JP2002270247A - Nonaqueous secondary cell - Google Patents

Nonaqueous secondary cell

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JP2002270247A
JP2002270247A JP2001072394A JP2001072394A JP2002270247A JP 2002270247 A JP2002270247 A JP 2002270247A JP 2001072394 A JP2001072394 A JP 2001072394A JP 2001072394 A JP2001072394 A JP 2001072394A JP 2002270247 A JP2002270247 A JP 2002270247A
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Japan
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composite oxide
lithium
battery
secondary battery
positive electrode
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JP2001072394A
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Japanese (ja)
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Kazuya Kuriyama
和哉 栗山
Yukiko Okano
夕紀子 岡野
Shizukuni Yada
静邦 矢田
Haruo Kikuta
治夫 菊田
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flat-shaped nonaqueous secondary cell with a thickness of less than 12 mm, a high energy capacity of not less than 30 Wh, and a volume energy density of 180 Wh/l, which has high capacity, and excellent cycle life and safety. SOLUTION: For the nonaqueous secondary cell, the positive electrode contains a mixture of lithium manganese double oxide expressed by the compositional formula; Lix Mn2-y MAy O4+z and lithium nickel double oxide expressed by the compositional formula; Lia Nib MBc O2 , as a positive electrode activator, and the negative electrode contains a mixture of graphitized mesocarbon micro beads, and double-structured graphite particle formed by covering the surface of the particle of graphite group of which, the face distance (d002) of (002) face, measured by X-ray wide angle diffraction method, is 0.34 nm or less, by an amorphous carbon layer with the face distance of 0.34 nm or more, as a negative electrode activator.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系二次電池に
関し、より詳しくは、特にサイクル寿命および安全性に
優れた蓄電システム用非水系二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous secondary battery, and more particularly to a non-aqueous secondary battery for a power storage system having excellent cycle life and safety.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、省資源を目指したエネルギーの有
効利用および地球環境保全の観点から、深夜電力貯蔵お
よび太陽光発電の電力貯蔵を目的とした家庭用分散型蓄
電システム、電気自動車のための蓄電システムなどが注
目を集めている。例えば、特開平6-86463号公報は、エ
ネルギー需要者に最適条件でエネルギーを供給できるシ
ステムとして、発電所から供給される電気、ガスコージ
ェネレーション、燃料電池、蓄電池などを組み合わせた
トータルシステムを提案している。このような蓄電シス
テムに用いられる二次電池は、エネルギー容量が10Wh以
下の携帯機器用小型二次電池と異なり、容量が大きい大
型のものが必要とされる。このため、上記の蓄電システ
ムでは、通常、複数の二次電池を直列に接続し、電圧50
〜400V程度の組電池として用いており、殆どのシステム
において鉛電池を用いている。
2. Description of the Related Art In recent years, from the viewpoint of effective use of energy for resource saving and conservation of the global environment, a home-use decentralized power storage system and a vehicle for electric power storage for midnight power storage and solar power generation have been developed. Power storage systems are attracting attention. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-86463 proposes a total system that combines electricity supplied from a power plant, gas cogeneration, a fuel cell, a storage battery, and the like, as a system capable of supplying energy to energy consumers under optimal conditions. there. Rechargeable batteries used in such a power storage system, energy capacity is different from the small secondary battery for the following mobile devices 10 Wh, is needed a large size large capacity. For this reason, in the above power storage system, usually, a plurality of secondary batteries are connected in series, and a voltage of 50
It is used as an assembled battery of about 400 V, and most of the systems use lead batteries.

【0003】一方、携帯機器用小型二次電池の分野で
は、小型化および高容量化という相反するニーズに応え
るべく、ニッケル水素電池、リチウム二次電池などの開
発が急速に進んでおり、180Wh/l以上の体積エネルギー
密度を有する電池が市販されている。特に、リチウムイ
オン電池は、350Wh/lを超える体積エネルギー密度を達
成する可能性を有すること、および、金属リチウムを負
極に用いるリチウム二次電池に比べて、安全性、サイク
ル特性などの信頼性に優れることから、その市場は飛躍
的に拡大しつつある。この様なリチウムイオン電池の正
極活物質としては、リチウムコバルト複合酸化物、リチ
ウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物
などの4Vを超える起電力を有する材料が用いられてい
る。これらの中でも、電池特性に優れ、かつ合成も容易
なリチウムコバルト複合酸化物が、現在最も多量に用い
られている。しかしながら、原材料であるコバルトは、
可採埋蔵量が少なく、かつ高価であるため、従来から、
その代替物質としてリチウムニッケル複合酸化物の使用
が検討されてきた。リチウムニッケル複合酸化物は、リ
チウムコバルト複合酸化物と同様に層状岩塩構造を有
し、200mAh/gを超える高容量材料である。しかしなが
ら、リチウムニッケル複合酸化物は、充電時に生成する
Ni4+が化学的に不安定であること、リチウムが構造中か
ら多量に引き抜かれた高充電状態でのリチウムニッケル
複合酸化物の構造が不安定であることなどに起因して、
結晶格子からの酸素脱離開始温度が低いという問題点を
有している。また、Solid State Ionics,69,No.3/4,265
(1994)には、“充電状態のリチウムニッケル複合酸化物
の酸素脱離開始温度は、従来のリチウムコバルト酸化物
に比べて低い”ことが報告されている。この様な理由に
より、リチウムニッケル複合酸化物を単独で正極活物質
に用いた電池は、高容量が得られるにも関わらず、高充
電状態での熱安定性に問題があり、電池としての安全性
が十分に確保できないので、現在まで実用化されていな
い。
On the other hand, in the field of small secondary batteries for portable equipment, nickel-metal hydride batteries, lithium secondary batteries, and the like have been rapidly developed in order to meet the conflicting needs of miniaturization and high capacity. Batteries having a volume energy density of l or more are commercially available. In particular, lithium ion batteries have the potential to achieve a volume energy density exceeding 350 Wh / l, and are more reliable in terms of safety and cycle characteristics than lithium secondary batteries that use metallic lithium for the negative electrode. Because of its excellence, its market is expanding exponentially. As a positive electrode active material of such a lithium ion battery, a material having an electromotive force of more than 4 V such as a lithium cobalt composite oxide, a lithium nickel composite oxide, and a lithium manganese composite oxide is used. Among these, lithium-cobalt composite oxides which are excellent in battery characteristics and easy to synthesize are currently used in the largest amount. However, the raw material, cobalt,
Since the recoverable reserves are small and expensive,
The use of a lithium nickel composite oxide as a substitute has been studied. Lithium nickel composite oxide has a layered rock salt structure like lithium cobalt composite oxide, and is a high capacity material exceeding 200 mAh / g. However, lithium nickel composite oxides are formed during charging
Due to the fact that Ni 4+ is chemically unstable, the structure of the lithium-nickel composite oxide in a high charge state in which lithium is largely extracted from the structure is unstable, etc.
Oxygen desorption start temperature from the crystal lattice is a problem that low. Also, Solid State Ionics, 69, No.3 / 4,265
(1994) reports that "the starting temperature of oxygen desorption of a charged lithium nickel composite oxide is lower than that of a conventional lithium cobalt oxide". For these reasons, batteries using lithium-nickel composite oxide alone as the positive electrode active material have problems in thermal stability in a high charge state, despite the fact that high capacity can be obtained. It has not been put to practical use until now because it cannot secure sufficient properties.

【0004】一方、スピネル型の結晶構造を有するリチ
ウムマンガン複合酸化物は、層状岩塩構造を有するリチ
ウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物
などとは、構造的に異なっている。この構造の相違に起
因して、リチウムマンガン複合酸化物の高充電状態での
酸素脱離開始温度は、リチウムコバルト複合酸化物およ
びリチウムニッケル複合酸化物に比べて、高いので、リ
チウムマンガン複合酸化物は、安全性の高い正極材料で
ある。
On the other hand, a lithium manganese composite oxide having a spinel type crystal structure is structurally different from a lithium cobalt composite oxide, a lithium nickel composite oxide or the like having a layered rock salt structure. Due to differences in the structure, the oxygen desorption start temperature in a high state of charge of the lithium-manganese composite oxide, compared to the lithium cobalt complex oxide and lithium-nickel composite oxide, high since, lithium-manganese composite oxide Is a highly safe cathode material.

【0005】しかしながら、リチウムマンガン複合酸化
物を正極に用いたリチウム二次電池は、充放電を繰り返
すことによって徐々に容量が低下していく“容量劣化”
を避けることはできないので、その実用化は困難であっ
た。
However, a lithium secondary battery using a lithium manganese composite oxide as a positive electrode has a "capacity deterioration" in which the capacity gradually decreases as charging and discharging are repeated.
Since it is impossible to avoid this, its practical use has been difficult.

【0006】この様な小型電池の負極活物質として、特
開昭57-208079号公報および特開昭63-24555号公報は、
可撓性に優れ、かつ充放電サイクル時にリチウムが樹枝
状に析出する恐れのない材料として、黒鉛を提案してい
る。現在、天然黒鉛、人造黒鉛、酸処理により不純物を
低減した黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化炭
素繊維などの黒鉛系材料が、独特の層構造に基づいて層
間化合物を形成するという性質を有するので、この性質
を利用した二次電池用電極材料として、実用化されてい
る。さらに、結晶性の低い材料の使用も、提案されてい
る。例えば、特開昭63-24555号公報は、電解液の分解を
抑制するために、炭化水素を気相で熱分解して得られる
乱層構造と選択配向性とを有する種々の炭素材料を提案
している。
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-208079 and 63-24555 disclose negative electrode active materials for such small batteries.
Graphite has been proposed as a material that has excellent flexibility and does not cause lithium to precipitate in a dendritic manner during charge / discharge cycles. At present, graphite-based materials such as natural graphite, artificial graphite, graphite whose impurities have been reduced by acid treatment, mesocarbon microbeads, and graphitized carbon fibers have the property of forming intercalation compounds based on a unique layer structure. It has been put to practical use as an electrode material for secondary batteries utilizing this property. In addition, the use of materials with low crystallinity has been proposed. For example, JP-A-63-24555 proposes various carbon materials having a turbostratic structure and a preferred orientation obtained by thermally decomposing hydrocarbons in the gas phase in order to suppress the decomposition of the electrolytic solution. are doing.

【0007】しかしながら、これらの高結晶性材料およ
び低結晶性材料は、それぞれ長所と短所とを持ち合わせ
ている。
However, these highly crystalline materials and low crystalline materials have both advantages and disadvantages.

【0008】黒鉛を代表とする結晶性の高い炭素材料を
負極材料として使用する場合には、理論的にはリチウム
の吸蔵・放出に伴う電位の変化が小さくなり、電池とし
て利用できる容量が大きくなることが知られている。し
かしながら、炭素材料の結晶性が高くなるとともに、電
解液の分解に伴うものと思われる充放電効率の低下が生
じ、さらに充放電の繰り返しに伴う結晶の膨張/収縮に
より、炭素材料が破壊されるに至る。
When a highly crystalline carbon material such as graphite is used as a negative electrode material, the change in potential due to insertion and extraction of lithium is theoretically small, and the capacity available as a battery is increased. It is known. However, as the crystallinity of the carbon material increases, the charge / discharge efficiency, which is considered to be caused by the decomposition of the electrolytic solution, decreases, and the carbon material is destroyed by expansion / contraction of the crystal due to repeated charge / discharge. Leads to.

