JP2002279989A - Battery - Google Patents

Battery

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JP2002279989A
JP2002279989A JP2001077086A JP2001077086A JP2002279989A JP 2002279989 A JP2002279989 A JP 2002279989A JP 2001077086 A JP2001077086 A JP 2001077086A JP 2001077086 A JP2001077086 A JP 2001077086A JP 2002279989 A JP2002279989 A JP 2002279989A
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Japan
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lithium
negative electrode
positive electrode
battery
oxide
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Application number
JP2001077086A
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Japanese (ja)
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Shigeru Fujita
茂 藤田
Hiroyuki Akashi
寛之 明石
Momoe Adachi
百恵 足立
Goro Shibamoto
悟郎 柴本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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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

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery capable of increasing safety by preventing heating from being produced by internal short circuiting. SOLUTION: A battery comprises a rolled electrode body 20, having a band- shaped positive electrode 21 and a negative electrode 22 rolled via a separator 23. The negative electrode 22 is so designed that lithium metal is deposited during charging. The capacity of the negative electrode 22 is expressed by the sum of a capacity component by the storage and release of lithium and a capacity component by the deposition and dissolution of the lithium metal. The positive electrode 21 contains, as positive electrode active material, phosphorus oxides such as LiFePO4 or LiFe0.5 Mn0.5 PO4 and oxides, such as LiCoO2 , LiNi0.8 CO0.2 O2 or LiMn2 O4 . Heating due to internal short circuiting is prevented by the phosphorus oxides, such as LiFePO4 to increase safety, and the capacity is increased by oxides, such as LiCoO2 .

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、正極および負極と
共に電解質を備えた電池に係り、特に、負極の容量がリ
チウムの吸蔵および離脱による容量成分と、リチウムの
析出および溶解による容量成分との和を含む電池に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery provided with an electrolyte in addition to a positive electrode and a negative electrode, and more particularly to a battery in which the capacity of the negative electrode is the sum of a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium. And a battery containing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、カメラ一体型VTR(ビデオテー
プレコーダ),携帯電話あるいはラップトップコンピュ
ータに代表されるポータブル電子機器が広く普及し、そ
れらの小型化、軽量化および長時間連続駆動が強く求め
られている。それに伴い、それらのポータブル電源とし
て、二次電池の高容量化および高エネルギー密度化の要
求が高まっている。
2. Description of the Related Art In recent years, portable electronic devices typified by a camera-integrated VTR (video tape recorder), a cellular phone or a laptop computer have become widespread, and their miniaturization, weight reduction and continuous driving for a long time are strongly demanded. Have been. Along with this, demands for higher capacity and higher energy density of secondary batteries as those portable power sources are increasing.

【0003】高エネルギー密度を得ることができる二次
電池としては、例えば、負極に炭素材料などのリチウム
(Li)を吸蔵および離脱することが可能な材料を用い
たリチウムイオン二次電池や、あるいは負極にリチウム
金属を用いたリチウム二次電池がある。特に、リチウム
二次電池は、リチウム金属の理論電気化学当量が205
4mAh/cm3 と大きく、リチウムイオン二次電池で
用いられる黒鉛材料の2.5倍にも相当するので、リチ
ウムイオン二次電池を上回る高いエネルギー密度を得ら
れるものと期待されている。これまでも、多くの研究者
等によりリチウム二次電池の実用化に関する研究開発が
なされてきた(例えば、Lithium Batteries,Jean-Paul
Gabano編, Academic Press(1983)) 。
As a secondary battery capable of obtaining a high energy density, for example, a lithium ion secondary battery using a material capable of inserting and extracting lithium (Li) such as a carbon material for a negative electrode, or There is a lithium secondary battery using lithium metal for the negative electrode. In particular, lithium secondary batteries have a theoretical electrochemical equivalent of lithium metal of 205.
Since it is as large as 4 mAh / cm 3 , corresponding to 2.5 times that of the graphite material used in the lithium ion secondary battery, it is expected that a higher energy density than the lithium ion secondary battery can be obtained. Until now, many researchers have been conducting research and development on the practical application of lithium secondary batteries (for example, Lithium Batteries, Jean-Paul
Gabano ed., Academic Press (1983)).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ム二次電池は、充放電を繰り返した際の放電容量の劣化
が大きく、実用化が難しいという問題があった。この容
量劣化は、リチウム二次電池が負極においてリチウム金
属の析出・溶解反応を利用していることに基づいてお
り、充放電に伴い、正負極間で移動するリチウムイオン
に対応して負極の体積が容量分だけ大きく増減するの
で、負極の体積が大きく変化し、リチウム金属結晶の溶
解反応および再結晶化反応が可逆的に進みづらくなって
しまうことによるものである。しかも、負極の体積変化
は高エネルギー密度を実現しようとするほど大きくな
り、容量劣化もいっそう著しくなる。また、リチウム二
次電池では、負極にリチウム金属が不均一に析出しやす
く、針状あるいは微粉状となる傾向があるので、安全性
を確保するための機構を他よりも数多く設ける必要があ
るという問題もあった。
However, the lithium secondary battery has a problem that the discharge capacity is greatly deteriorated when charging and discharging are repeated, and it is difficult to put the battery to practical use. This capacity deterioration is based on the fact that the lithium secondary battery utilizes the precipitation and dissolution reaction of lithium metal at the negative electrode, and the volume of the negative electrode corresponding to the lithium ions moving between the positive and negative electrodes during charging and discharging. Is greatly increased or decreased by the capacity, so that the volume of the negative electrode greatly changes, and the dissolution reaction and recrystallization reaction of the lithium metal crystal become difficult to reversibly proceed. In addition, the change in volume of the negative electrode increases as the energy density is increased, and the capacity deterioration further increases. In addition, in lithium secondary batteries, lithium metal tends to be non-uniformly deposited on the negative electrode and tends to be needle-like or powdery, so that it is necessary to provide more mechanisms for ensuring safety than others. There were also problems.

【0005】そこで本発明者等は、負極の容量がリチウ
ムの吸蔵・離脱による容量成分と、リチウムの析出・溶
解による容量成分との和により表される二次電池を新た
に開発した。これは、負極にリチウムを吸蔵および離脱
することが可能な炭素材料を用い、充電の途中において
炭素材料の表面にリチウムを析出させるようにしたもの
である。この二次電池によれば、高エネルギー密度を達
成しつつ、充放電サイクル特性を向上させることが期待
できる。また、炭素材料の比表面積は大きいので、リチ
ウムを比較的均一に析出させることができ、更に、炭素
材料がヒートシンクとしても機能するので、リチウム二
次電池よりも高い安全性を得ることができる。
Accordingly, the present inventors have newly developed a secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by the sum of a capacity component due to insertion and extraction of lithium and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium. In this method, a carbon material capable of inserting and extracting lithium is used for a negative electrode, and lithium is deposited on the surface of the carbon material during charging. According to this secondary battery, it is expected that charge / discharge cycle characteristics are improved while achieving high energy density. In addition, since the carbon material has a large specific surface area, lithium can be deposited relatively uniformly, and since the carbon material also functions as a heat sink, safety higher than that of the lithium secondary battery can be obtained.

【0006】しかし、この二次電池を実用化するには、
いくつもの安全機構を設ける必要がある。例えば、リチ
ウムイオン二次電池においても、セパレータのシャット
ダウン機構、安全弁、電流遮断機構あるいは熱感抵抗素
子などの安全機構が設けられている。よって、電極材料
などを検討することにより安全性をより向上させること
ができれば、これらの安全機構を簡素化することがで
き、より容易に安全性を確保することが可能となる。す
なわち、構造の簡素化、製造工程の簡素化およびコスト
ダウンを図ることができる。
However, in order to put this secondary battery into practical use,
Several safety mechanisms need to be provided. For example, a lithium ion secondary battery is also provided with a safety mechanism such as a shutdown mechanism for a separator, a safety valve, a current cutoff mechanism, or a thermal resistance element. Therefore, if the safety can be further improved by examining the electrode material and the like, these safety mechanisms can be simplified, and the safety can be more easily ensured. That is, the structure can be simplified, the manufacturing process can be simplified, and the cost can be reduced.

【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、安全性をより向上させることができ
る電池を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a battery that can further improve safety.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による電池は、正
極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極
の容量は、リチウム(Li)の吸蔵および離脱による容
量成分と、リチウムの析出および溶解による容量成分と
の和を含み、正極は、正極活物質として、リチウムと、
鉄(Fe),マンガン(Mn)およびコバルト(Co)
からなる群のうちの少なくとも1種の第1の元素と、リ
ンとを含む第1の酸化物を含有するものである。
A battery according to the present invention comprises an electrolyte in addition to a positive electrode and a negative electrode. The capacity of the negative electrode is determined by the capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li), and the capacity of lithium deposition and separation. The positive electrode contains lithium as a positive electrode active material,
Iron (Fe), manganese (Mn) and cobalt (Co)
And at least one first element selected from the group consisting of: and a first oxide containing phosphorus.

【0009】本発明による電池では、正極活物質とし
て、リチウムと、鉄,マンガンおよびコバルトからなる
群のうちの少なくとも1種の第1の元素と、リンとを含
む第1の酸化物を含有しているので、内部ショートによ
る発熱が抑制され、安全性がより改善される。
In the battery according to the present invention, the positive electrode active material contains lithium, at least one first element selected from the group consisting of iron, manganese and cobalt, and a first oxide containing phosphorus. Therefore, heat generation due to an internal short circuit is suppressed, and safety is further improved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明の一実施の形態に係る二次電
池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわ
ゆるジェリーロール型といわれるものであり、ほぼ中空
円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極2
2とがセパレータ23を介して巻回された巻回電極体2
0を有している。電池缶11は、例えばニッケルのめっ
きがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され
他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回
電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の
絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
FIG. 1 shows a sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called jelly-roll type battery. A band-shaped positive electrode 21 and a negative electrode 2 are provided inside a substantially hollow cylindrical battery can 11.
Electrode body 2 wound with a separator 2 via a separator 23
It has 0. The battery can 11 is made of, for example, nickel-plated iron, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 are respectively arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

【0012】電池缶11の開放端部には、電池蓋14
と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15
および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficie
nt;PTC素子)16とが、ガスケット16を介してか
しめられることにより取り付けられており、電池缶11
の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池
缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構
15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的
に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱な
どにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク
板15aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電
気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子1
6は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限
し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例
えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構
成されている。ガスケット16は、例えば、絶縁材料に
より構成されており、表面にはアスファルトが塗布され
ている。
At the open end of the battery can 11, a battery cover 14 is provided.
And a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14.
And Positive Temperature Coefficie
nt; PTC element) 16 and caulked via a gasket 16, and the battery can 11
The inside is closed. The battery cover 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery cover 14 via the thermal resistance element 16, and when the internal pressure of the battery becomes higher than a certain level due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 15a is inverted. Then, the electrical connection between the battery cover 14 and the spirally wound electrode body 20 is cut off. Thermal resistance element 1
Reference numeral 6 denotes an element for limiting the current by increasing the resistance value when the temperature rises and preventing abnormal heat generation due to a large current, and is made of, for example, a barium titanate-based semiconductor ceramic. The gasket 16 is made of, for example, an insulating material, and its surface is coated with asphalt.

【0013】巻回電極体20は、例えば、センターピン
24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極2
1にはアルミニウムなどよりなる正極リード25が接続
されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リ
ード26が接続されている。正極リード25は安全弁機
構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接
続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され
電気的に接続されている。
The wound electrode body 20 is wound around, for example, a center pin 24. Positive electrode 2 of wound electrode body 20
1 is connected to a positive electrode lead 25 made of aluminum or the like, and the negative electrode 22 is connected to a negative electrode lead 26 made of nickel or the like. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery cover 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

【0014】図2は図1に示した巻回電極体20の一部
を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向
する一対の面を有する正極集電体21aの両面に正極合
剤層21bが設けられた構造を有している。なお、図示
はしないが、正極集電体21aの片面のみに正極合剤層
21bを設けるようにしてもよい。正極集電体21a
は、例えば、厚みが5μm〜50μm程度であり、アル
ミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金
属箔により構成されている。正極合剤層21bは、例え
ば、厚みが80μm〜250μmであり、正極活物質と
して、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極
材料を含んで構成されている。なお、正極合剤層21b
の厚みは、正極合剤層21bが正極集電体21aの両面
に設けられている場合には、その合計の厚みである。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer 21b is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21a having a pair of opposing surfaces. Although not shown, the positive electrode mixture layer 21b may be provided only on one side of the positive electrode current collector 21a. Positive electrode current collector 21a
Has a thickness of, for example, about 5 μm to 50 μm, and is made of a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The positive electrode mixture layer 21b has a thickness of, for example, 80 μm to 250 μm and includes a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material. The positive electrode mixture layer 21b
Is the total thickness when the positive electrode mixture layer 21b is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 21a.

