in Examples.

【図5】 実施例において、#8のリチウム二次電池お
よび#3、#4のリチウム二次電池の過充電率と電池温
度との関係を示す。
FIG. 5 shows the relationship between the overcharge rate and the battery temperature of the lithium secondary batteries of # 8 and # 3 and # 4 in Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:円筒型リチウム二次電池 10:電極体 20:電池ケース 21:外装缶 22:正極側蓋板 23:負極側蓋板 30:正極端子 40:負極端子 1: cylindrical lithium secondary battery 10: electrode body 20: battery case 21: outer can 22: positive electrode side cover plate 23: negative electrode side cover plate 30: positive electrode terminal 40: negative electrode terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 二郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 三浦 房美 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 日置 辰視 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 岡山 忍 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ12 AK03 AK19 AL06 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 HJ01 HJ02 5H050 AA15 BA16 BA17 CA09 CB07 CB08 CB09 CB12 FA05 HA01 HA02  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Jiro Mizuno 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside of Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Fumi Miura Nagakute-machi, Aichi-gun, Aichi No. 41, Chochu-Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Tatsumi Hioki 41, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi, Japan No. 1 Toyota-cho, Toyota City, Aichi Prefecture F-term (reference) in Toyota Motor Corporation 5H029 AJ12 AK03 AK19 AL06 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 HJ01 HJ02 5H050 AA15 BA16 BA17 CA09 CB07 CB08 CB09 CB12 FA05 HA01 HA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基本組成をLiMn24とするスピネル
構造リチウムマンガン複合酸化物を正極活物質とするリ
チウム二次電池であって、 前記正極活物質は、 組成式LiMxMn2-x4(MはLi、Mg、Al、N
i、Cuから選ばれる少なくとも1種;0≦x≦0.
1)で表される第1正極活物質と、 組成式LiMyMn2-y4(x<y≦0.3)で表され
る第2正極活物質と、 を含んでなることを特徴とするリチウム二次電池。
1. A lithium secondary battery using a lithium manganese composite oxide having a spinel structure having a basic composition of LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, wherein the positive electrode active material has a composition formula: LiM x Mn 2-x O 4 (M is Li, Mg, Al, N
i, at least one selected from Cu; 0 ≦ x ≦ 0.
A first positive electrode active material represented by 1) and a second positive electrode active material represented by a composition formula: LiM y Mn 2-y O 4 (x <y ≦ 0.3) Lithium secondary battery.
【請求項2】 前記組成式においてMはLiであり、y
の範囲はx+0.05≦y≦0.2である請求項1に記
載のリチウム二次電池。
2. In the above composition formula, M is Li, and y is
2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the range of x + 0.05 ≦ y ≦ 0.2.
【請求項3】 前記正極活物質中における前記第1正極
活物質と前記第2正極活物質との構成比は、両者の合計
を100wt%とした場合において、第1正極活物質が
10wt%を超え60wt%未満である請求項2に記載
のリチウム二次電池。
3. The composition ratio of the first positive electrode active material and the second positive electrode active material in the positive electrode active material is 10 wt% when the total of both is 100 wt%. 3. The lithium secondary battery according to claim 2, wherein the content is more than 60 wt%.
JP2000388649A 2000-12-21 2000-12-21 Lithium secondary cell Pending JP2002190300A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000388649A JP2002190300A (en) 2000-12-21 2000-12-21 Lithium secondary cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000388649A JP2002190300A (en) 2000-12-21 2000-12-21 Lithium secondary cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002190300A true JP2002190300A (en) 2002-07-05

Family

ID=18855348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000388649A Pending JP2002190300A (en) 2000-12-21 2000-12-21 Lithium secondary cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002190300A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216852A (en) * 2001-01-16 2002-08-02 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Lithium secondary cell
JP2008084743A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Nec Tokin Corp Positive electrode for secondary battery, and secondary battery using the same
JP2009187807A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Nec Tokin Corp Cathode for secondary battery and lithium secondary battery using it
JP2013051226A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd Capacitor and manufacturing method thereof
JP2013122927A (en) * 2013-01-29 2013-06-20 Nec Energy Devices Ltd Positive electrode for secondary battery, and lithium secondary battery including the same