【0009】これに対し、結晶性の低い炭素材料を負極
として使用する場合には、充放電に関連する問題点はあ
まり生じないが、リチウムイオンの吸蔵/放出に伴う電
位の変化が大きくなるので、電池として利用できる容量
が小さくなり、高容量電池の作製が困難となる。
On the other hand, when a carbon material having low crystallinity is used as the negative electrode, there are not many problems related to charge and discharge, but the change in potential due to occlusion / release of lithium ions is large. In addition, the capacity that can be used as a battery decreases, and it becomes difficult to manufacture a high-capacity battery.

【0010】特開平4-368778号公報は、結晶性の高い炭
素粒子に結晶性の低い炭素を被覆した二重構造を形成さ
せることにより、充放電の繰り返しによる炭素材料の破
壊を防止できることを示している。すなわち、この方法
で調製した二重構造の炭素材料を活物質として用いる場
合には、理論的には電解液の分解を防止して、電位の平
滑性に優れた高容量の電極を得ることができる。また、
この炭素材料は、安価であるという利点をも有してい
る。しかしながら、この二重構造活物質粒子を負極材料
として用いる電池は、高容量ではあるが、サイクル経過
による劣化が大きい。また、この材料粉体は、非常に嵩
高いので、集電体である銅箔との接着性を高めるために
は、負極構成材料中に占めるバインダーを多量に(10重
量%以上)使用する必要がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-368778 discloses that the formation of a double structure in which carbon particles having high crystallinity are coated with carbon having low crystallinity can prevent the carbon material from being damaged by repeated charge and discharge. ing. That is, when the double-structured carbon material prepared by this method is used as an active material, it is theoretically possible to prevent decomposition of the electrolytic solution and obtain a high-capacity electrode with excellent potential smoothness. it can. Also,
The carbon material also has the advantage of being inexpensive. However, a battery using the double-structured active material particles as a negative electrode material has a high capacity but is greatly deteriorated due to the passage of cycles. Further, since this material powder is very bulky, it is necessary to use a large amount (10% by weight or more) of the binder occupying the negative electrode constituting material in order to enhance the adhesiveness with the copper foil as the current collector. There is.

【0011】これらの材料を正極に用いる蓄電システム
用大型電池の分野においても、高エネルギー密度電池の
一つの有力な選択肢として、リチウムイオン電池の開発
が、リチウム電池電力貯蔵技術研究組合(LIEBES)など
により精力的に進められている。
In the field of large batteries for power storage systems using these materials for the positive electrode, one of the leading options for high energy density batteries is the development of lithium ion batteries, such as the Lithium Battery Power Storage Technology Research Association (LIEBES). It has been promoted vigorously by.

【0012】この様な大型リチウムイオン電池のエネル
ギー容量は、100〜400Wh程度であり、体積エネルギー密
度は、200〜400Wh/lと携帯機器用小型二次電池と同等の
レベルに達している。その寸法および形状は、直径50〜
70mm×長さ250〜450mm程度の円筒形、厚さ35〜50mm程度
の角形或いは長円角形などの扁平角柱形が代表的なもの
である。
The energy capacity of such a large-sized lithium ion battery is about 100 to 400 Wh, and the volume energy density is 200 to 400 Wh / l, which is equivalent to the level of a small secondary battery for portable equipment. Its size and shape are 50 ~
Typical examples are a flat prismatic shape such as a cylindrical shape having a length of about 70 mm x a length of about 250 to 450 mm, a rectangular shape having a thickness of about 35 to 50 mm, or an elliptical shape.

【0013】しかしながら、これらの大型リチウムイオ
ン電池においては、高エネルギー密度は得られるもの
の、その電池設計が携帯機器用小型電池の延長線上にあ
ることから、直径或いは厚さが携帯機器用小型電池の3
倍以上である円筒型或いは角型等の電池形状に形成され
ている。この場合には、充放電時の電池の内部抵抗によ
るジュール発熱、或いはリチウムイオンの出入りに伴っ
て活物質のエントロピーが変化することによる電池の内
部発熱により、電池内部に熱が蓄積されやすい。このた
め、電池内部の温度と電池表面付近の温度差が大きくな
り、これに伴って内部抵抗が異なってくるので、充電
量、電圧などのバラツキを生じ易い。また、この種の電
池は、複数個を組電池にして用いるため、システム内で
の電池の設置箇所によっても、蓄熱されやすさが異なっ
て各電池間のバラツキを生じて、組電池全体の正確な制
御が困難になる。更には、高率充放電時等に際して放熱
が不十分であるため、電池温度が上昇し、電池にとって
好ましくない状態におかれることから、電解液の分解な
どによる寿命の低下、さらには電池の熱暴走などの点
で、信頼性、特に安全性が十分に確保されているとは、
言い難い。
However, in these large lithium ion batteries, high energy density can be obtained, but since the battery design is an extension of the small battery for portable equipment, the diameter or thickness of the small battery for portable equipment is small. Three
It is formed in a battery shape such as a cylindrical shape or a square shape which is twice or more. In this case, heat is likely to be accumulated inside the battery due to Joule heat generated by the internal resistance of the battery during charging and discharging, or internal heat generated by the battery due to a change in entropy of the active material as lithium ions enter and exit. For this reason, the temperature difference between the temperature inside the battery and the temperature near the battery surface increases, and the internal resistance changes accordingly, so that the charge amount, the voltage and the like tend to vary. In addition, since a plurality of batteries of this type are used as assembled batteries, the heat storage easiness varies depending on the location of the batteries in the system, causing variations among the batteries, resulting in an accuracy of the entire assembled battery. Control becomes difficult. Furthermore, since the heat dissipation during high rate charge and discharge or the like is insufficient, the battery temperature rises, since it is placed in the undesirable condition for the battery, shortening of the life due to decomposition of the electrolytic solution, and further the battery heat In terms of runaway, it is said that reliability, especially safety, is sufficiently secured.
Hard to say.

【0014】上記の問題を解決するために、WO99/60652
号、公開2000-251940号、2000-251941号、2000-260478
号、2000-260477号などの公報類には、正極、負極、セ
パレータおよびリチウム塩を含む非水系電解質を電池容
器内に収容した扁平形状の非水系二次電池であって、前
記非水系二次電池は、その厚さが12mm未満の扁平形状で
あり、そのエネルギー容量が30Wh以上且つ体積エネルギ
ー密度が180Wh/l以上の非水系二次電池が開示されてい
る。これらの公報類に記載された技術は、電池を独特の
形状(扁平形状)とすることにより、上記蓄熱に起因す
る信頼性および安全性に関わる問題点を解決し、実用化
への障害を解消しようとしている。
[0014] In order to solve the above problems, WO99 / 60652
No., published 2000-251940, 2000-251941, 2000-260478
No. 2000-260477 include a flat non-aqueous secondary battery containing a non-aqueous electrolyte containing a positive electrode, a negative electrode, a separator and a lithium salt in a battery container, wherein the non-aqueous secondary battery A non-aqueous secondary battery having a flat shape with a thickness of less than 12 mm and an energy capacity of 30 Wh or more and a volume energy density of 180 Wh / l or more is disclosed. The technology described in these publications solves the problems related to reliability and safety caused by the above-mentioned heat storage and eliminates obstacles to practical use by making the battery a unique shape (flat shape). Trying to.

【0015】一般に、蓄電システム用電池などの大型電
池には、高い安全性と1000サイクル以上の優れたサイク
ル寿命が求められている。しかしながら、正極材料にリ
チウムニッケル複合酸化物を用いる電池は、高充電時の
熱的安定性に欠けるので、安全性が低いという問題点が
ある。また、リチウムマンガン複合酸化物を用いる電池
では、安全性は高いものの、(1)高エネルギー密度(高
充放電容量)の実現と高サイクル寿命の両立が困難であ
ること、および(2)自己放電により保存容量が減少す
るという2つの問題点がある。
In general, large batteries such as batteries for power storage systems are required to have high safety and excellent cycle life of 1000 cycles or more. However, batteries using lithium-nickel composite oxide in the positive electrode material, since lack thermal stability at high charging, there is a problem of low safety. Although batteries using lithium manganese composite oxides have high safety, (1) it is difficult to achieve both high energy density (high charge / discharge capacity) and high cycle life, and (2) self-discharge. Therefore, there are two problems that the storage capacity is reduced.

【0016】まず、リチウムマンガン複合酸化物を用い
る電池において、高容量が実現できない原因としては、
複合酸化物合成時の反応の不均一、混入不純物の影響な
どが考えられる。また、充放電サイクルに伴う容量の劣
化原因としては、Liの出入りに伴う電荷補償としてMnイ
オンの平均価数が3価と4価との間で変化して、そのため
にJahn-Teller歪みが結晶中に生じること、リチウムマ
ンガン複合酸化物からのMnが溶出すること、溶出したMn
が負極活物質上またはセパレータ上に析出することに起
因してインピーダンスが上昇すること、さらには、不純
物の影響、活物質粒子の遊離による不活性化、含水水分
により電解液中に生成した酸の影響、リチウムマンガン
複合酸化物からの酸素放出による電解液の劣化などが考
えられる。
First, in a battery using a lithium manganese composite oxide, the reason why high capacity cannot be realized is as follows.
It is conceivable that the reaction during the synthesis of the composite oxide is non-uniform, the influence of contaminating impurities, and the like. In addition, as a cause of capacity deterioration due to charge / discharge cycles, the average valence of Mn ions changes between trivalent and tetravalent as charge compensation due to the inflow and outflow of Li. Occurs during the process, Mn elutes from the lithium manganese composite oxide, and the eluted Mn
Is increased due to precipitation on the negative electrode active material or on the separator, furthermore, the influence of impurities, inactivation due to liberation of active material particles, and acid generated in the electrolytic solution by water-containing moisture. It is conceivable that the influence is caused, the electrolyte is deteriorated due to oxygen release from the lithium manganese composite oxide, and the like.

【0017】スピネル単一相が形成されている場合に
は、Mnの溶出原因は、スピネル構造中の3価のMnが、4価
と2価に一部不均化することにより電解液中に溶解し易
い形になってしまうこと、Liイオンの相対的な不足から
溶出してしまうことなどが考えられる。その結果、充放
電の繰り返しにより不可逆な容量分の発生および結晶中
の原子配列の乱れが促進されるとともに、溶出したMnイ
オンが負極或いはセパレータに析出して、Liイオンの移
動を妨げるものと推測される。また、リチウムマンガン
複合酸化物はLiイオンを出し入れすることにより、結晶
はJahn-Teller効果により歪み、単位格子長の数%の膨
張収縮を伴う。したがって、充放電サイクルを繰り返す
ことにより、粒子の一部電気的な孤立により活物質とし
て機能しなくなることも推測される。
[0017] When the spinel single phase is formed, elution cause of Mn is trivalent Mn in spinel structure, the tetravalent and the electrolytic solution by some disproportionation into a divalent It is conceivable that the solution may be easily dissolved or may be eluted due to the relative shortage of Li ions. As a result, it is assumed that irreversible capacity generation and disorder of the atomic arrangement in the crystal are promoted by repeated charge and discharge, and that the eluted Mn ions precipitate on the negative electrode or the separator and hinder the movement of Li ions. Is done. In addition, the lithium manganese composite oxide distorts the Li ion by taking in and out of the Li ion, and the crystal is distorted by the Jahn-Teller effect, accompanied by expansion and contraction of several% of the unit cell length. Therefore, it is presumed that when the charge / discharge cycle is repeated, the particles do not function as an active material due to partial electrical isolation.