【0015】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な正極材料は、リチウムと、鉄,マンガンおよびコバル
トからなる群のうちの少なくとも1種の第1の元素と、
リンとを含む第1の酸化物を1種以上含んでいる。これ
により、この二次電池では、内部ショートによる過剰な
発熱を抑制し、安全性を向上させることができるように
なっている。この第1の酸化物は、オリビン型結晶構造
を有するリン酸化物であり、その化学量論組成による化
学式は例えば化1により表される。
The positive electrode material capable of inserting and extracting lithium includes lithium, at least one first element selected from the group consisting of iron, manganese, and cobalt;
One or more first oxides containing phosphorus are contained. As a result, in this secondary battery, excessive heat generation due to an internal short circuit can be suppressed, and safety can be improved. The first oxide is a phosphorus oxide having an olivine type crystal structure, and a chemical formula based on its stoichiometric composition is represented by, for example, Chemical Formula 1.

【0016】[0016]

【化1】LiMIPO4 式中、MIは第1の元素を表す。## STR1 ## LiMIPO in Equation 4, MI represents the first element.

【0017】なお、第1の酸化物は化学量論組成でなく
てもよく、第1の元素以外の他の元素を構成元素または
不純物として更に含んでいてもよい。第1の元素として
は、鉄を含むことが好ましく、鉄とマンガンとを含むよ
うにすればより好ましい。構造的に安定であるからであ
る。すなわち、第1の酸化物としては、化学量論組成で
表すとLiFePO4 あるいはLiFeh Mnk PO4
(h+k=1)などが好ましい。
Note that the first oxide does not have to have a stoichiometric composition, and may further contain an element other than the first element as a constituent element or an impurity. The first element preferably contains iron, and more preferably contains iron and manganese. This is because it is structurally stable. That is, the first oxide, expressed as a stoichiometric composition LiFePO 4 or LiFe h Mn k PO 4
(H + k = 1) and the like are preferable.

【0018】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な正極材料は、更に、リチウムと、コバルト,ニッケル
(Ni)およびマンガンからなる群のうちの少なくとも
1種の第2の元素とを含む第2の酸化物を1種以上含む
ことが好ましい。より高いエネルギー密度を得ることが
できるからである。この第2の酸化物の化学式は、例え
ば化2により表される。
The positive electrode material capable of inserting and extracting lithium further includes a second material containing lithium and at least one second element selected from the group consisting of cobalt, nickel (Ni) and manganese. It is preferable to include at least one oxide. This is because a higher energy density can be obtained. The chemical formula of the second oxide is represented by, for example, Chemical Formula 2.

【0019】[0019]

【化2】Lix MIIO2 式中、MIIは第2の元素を表し、xは0.4<x<1.
1の範囲内の値であることが好ましい。また、酸素の組
成は化学量論的に求めたものであり、化学量論組成から
ずれていてもよい。
Embedded image in Li x MIIO 2 expression, MII represents a second element, x is 0.4 <x <1.
It is preferably a value within the range of 1. The composition of oxygen is determined stoichiometrically, and may deviate from the stoichiometric composition.

【0020】なお、第2の酸化物は第2の元素以外の他
の元素を構成元素または不純物として更に含んでいても
よい。第2の元素としては、コバルト、あるいはコバル
トおよびニッケル、またはマンガンを含むことが好まし
い。構造的に安定であるからである。すなわち、第2の
酸化物としては、化学量論組成で表すとLiCoO2
LiNim Con 4 (m+n=1)あるいはLiMn
2 4 などが好ましい。
The second oxide may further contain an element other than the second element as a constituent element or an impurity. The second element preferably contains cobalt, or cobalt and nickel, or manganese. This is because it is structurally stable. That is, as the second oxide, LiCoO 2 ,
LiNi m Co n O 4 (m + n = 1) or LiMn
2 O 4 and the like are preferred.

【0021】また、リチウムを吸蔵および離脱すること
が可能な正極材料は、第1の酸化物および第2の酸化物
に加えて、他の1種以上の材料を含んでいてもよい。こ
れら正極材料における第1の酸化物の含有量は、正極2
1に含まれる正極活物質の全質量に対して1質量%以上
であることが好ましい。これよりも少ないと、第1の酸
化物を混合することによる発熱防止の効果を十分に得る
ことができないからである。
The positive electrode material capable of inserting and extracting lithium may include one or more other materials in addition to the first oxide and the second oxide. The content of the first oxide in these positive electrode materials is
It is preferable that the content is 1% by mass or more based on the total mass of the positive electrode active material contained in 1. If the amount is less than this, the effect of preventing heat generation by mixing the first oxide cannot be sufficiently obtained.

【0022】なお、このような正極材料は、例えば、リ
チウムの炭酸塩,硝酸塩,酸化物あるいは水酸化物と、
他の構成元素の炭酸塩,硝酸塩,酸化物あるいは水酸化
物とを所望の組成になるように混合し、粉砕した後、酸
素雰囲気中において焼成などすることにより調製され
る。
Incidentally, such a positive electrode material includes, for example, lithium carbonate, nitrate, oxide or hydroxide,
It is prepared by mixing carbonates, nitrates, oxides or hydroxides of other constituent elements so as to have a desired composition, pulverizing, and firing in an oxygen atmosphere.

【0023】正極合剤層21bは、また、例えば導電剤
を含んでおり、必要に応じて更に結着剤を含んでいても
よい。導電剤としては、例えば、黒鉛,カーボンブラッ
クあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料があげら
れ、そのうちの1種または2種以上が混合して用いられ
る。また、炭素材料の他にも、導電性を有する材料であ
れば金属材料あるいは導電性高分子材料などを用いるよ
うにしてもよい。結着剤としては、例えば、スチレンブ
タジエン系ゴム,フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピ
レンジエンゴムなどの合成ゴム、またはポリビニリデン
フルオロライドなどの高分子材料が挙げられ、そのうち
の1種または2種以上を混合して用いられる。例えば、
図1に示したように正極21および負極22が巻回され
ている場合には、結着剤として柔軟性に富むスチレンブ
タジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いること
が好ましい。
The positive electrode mixture layer 21b also contains, for example, a conductive agent, and may further contain a binder, if necessary. Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black and Ketjen black, and one or more of them are used in combination. Further, in addition to the carbon material, a metal material or a conductive polymer material may be used as long as the material has conductivity. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber, fluorine rubber and ethylene propylene diene rubber, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride, and one or more of them are mixed. Used as For example,
When the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound as shown in FIG. 1, it is preferable to use a highly flexible styrene-butadiene-based rubber or a fluorine-based rubber as the binder.

【0024】負極22は、例えば、対向する一対の面を
有する負極集電体22aの両面に負極合剤層22bが設
けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負
極集電体22aの片面のみに負極合剤層22bを設ける
ようにしてもよい。負極集電体22aは、良好な電気化
学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する銅
箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔によ
り構成されている。特に、銅箔は高い電気伝導性を有す
るので最も好ましい。負極集電体22aの厚みは、例え
ば、6μm〜40μm程度であることが好ましい。6μ
mよりも薄いと機械的強度が低下し、製造工程において
負極集電体22aが断裂しやすく、生産効率が低下して
しまうからであり、40μmよりも厚いと電池内におけ
る負極集電体22aの体積比が必要以上に大きくなり、
エネルギー密度を高くすることが難しくなるからであ
る。
The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode mixture layer 22b is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22a having a pair of opposing surfaces. Although not shown, the negative electrode mixture layer 22b may be provided only on one side of the negative electrode current collector 22a. The negative electrode current collector 22a is made of a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil having good electrochemical stability, electric conductivity, and mechanical strength. In particular, copper foil is most preferable because it has high electric conductivity. The thickness of the negative electrode current collector 22a is preferably, for example, about 6 μm to 40 μm. 6μ
If the thickness is smaller than m, the mechanical strength is reduced, the anode current collector 22a is easily broken in the manufacturing process, and the production efficiency is reduced. The volume ratio becomes larger than necessary,
This is because it becomes difficult to increase the energy density.

【0025】負極合剤層22bは、リチウムを吸蔵およ
び離脱することが可能な負極材料のいずれか1種または
2種以上を含んで構成されており、必要に応じて、例え
ば正極合剤層21bと同様の結着剤を含んでいてもよ
い。負極合剤層22bの厚みは、例えば、80μm〜2
50μmである。この厚みは、負極合剤層22bが負極
集電体22aの両面に設けられている場合には、その合
計の厚みである。
The negative electrode mixture layer 22b is composed of one or more of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium, and if necessary, for example, the positive electrode mixture layer 21b And the same binder as described above. The thickness of the negative electrode mixture layer 22b is, for example, 80 μm to 2 μm.
50 μm. This thickness is the total thickness when the negative electrode mixture layer 22b is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 22a.

【0026】なお、本明細書においてリチウムの吸蔵・
離脱というのは、リチウムイオンがそのイオン性を失う
ことなく電気化学的に吸蔵・離脱されることを言う。こ
れは、吸蔵されたリチウムが完全なイオン状態で存在す
る場合のみならず、完全なイオン状態とは言えない状態
で存在する場合も含む。これらに該当する場合として
は、例えば、黒鉛に対するリチウムイオンの電気化学的
なインタカレーション反応による吸蔵が挙げられる。ま
た、金属間化合物あるいは合金の形成によるリチウムの
吸蔵も挙げることができる。
It should be noted that in the present specification, lithium storage and
Withdrawal means that lithium ions are electrochemically inserted and released without losing their ionicity. This includes not only the case where the stored lithium exists in a perfect ionic state but also the case where the stored lithium does not exist in a perfect ionic state. Examples of such cases include, for example, occlusion by electrochemical intercalation reaction of lithium ions with graphite. Another example is occlusion of lithium by forming an intermetallic compound or an alloy.

【0027】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な負極材料としては、例えば、黒鉛,難黒鉛化性炭素あ
るいは易黒鉛化性炭素などの炭素材料が挙げられる。こ
れら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非
常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共
に、良好な充放電サイクル特性を得ることができるので
好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエ
ネルギー密度を得ることができ好ましい。
Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include carbon materials such as graphite, non-graphitizable carbon and graphitizable carbon. These carbon materials are preferable because a change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small, a high charge and discharge capacity can be obtained, and good charge and discharge cycle characteristics can be obtained. Particularly, graphite is preferable because it has a large electrochemical equivalent and can obtain a high energy density.

【0028】黒鉛としては、例えば、真密度が2.10
g/cm3 以上のものが好ましく、2.18g/cm3
以上のものであればより好ましい。なお、このような真
密度を得るには、(002)面のC軸結晶子厚みが1
4.0nm以上であることが必要である。また、(00
2)面の面間隔は0.340nm未満であることが好ま
しく、0.335nm以上0.337nm以下の範囲内
であればより好ましい。
As the graphite, for example, the true density is 2.10
g / cm 3 or more, preferably 2.18 g / cm 3
The above is more preferable. In order to obtain such a true density, the C-axis crystallite thickness of the (002) plane must be 1
It is necessary to be 4.0 nm or more. Also, (00
2) The spacing between the surfaces is preferably less than 0.340 nm, and more preferably 0.335 nm or more and 0.337 nm or less.

【0029】黒鉛は、天然黒鉛でも人造黒鉛でもよい。
人造黒鉛であれば、例えば、有機材料を炭化して高温熱
処理を行い、粉砕・分級することにより得られる。高温
熱処理は、例えば、必要に応じて窒素(N2 )などの不
活性ガス気流中において300℃〜700℃で炭化し、
毎分1℃〜100℃の速度で900℃〜1500℃まで
昇温してこの温度を0時間〜30時間程度保持し仮焼す
ると共に、2000℃以上、好ましくは2500℃以上
に加熱し、この温度を適宜の時間保持することにより行
う。
The graphite may be natural graphite or artificial graphite.
In the case of artificial graphite, for example, it can be obtained by carbonizing an organic material, performing a high-temperature heat treatment, and pulverizing and classifying. The high-temperature heat treatment is performed by, for example, carbonizing at 300 ° C. to 700 ° C. in an inert gas stream such as nitrogen (N 2 ) as necessary,
The temperature is raised from 900 ° C to 1500 ° C at a rate of 1 ° C to 100 ° C per minute, the temperature is maintained for about 0 hours to 30 hours, and calcined, and heated to 2000 ° C or more, preferably 2500 ° C or more. This is performed by maintaining the temperature for an appropriate time.