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235291A (en) * 1993-12-27 1995-09-05 Haibaru:Kk Secondary battery
JPH09306475A (en) * 1996-05-15 1997-11-28 Sanyo Electric Co Ltd Lithium ion battery and manufacture thereof
JPH10117406A (en) * 1996-06-14 1998-05-06 Fuji Photo Film Co Ltd Electric car and its drive power source unit
JPH10199508A (en) * 1997-01-14 1998-07-31 Ricoh Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery
JPH10208730A (en) * 1997-01-24 1998-08-07 Japan Storage Battery Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery
JPH11329432A (en) * 1998-05-21 1999-11-30 Japan Energy Corp Positive electrode material for lithium secondary battery
JP2000260423A (en) * 1999-03-12 2000-09-22 Asahi Chem Ind Co Ltd Electrode
JP2002068745A (en) * 2000-08-28 2002-03-08 Nippon Chem Ind Co Ltd Lithium manganese complex oxide composite body, method of producing it, positive-electrode active substance for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JP2002075361A (en) * 2000-08-30 2002-03-15 Denso Corp Lithium ion secondary battery

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235291A (en) * 1993-12-27 1995-09-05 Haibaru:Kk Secondary battery
JPH09306475A (en) * 1996-05-15 1997-11-28 Sanyo Electric Co Ltd Lithium ion battery and manufacture thereof
JPH10117406A (en) * 1996-06-14 1998-05-06 Fuji Photo Film Co Ltd Electric car and its drive power source unit
JPH10199508A (en) * 1997-01-14 1998-07-31 Ricoh Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery
JPH10208730A (en) * 1997-01-24 1998-08-07 Japan Storage Battery Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery
JPH11329432A (en) * 1998-05-21 1999-11-30 Japan Energy Corp Positive electrode material for lithium secondary battery
JP2000260423A (en) * 1999-03-12 2000-09-22 Asahi Chem Ind Co Ltd Electrode
JP2002068745A (en) * 2000-08-28 2002-03-08 Nippon Chem Ind Co Ltd Lithium manganese complex oxide composite body, method of producing it, positive-electrode active substance for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JP2002075361A (en) * 2000-08-30 2002-03-15 Denso Corp Lithium ion secondary battery

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216852A (en) * 2001-01-16 2002-08-02 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Lithium secondary cell
JP2008084743A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Nec Tokin Corp Positive electrode for secondary battery, and secondary battery using the same
JP2009187807A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Nec Tokin Corp Cathode for secondary battery and lithium secondary battery using it
JP2013051226A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd Capacitor and manufacturing method thereof
JP2013122927A (en) * 2013-01-29 2013-06-20 Nec Energy Devices Ltd Positive electrode for secondary battery, and lithium secondary battery including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4395898B2 (en) Anode material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using these anode materials
KR101313437B1 (en) Positive electrode for lithium ion battery, fabrication method thereof, and lithium ion battery using the same
US8257847B2 (en) Lithium secondary battery
JP2002203553A (en) Positive-electrode active material and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2010129471A (en) Cathode active material and nonaqueous electrolyte battery
JP3598153B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2008282667A (en) Positive active material for lithium ion secondary battery using organic electrolyte
JPH05290844A (en) Lithium secondary battery
JP2001243949A (en) Lithium transition metal oxide compound for lithium secondary battery positive electrode active material, its manufacturing method and secondary battery using it
JP3468098B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery
JP4746846B2 (en) Negative electrode active material for lithium ion battery, method for producing the same, and lithium ion battery
JP2003272704A (en) Nonaqueous secondary battery
JP2002170566A (en) Lithium secondary cell
JP2002141063A (en) Lithium secondary battery
JP3696159B2 (en) Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
WO2022138451A1 (en) Electrode, nonaqueous electrolyte battery, and battery pack
JP5890715B2 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2002190300A (en) Lithium secondary cell
JP6493766B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP2010033869A (en) Electrode plate for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using the same
JP5181455B2 (en) Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
JP2002025626A (en) Aging method for lithium secondary battery
JP2002110251A (en) Lithium ion secondary battery
JP3508464B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4456668B2 (en) Nonaqueous secondary battery and its positive electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071219

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20080125

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080125

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101207

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110405