【0018】さらに、Mn溶出とともにリチウムマンガン
複合酸化物からの酸素の放出も容易になってくるものと
考えられる。酸素の放出量が多くなってくると、電解液
の分解を促進するものと推測され、電解液の劣化による
充放電サイクル劣化も生じるものと推測される。
Further, it is considered that the release of oxygen from the lithium manganese composite oxide is facilitated along with the elution of Mn. When the amount of released oxygen increases, it is presumed that the decomposition of the electrolytic solution is accelerated, and that the deterioration of the electrolytic solution also causes deterioration of the charge / discharge cycle.

【0019】この様なMn溶出の抑制、格子歪みの低減、
酸素欠損の低減などを実現することが、リチウム電池の
サイクル特性を改善する上で重要である。そこで、特開
平2-270268号公報は、Liの組成を化学量論比に対し十分
過剰とすることにより、サイクル特性を向上させること
を提案している。さらに、リチウムマンガン複合酸化物
のMn元素の一部をCo、Ni、Fe、Cr、Alなどの添加ないし
ドープにより置換して、サイクル特性を改善する提案も
されている(特開平4-141954号公報、特開平4-160758号
公報、特開平4-169076号公報、特開平4-237970号公報、
特開平4-282560号公報、特開平4-289662号公報など)。
これらのLi過剰組成、金属元素の添加などの手法は、サ
イクル特性の向上には、効果を発揮するものの、逆に充
放電容量の低減を伴うので、高サイクル寿命と高容量と
の両方を満足させるには至っていない。
[0019] The suppression of such Mn elution, reduction of lattice distortion,
It is important to improve the cycle characteristics of the lithium battery to realize such reduction of oxygen deficiency. Thus, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-270268 proposes improving the cycle characteristics by making the composition of Li sufficiently excessive with respect to the stoichiometric ratio. Further, it has been proposed to improve the cycle characteristics by replacing a part of the Mn element of the lithium manganese composite oxide with addition or doping of Co, Ni, Fe, Cr, Al or the like (Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-141954). Gazette, JP-A-4-160758, JP-A-4-69076, JP-A-4-237970,
JP-A-4-282560 and JP-A-4-289662).
These Li excessive composition, methods such as addition of the metal element, the improvement of cycle characteristics, although effective, is accompanied with reduction of the charge and discharge capacity Conversely, satisfies both the high cycle life and high capacity I have not been able to.

【0020】特開平10-112318号公報は、正極活物質と
して、リチウムマンガン複合酸化物とリチウムニッケル
複合酸化物との混合物を用いることを提案している。こ
の公報によれば、初回充放電における不可逆容量が補填
され、大きな充放電容量が得られるとされている。ま
た、特開平7-235291号公報も、正極活物質として、リチ
ウムマンガン複合酸化物とLiCo0.5Ni0.5O2とを混合して
用いる技術を提案している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-112318 proposes to use a mixture of a lithium manganese composite oxide and a lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material. According to this publication, the irreversible capacity in the initial charge / discharge is compensated, and a large charge / discharge capacity is obtained. Further, JP-A-7-235291 also, as the positive electrode active material, has proposed a technique of using a mixture of lithium-manganese composite oxide and the LiCo 0.5 Ni 0.5 O 2.

【0021】しかしながら、本発明者の研究によれば、
正極活物質として単にリチウムマンガン複合酸化物とリ
チウムニッケル複合酸化物との混合物を用いるだけで
は、充放電特性、サイクル特性などの改善は未だ不十分
であり、特に大型電池の安全性に関しては、到底満足で
きる成果は得られないことが明らかとなった。
[0021] However, according to the inventor's research,
Simply using a mixture of a lithium manganese composite oxide and a lithium nickel composite oxide as the positive electrode active material still does not sufficiently improve the charge / discharge characteristics, cycle characteristics, and the like. It became clear that satisfactory results could not be obtained.

【0022】また、電池の形状に関しては、従来の小型
電池の設計思想を引き継ぐ角形、円筒型などの大型電池
においては、内部蓄熱などのために、安全性の改善は望
み得ない。
Regarding the shape of the battery, in the case of a large battery such as a rectangular or cylindrical battery that inherits the design concept of a conventional small battery, improvement in safety cannot be expected due to internal heat storage and the like.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、30
Wh以上の大容量且つ180Wh/l以上の高体積エネルギー密
度を有し、その厚さが12mm未満であり、高容量で、サイ
クル寿命および安全性に優れた扁平形状の非水系二次電
池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides
Providing a flat non-aqueous secondary battery with a large capacity of over Wh and a high volume energy density of over 180 Wh / l, a thickness of less than 12 mm, high capacity, and excellent cycle life and safety The purpose is to do.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
技術の現状に留意しつつ研究を進めた結果、特定の構成
を備えた非水系二次電池により、上記目的を達成するこ
とに成功した。すなわち本発明は、下記の非水系二次電
池を提供する。 1.正極、負極、セパレータおよびリチウム塩を含む非
水系電解質を電池容器内に収容し、厚さが12mm未満の扁
平形状であり、エネルギー容量が30Wh以上且つ体積エネ
ルギー密度が180Wh/l以上である非水系二次電池におい
て、前記正極が、組成式LixMn2-yMAyO4+z(MAは、Mg、A
l、Cr、Fe、CoおよびNiからなる群から選ばれる少なく
とも1種の元素であり、かつ1<x≦1.2、0<y≦0.1、-0.
3≦z≦0.3である)で表されるリチウムマンガン複合酸
化物と組成式LiaNibMBcO2(MBは、Co、AlおよびMnからな
る群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、かつ1≦
a≦1.1、0.5<b<1、0<c<0.5、b+c=1)で表されるリチ
ウムニッケル複合酸化物とからなる混合物を正極活物質
とし、前記負極が、X線広角回折法による(002)面の面間
隔(d002)が0.34nm以下である黒鉛系粒子の表面を面間隔
0.34nmを超える非晶質炭素層で被覆した二重構造黒鉛粒
子と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとからなる混合
物を負極活物質とすることを特徴とする非水系二次電
池。 2.前記正極用混合物におけるリチウムマンガン複合酸
化物とリチウムニッケル複合酸化物との重量混合比が、
リチウムマンガン複合酸化物:リチウムニッケル複合酸
化物=95:5〜70:30である上記項1に記載の非水系二次電
池。 3.前記リチウムマンガン複合酸化物およびリチウムニ
ッケル複合酸化物のBET比表面積が、それぞれ1m2/g以下
である上記項1または2に記載の非水系二次電池。 4.前記負極活物質用混合物における二重構造黒鉛粒子
と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとの重量混合比
が、二重構造黒鉛粒子:黒鉛化メソカーボンマイクロビ
ーズ=95:5〜50:50である上記項1に記載の非水系二次電
池。 5.前記扁平形状の表裏面の形状が、矩形である上記項
1〜4のいずれかに記載の非水系二次電池。 6.前記電池容器の板厚が、0.2〜1mmである上記項1〜
5のいずれかに記載の非水系二次電池。
Means for Solving the Problems The present inventor has conducted research while paying attention to the current state of the art as described above, and as a result, has achieved the above object with a nonaqueous secondary battery having a specific configuration. succeeded in. That is, the present invention provides the following non-aqueous secondary battery. 1. A positive electrode, a negative electrode, a nonaqueous electrolyte containing a separator and a lithium salt contained in the battery container, a flat shape of less than 12mm thickness, nonaqueous energy capacity is in and volume energy density than 30Wh is 180 Wh / l or more In the secondary battery, the positive electrode has a composition formula of Li x Mn 2-y MA y O 4 + z (MA is Mg, A
l, Cr, Fe, at least one element selected from the group consisting of Co and Ni, and 1 <x ≦ 1.2, 0 <y ≦ 0.1, -0.
3 ≦ z ≦ 0.3) represented by lithium manganese composite oxide and the composition formula Li a Ni b MB c O 2 (MB is at least one element selected from the group consisting of Co, Al and Mn , And 1 ≦
a ≦ 1.1, 0.5 <b <1, 0 <c <0.5, b + c = 1) and a mixture comprising a lithium-nickel composite oxide represented by the following formula: (D002) is 0.34 nm or less.
A non-aqueous secondary battery comprising, as a negative electrode active material, a mixture of double-structured graphite particles coated with an amorphous carbon layer having a thickness exceeding 0.34 nm and graphitized mesocarbon microbeads. 2. Mixing weight ratio of the lithium-manganese composite oxide and lithium-nickel composite oxide in the positive electrode mixture,
Lithium-manganese composite oxide: lithium-nickel composite oxide = 95: 5 to 70: nonaqueous secondary battery according to claim 1 which is 30. 3. Item 3. The non-aqueous secondary battery according to Item 1 or 2, wherein the lithium manganese composite oxide and the lithium nickel composite oxide have a BET specific surface area of 1 m 2 / g or less, respectively. 4. The above-mentioned item, wherein the weight mixing ratio between the double-structured graphite particles and the graphitized mesocarbon microbeads in the mixture for a negative electrode active material is double-structured graphite particles: graphitized mesocarbon microbeads = 95: 5 to 50:50. 2. The non-aqueous secondary battery according to 1. 5. Item 5. The non-aqueous secondary battery according to any one of Items 1 to 4, wherein the shape of the flat front and back surfaces is rectangular. 6. Item 1 wherein the plate thickness of the battery container is 0.2 to 1 mm.
5. The non-aqueous secondary battery according to any one of 5.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明における非水系二次電池
は、厚さが12mm未満の扁平形状であり、エネルギー容量
が30Wh以上且つ体積エネルギー密度が180Wh/l以上であ
る。その形状の具体的な例は、WO99/60652号、特開2000
-251940号公報、特開2000-251941公報、特開2000-26047
8号公報、特開2000-260477号公報などに記載されてい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The non-aqueous secondary battery of the present invention has a flat shape with a thickness of less than 12 mm, an energy capacity of 30 Wh or more and a volume energy density of 180 Wh / l or more. Specific examples of the shape are described in WO99 / 60652,
-251940 JP, JP 2000-251941 JP, JP 2000-26047
No. 8, JP-A-2000-260477 and the like.

【0026】以下、図面に示す本発明の一実施形態によ
る非水系二次電池を参照しつつ、本発明についてさらに
詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to a non-aqueous secondary battery according to an embodiment of the present invention shown in the drawings.

【0027】図1は、本発明の一実施形態の扁平な矩形
(ノート型)の蓄電システム用非水系二次電池の平面図
及び側面図を示す図であり、図2は、図1に示す電池の
内部に収納される電極積層体の構成を示す側面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view and a side view of a flat rectangular (notebook) non-aqueous secondary battery for a power storage system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing FIG. FIG. 3 is a side view showing a configuration of an electrode laminate housed inside the battery.

【0028】図1および図2に示す様に、本実施形態に
よる非水系二次電池は、上蓋1および底容器2からなる
電池容器と、該電池容器の中に収納されている複数の正
極101a、負極101b、101c、およびセパレー
タ104からなる電極積層体とを備えている。本実施形
態の様な扁平型非水系二次電池においては、正極101
a、負極101b(または積層体の両外側に配置された
負極101c)は、例えば、図2に示す様に、セパレー
タ104を介して交互に配置されて積層されているが、
本発明による非水系二次電池は、この様な特定の配置に
限定されるものではなく、積層数などは、必要とされる
容量などに応じて、種々の変更が可能である。また、図
1および図2に示す非水系二次電池の形状は、例えば縦
300mm×横210mm×厚さ6mmであり、例えば、正極101
aとして後述する正極材料を使用し、負極101b、1
01cとして炭素材料を使用するリチウム二次電池の場
合には、蓄電システムにおいて使用することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the non-aqueous secondary battery according to the present embodiment includes a battery container including an upper lid 1 and a bottom container 2, and a plurality of positive electrodes 101a housed in the battery container. , A negative electrode 101 b, 101 c, and an electrode laminate including the separator 104. In the flat type non-aqueous secondary battery as in this embodiment, the positive electrode 101
a, (anode 101c disposed on both outer sides of the or laminate) anode 101b, for example, as shown in FIG. 2, but are stacked alternately arranged via a separator 104,
The non-aqueous secondary battery according to the present invention is not limited to such a specific arrangement, and the number of layers and the like can be variously changed according to required capacity and the like. The shape of the non-aqueous secondary battery shown in FIGS.
300 mm × 210 mm × 6 mm thick, for example, the positive electrode 101
A positive electrode material described below is used as a, and the negative electrodes 101b, 1
In the case of lithium secondary battery using the carbon material as 01c, it can be used in the energy storage system.