【0030】出発原料となる有機材料としては、石炭あ
るいはピッチを用いることができる。ピッチには、例え
ば、コールタール,エチレンボトム油あるいは原油など
を高温で熱分解することにより得られるタール類、アス
ファルトなどを蒸留(真空蒸留,常圧蒸留あるいはスチ
ーム蒸留),熱重縮合,抽出,化学重縮合することによ
り得られるもの、木材還流時に生成されるもの、ポリ塩
化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチ
ラートまたは3,5−ジメチルフェノール樹脂がある。
これらの石炭あるいはピッチは、炭化の途中最高400
℃程度において液体として存在し、その温度で保持され
ることで芳香環同士が縮合・多環化し、積層配向した状
態となり、そののち約500℃以上で固体の炭素前駆
体、すなわちセミコークスとなる(液相炭素化過程)。
As the organic material used as a starting material, coal or pitch can be used. For the pitch, for example, tars obtained by pyrolyzing coal tar, ethylene bottom oil or crude oil at a high temperature, asphalt, etc. (vacuum distillation, normal pressure distillation or steam distillation), thermal polycondensation, extraction, Examples include those obtained by chemical polycondensation, those produced at the time of wood reflux, polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate, and 3,5-dimethylphenol resin.
These coals or pitches have a maximum of 400
It exists as a liquid at about ℃, and aromatic rings are condensed and polycyclic by being held at that temperature, and it is in a laminated orientation state, and then becomes a solid carbon precursor at about 500 ° C. or higher, that is, semi-coke. (Liquid phase carbonization process).

【0031】有機材料としては、また、ナフタレン,フ
ェナントレン,アントラセン,トリフェニレン,ピレ
ン,ペリレン,ペンタフェン,ペンタセンなどの縮合多
環炭化水素化合物あるいはその誘導体(例えば、上述し
た化合物のカルボン酸,カルボン酸無水物,カルボン酸
イミド)、またはそれらの混合物を用いることができ
る。更に、アセナフチレン,インドール,イソインドー
ル,キノリン,イソキノリン,キノキサリン,フタラジ
ン,カルバゾール,アクリジン,フェナジン,フェナン
トリジンなどの縮合複素環化合物あるいはその誘導体、
またはそれらの混合物を用いることもできる。
Examples of the organic material include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphen, and pentacene, and derivatives thereof (for example, carboxylic acids and carboxylic anhydrides of the above compounds). , Carboximides), or mixtures thereof. Further, condensed heterocyclic compounds such as acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine and derivatives thereof;
Alternatively, a mixture thereof can be used.

【0032】なお、粉砕は、炭化,仮焼の前後、あるい
は黒鉛化前の昇温過程の間のいずれで行ってもよい。こ
れらの場合には、最終的に粉末状態で黒鉛化のための熱
処理が行われる。但し、嵩密度および破壊強度の高い黒
鉛粉末を得るには、原料を成型したのち熱処理を行い、
得られた黒鉛化成型体を粉砕・分級することが好まし
い。
The pulverization may be performed before or after carbonization or calcination, or during the heating process before graphitization. In these cases, heat treatment for graphitization is finally performed in a powder state. However, to obtain graphite powder with high bulk density and high breaking strength, heat treatment is performed after molding the raw material,
It is preferable to pulverize and classify the obtained graphitized molded body.

【0033】例えば、黒鉛化成型体を作製する場合に
は、フィラーとなるコークスと、成型剤あるいは焼結剤
となるバインダーピッチとを混合して成型したのち、こ
の成型体を1000℃以下の低温で熱処理する焼成工程
と、焼成体に溶融させたバインダーピッチを含浸させる
ピッチ含浸工程とを数回繰り返してから、高温で熱処理
する。含浸させたバインダーピッチは、以上の熱処理過
程で炭化し、黒鉛化される。ちなみに、この場合には、
フィラー(コークス)とバインダーピッチとを原料にし
ているので多結晶体として黒鉛化し、また原料に含まれ
る硫黄や窒素が熱処理時にガスとなって発生することか
ら、その通り路に微小な空孔が形成される。よって、こ
の空孔により、リチウムの吸蔵・離脱反応が進行し易し
くなると共に、工業的に処理効率が高いという利点もあ
る。なお、成型体の原料としては、それ自身に成型性、
焼結性を有するフィラーを用いてもよい。この場合に
は、バインダーピッチの使用は不要である。
For example, in the case of producing a graphitized molded body, coke as a filler and binder pitch as a molding agent or a sintering agent are mixed and molded. And the pitch impregnating step of impregnating the sintered body with the melted binder pitch is repeated several times, followed by heat treatment at a high temperature. The impregnated binder pitch is carbonized and graphitized in the above heat treatment process. By the way, in this case,
Since filler (coke) and binder pitch are used as raw materials, it is graphitized as a polycrystal, and since sulfur and nitrogen contained in the raw materials are generated as a gas during heat treatment, minute holes are formed in the passage. It is formed. Accordingly, the vacancies facilitate the progress of the insertion and extraction reaction of lithium, and also have the advantage of high industrial processing efficiency. In addition, as a raw material of the molded body, the moldability itself,
A filler having sinterability may be used. In this case, it is not necessary to use a binder pitch.

【0034】難黒鉛化性炭素としては、(002)面の
面間隔が0.37nm以上、真密度が1.70g/cm
3 未満であると共に、空気中での示差熱分析(differen
tialthermal analysis ;DTA)において700℃以
上に発熱ピークを示さないものが好ましい。
The non-graphitizable carbon has a (002) plane spacing of 0.37 nm or more and a true density of 1.70 g / cm.
With less than 3, differential thermal analysis in air (Differen
Those which do not show an exothermic peak above 700 ° C. in tial thermal analysis (DTA) are preferred.

【0035】このような難黒鉛化性炭素は、例えば、有
機材料を1200℃程度で熱処理し、粉砕・分級するこ
とにより得られる。熱処理は、例えば、必要に応じて3
00℃〜700℃で炭化した(固相炭素化過程)のち、
毎分1℃〜100℃の速度で900℃〜1300℃まで
昇温し、この温度を0〜30時間程度保持することによ
り行う。粉砕は、炭化の前後、あるいは昇温過程の間で
行ってもよい。
Such non-graphitizable carbon can be obtained, for example, by subjecting an organic material to a heat treatment at about 1200 ° C., followed by pulverization and classification. The heat treatment is, for example, 3
After carbonization at 00 ° C to 700 ° C (solid carbonization process),
The temperature is raised from 900 ° C. to 1300 ° C. at a rate of 1 ° C. to 100 ° C. per minute, and the temperature is maintained for about 0 to 30 hours. The pulverization may be performed before or after carbonization, or during the heating process.

【0036】出発原料となる有機材料としては、例え
ば、フルフリルアルコールあるいはフルフラールの重合
体,共重合体、またはこれらの高分子と他の樹脂との共
重合体であるフラン樹脂を用いることができる。また、
フェノール樹脂,アクリル樹脂,ハロゲン化ビニル樹
脂,ポリイミド樹脂,ポリアミドイミド樹脂,ポリアミ
ド樹脂,ポリアセチレンあるいはポリパラフェニレンな
どの共役系樹脂、セルロースあるいはその誘導体、コー
ヒー豆類、竹類、キトサンを含む甲殻類、バクテリアを
利用したバイオセルロース類を用いることもできる。更
に、水素原子(H)と炭素原子(C)との原子数比H/
Cが例えば0.6〜0.8である石油ピッチに酸素
(O)を含む官能基を導入(いわゆる酸素架橋)させた
化合物を用いることもできる。
As a starting material, for example, furfuryl alcohol or furfural polymer or copolymer, or furan resin which is a copolymer of these polymers and other resins can be used. . Also,
Phenol resin, acrylic resin, vinyl halide resin, polyimide resin, polyamide imide resin, polyamide resin, conjugated resin such as polyacetylene or polyparaphenylene, cellulose or derivatives thereof, coffee beans, bamboo, shellfish including chitosan, bacteria Biocelluloses utilizing the same can also be used. Furthermore, the atomic ratio H / of hydrogen atoms (H) and carbon atoms (C)
A compound in which a functional group containing oxygen (O) is introduced (so-called oxygen cross-linking) into petroleum pitch in which C is, for example, 0.6 to 0.8 can also be used.

【0037】この化合物における酸素の含有率は3%以
上であることが好ましく、5%以上であればより好まし
い(特開平3−252053号公報参照)。酸素の含有
率は炭素材料の結晶構造に影響を与え、これ以上の含有
率において難黒鉛化性炭素の物性を高めることができ、
負極22の容量を向上させることができるからである。
ちなみに、石油ピッチは、例えば、コールタール,エチ
レンボトム油あるいは原油などを高温で熱分解すること
により得られるタール類、またはアスファルトなどを、
蒸留(真空蒸留,常圧蒸留あるいはスチーム蒸留),熱
重縮合,抽出あるいは化学重縮合することにより得られ
る。また、酸化架橋形成方法としては、例えば、硝酸,
硫酸,次亜塩素酸あるいはこれらの混酸などの水溶液と
石油ピッチとを反応させる湿式法、空気あるいは酸素な
どの酸化性ガスと石油ピッチとを反応させる乾式法、ま
たは硫黄,硝酸アンモニウム,過硫酸アンモニア,塩化
第二鉄などの固体試薬と石油ピッチとを反応させる方法
を用いることができる。
The oxygen content of this compound is preferably at least 3%, more preferably at least 5% (see JP-A-3-25253). The oxygen content affects the crystal structure of the carbon material, and at a higher content, the physical properties of the non-graphitizable carbon can be increased.
This is because the capacity of the negative electrode 22 can be improved.
Incidentally, petroleum pitch is, for example, coal tar, tar bottoms obtained by pyrolyzing ethylene bottom oil or crude oil at high temperature, or asphalt,
It is obtained by distillation (vacuum distillation, normal pressure distillation or steam distillation), thermal polycondensation, extraction or chemical polycondensation. Examples of the oxidative crosslinking method include nitric acid,
A wet method in which an aqueous solution of sulfuric acid, hypochlorous acid, or a mixed acid thereof is reacted with petroleum pitch, a dry method in which an oxidizing gas such as air or oxygen is reacted with petroleum pitch, or sulfur, ammonium nitrate, ammonium persulfate, A method of reacting a solid reagent such as ferric chloride with petroleum pitch can be used.

【0038】なお、出発原料となる有機材料はこれらに
限定されず、酸素架橋処理などにより固相炭化過程を経
て難黒鉛化性炭素となり得る有機材料であれば、他の有
機材料でもよい。
The organic material used as a starting material is not limited to these, and any other organic material may be used as long as it is an organic material that can be made non-graphitizable carbon through a solid phase carbonization process by oxygen crosslinking treatment or the like.

【0039】難黒鉛化性炭素としては、上述した有機材
料を出発原料として製造されるものの他、特開平3−1
37010号公報に記載されているリン(P)と酸素と
炭素とを主成分とする化合物も、上述した物性パラメー
タを示すので好ましい。
As the non-graphitizable carbon, those produced using the above-mentioned organic materials as starting materials, and those described in
A compound containing phosphorus (P), oxygen and carbon as main components described in 37010 is also preferable because it shows the above-mentioned physical property parameters.

【0040】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な負極材料としては、また、リチウムと合金あるいは化
合物を形成可能な金属あるいは半導体、またはこれらの
合金あるいは化合物が挙げられる。これらは高いエネル
ギー密度を得ることができるので好ましく、特に、炭素
材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得
ることができると共に、優れたサイクル特性を得ること
ができるのでより好ましい。
Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a metal or semiconductor capable of forming an alloy or compound with lithium, or an alloy or compound thereof. These are preferable because a high energy density can be obtained, and it is more preferable to use them together with a carbon material because a high energy density can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.

【0041】このような金属あるいは半導体としては、
例えば、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(A
l)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Z
n)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウ
ム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀
(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)
およびイットリウム(Y)が挙げられる。これらの合金
あるいは化合物としては、例えば、化学式Mas Mbt
Liu 、あるいは化学式Map Mcq Mdr で表される
ものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチ
ウムと合金あるいは化合物を形成可能な金属元素および
半導体元素のうちの少なくとも1種を表し、Mbはリチ
ウムおよびMa以外の金属元素および半導体元素のうち
少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも
1種を表し、MdはMa以外の金属元素および半導体元
素のうち少なくとも1種を表す。また、s、t、u、
p、qおよびrの値はそれぞれs>0、t≧0、u≧
0、p>0、q>0、r≧0である。
As such a metal or semiconductor,
For example, tin (Sn), lead (Pb), aluminum (A
l), indium (In), silicon (Si), zinc (Z
n), antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr)
And yttrium (Y). These alloys or compounds, e.g., chemical formula Ma s Mb t
Li u, or include those represented by the chemical formula Ma p Mc q Md r. In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a semiconductor element capable of forming an alloy or a compound with lithium; Mb represents at least one of a metal element and a semiconductor element other than lithium and Ma; Represents at least one kind of non-metallic element, and Md represents at least one kind of metallic element and semiconductor element other than Ma. Also, s, t, u,
The values of p, q and r are s> 0, t ≧ 0, u ≧
0, p> 0, q> 0, r ≧ 0.

【0042】中でも、4B族の金属元素あるいは半導体
元素、またはそれらの合金あるいは化合物が好ましく、
特に好ましいのはケイ素あるいはスズ、またはそれらの
合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでも
アモルファスのものでもよい。
Among them, a metal element or a semiconductor element of group 4B, or an alloy or compound thereof is preferable.
Particularly preferred are silicon or tin, or alloys or compounds thereof. These may be crystalline or amorphous.

【0043】このような合金あるいは化合物について具
体的に例を挙げれば、LiAl、AlSb、CuMgS
b、SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Mg2 Sn、N
2Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、Ni
Si2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeS
2 、MnSi2 、NbSi2 、TaSi2 、VS
2 、WSi2 、ZnSi2 、SiC、Si3 4 、S
2 2 O、SiOv (0<v≦2)、SnOw (0<
w≦2)、SnSiO3 、LiSiOあるいはLiSn
Oなどがある。
For such an alloy or compound,
To give an example, LiAl, AlSb, CuMgS
b, SiBFour, SiB6, MgTwoSi, MgTwoSn, N
iTwoSi, TiSiTwo, MoSiTwo, CoSiTwo, Ni
SiTwo, CaSiTwo, CrSiTwo, CuFiveSi, FeS
iTwo, MnSiTwo, NbSiTwo, TaSiTwo, VS
i Two, WSiTwo, ZnSiTwo, SiC, SiThreeNFour, S
iTwoNTwoO, SiOv(0 <v ≦ 2), SnOw(0 <
w ≦ 2), SnSiOThree, LiSiO or LiSn
O and the like.

【0044】リチウムを吸蔵および離脱することが可能
な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高
分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、酸化
鉄,酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどの酸化
物や、あるいはLiN3 などが挙げられ、高分子材料と
してはポリアセチレン,ポリアニリンあるいはポリピロ
ールなどが挙げられる。
The negative electrode material capable of inserting and extracting lithium further includes other metal compounds or polymer materials. Examples of other metal compounds include oxides such as iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide, and LiN 3. Examples of polymer materials include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.

【0045】また、この二次電池では、充電の過程にお
いて、開回路電圧(すなわち電池電圧)が過充電電圧よ
りも低い時点で負極22にリチウム金属が析出し始める
ようになっている。つまり、開回路電圧が過充電電圧よ
りも低い状態において負極22にリチウム金属が析出し
ており、負極22の容量は、リチウムの吸蔵・離脱によ
る容量成分と、リチウム金属の析出・溶解による容量成
分との和で表される。従って、この二次電池では、リチ
ウムを吸蔵・離脱可能な負極材料とリチウム金属との両
方が負極活物質として機能し、リチウムを吸蔵・離脱可
能な負極材料はリチウム金属が析出する際の基材となっ
ている。
In this secondary battery, lithium metal starts to precipitate on the negative electrode 22 when the open circuit voltage (that is, the battery voltage) is lower than the overcharge voltage in the charging process. That is, when the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, lithium metal is deposited on the negative electrode 22, and the capacity of the negative electrode 22 is based on the capacity component due to insertion and extraction of lithium and the capacity component due to deposition and dissolution of lithium metal. And the sum of Therefore, in this secondary battery, both the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium and the lithium metal function as the negative electrode active material, and the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is the base material when the lithium metal is deposited. It has become.

【0046】なお、過充電電圧というのは、電池が過充
電状態になった時の開回路電圧を指し、例えば、日本蓄
電池工業会(電池工業会)の定めた指針の一つである
「リチウム二次電池安全性評価基準ガイドライン」(S
BA G1101)に記載され定義される「完全充電」
された電池の開回路電圧よりも高い電圧を指す。また換
言すれば、各電池の公称容量を求める際に用いた充電方
法、標準充電方法、もしくは推奨充電方法を用いて充電
した後の開回路電圧よりも高い電圧を指す。具体的に
は、この二次電池では、例えば開回路電圧が4.2Vの
時に完全充電となり、開回路電圧が0V以上4.2V以
下の範囲内の一部においてリチウムを吸蔵・離脱可能な
負極材料の表面にリチウム金属が析出している。
The overcharge voltage refers to an open circuit voltage when the battery is overcharged. For example, one of the guidelines set by the Japan Storage Battery Association (Battery Manufacturers Association) is “lithium”. Guideline for Secondary Battery Safety Evaluation Standards ”(S
"Full charge" as defined and defined in BA G1101)
Refers to a voltage higher than the open circuit voltage of the battery. In other words, it refers to a voltage higher than the open circuit voltage after charging using the charging method, the standard charging method, or the recommended charging method used to determine the nominal capacity of each battery. Specifically, in this secondary battery, for example, the battery is fully charged when the open circuit voltage is 4.2 V, and the negative electrode capable of inserting and extracting lithium in a part of the open circuit voltage in the range of 0 V or more and 4.2 V or less. Lithium metal is deposited on the surface of the material.

【0047】これにより、この二次電池では、高いエネ
ルギー密度を得ることができると共に、サイクル特性、
急速充電特性および安全性を向上させることができるよ
うになっている。これは、負極22にリチウム金属を析
出させるという点では負極にリチウム金属あるいはリチ
ウム合金を用いた従来のリチウム二次電池と同様である
が、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料にリチウム金
属を析出させるようにしたことにより、次のような利点
が生じるためであると考えられる。
Thus, in this secondary battery, a high energy density can be obtained, and the cycle characteristics and
Fast charging characteristics and safety can be improved. This is similar to a conventional lithium secondary battery using lithium metal or a lithium alloy for the negative electrode in that lithium metal is deposited on the negative electrode 22, but lithium metal is deposited on a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. This is considered to be because the following advantages are brought about by performing the operation.

【0048】第1に、従来のリチウム二次電池ではリチ
ウム金属を均一に析出させることが難しく、それがサイ
クル特性を劣化させ、安全性を低下させる原因となって
いたが、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料は一般的
に表面積が大きいので、この二次電池ではリチウム金属
を均一に析出させることができることである。第2に、
従来のリチウム二次電池ではリチウム金属の析出・溶出
に伴う体積変化が大きく、それもサイクル特性を劣化さ
せる原因となっていたが、この二次電池ではリチウムを
吸蔵・離脱可能な負極材料の粒子間の隙間にもリチウム
金属が析出するので体積変化が少ないことである。第3
に、従来のリチウム二次電池ではリチウム金属の析出・
溶解量が多ければ多いほど上記の問題も大きくなるが、
この二次電池ではリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料
によるリチウムの吸蔵・離脱も充放電容量に寄与するの
で、電池容量が大きいわりにはリチウム金属の析出・溶
解量が小さいことである。第4に、従来のリチウム二次
電池では急速充電を行うとリチウム金属がより不均一に
析出してしまうのでサイクル特性が更に劣化してしまう
が、この二次電池では充電初期においてはリチウムを吸
蔵・離脱可能な負極材料にリチウムが吸蔵されるので急
速充電が可能となることである。第5に、この二次電池
では、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料をヒートシ
ンクとしても機能させることができることである。
First, in the conventional lithium secondary battery, it is difficult to deposit lithium metal uniformly, which deteriorates cycle characteristics and lowers safety. Since possible anode materials generally have a large surface area, this secondary battery is capable of uniformly depositing lithium metal. Second,
In the conventional lithium secondary battery, the volume change accompanying the precipitation and elution of lithium metal was large, which also deteriorated the cycle characteristics.However, in this secondary battery, particles of the anode material capable of inserting and extracting lithium are used. Since the lithium metal precipitates also in the gaps between them, the volume change is small. Third
In the conventional lithium secondary battery,
The greater the amount of dissolution, the greater the above problem, but
In this secondary battery, the insertion and extraction of lithium by the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium also contributes to the charge / discharge capacity. Therefore, the amount of lithium metal deposited and dissolved is small in spite of the large battery capacity. Fourth, in a conventional lithium secondary battery, when rapid charging is performed, lithium metal precipitates more unevenly, so that cycle characteristics are further deteriorated. However, in this secondary battery, lithium is occluded in the initial stage of charging. -Fast charging is possible because lithium is occluded in the detachable negative electrode material. Fifth, in this secondary battery, a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium can also function as a heat sink.

【0049】これらの利点をより効果的に得るために
は、例えば、開回路電圧が過充電電圧になる前の最大電
圧時において負極22に析出するリチウム金属の最大析
出容量は、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の充電
容量能力の0.05倍以上3.0倍以下であることが好
ましい。リチウム金属の析出量が多過ぎると従来のリチ
ウム二次電池と同様の問題が生じてしまい、少な過ぎる
と充放電容量を十分に大きくすることができないからで
ある。また、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極
材料の放電容量能力は、150mAh/g以上であるこ
とが好ましい。リチウムの吸蔵・離脱能力が大きいほど
リチウム金属の析出量は相対的に少なくなるからであ
る。なお、負極材料の充電容量能力は、例えば、リチウ
ム金属を対極として、この負極材料を負極活物質とした
負極について0Vまで定電流・定電圧法で充電した時の
電気量から求められる。負極材料の放電容量能力は、例
えば、これに引き続き、定電流法で10時間以上かけて
2.5Vまで放電した時の電気量から求められる。
In order to obtain these advantages more effectively, for example, the maximum deposition capacity of lithium metal deposited on the negative electrode 22 at the maximum voltage before the open circuit voltage becomes the overcharge voltage is determined as follows. It is preferable that the charge capacity is 0.05 times or more and 3.0 times or less of the charge capacity of the detachable negative electrode material. If the amount of lithium metal deposited is too large, a problem similar to that of a conventional lithium secondary battery occurs, and if the amount is too small, the charge / discharge capacity cannot be sufficiently increased. Also, for example, the discharge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably 150 mAh / g or more. This is because the greater the ability to insert and extract lithium, the smaller the amount of lithium metal deposited. The charge capacity of the negative electrode material is obtained, for example, from the amount of electricity when a negative electrode using lithium metal as a counter electrode and using the negative electrode material as a negative electrode active material is charged to 0 V by a constant current / constant voltage method. The discharge capacity capacity of the negative electrode material is obtained, for example, from the quantity of electricity when the battery is discharged to 2.5 V over 10 hours or more by the constant current method.

【0050】セパレータ23は、例えば、ポリテトラフ
ルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレン
などの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多
孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質
膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオ
レフィン製の多孔質膜はショート防止効果に優れ、かつ
シャットダウン効果による電池の安全性向上を図ること
ができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、100
℃以上160℃以下の範囲内においてシャットダウン効
果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れて
いるので、セパレータ23を構成する材料として好まし
い。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安
定性を備えた樹脂であればポリエチレンあるいはポリプ
ロピレンと共重合させたり、またはブレンド化すること
で用いることができる。
The separator 23 is composed of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene or polyethylene, or a porous film made of ceramic. The structure may be modified. Above all, a polyolefin porous film is preferable because it has an excellent short-circuit prevention effect and can improve battery safety by a shutdown effect. In particular, polyethylene is 100
Since the shutdown effect can be obtained in the range of not less than 160 ° C. and the electrochemical stability is excellent, it is preferable as the material forming the separator 23. In addition, polypropylene is also preferable, and any other resin having chemical stability can be used by copolymerizing or blending with polyethylene or polypropylene.

【0051】このポリオレフィン製の多孔質膜は、例え
ば、溶融状態のポリオレフィン組成物に溶融状態で液状
の低揮発性溶媒を混練し、均一なポリオレフィン組成物
の高濃度溶液としたのち、これをダイスにより成型し、
冷却してゲル状シートとし、延伸することにより得られ
る。
The porous film made of polyolefin is prepared, for example, by kneading a liquid polyolefin composition in a molten state with a low-volatility solvent in a liquid state in a molten state to form a uniform high-concentration solution of the polyolefin composition. Molded by
It is obtained by cooling into a gel-like sheet and stretching.