【0029】各正極101aの正極集電体105aは、
正極端子3に電気的に接続され、同様に、各負極101
b、101cの負極集電体105bは、負極端子4に電
気的に接続されている。正極端子3及び負極端子4は、
電池容器、すなわち上蓋1と絶縁された状態で取り付け
られている。
The positive electrode current collector 105a of each positive electrode 101a is:
Each of the negative electrodes 101 is electrically connected to the positive electrode terminal 3.
The negative electrode current collectors 105b of b and 101c are electrically connected to the negative electrode terminal 4. The positive terminal 3 and the negative terminal 4 are
It is attached in a state insulated from the battery container, that is, the upper lid 1.

【0030】上蓋1および底容器2は、図1中の拡大図
に示したA点で全周にわたり上蓋を溶かし込み溶接され
ている。上蓋1には、電解液の注液口5が開けられてお
り、電解液を注液した後、例えば、アルミニウム-変成
ポリプロピレンラミネートフィルムからなる封口フィル
ム6を用いて封口される。最終封口工程は、少なくとも
1回の充電操作実施後に行うことが好ましい。封口フィ
ルム6による最終封口工程後の電池容器内の圧力は、大
気圧未満であることが好ましく、8.66×104Pa(650Torr)
以下であることがより好ましく、7.33×104Pa (550Tor
r)以下であることが特に好ましい。電池容器内の圧力
は、使用するセパレータ、電解液の種類、電池容器の材
質および厚み、電池の形状などを総合的に考慮して決定
される。内圧が大気圧以上である場合には、電池が設計
厚みより大きくなり易く、或いは電池の厚みのバラツキ
が大きくなり易いので、電池の内部抵抗および容量がば
らつきやすい。
The top cover 1 and the bottom container 2 are welded by melting the top cover over the entire circumference at a point A shown in the enlarged view of FIG. The upper lid 1 is provided with a liquid injection port 5 for an electrolytic solution. After the electrolytic solution is injected, the liquid is sealed using a sealing film 6 made of, for example, an aluminum-modified polypropylene laminated film. Final sealing step is at least
It is preferable to perform it after one charging operation. The pressure in the battery container after the final sealing step with the sealing film 6 is preferably lower than the atmospheric pressure, and is 8.66 × 10 4 Pa (650 Torr).
It is more preferably the following, 7.33 × 10 4 Pa (550 Tor
r) It is particularly preferred that The pressure in the battery container is determined in comprehensive consideration of the separator to be used, the type of electrolytic solution, the material and thickness of the battery container, the shape of the battery, and the like. When the internal pressure is equal to or higher than the atmospheric pressure, the battery tends to be larger than the designed thickness, or the thickness of the battery tends to vary greatly, so that the internal resistance and capacity of the battery tend to vary.

【0031】正極101aに用いられる正極活物質とし
て、LixMn2-yMAyO4+z(MAは、Mg、Al、Cr、Fe、Coおよ
びNiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であ
り、かつ1<x≦1.2、0<y≦0.1、-0.3≦z≦0.3であ
る)で表されるリチウムマンガン複合酸化物(以下「組
成式(1)複合酸化物」と言うことがある)と組成式LiaNib
MBcO2(MBは、Co、Al、およびMnからなる群から選ばれる
少なくとも1種の元素であり、かつ1≦a≦1.1、0.5<b<
1、0<c<0.5、b+c=1)で表されるリチウムニッケル複合
酸化物(以下「組成式(2)複合酸化物」と言うことがあ
る)とからなる混合物を使用することにより、電解液
中に溶出するMnイオン量が著しく減少し、電解液の劣
化、変色および酸の生成も抑制され、負極上に析出す
るMnが減少することが明らかになった。
As the positive electrode active material used for the positive electrode 101a, Li x Mn 2-y MA y O 4 + z (MA is at least one kind selected from the group consisting of Mg, Al, Cr, Fe, Co and Ni) an element, and 1 <x ≦ 1.2,0 <y ≦ 0.1, -0.3 ≦ z ≦ 0.3 at a) lithium manganese composite oxide represented by (hereinafter be referred to as "composition formula (1) composite oxide" And the composition formula Li a Ni b
MB c O 2 (MB is at least one element selected from the group consisting of Co, Al, and Mn, and 1 ≦ a ≦ 1.1, 0.5 <b <
1, 0 <c <0.5, b + c = 1) by using a mixture consisting of a lithium nickel composite oxide (hereinafter sometimes referred to as “composition formula (2) composite oxide”) In addition, it was found that the amount of Mn ions eluted in the electrolytic solution was remarkably reduced, deterioration of the electrolytic solution, discoloration and generation of acid were suppressed, and Mn deposited on the negative electrode was reduced.

【0032】従来の非水系電池において、電解液へのMn
イオンの溶出が大きい理由として、正極/負極と電解液
の残存水分と溶質との反応により水素イオンが生成し
て、これがリチウムマンガン複合酸化物の一部と反応し
てMnが溶出すると考えられる。特に、電解質としてLiPF
6およびLiBF4を使用する場合には、Mnイオンの溶出が大
きい。本発明においては、Mnイオンの溶出が著しく減少
して、電池の充放電特性、サイクル特性、安全性などに
おいて顕著な改善が達成されるが、その理由は、未だ十
分には解明されていない。
In a conventional non-aqueous battery, Mn added to the electrolyte
The reason elution large ions, to produce hydrogen ions by the reaction between the positive electrode / negative electrode and the residual moisture and a solute of the electrolyte, which is considered to Mn is eluted reacts with a portion of the lithium-manganese composite oxide. In particular, LiPF as electrolyte
When 6 and LiBF 4 are used, the elution of Mn ions is large. In the present invention, the dissolution of Mn ions is remarkably reduced, and remarkable improvements in the charge / discharge characteristics, cycle characteristics, safety, and the like of the battery are achieved, but the reason has not yet been elucidated sufficiently.

【0033】本発明においては、正極活物質の主成分と
して、特定組成のリチウムマンガン複合酸化物(組成式
(1)複合酸化物)を用いることにより、スピネル単一相
のリチウムマンガン複合酸化物を使用する場合に比し
て、電池の充放電を繰り返しても、Mnの不均化が起こり
にくくなり、Mnイオン溶出量を低減させるともに、酸素
の脱離をも減少させることができる。その結果、リチウ
ムマンガン複合酸化物(組成式(1)複合酸化物)の構造
劣化、電解液の分解などを効果的に抑制することができ
るので、サイクル特性を改善することができる。
In the present invention, as a main component of the positive electrode active material, a lithium manganese composite oxide having a specific composition (composition formula)
By using (1) composite oxide), Mn disproportionation is less likely to occur even if the battery is repeatedly charged and discharged, as compared to the case of using a spinel single-phase lithium manganese composite oxide. The amount of Mn ions eluted can be reduced, and the desorption of oxygen can be reduced. As a result, since it is possible to effectively suppress structural deterioration of the lithium manganese composite oxide (composition formula (1) composite oxide), the decomposition of the electrolytic solution, it is possible to improve the cycle characteristics.

【0034】前記組成式(1) LixMn2-yMAyO4+zにおい
て、Li比は1<x≦1.2の範囲内にある。xが1以下の場合
には、サイクル特性が十分に改善されないのに対し、1.
2を超える場合には、活物質の容量低下が大きくなる。M
A比は0<y≦0.1の範囲内にある。yが0.1を超える場合に
は、活物質の容量低下が大きくなる。組成式(1)中のMn
と置換する元素MAとしては、サイクル特性を改善させる
Mg、Al、Cr、Fe、CoおよびNiが挙げられ、これらの中で
は、AlおよびCrがより好ましい。
In the composition formula (1), Li x Mn 2-y MA y O 4 + z , the Li ratio is in the range of 1 <x ≦ 1.2. When x is 1 or less, the cycle characteristics are not sufficiently improved, whereas 1.
If it exceeds 2, the capacity of the active material is greatly reduced. M
The A ratio is in the range of 0 <y ≦ 0.1. When y exceeds 0.1, the capacity of the active material is greatly reduced. Mn in the composition formula (1)
Improves cycle characteristics as an element MA that replaces
Examples include Mg, Al, Cr, Fe, Co and Ni, of which Al and Cr are more preferred.

【0035】本発明においては、正極活物質として、組
成式(1)で示されるリチウムマンガン複合酸化物と前記
組成式(2) LiaNibMBcO2で示される特定のリチウムニッ
ケル複合酸化物とを併用することにより、サイクル特性
のより一層の改善を達成しうる。サイクル特性改善の理
由は、未だ解明されていないが、組成式(2)で表される
特定組成のリチウムニッケル複合酸化物を配合すること
により、Mnイオンの溶出および酸素の脱離が、より一層
抑制されるものと考えられる。また、組成式(2)で表さ
れる特定組成のリチウムニッケル複合酸化物の容量は、
リチウムマンガン複合酸化物の容量に比べて大きいの
で、高容量化も達成される。
[0035] In the present invention, as the positive electrode active material, the composition formula (1) lithium-manganese composite oxide and the composition formula represented by (2) Li a Ni b MB particular lithium nickel composite oxide represented by c O 2 Further improvement of the cycle characteristics can be achieved by using the compound in combination. Although the reason for the improvement of the cycle characteristics has not been elucidated yet, by blending the lithium-nickel composite oxide having the specific composition represented by the composition formula (2), the elution of Mn ions and the desorption of oxygen are further improved. It is considered to be suppressed. Further, the capacity of the lithium nickel composite oxide of the specific composition represented by the composition formula (2) is
Since the capacity is larger than the capacity of the lithium manganese composite oxide, higher capacity can be achieved.

【0036】前記組成式(2) LiaNibMBcO2において、容
量を減少させないために、Li比は、1≦a≦1.1の範囲内
とする。Ni比は、0.5<b<1の範囲内とする。bが0.5未
満の場合には、容量が小さくなり過ぎるのに対し、1の
場合には、活物質のサイクル特性が著しく低下する。組
成式(2) 中のNiと置換する元素MBとしては、サイクル特
性および安全性の観点から、Co、AlおよびMnからなる群
から選ばれる少なくとも1種を使用する。置換元素比
は、0<c<0.5の範囲内とする。cが0である場合(すなわ
ち、Niを置換しない場合)には、活物質のサイクル特性
が改善されないのに対し、0.5以上である場合には、容
量が小さくなり過ぎる。
In the composition formula (2) Li a Ni b MB c O 2 , the Li ratio is in the range of 1 ≦ a ≦ 1.1 so as not to decrease the capacity. Ni ratio is in the range 0.5 <b <1 in. When b is less than 0.5, the capacity becomes too small, whereas when b is 1, the cycle characteristics of the active material are significantly reduced. As the element MB to replace Ni in the composition formula (2), at least one selected from the group consisting of Co, Al and Mn is used from the viewpoint of cycle characteristics and safety. Substitution element ratio is in the range of 0 <c <0.5. When c is 0 (i.e., when not replacing Ni), the contrast cycle characteristics of the active material is not improved, if it is 0.5 or more, the capacity is too small.

【0037】さらに、本発明で正極活物質として使用す
る混合物において、リチウムマンガン複合酸化物(1)と
リチウムニッケル複合酸化物(2)との混合比(重量%比)
は、(1):(2)=95:5〜70:30とすることが好ましい。リ
チウムニッケル複合酸化物が5%未満の場合には、容量
向上及びサイクル特性改善の効果が少ないのに対し、30
%を超える場合には、リチウムニッケル複合酸化物の熱
不安定性により、電池の安全性が確保できないことがあ
る。
Further, in the mixture used as the positive electrode active material in the present invention, the mixing ratio (weight% ratio) of lithium manganese composite oxide (1) and lithium nickel composite oxide (2)
It is (1) :( 2) = 95: 5 to 70: is preferably 30. When the content of lithium nickel composite oxide is less than 5%, the effect of improving capacity and improving cycle characteristics is small, whereas
%, The safety of the battery may not be ensured due to the thermal instability of the lithium nickel composite oxide.

【0038】正極活物質の平均粒径は、従来の活物質の
粒径と同様であり、通常1〜60μm程度、好ましくは5〜4
0μm程度、より好ましくは10〜30μm程度である。な
お、本明細書において、「平均粒径」とは、乾式レーザ
ー回折測定法により得られた体積粒度分布における中心
粒径を意味する。
The average particle size of the positive electrode active material is the same as that of a conventional active material, and is usually about 1 to 60 μm, preferably 5 to 4 μm.
It is about 0 μm, more preferably about 10 to 30 μm. In addition, in this specification, "average particle size" means the center particle size in the volume particle size distribution obtained by a dry laser diffraction measurement method.

【0039】正極活物質の比表面積は、リチウムマンガ
ン複合酸化物では通常1m2/g以下であり、より好ましく
は0.2〜0.7m2/g程度である。リチウムニッケル複合酸化
物では通常1m2/g以下であり、より好ましくは0.2〜0.7m
2/g程度である。なお、本明細書において、「比表面
積」とは、窒素ガスを使用するBET法による測定値を示
す。
The specific surface area of the positive electrode active material, a lithium-manganese composite oxide is usually less than 1 m 2 / g, more preferably about 0.2~0.7m 2 / g. The lithium nickel composite oxide is usually less than 1 m 2 / g, more preferably 0.2~0.7m
It is about 2 / g. In this specification, the term "specific surface area" indicates the value measured by BET method using nitrogen gas.

【0040】負極101b、101cに用いられる負極
活物質は、黒鉛粒子からなるコア部表面を非晶質炭素に
より被覆した二重構造黒鉛粒子(以下、簡略化のために
「第一成分」ということがある)と黒鉛化メソカーボン
マイクロビーズ(以下、簡略化のために「第二成分」と
いうことがある)との混合物である。
The negative electrode active material used for the negative electrodes 101b and 101c is a double-structure graphite particle (hereinafter, referred to as a “first component” for simplicity) in which the surface of a core made of graphite particles is coated with amorphous carbon. ) And graphitized mesocarbon microbeads (hereinafter sometimes referred to as “second component” for simplicity).

【0041】本発明においては、負極活物質の第一成分
として、二重構造黒鉛粒子を用いることにより、電池容
量が向上するとともに、電解液の分解によるものと推測
される充放電効率の低下が実質的に抑制され、黒鉛構造
の破壊も防止される。
In the present invention, the use of double-structure graphite particles as the first component of the negative electrode active material improves the battery capacity and reduces the charge / discharge efficiency, which is presumed to be due to decomposition of the electrolyte. It is substantially suppressed, and the destruction of the graphite structure is also prevented.

【0042】二重構造黒鉛粒子のコア部である黒鉛粒子
は、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.3
4nm未満であり、より好ましくは0.3354〜0.3380nm程
度、さらに好ましくは0.3354〜0.3360nm程度である。こ
の値が0.34nmを超える場合には、コア部の結晶性が低く
なるので、リチウムイオンの放出に伴う電位の変化が大
きくなり、電池として利用できる有効容量が低くなる。
黒鉛系粒子コア部を被覆している非晶質炭素層の面間隔
は、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.3
4nm以上であり、より好ましくは0.34〜0.38nm程度であ
り、さらに好ましくは0.34〜0.36nm程度である。被覆層
におけるこの値が0.34nm未満である場合には、結晶性が
高すぎて、電解液の分解によるものと推測される充放電
効率の低下が生じるとともに、充放電の繰り返しに伴う
結晶の面間隔の膨張/収縮により、炭素材料が破壊され
る危険性が増大する。一方、(002)面の面間隔(d002)が
0.38nmを上回る場合には、リチウムイオンが移動し難く
なり、電池として利用できる容量が小さくなる。なお、
この様な二重構造黒鉛粒子の製造方法は、特に限定され
るものではないが、例えば、WO97/18160号に記載されて
いる。
Graphite particles, which are the core of the double-structured graphite particles, have a (002) plane spacing (d002) of 0.3 by X-ray wide-angle diffraction.
It is less than 4 nm, more preferably about 0.3354 to 0.3380 nm, further preferably about 0.3354 to 0.3360 nm. If this value exceeds 0.34 nm, the crystallinity of the core portion becomes low, so that the potential change accompanying the release of lithium ions becomes large, and the effective capacity usable as a battery becomes low.
The plane spacing of the amorphous carbon layer covering the graphite-based particle core was determined by X-ray wide-angle diffraction method to be (002) plane spacing (d002) of 0.3.
It is 4 nm or more, more preferably about 0.34 to 0.38 nm, and still more preferably about 0.34 to 0.36 nm. When this value in the coating layer is less than 0.34 nm, the crystallinity is too high, and the charging / discharging efficiency, which is presumed to be due to decomposition of the electrolytic solution, is reduced. The expansion / contraction of the spacing increases the risk of breaking the carbon material. On the other hand, the (002) plane of the surface separation (d002)
If it exceeds 0.38 nm, lithium ions will not easily move, and the capacity available as a battery will decrease. In addition,
The method for producing such double-structured graphite particles is not particularly limited, but is described, for example, in WO97 / 18160.

【0043】負極活物質の第二成分として使用する黒鉛
化メソカーボンマイクロビーズは、容量は第一成分であ
る二重構造黒鉛粒子に比べて小さいものの、比表面積が
小さいので、少量のバインダーにより電極を製造するこ
とができる。黒鉛化メソカーボンマイクロビーズは、X
線広角回折法による(002)面の両面間隔(d002)が0.34nm
未満であり、より好ましくは0.3354〜0.3380nm程度であ
り、さらに好ましくは0.3354〜0.3360nm程度である。な
お、この様な黒鉛化メソカーボンマイクロビーズの製造
方法も、特に限定されるものではないが、例えば、特開
平9-151382号公報に記載されている。
The graphitized mesocarbon microbeads used as the second component of the negative electrode active material have a smaller capacity than the double component graphite particles as the first component, but have a small specific surface area. Can be manufactured. The graphitized mesocarbon microbeads are X
Line spacing (d002) of (002) plane by line wide angle diffraction method is 0.34nm
Less than, more preferably about 0.3354~0.3380Nm, more preferably about 0.3354~0.3360Nm. The method for producing such graphitized mesocarbon microbeads is not particularly limited, but is described in, for example, JP-A-9-151382.

【0044】また、本発明における負極活物質を構成す
る混合物は、第一成分である二重構造黒鉛粒子と第二成
分である黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとの混合比
(重量%比)が、第一成分:第二成分=95:5〜50:50である
ことを必須とする。混合物中の第二成分が、5重量%未
満である場合には、集電体であるCu箔に対する良好な接
着性を得るために、多量のバインダーを使用する必要が
あり、その結果、電池の容量を低下させる。これに対
し、第二成分が50重量%を上回る場合には、黒鉛化メソ
カーボンマイクロビーズの容量が、二重構造黒鉛粒子に
比べて低いために、やはり電池容量を低下させる。
Further, the mixture constituting the negative electrode active material in the present invention has a mixing ratio of the double-structure graphite particles as the first component and the graphitized mesocarbon microbeads as the second component.
It is essential that (weight% ratio) the first component: the second component = 95: 5 to 50:50. If the second component in the mixture is less than 5% by weight, it is necessary to use a large amount of binder in order to obtain good adhesion to the current collector Cu foil. Decrease capacity. On the other hand, when the second component exceeds 50% by weight, the capacity of the graphitized mesocarbon microbeads is lower than that of the double-structured graphite particles, so that the battery capacity is also reduced.

【0045】これら第一成分と第二成分との混合物を用
いて負極を作製する場合には、バインダーとしては、ポ
リフッ化ビニリデン(PVDF)系材料を使用する。バインダ
ーとしては、PVDF構造中に-COOH基などを導入した変性P
VDFがより好ましい。
When a negative electrode is manufactured using a mixture of the first and second components, a polyvinylidene fluoride (PVDF) -based material is used as a binder. As the binder, modified P with -COOH group introduced into PVDF structure
VDF is more preferred.

【0046】セパレータ104の構成は、特に限定され
るものではないが、単層又は複層のセパレータを用いる
ことができ、少なくとも1枚は不織布を用いることが好
ましく、この場合、サイクル特性が向上する。また、セ
パレータ104の材質も、特に限定されるものではない
が、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオ
レフィン、ポリアミド、クラフト紙、ガラス、セルロー
ス系材料などが挙げられ、電池の耐熱性、安全性設計に
応じて、適宜決定される。
The structure of the separator 104 is not particularly limited, but a single-layer or multi-layer separator can be used, and at least one sheet is preferably made of a nonwoven fabric. In this case, cycle characteristics are improved. . Also, the material of the separator 104 is not particularly limited, and examples thereof include polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyamide, kraft paper, glass, and cellulosic materials. Is determined as appropriate.

【0047】本実施形態で使用する非水系二次電池の電
解質としては、公知のリチウム塩などの電解質材料を公
知の溶媒に溶解させた非水系電解質を挙げることができ
る。電解質は、正極材料、負極材料などの種類、充電電
圧などの使用条件などを総合的に考慮して、常法に従っ
て適宜決定することができる。より具体的には、LiP
F 6、LiBF4、LiClO4などのリチウム塩を、プロピレンカ
ーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、ジメトキシエタン、γ-ブチロラクトン、酢酸メチ
ル、蟻酸メチルなどの1種または2種以上からなる有機
溶媒に溶解させた溶液が例示される。電解質材料の濃度
は、特に限定されるものではないが、一般的に0.5〜2mo
l/l程度である。電解質は、当然のことながら、水分含
有量ができるだけ低いもの、具体的には水分含有量100p
pm以下のものが好ましい。なお、本明細書で使用する
「非水系電解液」という用語は、非水系電解液および有
機電解液を含む概念を包含するものであり、さらにはゲ
ル状ないし固体の電解質も含む概念をも包含する。
The power of the non-aqueous secondary battery used in this embodiment is
For the decomposition, publicly known electrolyte materials such as lithium salts are used.
Non-aqueous electrolytes dissolved in known solvents
You. The electrolyte depends on the type of cathode material, anode material,
Such as comprehensively taking into account the conditions of use of such pressure, according to the conventional method
Can be determined appropriately. More specifically, LiP
F 6, LiBFFour, LiClOFourSuch as lithium salt
Boneto, ethylene carbonate, diethyl carbonate Ne
Dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate
G, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, methyl acetate
Or one or more organic compounds such as methyl and methyl formate
An example is a solution dissolved in a solvent. The concentration of the electrolyte material
Is not particularly limited, but generally 0.5 to 2mo
It is about l / l. The electrolyte, of course, contains moisture.
As low as possible, specifically 100p water content
Those below pm are preferred. In addition, used in this specification
The term "non-aqueous electrolyte" refers to non-aqueous electrolytes and
It encompasses concepts that include organic electrolytes, and
The concept also includes a solid or solid electrolyte.