【0052】低揮発性溶媒としては、例えば、ノナン,
デカン,デカリン,p−キシレン,ウンデカンあるいは
流動パラフィンなどの低揮発性脂肪族または環式の炭化
水素を用いることができる。ポリオレフィン組成物と低
揮発性溶媒との配合割合は、両者の合計を100質量%
として、ポリオレフィン組成物が10質量%以上80質
量%以下、更には15質量%以上70質量%以下である
ことが好ましい。ポリオレフィン組成物が少なすぎる
と、成型時にダイス出口で膨潤あるいはネックインが大
きくなり、シート成形が困難となるからである。一方、
ポリオレフィン組成物が多すぎると、均一な溶液を調製
することが難しいからである。
As the low volatile solvent, for example, nonane,
Low volatile aliphatic or cyclic hydrocarbons such as decane, decalin, p-xylene, undecane or liquid paraffin can be used. The mixing ratio of the polyolefin composition and the low-volatile solvent is 100% by mass of the total of both.
The content of the polyolefin composition is preferably from 10% by mass to 80% by mass, and more preferably from 15% by mass to 70% by mass. If the amount of the polyolefin composition is too small, swelling or neck-in becomes large at the die exit during molding, and sheet molding becomes difficult. on the other hand,
If the amount of the polyolefin composition is too large, it is difficult to prepare a uniform solution.

【0053】ポリオレフィン組成物の高濃度溶液をダイ
スにより成型する際には、シートダイスの場合、ギャッ
プは例えば0.1mm以上5mm以下とすることが好ま
しい。また、押し出し温度は140℃以上250℃以
下、押し出し速度は2cm/分以上30cm/分以下と
することが好ましい。
When a high-concentration solution of the polyolefin composition is molded with a die, in the case of a sheet die, the gap is preferably, for example, 0.1 mm or more and 5 mm or less. Further, the extrusion temperature is preferably from 140 ° C. to 250 ° C., and the extrusion speed is preferably from 2 cm / min to 30 cm / min.

【0054】冷却は、少なくともゲル化温度以下まで行
う。冷却方法としては、冷風,冷却水,その他の冷却媒
体に直接接触させる方法、または冷媒で冷却したロール
に接触させる方法などを用いることができる。なお、ダ
イスから押し出したポリオレフィン組成物の高濃度溶液
は、冷却前あるいは冷却中に1以上10以下、好ましく
は1以上5以下の引取比で引き取ってもよい。引取比が
大きすぎると、ネックインが大きくなり、また延伸する
際に破断も起こしやすくなり、好ましくないからであ
る。
The cooling is performed to at least the gelling temperature or lower. As a cooling method, a method of directly contacting with cold air, cooling water, or another cooling medium, a method of contacting with a roll cooled by a refrigerant, or the like can be used. The high-concentration solution of the polyolefin composition extruded from the die may be taken at a take-up ratio of 1 to 10 and preferably 1 to 5 before or during cooling. If the take-up ratio is too large, neck-in becomes large, and breakage tends to occur during stretching, which is not preferable.

【0055】ゲル状シートの延伸は、例えば、このゲル
状シートを加熱し、テンター法、ロール法、圧延法ある
いはこれらを組み合わせた方法により、二軸延伸で行う
ことが好ましい。その際、縦横同時延伸でも、逐次延伸
のいずれでもよいが、特に、同時二次延伸が好ましい。
延伸温度は、ポリオレフィン組成物の融点に10℃を加
えた温度以下、更には結晶分散温度以上融点未満とする
ことが好ましい。延伸温度が高すぎると、樹脂の溶融に
より延伸による効果的な分子鎖配向ができず好ましくな
いからであり、延伸温度が低すぎると、樹脂の軟化が不
十分となり、延伸の際に破膜しやすく、高倍率の延伸が
できないからである。
The stretching of the gel-like sheet is preferably performed by biaxial stretching, for example, by heating the gel-like sheet and using a tenter method, a roll method, a rolling method or a combination thereof. At that time, either vertical or horizontal simultaneous stretching or sequential stretching may be used, but simultaneous secondary stretching is particularly preferable.
The stretching temperature is preferably equal to or lower than the temperature obtained by adding 10 ° C. to the melting point of the polyolefin composition, and more preferably equal to or higher than the crystal dispersion temperature and lower than the melting point. If the stretching temperature is too high, an effective molecular chain orientation due to stretching cannot be performed due to melting of the resin, which is not preferable.If the stretching temperature is too low, the softening of the resin becomes insufficient and the film breaks during stretching. This is because it is easy to perform stretching at a high magnification.

【0056】なお、ゲル状シートを延伸したのち、延伸
した膜を揮発溶剤で洗浄し、残留する低揮発性溶媒を除
去することが好ましい。洗浄したのちは、延伸した膜を
加熱あるいは送風により乾燥させ、洗浄溶媒を揮発させ
る。洗浄溶剤としては、例えば、ペンタン,ヘキサン,
ヘブタンなどの炭化水素、塩化メチレン,四塩化炭素な
どの塩素系炭化水素、三フッ化エタンなどのフッ化炭
素、またはジエチルエーテル,ジオキサンなどのエーテ
ル類のように易揮発性のものを用いる。洗浄溶剤は用い
た低揮発性溶媒に応じて選択され、単独あるいは混合し
て用いられる。洗浄は、揮発性溶剤に浸漬して抽出する
方法、揮発性溶剤を振り掛ける方法、あるいはこれらを
組み合わせた方法により行うことができる。この洗浄
は、延伸した膜中の残留低揮発性溶媒がポリオレフィン
組成物100質量部に対して1質量部未満となるまで行
う。
After stretching the gel-like sheet, it is preferable to wash the stretched film with a volatile solvent to remove the remaining low-volatile solvent. After washing, the stretched film is dried by heating or blowing, and the washing solvent is volatilized. As the cleaning solvent, for example, pentane, hexane,
A volatile substance such as a hydrocarbon such as hebutane, a chlorinated hydrocarbon such as methylene chloride or carbon tetrachloride, a fluorocarbon such as ethane trifluoride, or an ether such as diethyl ether or dioxane is used. The washing solvent is selected according to the low-volatile solvent used, and used alone or in combination. The washing can be performed by a method of immersing in a volatile solvent for extraction, a method of sprinkling with a volatile solvent, or a method of combining these. This washing is performed until the residual low-volatile solvent in the stretched film becomes less than 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the polyolefin composition.

【0057】セパレータ23には、液状の電解質である
電解液が含浸されている。この電解液は、液状の溶媒、
例えば有機溶剤などの非水溶媒と、この非水溶媒に溶解
された電解質塩であるリチウム塩とを含んでいる。液状
の非水溶媒というのは、例えば、1種以上の非水化合物
よりなり、25℃における固有粘度が10.0mPa・
s以下のものを言う。なお、電解質塩を溶解した状態で
の固有粘土が10.0mPa・s以下のものでもよく、
複数種の非水化合物を混合して溶媒を構成する場合に
は、混合した状態での固有粘土が10.0mPa・s以
下であればよい。。このような非水溶媒としては、例え
ば、環状炭酸エステルあるいは鎖状炭酸エステルにより
代表される化合物の1種または2種以上を混合したもの
が好ましい。
The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution which is a liquid electrolyte. The electrolyte is a liquid solvent,
For example, it contains a non-aqueous solvent such as an organic solvent and a lithium salt which is an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent. The liquid non-aqueous solvent is, for example, composed of one or more non-aqueous compounds and has an intrinsic viscosity at 25 ° C. of 10.0 mPa ·
say s In addition, the intrinsic clay in a state in which the electrolyte salt is dissolved may be 10.0 mPa · s or less,
When a plurality of non-aqueous compounds are mixed to form a solvent, the intrinsic clay in the mixed state may be 10.0 mPa · s or less. . As such a non-aqueous solvent, for example, a mixture of one or more compounds represented by a cyclic carbonate or a chain carbonate is preferable.

【0058】具体的には、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレン
カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクト
ン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、
2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラ
ン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、
プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカ
ーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカー
ボネート、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポ
ニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロ
ピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−
メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、
N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、
ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、
燐酸トリメチルおよびこれらの化合物の水酸基の一部ま
たは全部をフッ素基に置換したものなどが挙げられる。
特に、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性
を実現するためには、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカー
ボネート、エチルメチルカーボネートの少なくとも1種
を用いることが好ましい。
Specifically, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran,
2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 4-methyl-1,3-dioxolan, methyl acetate,
Methyl propionate, ethyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropyronitrile, N, N-dimethylformamide, N-
Methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone,
N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane,
Nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide,
Trimethyl phosphate and those obtained by substituting a part or all of the hydroxyl groups of these compounds with a fluorine group are exemplified.
In particular, in order to realize excellent charge / discharge capacity characteristics and charge / discharge cycle characteristics, it is preferable to use at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.

【0059】リチウム塩としては、例えば、LiAsF
6 、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiB
(C6 5 4 、LiCH3 SO3 、LiCF3
3 、LiN(SO2 CF3 2 、LiC(SO2 CF
3 3 、LiAlCl4 、LiSiF6 、LiClおよ
びLiBrなどが挙げられ、これらのうちのいずれか1
種または2種以上が混合して用いられる。リチウム塩の
含有量(濃度)は溶媒に対して3.0mol/kg以下
であることが好ましく、0.5mol/kg以上であれ
ばより好ましい。この範囲内において電解液のイオン伝
導度を高くすることができるからである。
As the lithium salt, for example, LiAsF
6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiB
(C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 S
O 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF
3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, LiBr and the like.
Species or a mixture of two or more species is used. The content (concentration) of the lithium salt with respect to the solvent is preferably 3.0 mol / kg or less, more preferably 0.5 mol / kg or more. This is because the ionic conductivity of the electrolytic solution can be increased within this range.

【0060】なお、電解液に代えて、ホスト高分子化合
物に電解液を保持させたゲル状の電解質を用いてもよ
い。ゲル状の電解質は、イオン伝導度が室温で1mS/
cm以上であるものであればよく、組成およびホスト高
分子化合物の構造に特に限定はない。電解液(すなわち
液状の溶媒および電解質塩)については上述のとおりで
ある。ホスト高分子化合物としては、例えば、ポリアク
リロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニ
リデンとポリヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポ
リテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピ
レン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサ
イド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸
ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチ
ル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブ
タジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレ
ンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に、電気
化学的安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンある
いはポリエチレンオキサイドの構造を持つ高分子化合物
を用いることが望ましい。電解液に対するホスト高分子
化合物の添加量は、両者の相溶性によっても異なるが、
通常、電解液の5質量%〜50質量%に相当するホスト
高分子化合物を添加することが好ましい。
In place of the electrolyte, a gel electrolyte in which the electrolyte is held by a host polymer compound may be used. The gel electrolyte has an ionic conductivity of 1 mS /
cm or more, and there is no particular limitation on the composition and the structure of the host polymer compound. The electrolytic solution (that is, the liquid solvent and the electrolyte salt) is as described above. As the host polymer compound, for example, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, poly Examples include siloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene and polycarbonate. In particular, from the viewpoint of electrochemical stability, it is desirable to use a polymer compound having a structure of polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide. The amount of the host polymer compound added to the electrolyte varies depending on the compatibility of both,
Usually, it is preferable to add a host polymer compound corresponding to 5% by mass to 50% by mass of the electrolytic solution.

【0061】また、リチウム塩の含有量は、電解液と同
様に、溶媒に対して3.0mol/kg以下であること
が好ましく、0.5mol/kg以上であればより好ま
しい。但し、ここで溶媒というのは、液状の溶媒のみを
意味するのではなく、電解質塩を解離させることがで
き、イオン伝導性を有するものを広く含む概念である。
よって、ホスト高分子化合物にイオン伝導性を有するも
のを用いる場合には、そのホスト高分子化合物も溶媒に
含まれる。
The content of the lithium salt is preferably not more than 3.0 mol / kg, more preferably not less than 0.5 mol / kg, based on the solvent, as in the case of the electrolytic solution. However, the term “solvent” used herein is not limited to a liquid solvent alone, but is a concept that broadly includes a solvent capable of dissociating an electrolyte salt and having ion conductivity.
Therefore, when a host polymer having ion conductivity is used, the host polymer is also included in the solvent.

【0062】この二次電池は、例えば、次のようにして
製造することができる。
This secondary battery can be manufactured, for example, as follows.

【0063】まず、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可能
な正極材料と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤
を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン
などの溶剤に分散してペースト状の正極合剤スラリーと
する。この正極合剤スラリーを正極集電体21aに塗布
し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧
縮成型して正極合剤層21bを形成し、正極21を作製
する。
First, for example, a positive electrode material is prepared by mixing a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, a conductive agent, and a binder, and this positive electrode mixture is mixed with N-methyl-2-pyrrolidone or the like. To a paste-like positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21a, the solvent is dried, and then compression-molded by a roll press or the like to form the positive electrode mixture layer 21b, and the positive electrode 21 is manufactured.

【0064】次いで、例えば、リチウムを吸蔵・離脱可
能な負極材料と、結着剤とを混合して負極合剤を調製
し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの
溶剤に分散してペースト状の負極合剤スラリーとする。
この負極合剤スラリーを負極集電体22aに塗布し溶剤
を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型
して負極合剤層22bを形成し、負極22を作製する。
Next, for example, a negative electrode mixture is prepared by mixing a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium and a binder, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. To form a paste-like negative electrode mixture slurry.
The negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22a, the solvent is dried, and then compression-molded by a roll press or the like to form the negative electrode mixture layer 22b, thereby producing the negative electrode 22.

【0065】続いて、正極集電体21aに正極リード2
5を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22
aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。その
のち、正極21と負極22とをセパレータ23を介して
巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶
接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に
溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶
縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正
極21および負極22を電池缶11の内部に収納したの
ち、電解質を電池缶11の内部に注入し、セパレータ2
3に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電
池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガ
スケット16を介してかしめることにより固定する。こ
れにより、図1に示した二次電池が形成される。
Subsequently, the positive electrode lead 2 is connected to the positive electrode current collector 21a.
5 is attached by welding or the like.
The negative electrode lead 26 is attached to “a” by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound via the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13 are housed inside the battery can 11. After housing the positive electrode 21 and the negative electrode 22 inside the battery can 11, an electrolyte is injected into the inside of the battery can 11,
3 impregnated. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the thermal resistance element 16 are fixed to the open end of the battery can 11 by caulking through the gasket 16. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is formed.

【0066】この二次電池は次のように作用する。This secondary battery operates as follows.

【0067】この二次電池では、充電を行うと、正極合
剤層21bからリチウムイオンが離脱し、セパレータ2
3に含浸された電解液を介して、まず、負極合剤層22
bに含まれるリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料に吸
蔵される。更に充電を続けると、開回路電圧が過充電電
圧よりも低い状態において、充電容量がリチウムを吸蔵
・離脱可能な負極材料の充電容量能力を超え、リチウム
を吸蔵・離脱可能な負極材料の表面にリチウム金属が析
出し始める。そののち、充電を終了するまで負極22に
はリチウム金属が析出し続ける。これにより、負極合剤
層22bの外観は、例えばリチウムを吸蔵・離脱可能な
負極材料として炭素材料を用いる場合、黒色から黄金
色、更には白銀色へと変化する。
In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the positive electrode mixture layer 21b, and the separator 2
First, the negative electrode mixture layer 22
The lithium contained in b is stored in a negative electrode material that can be inserted and extracted. When charging is further continued, in the state where the open circuit voltage is lower than the overcharge voltage, the charge capacity exceeds the charge capacity capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, and the surface of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is charged. Lithium metal begins to precipitate. Thereafter, lithium metal continues to be deposited on the negative electrode 22 until charging is completed. As a result, the appearance of the negative electrode mixture layer 22b changes from black to golden, and further to white silver when, for example, a carbon material is used as the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium.

【0068】次いで、放電を行うと、まず、負極22に
析出したリチウム金属がイオンとなって溶出し、セパレ
ータ23に含浸された電解液を介して、正極合剤層21
bに吸蔵される。更に放電を続けると、負極合剤層22
b中のリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料に吸蔵され
たリチウムイオンが離脱し、電解液を介して正極合剤層
21bに吸蔵される。よって、この二次電池では、従来
のいわゆるリチウム二次電池およびリチウムイオン二次
電池の両方の特性、すなわち高いエネルギー密度および
良好な充放電サイクル特性が得られる。
Next, when the discharge is performed, first, the lithium metal deposited on the negative electrode 22 is eluted as ions, and is passed through the electrolyte impregnated in the separator 23.
b. When the discharge is further continued, the negative electrode mixture layer 22
The lithium ions occluded in the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium in b are released and occluded in the positive electrode mixture layer 21b via the electrolytic solution. Therefore, in this secondary battery, the characteristics of both the conventional so-called lithium secondary battery and lithium ion secondary battery, that is, high energy density and good charge / discharge cycle characteristics are obtained.

【0069】特に、本実施の形態では、正極材料とし
て、リチウムと第1の元素とリンとを含む第1の酸化物
を含んでいるので、内部ショートが発生しても過剰な発
熱が防止される。
In particular, in this embodiment, since the positive electrode material contains the first oxide containing lithium, the first element, and phosphorus, excessive heat generation is prevented even if an internal short circuit occurs. You.

【0070】このように、本実施の形態によれば、正極
22に、リチウムと第1の元素とリンとを含む第1の酸
化物を含むようにしたので、内部ショートによる過剰な
発熱を防止することができ、安全性をより向上させるこ
とができる。よって、安全機構を簡素化することができ
る。
As described above, according to the present embodiment, since the positive electrode 22 contains the first oxide containing lithium, the first element, and phosphorus, excessive heat generation due to an internal short circuit is prevented. And safety can be further improved. Therefore, the safety mechanism can be simplified.

【0071】特に、正極22に、第1の酸化物に加え
て、リチウムと第2の元素とを含む第2の酸化物を含む
ようにすれば、安全性を向上させることができると共
に、より高いエネルギー密度を得ることができる。
In particular, if the positive electrode 22 contains a second oxide containing lithium and a second element in addition to the first oxide, the safety can be improved and High energy density can be obtained.

【0072】[0072]

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について図1
および図2を参照して詳細に説明する。
FIG. 1 shows a specific embodiment of the present invention.
This will be described in detail with reference to FIG.

【0073】(実施例1〜6)まず、シュウ酸鉄二水物
(Fe2 CO4 ・2H2 O)とリン酸二水素アンモニウ
ム(NH4 2 PO4 )と炭酸リチウム(Li2
3 )とを、Fe2 CO4・2H2 O:NH4 2 PO
4 :Li2 CO3 =2:2:1(モル比)の割合で十分
に混合し、窒素雰囲気中において300℃で12時間仮
焼きして反応前駆体を得た。そののち、この反応前駆体
を窒素雰囲気中で600℃で24時間焼成して第1の酸
化物としてのリン酸リチウム鉄(LiFePO4 )を合
成した。
Examples 1 to 6 First, iron oxalate dihydrate (Fe 2 CO 4 .2H 2 O), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) and lithium carbonate (Li 2 C)
O 3 ) and Fe 2 CO 4 .2H 2 O: NH 4 H 2 PO
4 : Li 2 CO 3 = 2: 2: 1 (molar ratio), sufficiently mixed, and calcined in a nitrogen atmosphere at 300 ° C. for 12 hours to obtain a reaction precursor. Thereafter, the reaction precursor was calcined at 600 ° C. for 24 hours in a nitrogen atmosphere to synthesize lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) as a first oxide.

【0074】また、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭
酸コバルト(CoCO3 )とを、Li2 CO3 :CoC
3 =0.5:1(モル比)の割合で混合し、空気中に
おいて900℃で5時間焼成して、第2酸化物としての
リチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得
た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物および
上記リン酸リチウム鉄を正極活物質とし、この正極活物
質99質量部と、導電剤であるグラファイト6質量部
と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン3質量部とを混
合して正極合剤を調整した。その際、正極活物質におけ
るリン酸化リチウム鉄の含有量を、実施例1〜6で表1
に示したように変化させた。
Further, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are converted into Li 2 CO 3 : CoC
O 3 was mixed at a ratio of 0.5: 1 (molar ratio) and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a second oxide. Next, the lithium-cobalt composite oxide and the lithium iron phosphate were used as a positive electrode active material, 99 parts by mass of the positive electrode active material, 6 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder To prepare a positive electrode mixture. At that time, the content of lithium iron phosphate in the positive electrode active material was determined in Examples 1 to 6 according to Table 1.
Was changed as shown in FIG.

【0075】[0075]

【表1】 [Table 1]

【0076】続いて、この正極合剤を溶剤であるN−メ
チル−2−ピロリドンに分散して正極合剤スラリーと
し、厚み20μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集
電体21aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプ
レス機で圧縮成型して正極合剤層21bを形成し、厚み
174μmの正極21を作製した。そののち、正極集電
体21aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取
り付けた。
Subsequently, this positive electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a positive electrode mixture slurry, and is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21a made of a 20 μm-thick strip-shaped aluminum foil. The mixture was dried and compression-molded with a roll press to form a positive electrode mixture layer 21b, thereby preparing a positive electrode 21 having a thickness of 174 μm. After that, a positive electrode lead 25 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector 21a.

【0077】また、(002)面の面間隔が0.335
8nmの粒状人造黒鉛粉末を負極材料として用意し、こ
の粒状人造黒鉛粉末90質量部と、結着剤であるポリフ
ッ化ビニリデン10質量部とを混合して負極合剤を調整
した。次いで、この負極合剤を溶媒であるN−メチル−
2−ピロリドンに分散させてスラリー状としたのち、厚
み10μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22aの両面
に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型
して負極合剤層22bを形成し、厚み130μmの負極
22を作製した。続いて、負極集電体22aの一端にニ
ッケル製の負極リード26を取り付けた。
The (002) plane spacing is 0.335.
A granular artificial graphite powder of 8 nm was prepared as a negative electrode material, and 90 parts by mass of the granular artificial graphite powder and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture. Next, this negative electrode mixture was mixed with N-methyl-
After dispersing in 2-pyrrolidone to form a slurry, the mixture is uniformly applied to both sides of a negative electrode current collector 22a made of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil, dried, and compression-molded by a roll press to form a negative electrode mixture layer 22b Was formed to produce a negative electrode 22 having a thickness of 130 μm. Subsequently, a negative electrode lead 26 made of nickel was attached to one end of the negative electrode current collector 22a.

【0078】正極21および負極22をそれぞれ作製し
たのち、厚み25μmの微多孔性ポリエチレン延伸フィ
ルムよりなるセパレータ23を用意し、負極22,セパ
レータ23,正極21,セパレータ23の順に積層して
この積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回電極体20を
作製した。
After producing the positive electrode 21 and the negative electrode 22, respectively, a separator 23 made of a stretched microporous polyethylene film having a thickness of 25 μm is prepared, and the negative electrode 22, the separator 23, the positive electrode 21, and the separator 23 are laminated in this order. Was spirally wound many times to produce a wound electrode body 20.

【0079】巻回電極体20を作製したのち、巻回電極
体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード2
6を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25をを
安全弁機構15に溶接して、巻回電極体20をニッケル
めっきした鉄製の電池缶11の内部に収納した。そのの
ち、電池缶11の内部に電解液を注入した。電解液に
は、エチレンカーボネート35質量%と、ジメチルカー
ボネート50質量%と、エチルメチルカーボネート15
質量%とを混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6
を溶媒に対して1.2mol/kgの含有量で溶解させ
たものを用いた。
After the wound electrode body 20 has been manufactured, the wound electrode body 20 is sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13, and the negative electrode lead 2 is formed.
6 was welded to the battery can 11, the positive electrode lead 25 was welded to the safety valve mechanism 15, and the wound electrode body 20 was housed inside the nickel-plated iron battery can 11. After that, the electrolytic solution was injected into the battery can 11. The electrolytic solution contained 35% by mass of ethylene carbonate, 50% by mass of dimethyl carbonate, and 15% by mass of ethyl methyl carbonate.
And LiPF 6 as an electrolyte salt in a solvent mixed with
Was dissolved in a solvent at a content of 1.2 mol / kg.

【0080】電池缶11の内部に電解液を注入したの
ち、表面にアスファルトを塗布したガスケット16を介
して電池蓋14を電池缶11にかしめることにより、実
施例1〜6について直径14mm、高さ65mmのジェ
リーロール型二次電池を得た。なお、安全弁機構15と
電池蓋14の間には熱感抵抗素子(PTC)16を介さ
なかった。
After injecting the electrolytic solution into the battery can 11, the battery lid 14 was caulked to the battery can 11 via a gasket 16 coated with asphalt on the surface, whereby the diameters of Examples 1 to 6 were 14 mm and the height was 14 mm. A jelly roll type secondary battery having a thickness of 65 mm was obtained. The PTC 16 was not interposed between the safety valve mechanism 15 and the battery cover 14.