【0048】上記のように構成された非水系二次電池
は、大容量且つ高エネルギー密度を有するので、家庭用
蓄電システム(夜間電力貯蔵、コージェネレーション、
太陽光発電など)、電気自動車などの蓄電システムなど
に用いることができる。この様な蓄電システムにおいて
は、エネルギー容量は、好ましくは30Wh以上、より好ま
しくは50Wh以上であり、且つエネルギー密度は、好まし
くは180Wh/l以上、より好ましくは200Wh/l以上である。
エネルギー容量が30Wh未満である場合或いは体積エネル
ギー密度が180Wh/l未満である場合には、容量が小さい
ので、充分なシステム容量を得るために電池の直並列数
を増やす必要があること、また、コンパクトな設計が困
難となることなどの理由により、蓄電システム用として
は好ましくない。
The non-aqueous secondary battery constructed as described above has a large capacity and a high energy density, so that it can be used for home power storage systems (nighttime power storage, cogeneration,
Solar power generation), a power storage system such as an electric vehicle, and the like. In such a power storage system, the energy capacity is preferably at least 30 Wh, more preferably at least 50 Wh, and the energy density is preferably at least 180 Wh / l, more preferably at least 200 Wh / l.
If the energy capacity is less than 30 Wh or the volume energy density is less than 180 Wh / l, since the capacity is small, it is necessary to increase the number of series-parallel batteries to obtain a sufficient system capacity, It is not preferable for a power storage system because a compact design is difficult.

【0049】本実施形態の非水系二次電池は、扁平形状
をしており、その厚さは12mm未満、より好ましくは10mm
未満である。厚さの下限については、電極の充填率、電
池サイズ(薄くなれば同容量を得るためには面積が大き
くなる)などを考慮して、2mm以上とすることが実用的
である。電池の厚さが12mm以上となる場合には、電池内
部の発熱を充分に外部に放熱することが難しくなるこ
と、電池内部と電池表面付近とでの温度差が大きくな
り、内部抵抗が異なるので、電池内での充電量および電
圧のバラツキが大きくなると言う大きな問題を生じる。
なお、具体的な電池の厚さは、電池容量、エネルギー密
度などに応じて、適宜決定されるが、特に期待する放熱
特性が得られる最大厚さで設計することが好ましい。
The nonaqueous secondary battery of the present embodiment has the flat shape, its thickness is less than 12 mm, more preferably 10mm
Is less than. It is practical to set the lower limit of the thickness to 2 mm or more in consideration of the filling rate of the electrode, the battery size (the smaller the thickness, the larger the area to obtain the same capacity). When the thickness of the battery is more than 12 mm, it is difficult to sufficiently radiate the heat inside the battery to the outside, and the temperature difference between the inside of the battery and the vicinity of the battery surface increases, resulting in a difference in internal resistance. In addition, there is a large problem that variations in the amount of charge and the voltage in the battery become large.
The specific thickness of the battery is appropriately determined according to the battery capacity, the energy density, and the like. However, it is preferable to design the battery to have a maximum thickness at which expected heat radiation characteristics can be obtained.

【0050】また、本実施形態の非水系二次電池は、例
えば、扁平形状の表裏面が角形、円形、長円形などの種
々の形状とすることができる。形状が角形である場合に
は、一般には矩形であるが、用途に応じて、三角形、六
角形などの多角形とすることもできる。さらに、肉厚の
薄い円筒などの筒形とすることもできる。形状が筒形の
場合には、筒の肉厚がここでいう厚さとなる。また、製
造の容易性の観点からは、図1に示す様に、電池の扁平
形状の表裏面が矩形である「ノート型」形状が好まし
い。
Further, the non-aqueous secondary battery of the present embodiment can have various shapes such as a flat, front and back surface having a rectangular shape, a circular shape, and an oval shape. When the shape is a square, it is generally a rectangle, but may be a polygon such as a triangle or a hexagon depending on the application. Further, it may be a cylindrical shape such as a thin cylinder. When the shape is cylindrical, the thickness of the cylinder is the thickness referred to here. Further, from the viewpoint of ease of manufacture, as shown in FIG. 1, a “note-type” shape in which the flat front and back surfaces of the battery are rectangular is preferable.

【0051】電池容器となる上蓋1及び底容器2に用い
られる材質は、電池の用途、形状により適宜選択され、
特に限定されるものではなく、鉄、ステンレス鋼、アル
ミニウムなどが一般的であり、かつ実用的である。ま
た、電池容器自体の厚さも、電池の用途、形状或いは電
池ケースの材質により適宜決定され、特に限定されるも
のではない。電池の製造に必要な強度を確保するために
は、その電池全表面積80%以上の部分の厚さ(電池容器
を構成する一番面積が広い部分の厚さ)を0.2mm以上と
することが好ましく、0.3mm以上とすることがより好ま
しい。また、同時に同部分の厚さは、1mm以下であるこ
とが好ましく、0.7mm以下とすることがより好ましい。
この厚さが1mmを超えると、電極面を押さえ込む力は大
きくなるものの、電池の内容積が減少して、充分な容量
が得られないこと、また重量が増大することなどの理由
から、望ましくない。
The material used for the upper lid 1 and the bottom container 2 serving as the battery container is appropriately selected depending on the use and shape of the battery.
There is no particular limitation, and iron, stainless steel, aluminum and the like are general and practical. Also, the thickness of the battery container itself is appropriately determined depending on the use and shape of the battery or the material of the battery case, and is not particularly limited. In order to ensure the strength required for battery production, the thickness of the part with a total surface area of 80% or more of the battery (the thickness of the largest area that composes the battery container) should be 0.2mm or more. More preferably, it is more preferably 0.3 mm or more. Further, the thickness of the part at the same time, preferably at 1mm or less, and more preferably to 0.7mm or less.
When the thickness exceeds 1 mm, although the force for pressing down the electrode surface increases, the internal volume of the battery decreases, and it is not desirable because sufficient capacity cannot be obtained and the weight increases. .

【0052】[0052]

【発明の効果】上記の様に、非水系二次電池の厚さを12
mm未満に設計することにより、例えば、30Wh以上の大容
量と180Wh/l以上の高エネルギー密度とを有する電池の
高率充放電時等においても、電池温度の上昇は小さく、
優れた放熱特性を示す。従って、内部発熱による電池の
蓄熱が低減され、その結果、電池の熱暴走も抑止するこ
とが可能となり、信頼性および安全性に優れた非水系二
次電池を得ることができる。
As described above, the thickness of the non-aqueous secondary battery is
By designing to less than mm, for example, even at the time of high rate charging and discharging of a battery having a large capacity of 30 Wh or more and a high energy density of 180 Wh / l or more, the rise in battery temperature is small,
Shows excellent heat dissipation characteristics. Therefore, heat storage of the battery due to internal heat generation is reduced, and as a result, thermal runaway of the battery can be suppressed, and a non-aqueous secondary battery excellent in reliability and safety can be obtained.

【0053】[0053]

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をさら
に具体的に説明する。本発明は、これら実施例の記載に
より限定されるものではない。
The present invention will be described more specifically below with reference to examples of the present invention. The present invention is not limited by the description of these examples.

【0054】実施例1 (1)まず、リチウムマンガン複合酸化物としてのLi
1.1Mn1.8Al0.1O4とリチウムニッケル複合酸化物として
のLiNi1.8Co0.2O2と導電材であるアセチレンブラックと
を乾式混合し、得られた混合物をバインダーであるポリ
フッ化ビニリデン(PVDF)を溶解させたN-メチル-2-ピロ
リドン(NMP)中に均一に分散させて、スラリー-1を調製
した。次いで、スラリー-1を集電体となるアルミニウム
箔の両面に塗布し、乾燥した後、プレスを行い、正極を
得た。
Example 1 (1) First, Li as a lithium-manganese composite oxide
1.1 Mn 1.8 Al 0.1 O 4 and LiNi 1.8 Co 0.2 O 2 as lithium nickel composite oxide and acetylene black as a conductive material were dry-mixed, and the resulting mixture was dissolved polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder Slurry-1 was prepared by uniformly dispersing in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Next, the slurry-1 was applied to both sides of an aluminum foil serving as a current collector, dried, and pressed to obtain a positive electrode.

【0055】正極中の固形分比率(重量比)を、リチウム
マンガン酸リチウム:リチウムニッケル酸リチウム:ア
セチレンブラック:PVDF=0.92(100-α):0.92α:3:5
と表したときに、α=0、5、10、20、30、40、50の7種の
正極を調製した。
The solid content ratio (weight ratio) in the positive electrode was calculated as follows: lithium lithium manganate: lithium lithium nickelate: acetylene black: PVDF = 0.92 (100-α): 0.92α: 3: 5
When expressed as above, seven types of positive electrodes of α = 0, 5, 10, 20, 30, 40, and 50 were prepared.

【0056】図3-(a)は、正極の説明図である。本実施
例において、正極101aの塗布面積(W1×W2)は、262.
5×192mm2である。また、電極の短辺側には、電極が塗
布されていない集電部106aが設けられ、その中央に
直径3mmの穴が開けられている。
[0056] Figure 3- (a) is an explanatory view of a positive electrode. In this embodiment, the coating area of the positive electrode 101a (W1 × W2) is 262.
5 is a × 192mm 2. In addition, the short side of the electrode, the electrode is is provided collecting part 106a which is not coated, it is punched with a diameter of 3mm in the center.

【0057】(2)一方、二重構造黒鉛粒子(商品名
“OPCG-K”、大阪ガスケミカル製;黒鉛粒子コアの(002)
面の面間隔(d002)=0.34nm未満、被覆層の(002)面の面間
隔(d002)=0.34nm以上)、黒鉛化メソカーボンマイクロ
ビーズ(MCMB、大阪ガスケミカル製、品番“25-28”;(0
02)面の面間隔(d002)=0.34nm未満)および導電材である
アセチレンブラックを乾式混合した後、バインダーであ
るPVDFを溶解させたNMP中に均一に分散させ、スラリー-
2を調製した。次いで、スラリー-2を集電体となる銅箔
の両面に塗布し、乾燥した後、プレスを行い、負極を得
た。
[0057] (2) On the other hand, the double structure graphite particles (trade name "OPCG-K", manufactured by Osaka Gas Chemicals; of graphite particle core (002)
Surface spacing (d002) = less than 0.34 nm, surface spacing (d002) of coating layer (d002) = 0.34 nm or more), graphitized mesocarbon microbeads (MCMB, manufactured by Osaka Gas Chemicals, product number “25-28”) ”; (0
02) Plane spacing (d002) = less than 0.34 nm) and acetylene black as a conductive material were dry-mixed, and then uniformly dispersed in NMP in which PVDF as a binder was dissolved.
2 was prepared. Then, the slurry -2 was applied to both sides of a copper foil as a current collector, dried and pressed to obtain a negative electrode.