【0081】得られた実施例1〜6の二次電池につい
て、充放電試験を行い、電池の定格放電容量を求めた。
その際、充電は、400mAの定電流で電池電圧が4.
2Vに達するまで行ったのち、4.2Vの定電圧で充電
時間の総計が4時間に達するまで行った。充電終了直前
の正極21と負極22との間の電圧は4.2V、電流値
は5mA以下であった。一方、放電は、400mAの定
電流で電池電圧が2.75Vに達するまで行った。ちな
みに、ここに示した条件で充放電を行えば、完全充電状
態および完全放電状態となる。なお、定格放電容量は2
サイクル目の放電容量とした。それらの結果を表1に示
す。
The obtained secondary batteries of Examples 1 to 6 were subjected to a charge / discharge test to determine the rated discharge capacity of the batteries.
At that time, charging was performed at a constant current of 400 mA and a battery voltage of 4.
After the operation was performed until the voltage reached 2 V, the charging was performed at a constant voltage of 4.2 V until the total charging time reached 4 hours. The voltage between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 immediately before the end of charging was 4.2 V, and the current value was 5 mA or less. On the other hand, discharging was performed at a constant current of 400 mA until the battery voltage reached 2.75 V. By the way, when charging and discharging are performed under the conditions shown here, a fully charged state and a completely discharged state are obtained. The rated discharge capacity is 2
The discharge capacity at the cycle was used. Table 1 shows the results.

【0082】また、実施例1〜6の二次電池について、
上述した条件で1サイクル充放電を行ったのち再度完全
充電させたものを解体し、目視および 7Li核磁気共鳴
分光法により、負極合剤層22bにリチウム金属が析出
しているか否かを調べた。更に、上述した条件で2サイ
クル充放電を行い、完全放電させたものを解体し、同様
にして、負極合剤層22bにリチウム金属が析出してい
るか否かを調べた。それらの結果も表1に示す。
Further, regarding the secondary batteries of Examples 1 to 6,
After performing one cycle of charge and discharge under the conditions described above, the battery that was fully charged again was disassembled, visually inspected and By 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, it was examined whether or not lithium metal was deposited on the negative electrode mixture layer 22b. Further, two cycles of charge and discharge were performed under the above-described conditions, and the completely discharged battery was disassembled, and similarly, it was examined whether or not lithium metal had precipitated on the negative electrode mixture layer 22b. The results are also shown in Table 1.

【0083】更に、実施例1〜6の二次電池について、
次のようにして過充電釘刺し試験を行い、内部ショート
による発熱を調べた。まず、上述した条件で完全充電し
たのち、400mAの定電流充電を電池電圧が4.4V
に達するまで行い、更に4.4Vの定電圧充電を充電時
間の総計が4時間に達するまで行って過充電状態とし
た。過充電終了直後の正極21と負極22との間の電圧
は4.4Vであった。そののち、この過充電状態の電池
の中心部を太さ3mmの釘で貫通して内部ショートを発
生させ、その時の電池缶11の温度を測定した。その
際、電池缶11の温度が200℃以下であれば発熱防止
の効果ありと判断し、200℃を超えると発熱防止の効
果なしと判断した。それらの結果も表1に示す。なお、
表1では、発熱防止の効果ありの場合は○で表し、なし
の場合は×で表した。
Further, regarding the secondary batteries of Examples 1 to 6,
An overcharge nail penetration test was performed as follows to examine heat generation due to an internal short circuit. First, after fully charging under the above-described conditions, a constant current charge of 400 mA was performed with a battery voltage of 4.4 V.
, And then constant voltage charging at 4.4 V was performed until the total charging time reached 4 hours, to obtain an overcharged state. The voltage between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 immediately after the end of the overcharge was 4.4V. After that, the center of the overcharged battery was penetrated with a nail having a thickness of 3 mm to cause an internal short circuit, and the temperature of the battery can 11 at that time was measured. At that time, if the temperature of the battery can 11 was 200 ° C. or lower, it was determined that there was an effect of preventing heat generation, and if it exceeded 200 ° C., it was determined that there was no effect of preventing heat generation. The results are also shown in Table 1. In addition,
In Table 1, when there is an effect of preventing heat generation, it is represented by O, and when it is not, it is represented by X.

【0084】本実施例に対する比較例1〜3として、正
極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物のみを用
い、本実施例と同様にして二次電池を作製した。なお、
比較例1では他の条件は本実施例と同一とし、比較例2
では熱感抵抗素子を備えたことを除き他は本実施例と同
一とした。また、比較例3では、熱感抵抗素子を備える
と共に、負極の厚みを180μmとし、負極材料の量を
増やして充電時にリチウム金属が析出しないようにした
ことを除き、他は本実施例と同一とした。比較例1〜3
の二次電池についても、実施例1〜6と同様にして、充
放電試験を行い、電池の定格放電容量および完全充電状
態と完全放電状態とにおけるリチウム金属の析出の有無
を調べると共に、過充電釘刺し試験を行った。得られた
結果を表1に示す。
As Comparative Examples 1 to 3 with respect to this example, secondary batteries were fabricated in the same manner as in this example, using only the lithium-cobalt composite oxide as the positive electrode active material. In addition,
In Comparative Example 1, the other conditions were the same as in the present Example, and Comparative Example 2
In this example, the rest was the same as the present example except that a thermal resistance element was provided. Comparative Example 3 was the same as the present example except that a thermosensitive resistor was provided, the thickness of the negative electrode was set to 180 μm, and the amount of the negative electrode material was increased so that lithium metal was not deposited during charging. And Comparative Examples 1-3
The secondary battery was also subjected to a charge / discharge test in the same manner as in Examples 1 to 6, to check the rated discharge capacity of the battery and the presence / absence of lithium metal deposition in the fully charged state and the completely discharged state, and to determine the overcharge. A nail penetration test was performed. Table 1 shows the obtained results.

【0085】表1に示したように、実施例1〜6および
比較例1,2では、完全充電状態において負極合剤層2
2bに白銀色の析出物が見られ、 7Li核磁気共鳴分光
法によりリチウム金属に帰属するピークが得られた。す
なわち、リチウム金属の析出が認められた。また、完全
充電状態では、 7Li核磁気共鳴分光法により、リチウ
ムイオンに帰属するピークも得られ、負極合剤層22b
において黒鉛の層間にリチウムイオンが吸蔵されている
ことが認められた。一方、完全放電状態では、負極合剤
層22bは黒色で白銀色の析出物は見られず、 7Li核
磁気共鳴分光法によっても、リチウム金属に帰属するピ
ークは見られなかった。また、リチウムイオンに帰属す
るピークはわずかに認められる程度であった。すなわ
ち、負極22の容量は、リチウム金属の析出・溶解によ
る容量成分とリチウムの吸蔵・離脱による容量成分との
和により表されることが確認された。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, in the fully charged state, the negative electrode mixture layer 2
2b, a silvery white precipitate is seen, 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy gave a peak attributed to lithium metal. That is, deposition of lithium metal was observed. In a fully charged state, By 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, a peak attributed to lithium ions was also obtained, and the negative electrode mixture layer 22b
It was confirmed that lithium ions were occluded between graphite layers. On the other hand, in the completely discharged state, the negative electrode mixture layer 22b does not show black and silvery precipitates, 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy did not show any peak attributed to lithium metal. Further, the peak attributed to lithium ions was slightly recognized. That is, it was confirmed that the capacity of the negative electrode 22 was represented by the sum of the capacity component due to precipitation and dissolution of lithium metal and the capacity component due to occlusion and release of lithium.

【0086】これに対して、比較例3では、完全充電状
態において、白銀色の析出物は認められず、黄金色であ
り、 7Li核磁気共鳴分光法によってもリチウム金属に
帰属するピークは見られず、リチウムイオンに帰属する
ピークのみが得られた。一方、完全放電状態では、黒色
であり、 7Li核磁気共鳴分光法によっても、リチウム
金属に帰属するピークは見られず、リチウムイオンに帰
属するピークがわずかに認められた。すなわち、負極の
容量はリチウムの吸蔵・離脱による容量により表され、
比較例3は既存のリチウムイオン二次電池であることが
確認された。
On the other hand, in Comparative Example 3, no silver-white precipitate was observed in the fully charged state, and the deposit was golden. By 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, no peak attributed to lithium metal was observed, and only a peak attributed to lithium ion was obtained. On the other hand, in a completely discharged state, it is black, By 7Li nuclear magnetic resonance spectroscopy, no peak attributed to lithium metal was observed, and a slight peak attributed to lithium ion was observed. In other words, the capacity of the negative electrode is represented by the capacity of inserting and extracting lithium,
Comparative Example 3 was confirmed to be an existing lithium ion secondary battery.

【0087】また、表1から分かるように、リン酸リチ
ウム鉄を混合した実施例1〜6では過充電釘刺し試験に
おいて発熱防止効果が認められたのに対して、リン酸リ
チウム鉄を混合していない比較例1では発熱防止効果が
認められなかった。また、リン酸リチウム鉄を混合しな
くても熱感抵抗素子を備えた比較例2では、発熱防止効
果が認められた。すなわち、正極22にリン酸リチウム
鉄を含むようにすれば、内部ショートによる発熱を有効
に防止することができ、安全機構を簡素化しても、安全
性を確保できることが分かった。
Further, as can be seen from Table 1, in Examples 1 to 6 in which lithium iron phosphate was mixed, the effect of preventing heat generation was observed in the overcharge nail penetration test, whereas lithium iron phosphate was mixed. In Comparative Example 1 where no heat was generated, no heat generation preventing effect was observed. Further, in Comparative Example 2 provided with a thermal resistance element without mixing lithium iron phosphate, an effect of preventing heat generation was observed. That is, it was found that if the positive electrode 22 contains lithium iron phosphate, heat generation due to an internal short circuit can be effectively prevented, and safety can be ensured even if the safety mechanism is simplified.

【0088】なお、この発熱防止効果は、リン酸リチウ
ム鉄の正極活物質における含有量を1質量%とした実施
例1においても認められた。すなわち、リン酸リチウム
鉄の含有量を正極活物質の全質量の1質量%以上とすれ
ば、安全性を確保できることが分かった。
This effect of preventing heat generation was also observed in Example 1 in which the content of lithium iron phosphate in the positive electrode active material was 1% by mass. That is, it was found that safety can be ensured when the content of lithium iron phosphate is 1% by mass or more of the total mass of the positive electrode active material.

【0089】また、定格放電容量は、実施例1〜6のい
ずれも従来のリチウムイオン二次電池である比較例3に
比べて大きな値が得られたが、リン酸リチウム鉄の含有
量を増加させると、低下する傾向が見られた。すなわ
ち、リチウム・コバルト複合酸化物と混合して用いるよ
うにすれば、安全性を向上させることができると共に、
より大きな容量を得られることが分かった。
The rated discharge capacity of each of Examples 1 to 6 was larger than that of Comparative Example 3 which is a conventional lithium ion secondary battery, but the content of lithium iron phosphate was increased. The tendency was to decrease. That is, if it is used by mixing with the lithium-cobalt composite oxide, the safety can be improved,
It has been found that a larger capacity can be obtained.

【0090】(実施例7〜9)第1の酸化物または第2
の酸化物を表2に示したように代えたことを除き、他は
実施例3と同様にして二次電池を作製した。なお、実施
例7では第1の酸化物をLiFe0.5 Mn0.5 PO4
代え、実施例8では第2の酸化物をLiNi0. 8 Co
0.2 2 に代え、実施例9では第2の酸化物をLiMn
2 4 に代えた。実施例7〜9についても、実施例3と
同様にして、充放電試験を行い、電池の定格放電容量お
よび完全充電状態と完全放電状態とにおけるリチウム金
属の析出の有無を調べると共に、過充電釘刺し試験を行
った。得られた結果を実施例3および実施例6の結果と
共に表2に示す。
(Examples 7 to 9) First oxide or second oxide
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 3, except that the oxide was changed as shown in Table 2. Incidentally, LiFe 0.5 the first oxide in Example 7 Mn 0.5 instead of PO 4, LiNi the second oxide Example 8 0. 8 Co
Instead of 0.2 O 2 , in Example 9, the second oxide was LiMn.
It was replaced by 2 O 4 . Also in Examples 7 to 9, a charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 3 to check the rated discharge capacity of the battery and the presence / absence of lithium metal deposition in a fully charged state and a completely discharged state. A stab test was performed. The results obtained are shown in Table 2 together with the results of Example 3 and Example 6.

【0091】[0091]

【表2】 [Table 2]

【0092】表2から分かるように、第1の酸化物を代
えた実施例7においても、実施例3と同様に発熱防止効
果が認められた。また、第2の酸化物を代えた実施例
8,9においても、実施例1〜5と同様に、第2の酸化
物を含まない実施例6に比べて大きな定格放電容量が得
られた。
As can be seen from Table 2, in Example 7 in which the first oxide was replaced, the effect of preventing heat generation was recognized as in Example 3. Also, in Examples 8 and 9 in which the second oxide was replaced, as in Examples 1 to 5, a larger rated discharge capacity was obtained than in Example 6 not including the second oxide.

【0093】すなわち、正極活物質として、リチウムと
第1の元素とリンとを含む第1の酸化物を含有するよう
にすれば、安全性を向上させることができ、更に、リチ
ウムと第2の元素とを含む第2の酸化物を含有するよう
にすれば、より大きな放電容量を得られることが分かっ
た。
That is, if the first oxide containing lithium, the first element, and phosphorus is contained as the positive electrode active material, the safety can be improved. It has been found that a larger discharge capacity can be obtained if the second oxide containing the element is contained.

【0094】なお、上記実施例では、第1の酸化物につ
いていくつかの具体的な例を挙げて説明したが、第1の
酸化物による発熱防止効果はその結晶構造に起因するも
のと考えられるので、他の第1の酸化物を用いても同様
の結果を得ることができる。また、他の第2の酸化物を
用いるようにしても、同様の結果を得ることができる。
In the above embodiment, some specific examples of the first oxide have been described. However, it is considered that the heat generation preventing effect of the first oxide is caused by its crystal structure. Therefore, a similar result can be obtained even if another first oxide is used. Further, similar results can be obtained even if another second oxide is used.

【0095】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例
えば、上記実施の形態および実施例においては、リチウ
ムの吸蔵・離脱反応と、リチウムの析出・溶解反応とを
利用する場合について説明したが、リチウムが析出する
際には合金を形成してもよい。その場合には、電解質中
にリチウムと合金を形成可能な物質が存在し、析出の際
に合金を形成してもよく、また、負極にリチウムと合金
を形成可能な物質が存在し、析出の際に合金を形成して
もよい。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be variously modified. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where the occlusion / desorption reaction of lithium and the precipitation / dissolution reaction of lithium are used has been described. However, when lithium is precipitated, an alloy may be formed. . In that case, a substance capable of forming an alloy with lithium is present in the electrolyte, and an alloy may be formed at the time of deposition. At this time, an alloy may be formed.

【0096】また、上記実施の形態および実施例におい
ては、電極反応種としてリチウムを用いる場合について
説明したが、他の反応種を更に含んでいてもよい。他の
反応種としては、例えば、ナトリウム(Na)あるいは
カリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネ
シウム(Mg)あるいはカルシウム(Ca)などのアル
カリ土類金属、またはアルミニウム(Al)などの他の
軽金属が挙げられる。
Further, in the above embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactive species has been described, but other reactive species may be further included. Other reactive species include, for example, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), alkaline earth metals such as magnesium (Mg) or calcium (Ca), or other alkali metals such as aluminum (Al). Light metal.

【0097】また、上記実施の形態および実施例におい
ては、電解液または固体状の電解質の1種であるゲル状
の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質
を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例え
ば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分
散させた有機固体電解質、イオン伝導性セラミックス,
イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる
無機固体電解質、またはこれらの無機固体電解質と電解
液とを混合したもの、またはこれらの無機固体電解質と
ゲル状の電解質あるいは有機固体電解質とを混合したも
のが挙げられる。
Further, in the above embodiments and examples, the case where the gel electrolyte which is one kind of the electrolyte or the solid electrolyte is used is described, but another electrolyte may be used. Other electrolytes include, for example, an organic solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, an ion conductive ceramic,
Inorganic solid electrolytes made of ion-conductive glass or ionic crystals, or mixtures of these inorganic solid electrolytes and electrolytes, or mixtures of these inorganic solid electrolytes and gel electrolytes or organic solid electrolytes Is mentioned.

【0098】更に、上記実施の形態および実施例におい
ては、巻回構造を有する円筒型の二次電池について説明
したが、本発明は、巻回構造を有する楕円型あるいは多
角形型の二次電池、または正極および負極を折り畳んだ
りあるいは積み重ねた構造を有する二次電池についても
同様に適用することができる。加えて、いわゆるコイン
型,ボタン型あるいはカード型など二次電池についても
適用することができる。また、二次電池に限らず、一次
電池についても適用することができる。
Further, in the above embodiments and examples, a cylindrical secondary battery having a wound structure has been described. However, the present invention relates to an elliptical or polygonal secondary battery having a wound structure. Alternatively, the present invention can be similarly applied to a secondary battery having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or stacked. In addition, the present invention can be applied to a secondary battery such as a coin type, a button type, and a card type. Further, the invention is not limited to the secondary battery, and can be applied to a primary battery.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上説明したように請求項1ないし請求
項14のいずれか1に記載の電池によれば、正極が、リ
チウムと、第1の元素と、リンとを含む第1の酸化物を
含有するようにしたので、内部ショートによる過剰な発
熱を防止することができ、より安全性を向上させること
ができる。よって、安全機構を簡素化することができ
る。
As described above, according to the battery according to any one of the first to fourteenth aspects, the positive electrode comprises the first oxide containing lithium, the first element, and phosphorus. , Excessive heat generation due to an internal short circuit can be prevented, and safety can be further improved. Therefore, the safety mechanism can be simplified.

【0100】また、請求項4ないし請求項8のいずれか
1に記載の電池によれば、正極が、第1の酸化物に加え
て、リチウムと第2の元素とを含む第2の酸化物を含む
ようにしたので、安全性を向上させることができると共
に、より高いエネルギー密度を得ることができる。
According to the battery of any one of claims 4 to 8, the positive electrode comprises the second oxide containing lithium and the second element in addition to the first oxide. , The safety can be improved and a higher energy density can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を
表す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した二次電池における巻回電極体の一
部を拡大して表す断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a wound electrode body in the secondary battery shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、1
5…安全弁機構、15a…ディスク板、16…熱感抵抗
素子、17…ガスケット、20…巻回電極体、21…正
極、21a…正極集電体、21b…正極合剤層、22…
負極、22a…負極集電体、22b…負極合剤層、23
…セパレータ、24…センターピン、25…正極リー
ド、26…負極リード
11 ... battery can, 12, 13 ... insulating plate, 14 ... battery lid, 1
Reference numeral 5: safety valve mechanism, 15a: disk plate, 16: thermal resistance element, 17: gasket, 20: wound electrode body, 21: positive electrode, 21a: positive electrode current collector, 21b: positive electrode mixture layer, 22:
Negative electrode, 22a: negative electrode current collector, 22b: negative electrode mixture layer, 23
... Separator, 24 ... Center pin, 25 ... Positive electrode lead, 26 ... Negative electrode lead

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 百恵 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 柴本 悟郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ12 AK01 AK03 AK18 AL01 AL02 AL06 AL07 AL11 AL16 AL18 AM02 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ02 BJ14 BJ27 DJ02 EJ01 EJ04 EJ12 HJ01 HJ19 5H050 AA08 AA15 BA06 BA07 BA17 BA18 CA08 CA09 CA29 CB01 CB02 CB07 CB08 CB11 CB12 CB13 CB14 CB15 CB20 CB21 CB22 CB29 EA02 EA09 EA24 FA05 HA01 HA19  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Momoe Adachi 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Goro Shibamoto 6-35-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F-term (reference) CB08 CB11 CB12 CB13 CB14 CB15 CB20 CB21 CB22 CB29 EA02 EA09 EA24 FA05 HA01 HA19

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極および負極と共に電解質を備えた電
池であって、 前記負極の容量は、リチウム(Li)の吸蔵および離脱
による容量成分と、リチウムの析出および溶解による容
量成分との和を含み、 前記正極は、正極活物質として、リチウムと、鉄(F
e),マンガン(Mn)およびコバルト(Co)からな
る群のうちの少なくとも1種の第1の元素と、リンとを
含む第1の酸化物を含有することを特徴とする電池。
1. A battery provided with an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the capacity of the negative electrode includes a sum of a capacity component due to insertion and extraction of lithium (Li) and a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium. The positive electrode has lithium and iron (F) as positive electrode active materials.
e) a battery comprising a first oxide containing at least one first element selected from the group consisting of manganese (Mn) and cobalt (Co), and phosphorus.
【請求項2】 前記第1の酸化物は、第1の元素として
鉄を含むことを特徴とする請求項1記載の電池。
2. The battery according to claim 1, wherein the first oxide contains iron as a first element.
【請求項3】 前記第1の酸化物は、第1の元素として
鉄およびマンガンを含むことを特徴とする請求項1記載
の電池。
3. The battery according to claim 1, wherein the first oxide contains iron and manganese as the first elements.
【請求項4】 前記正極は、正極活物質として、更に、
リチウムと、コバルト,ニッケル(Ni)およびマンガ
ンからなる群のうちの少なくとも1種の第2の元素とを
含む第2の酸化物を含有することを特徴とする請求項1
記載の電池。
4. The positive electrode as a positive electrode active material, further comprising:
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second oxide containing lithium and at least one second element selected from the group consisting of cobalt, nickel (Ni) and manganese.
The battery as described.
【請求項5】 前記第2の酸化物は、第2の元素として
コバルトを含むことを特徴とする請求項4記載の電池。
5. The battery according to claim 4, wherein the second oxide contains cobalt as a second element.
【請求項6】 前記第2の酸化物は、第2の元素として
コバルトとニッケルとを含むことを特徴とする請求項4
記載の電池。
6. The second oxide according to claim 4, wherein the second oxide contains cobalt and nickel as the second elements.
The battery as described.
【請求項7】 前記第2の酸化物は、第2の元素として
マンガンを含むことを特徴とする請求項4記載の電池。
7. The battery according to claim 4, wherein the second oxide contains manganese as a second element.
【請求項8】 前記第1の酸化物の含有量は、前記正極
に含まれる正極活物質の全質量に対して、1質量%以上
であることを特徴とする請求項4記載の電池。
8. The battery according to claim 4, wherein the content of the first oxide is 1% by mass or more based on the total mass of the positive electrode active material contained in the positive electrode.
【請求項9】 前記負極はリチウムを吸蔵および離脱す
ることが可能な負極材料を含むことを特徴とする請求項
1記載の電池。
9. The battery according to claim 1, wherein the negative electrode includes a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium.
【請求項10】 前記負極は炭素材料を含むことを特徴
とする請求項9記載の電池。
10. The battery according to claim 9, wherein the negative electrode contains a carbon material.
【請求項11】 前記負極は、黒鉛、易黒鉛化性炭素お
よび難黒鉛化性炭素からなる群のうちの少なくとも1種
を含むことを特徴とする請求項10記載の電池。
11. The battery according to claim 10, wherein the negative electrode includes at least one member selected from the group consisting of graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon.
【請求項12】 前記負極は黒鉛を含むことを特徴とす
る請求項11記載の電池。
12. The battery according to claim 11, wherein the negative electrode contains graphite.
【請求項13】 前記負極は、リチウムと合金または化
合物を形成可能な金属、半導体、これらの合金、および
化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを
特徴とする請求項9記載の電池。
13. The battery according to claim 9, wherein the negative electrode includes at least one selected from the group consisting of metals, semiconductors, alloys, and compounds capable of forming an alloy or a compound with lithium. .
【請求項14】 前記負極は、スズ(Sn),鉛(P
b),アルミニウム(Al),インジウム(In),ケ
イ素(Si),亜鉛(Zn),アンチモン(Sb),ビ
スマス(Bi),カドミウム(Cd),マグネシウム
(Mg),ホウ素(B),ガリウム(Ga),ゲルマニ
ウム(Ge),ヒ素(As),銀(Ag),ハフニウム
(Hf),ジルコニウム(Zr)およびイットリウム
(Y)の単体、合金および化合物からなる群のうちの少
なくとも1種を含むことを特徴とする請求項13記載の
電池。
14. The negative electrode comprises tin (Sn), lead (P)
b), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), antimony (Sb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium ( Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y), and at least one of the group consisting of alloys and compounds. The battery according to claim 13, wherein:
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