【0058】負極中の固形分比率(重量比)は、二重構造
黒鉛粒子:黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ:アセチレ
ンブラック:PVDF=0.92(100-β):0.92β:2:6と表したと
きに、β=0、5、10、20、30、40、50、100の8種の負極
を作製した。
The solid content ratio (weight ratio) in the negative electrode was expressed as double structure graphite particles: graphitized mesocarbon microbeads: acetylene black: PVDF = 0.92 (100-β): 0.92β: 2: 6. Then, eight types of negative electrodes having β = 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50, and 100 were produced.

【0059】図3-(b)は、負極の説明図である。負極1
01bの塗布面積(W1×W2)は、267×195mm2である。ま
た、電極の短辺側には、電極が塗布されていない集電部
106bが設けられ、その中央に直径3mmの穴が開けら
れている。
FIG. 3B is an explanatory diagram of the negative electrode. Negative electrode 1
The application area (W1 × W2) of 01b is 267 × 195 mm 2 . In addition, a current collector 106b to which no electrode is applied is provided on the short side of the electrode, and a hole having a diameter of 3 mm is formed in the center thereof.

【0060】さらに、上記と同様の手法により片面だけ
にスラリー-2を塗布し、片面電極を作製した。片面電極
は、後述の(3)項の電極積層体において外側に配置さ
れる(図2中101c)。
Further, the slurry-2 was applied only on one side by the same method as described above, thereby producing a single-sided electrode. The single-sided electrode is disposed outside in the electrode laminate of item (3) described later (101c in FIG. 2).

【0061】(3)図3に示すように、上記(1)項で
得られた正極8枚と上記(2)項で得られた負極9枚
(内片面2枚)とを、セパレータ材A(レーヨン系不織布、
目付12.6g/m2)とセパレータ材B(ポリエチレン製微孔
膜;目付13.3g/m2)とを合わせたセパレータ104を介
して交互に積層し、さらに、電池容器との絶縁のために
外側の負極101cのさらに外側にセパレータ材Bを配
置して、電極積層体を作成した。なお、セパレータ10
4は、セパレータ材Aが正極側に位置し、セパレータ材B
が負極側に位置するように配置した。
(3) As shown in FIG. 3, eight positive electrodes obtained in the above item (1) and nine negative electrodes obtained in the above item (2) are used.
(2 sheets on one side) and separator material A (rayon-based nonwoven fabric,
Basis weight 12.6 g / m 2) and the separator material B (polyethylene microporous membrane; alternately laminated through a basis weight 13.3 g / m 2) and the separator 104 of the combined, further outside for insulation between the battery container The separator material B was arranged further outside of the negative electrode 101c to produce an electrode laminate. The separator 10
4 shows that the separator material A is located on the positive electrode side and the separator material B
Is located on the negative electrode side.

【0062】(4)図4に示す様に、厚さ0.5mmのSUS30
4製薄板を深さ5mmに絞り、底容器2を作成し、上蓋1も
厚さ0.5mmのSUS304製薄板により作製した。次いで、上
蓋1にアルミニウム製の正極端子3および銅製の負極端
子4(頭部直径6mm、先端M3のねじ部)を取り付けた。
正極および負極端子3、4は、ポリプロピレン製ガスケ
ットにより上蓋1と絶縁した。
(4) As shown in FIG. 4, SUS30 having a thickness of 0.5 mm
Diaphragm 4 made thin in the depth 5 mm, to create a bottom vessel 2, the upper cover 1 was also produced by SUS304 steel sheet having a thickness of 0.5 mm. Next, the positive electrode terminal 3 made of aluminum and the negative electrode terminal 4 made of copper (head diameter 6 mm, threaded portion at the tip M3) were attached to the upper lid 1.
The positive and negative terminals 3 and 4 were insulated from the upper lid 1 by a polypropylene gasket.

【0063】(5)上記(3)項で作成した電極積層体
の各正極集電部106aの穴を正極端子3に、また各負
極集電部106bの穴を負極端子4に入れ、それぞれア
ルミニウム製および銅製のボルトで接続した後、接続さ
れた電極積層体を絶縁テープで固定し、図1の角部Aを
全周に亘りレーザー溶接した。次いで、注液口5(直径6
mm)から、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカー
ボネートを1:2重量比で混合した溶媒に1mol/lの濃度にL
iPF6を溶解した溶液)を注液した。次いで、大気圧下で
仮止め用のボルトを用いて注液口5を一旦封口した。
(5) The holes of the respective positive electrode current collectors 106a and the holes of the respective negative electrode current collectors 106b of the electrode laminate prepared in the above item (3) are inserted into the negative electrode terminal 4, respectively. After the connection, the connected electrode laminate was fixed with an insulating tape, and the corner A of FIG. 1 was laser-welded over the entire circumference. Next, the injection port 5 (diameter 6
mm) from the electrolyte (solvent obtained by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate in a 1: 2 weight ratio to a concentration of 1 mol / l
(a solution in which iPF 6 was dissolved). Next, the injection port 5 was temporarily closed using a bolt for temporary fixing under atmospheric pressure.

【0064】(6)この電池を5Aの電流で4.2Vまで充電
した後、4.2Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を合
計8時間行い、続いて5Aの定電流で2.5Vまで放電した。
(6) After charging this battery to 4.2V with a current of 5A, a constant current constant voltage charging of applying a constant voltage of 4.2V is performed for a total of 8 hours, and then discharging to 2.5V with a constant current of 5A. did.

【0065】(7)次に、電池の仮止め用ボルトを取り
外した後、4×104Pa(300Torr)の減圧下に、直径12mmに
打ち抜いた厚さ0.08mmのアルミニウム箔-変性ポリプロ
ピレンラミネートフィルムからなる封口フィルム6を、
温度250〜350℃、圧力1〜3kg/cm2、加圧時間5〜10秒の
条件で熱融着することにより、注液口5を最終封口し
て、幅210mm×高さ300mm×厚さ6mmの扁平形状のノート
型電池を得た。
(7) Next, after removing the temporary fixing bolts of the battery, under a reduced pressure of 4 × 10 4 Pa (300 Torr), a 0.08 mm-thick aluminum foil-modified polypropylene laminated film punched into a diameter of 12 mm. Sealing film 6 consisting of
Temperature 250 to 350 ° C., a pressure 1 to 3 kg / cm 2, by heat-sealing under the conditions of pressing time 5-10 seconds, the injection port 5 to a final sealing, height 300 mm × Thickness Width 210 mm × A 6 mm flat notebook battery was obtained.

【0066】(8)これらの電池を「5Aの電流で4.2Vま
で充電した後、4.2Vの定電圧を印加する定電流定電圧充
電を合計8時間行い、続いて5Aの定電流で2.5Vまで放電
する充放電サイクル」を100回行った。また、サイクル
特性を評価するために、1サイクルおよび100サイクル
時点の放電容量から容量維持率を算出した。結果を表1
および表2に示す。
[0066] (8) was charged to 4.2V these batteries in "5A of current, a constant current constant voltage charging applying a constant voltage of 4.2V total of 8 hours, followed by 2.5V at 5A constant current The charge / discharge cycle of discharging until 100 times was performed 100 times. Further, in order to evaluate the cycle characteristics, the capacity retention ratio was calculated from the discharge capacity at one cycle and 100 cycles. Table 1 shows the results
And Table 2.

【0067】表1および表2は、安全性評価試験とし
て、これらの扁平形状のノート型電池を用いて、UL-164
2に準じて、釘刺し試験を行った結果を併せて示す。釘
刺し試験は、電池に釘を刺すことにより強制的に内部シ
ョートを起こさせる試験であり、4mmの釘を用いて行っ
た。電池は、上記と同様のサイクル試験において同様の
充放電を3回繰り返した後、充電して、釘刺し試験に供
した。
Tables 1 and 2 show the safety evaluation tests using these flat notebook batteries in accordance with UL-164.
The results of the nail penetration test performed in accordance with 2 are also shown. The nail piercing test is a test for forcibly causing an internal short circuit by piercing a battery with a nail, and was performed using a 4 mm nail. Cells, was repeated three times the same charge and discharge in the same cycle test as above was charged, and subjected to a nail penetration test.

【0068】[0068]

【表1】 [Table 1]

【0069】[0069]

【表2】 [Table 2]

【0070】表1に示す結果から明らかな様に、正極活
物質にリチウムニッケル複合酸化物を加えないα=0の場
合(リチウムマンガン複合酸化物単独を使用する場合)に
は、サイクル試験での容量劣化が大きい。また、釘刺し
試験では、リチウムニッケル複合酸化物の配合比が高い
α=40および50の混合物を使用する場合に、発煙が生じ
ている。従って、サイクル特性および安全性を考慮する
と、リチウムマンガン複合酸化物に対するリチウムニッ
ケル複合酸化物の混合範囲は、5≦α≦30とすることが
適切である。
As is clear from the results shown in Table 1, when α = 0 when the lithium nickel composite oxide was not added to the positive electrode active material (when lithium manganese composite oxide was used alone), the cycle test was performed. Large capacity deterioration. In the nail penetration test, smoke was generated when a mixture of α = 40 and 50 having a high compounding ratio of lithium nickel composite oxide was used. Therefore, in consideration of the cycle characteristics and safety, the mixing range of the lithium nickel composite oxide to lithium manganese composite oxide, it is appropriate to 5 ≦ α ≦ 30.

【0071】また、表2に示す結果から、負極活物質と
して黒鉛化メソカーボンマイクロビーズを添加しないβ
=0の場合(二重構造黒鉛粒子を単独で使用する場合)に
は、サイクル試験での容量劣化が大きい。これに対し、
β=100である場合(黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ
を単独で使用する場合)には、サイクル特性は良好では
あるが、電池容量が小さい。従って、サイクル特性およ
び電池容量を考慮すると、負極活物質において、二重構
造黒鉛粒子に対する黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ
の混合範囲は、5≦β≦50とすることが適切である。
[0071] From the results shown in Table 2, without the addition of graphitized mesocarbon microbeads as a negative electrode active material β
When = 0 (when the dual structure graphite particles are used alone), the capacity deterioration in the cycle test is large. In contrast,
When β = 100 (when the graphitized mesocarbon microbeads are used alone), the cycle characteristics are good, but the battery capacity is small. Therefore, in consideration of cycle characteristics and battery capacity, it is appropriate that the mixing range of the graphitized mesocarbon microbeads with respect to the double-structured graphite particles in the negative electrode active material is 5 ≦ β ≦ 50.

【0072】また、実施例1で使用した組成式(1) LixM
n2-yMAyO4+zにおいて、MAとしてMg、Cr、Fe、Co或いはN
iを構成成分とする他のリチウムマンガン複合酸化物を
使用する場合にも、上記と同様な顕著な効果が達成され
る。
The composition formula (1) Li x M used in Example 1 was used.
n 2-y MA y O 4 + z , MA as Mg, Cr, Fe, Co or N
Even when another lithium manganese composite oxide containing i as a component is used, the same remarkable effect as described above is achieved.

【0073】また、同様に実施例1で使用した組成式
(2) LiaNibMBcO2で表されるリチウムニッケル複合酸化
物MBとしてAl或いはMnを構成成分とする他のリチウムニ
ッケル複合酸化物を使用する場合にも、上記と同様な顕
著な効果が達成される。
Further, the composition formula similarly used in Example 1 was used.
(2) When using other lithium nickel composite oxides containing Al or Mn as the lithium nickel composite oxide MB represented by Li a Ni b MB c O 2 , The effect is achieved.

【0074】さらに、リチウムマンガン複合酸化物に対
するリチウムニッケル複合酸化物の混合割合が5≦α≦3
0の範囲内にあり、かつ二重構造黒鉛粒子に対する黒鉛
化メソカーボンマイクロビーズの混合割合が5≦β≦50
の範囲内にある場合にも、上記と同様の結果が得られ
る。 実施例2 実施例1におけると同様の手法により、正極中の固形分
比率(重量比)をLi1.1Mn1.8Al0.1O4:LiNi1.8Co0.2O2
アセチレンブラック:PVDF=0.92(100-α):0.92α:3:
5と表したときに、α=20として正極を作製し、かつ負極
中の固形分比率(重量比)を二重構造黒鉛粒子:黒鉛化メ
ソカーボンマイクロビーズ:アセチレンブラック:PVDF=
0.92(100-β):0.92β:2:6と表したときに、β=30として
負極を作製した。これらの正極および負極を使用し、セ
パレータ、電解液などは実施例1と同様の材料を使用し
て、電池A(扁平形状のノート型、幅210mm×高さ300mm×
厚さ6mm)と、形状の異なる比較電池B(角形、幅84mm×高
さ150mm×厚さ30mm)および比較電池C(円筒型、直径60mm
×高さ135mm)を作製した。
[0074] Further, the mixing ratio is 5 ≦ α ≦ 3 of the lithium nickel composite oxide to lithium manganese composite oxide
0, and the mixing ratio of the graphitized mesocarbon microbeads to the dual structure graphite particles is 5 ≦ β ≦ 50
, The same result as above can be obtained. EXAMPLE by two same manner as in Example 1, solid content in the positive electrode (weight ratio) Li 1.1 Mn 1.8 Al 0.1 O 4: LiNi 1.8 Co 0.2 O 2:
Acetylene black: PVDF = 0.92 (100-α): 0.92α: 3:
When expressed as 5, the positive electrode was prepared with α = 20, and the solid content ratio (weight ratio) in the negative electrode was double structure graphite particles: graphitized mesocarbon microbeads: acetylene black: PVDF =
When expressed as 0.92 (100-β): 0.92β: 2: 6, a negative electrode was prepared with β = 30. Using these positive and negative electrodes, a separator, an electrolytic solution using the same materials as in Example 1, cell A (flat shape of the notebook, width 210 mm × height 300 mm ×
Comparative battery B (square, width 84 mm × height 150 mm × thickness 30 mm) and comparative battery C (cylindrical, diameter 60 mm) with different shapes
× height 135 mm).

【0075】これらの電池を用いて、実施例1と同様の
手法により、サイクル特性と容量維持率を測定するとと
もに、釘刺し試験により安全性を評価した。結果を表3
に示す。
Using these batteries, the cycle characteristics and the capacity retention were measured in the same manner as in Example 1, and the safety was evaluated by a nail penetration test. Table 3 shows the results
Shown in

【0076】[0076]

【表3】 [Table 3]

【0077】表3に示す結果から明らかな様に、構成材
料が本発明と全く同じであっても、電池形状が異なる比
較電池BおよびCは、安全性に劣っているので、実用化し
得ない。これに対し、本発明によるノート型電池Aは、
釘刺し試験での発火が起こらず、安全性に極めて優れて
いることが明らかである。
As is clear from the results shown in Table 3, even if the constituent materials are exactly the same as those of the present invention, the comparative batteries B and C having different battery shapes are inferior in safety and cannot be put to practical use. . In contrast, laptop battery A according to the present invention,
It is clear that ignition does not occur in the nail penetration test and that the safety is extremely excellent.

【0078】なお、実施例2において、リチウムマンガ
ン複合酸化物およびリチウムニッケル複合酸化物として
他の元素による置換材料をそれぞれ使用する場合にも、
或いはリチウムマンガン複合酸化物に対するリチウムニ
ッケル複合酸化物の混合割合が5≦α≦30の範囲内にあ
り、かつ二重構造黒鉛粒子に対する黒鉛化メソカーボン
マイクロビーズの混合割合が5≦β≦50の範囲内にある
場合にも、上記と同様の結果が得られる。
In the second embodiment, when the lithium-manganese composite oxide and the lithium-nickel composite oxide are each substituted with another element,
Alternatively, the mixing ratio of the lithium nickel composite oxide to the lithium manganese composite oxide is in the range of 5 ≦ α ≦ 30, and the mixing ratio of the graphitized mesocarbon microbeads to the double structure graphite particles is 5 ≦ β ≦ 50. If within range also, the same results as the above can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施形態による蓄電システム用非水
系二次電池の平面図及び側面図を示す図である。
FIG. 1 is a plan view and a side view of a non-aqueous secondary battery for a power storage system according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す電池の内部に収納される電極積層体
の構成を示す側面図である。
FIG. 2 is a side view showing a configuration of an electrode laminate housed inside the battery shown in FIG.

【図3】本発明実施例による非水系二次電池において用
いた正極、負極およびセパレータの説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a positive electrode, a negative electrode, and a separator used in a nonaqueous secondary battery according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明実施例による非水系二次電池における上
蓋および底容器の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a top lid and a bottom container in the non-aqueous secondary battery according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 上蓋 2 底容器 3 正極端子 4 負極端子 5 注液口 6 封口フィルム 101a 正極(両面) 101b 負極(両面) 101c 負極(片面) 104 セパレータ 105a 正極集電体 105b 負極集電体 106a 正極集電部 106b 負極集電部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Top cover 2 Bottom container 3 Positive electrode terminal 4 Negative terminal 5 Injection port 6 Sealing film 101a Positive electrode (both sides) 101b Negative electrode (both sides) 101c Negative electrode (one side) 104 Separator 105a Positive current collector 105b Negative current collector 106a Positive current collector 106b Negative electrode current collector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢田 静邦 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 株式会社関西新技術研究所内 (72)発明者 菊田 治夫 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 Fターム(参考) 5H011 AA03 AA13 CC02 CC06 CC10 DD05 DD13 KK01 KK02 5H029 AJ03 AJ05 AJ12 AK03 AK18 AL07 AL08 AL19 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ03 BJ12 DJ02 DJ03 DJ04 DJ05 DJ07 DJ12 DJ18 HJ01 HJ02 HJ04 HJ07 HJ13 HJ19 5H050 AA07 AA08 AA16 BA17 CA08 CA09 CA29 CB08 CB09 CB29 EA10 EA24 FA12 FA20 GA22 HA01 HA02 HA04 HA07 HA13 HA19  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Shizukuni Yada 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside Kansai New Technology Research Institute Co., Ltd. (72) Haruo Kikuta Hirano, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture 1-Chome 1-2-2, Osaka Gas Co., Ltd. F-term (reference) 5H011 AA03 AA13 CC02 CC06 CC10 DD05 DD13 KK01 KK02 5H029 AJ03 AJ05 AJ12 AK03 AK18 AL07 AL08 AL19 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ03 BJ12 DJ02 DJ03 DJ04 DJ05 HJ01 HJ02 HJ04 HJ07 HJ13 HJ19 5H050 AA07 AA08 AA16 BA17 CA08 CA09 CA29 CB08 CB09 CB29 EA10 EA24 FA12 FA20 GA22 HA01 HA02 HA04 HA07 HA13 HA19

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極、負極、セパレータおよびリチウム
塩を含む非水系電解質を電池容器内に収容し、厚さが12
mm未満の扁平形状であり、エネルギー容量が30Wh以上且
つ体積エネルギー密度が180Wh/l以上である非水系二次
電池において、 前記正極が、組成式LixMn2-yMAyO4+z(MAは、Mg、Al、C
r、Fe、CoおよびNiからなる群から選ばれる少なくとも1
種の元素であり、かつ1<x≦1.2、0<y≦0.1、-0.3≦z
≦0.3である)で表されるリチウムマンガン複合酸化物と
組成式LiaNibMBcO2(MBは、Co、AlおよびMnからなる群か
ら選ばれる少なくとも1種の元素であり、かつ1≦a≦1.
1、0.5<b<1、0<c<0.5、b+c=1)で表されるリチウム
ニッケル複合酸化物とからなる混合物を正極活物質と
し、 前記負極が、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d00
2)が0.34nm以下である黒鉛系粒子の表面を面間隔0.34nm
を超える非晶質炭素層で被覆した二重構造黒鉛粒子と黒
鉛化メソカーボンマイクロビーズとからなる混合物を負
極活物質とすることを特徴とする非水系二次電池。
A non-aqueous electrolyte containing a positive electrode, a negative electrode, a separator and a lithium salt is accommodated in a battery container and has a thickness of 12
mm, a non-aqueous secondary battery having an energy capacity of 30 Wh or more and a volume energy density of 180 Wh / l or more, wherein the positive electrode has a composition formula of Li x Mn 2-y MA y O 4 + z ( MA is Mg, Al, C
at least one selected from the group consisting of r, Fe, Co and Ni
A species of elements, and 1 <x ≦ 1.2,0 <y ≦ 0.1, -0.3 ≦ z
≤ 0.3) and a lithium manganese composite oxide represented by the composition formula Li a Ni b MB c O 2 (MB is at least one element selected from the group consisting of Co, Al and Mn, and 1 ≦ a ≦ 1.
A mixture comprising a lithium nickel composite oxide represented by 1, 0.5 <b <1, 0 <c <0.5, b + c = 1) is used as a positive electrode active material, and the negative electrode is obtained by X-ray wide-angle diffraction ( 002) Face spacing (d00
2) is 0.34 nm or less the surface of the graphite-based particles is 0.34 nm
A non-aqueous secondary battery characterized by using, as a negative electrode active material, a mixture of double-structured graphite particles covered with an amorphous carbon layer having a thickness exceeding 90% and graphitized mesocarbon microbeads.
【請求項2】 前記正極用混合物におけるリチウムマン
ガン複合酸化物とリチウムニッケル複合酸化物との重量
混合比が、リチウムマンガン複合酸化物:リチウムニッ
ケル複合酸化物=95:5〜70:30である請求項1に記載の非
水系二次電池。
2. The weight mixture ratio of the lithium manganese composite oxide and the lithium nickel composite oxide in the positive electrode mixture is lithium manganese composite oxide: lithium nickel composite oxide = 95: 5 to 70:30. nonaqueous secondary battery according to claim 1.
【請求項3】 前記リチウムマンガン複合酸化物および
リチウムニッケル複合酸化物のBET比表面積が、それぞ
れ1m2/g以下である請求項1または2に記載の非水系二
次電池。
3. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein each of the lithium manganese composite oxide and the lithium nickel composite oxide has a BET specific surface area of 1 m 2 / g or less.
【請求項4】 前記負極活物質用混合物における二重構
造黒鉛粒子と黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとの重
量混合比が、二重構造黒鉛粒子:黒鉛化メソカーボンマ
イクロビーズ=95:5〜50:50である請求項1に記載の非水
系二次電池。
4. The weight ratio of the double structure graphite particles to the graphitized mesocarbon microbeads in the mixture for a negative electrode active material is as follows: double structure graphite particles: graphitized mesocarbon microbeads = 95: 5 to 50: nonaqueous secondary battery according to claim 1 which is 50.
【請求項5】 前記扁平形状の表裏面の形状が、矩形で
ある請求項1〜4のいずれかに記載の非水系二次電池。
5. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the flat front and back surfaces are rectangular.
【請求項6】 前記電池容器の板厚が、0.2〜1mmである
請求項1〜5のいずれかに記載の非水系二次電池。
6. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the thickness of the battery container is 0.2 to 1 mm.
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