JP2002343354A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2002343354A
JP2002343354A JP2001144196A JP2001144196A JP2002343354A JP 2002343354 A JP2002343354 A JP 2002343354A JP 2001144196 A JP2001144196 A JP 2001144196A JP 2001144196 A JP2001144196 A JP 2001144196A JP 2002343354 A JP2002343354 A JP 2002343354A
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Japan
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lithium
composite oxide
manganese
aluminum composite
positive electrode
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JP2001144196A
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Japanese (ja)
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Takao Fukunaga
福永  孝夫
Takahiro Shizuki
隆弘 志築
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery of high energy density, excellent in safety, and excellent in charge/discharge cycle characteristics. SOLUTION: With the nonaqueous electrolyte secondary battery, a mixture of lithium manganese aluminum complex oxide as expressed in Lix Mn3-x-y Aly O4 (where, 1.2>=x>=1.0, 0.1>=y>=0.01) and lithium nickel cobalt aluminum complex oxide as expressed in LiNiz Co1-z-w Alw O2 (where, 1.0>z>=0.5, 0.1>=w>=0.01) is used for a positive electrode.

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、有機電解質二次電
池に関する。
The present invention relates to an organic electrolyte secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】非水電解質二次電池は高エネルギー密度
であるという特徴をもち、携帯電話等の電子機器用電源
や電動車両用電源等に好適である。有機電解質二次電池
の正極活物質としては、リチウムマンガン酸化物(Li
Mn)やリチウムコバルト酸化物(LiCo
)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)等の
リチウム金属酸化物が用いられる。これらの活物質をア
ルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の箔材に保持させ
ることにより正極として用いている。
2. Description of the Related Art A non-aqueous electrolyte secondary battery has a feature of high energy density and is suitable for a power supply for electronic equipment such as a cellular phone, a power supply for an electric vehicle, and the like. As a positive electrode active material of an organic electrolyte secondary battery, lithium manganese oxide (Li
Mn 2 O 4 ) or lithium cobalt oxide (LiCo
O 2 ) and lithium metal oxides such as lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) are used. These active materials are used as a positive electrode by being held by a foil material such as aluminum, titanium, and stainless steel.

【0003】負極としては、リチウムイオンを吸蔵・放
出可能な炭素材料や酸化物や硫化物等が用いられる。そ
して、これら炭素材料を、ステンレス鋼箔材、黄銅、燐
青銅、アルミニウム青銅の箔材、銅箔等に保持させ、負
極として用いている。
As the negative electrode, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, oxides, sulfides and the like are used. These carbon materials are held on a stainless steel foil material, brass, phosphor bronze, aluminum bronze foil material, copper foil, or the like, and used as a negative electrode.

【0004】電解液に使用する溶媒は、リチウム塩を溶
解し得るものであれば制限されないが、特に非プロトン
性で、誘電率が大きい有機溶媒が好ましい。例えば、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、テトラ
ヒドロフラン、ジメチルカーボネート、ジメチルカーボ
ネート、アセトニトリル等である。これらの溶媒を単独
あるいは適宜混合して用いることが可能である。
The solvent used for the electrolyte is not limited as long as it can dissolve the lithium salt, but an aprotic organic solvent having a large dielectric constant is particularly preferable. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, tetrahydrofuran, dimethyl carbonate, dimethyl carbonate, acetonitrile, etc. These solvents can be used alone or in a suitable mixture.

【0005】また、有機溶媒に溶解する電解質として
は、例えば、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、
六フッ化アンチモン酸リチウム、六フッ化リン酸リチウ
ム等の安定なアニオンを生成するリチウム塩が使用され
る。
[0005] Examples of the electrolyte dissolved in the organic solvent include lithium perchlorate, lithium borofluoride, and the like.
Lithium salts that generate stable anions, such as lithium hexafluoroantimonate and lithium hexafluorophosphate, are used.

【0006】さらに、セパレータとしてはポリオレフィ
ン系の微多孔膜が一般に使用される。また、電池ケース
や電池を密封する蓋板は、ステンレス鋼、アルミもしく
はアルミ合金や鉄にニッケルメッキを施したものが用い
られる。
Further, a polyolefin-based microporous membrane is generally used as a separator. As the battery case and the lid plate for sealing the battery, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, or iron plated with nickel is used.

【0007】正極板および負極板は、いずれも薄いシー
ト状または箔状としたものを、セパレータを介して順に
積層または渦巻き状に巻回して、極板群とし、この極板
群を、ステンレス、ニッケルメッキした鉄、アルミニウ
ム等の金属製の、円筒形や角形の電池容器に収納し、電
解液を注液後、蓋板で密封固着して、電池が組み立てら
れる。
Each of the positive electrode plate and the negative electrode plate is formed into a thin sheet or foil shape and sequentially laminated or spirally wound through a separator to form an electrode plate group. The battery is stored in a cylindrical or square battery container made of metal such as nickel-plated iron or aluminum, injected with an electrolytic solution, and hermetically sealed with a lid plate to assemble the battery.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】コンシューマー用の非
水電解質二次電池の正極材料には、これまでリチウム・
コバルト複合酸化物が用いられてきた。リチウム・コバ
ルト複合酸化物はエネルギー密度が高く、高容量の電池
が得られるが、過充電時の熱安定性に劣るため、電気自
動車用等の大容量型の電池に使用した場合には、電池の
安全性を確保することが極めて困難であった。
The positive electrode material of a nonaqueous electrolyte secondary battery for a consumer has been lithium-ion.
Cobalt composite oxides have been used. Lithium-cobalt composite oxides have a high energy density and can provide high-capacity batteries, but have poor thermal stability during overcharging. It was extremely difficult to ensure the safety of

【0009】このような理由から、大容量型電池の正極
活物質として、熱安定性に優れるリチウム・マンガン複
合酸化物が正極活物質として適用されてきた。ところ
が、例えばLiMn2−xで表わされるリチウム・
マンガン複合酸化物は、単位重量当たりの放電容量が小
さいために、電池に適用した際に大きな容量が得られ
ず、さらにサイクル寿命特性に課題があった。特に高温
下においては正極活物質からのマンガンの溶出が起こ
り、負極表面にマンガンからなる不動態膜を形成させ、
負極の充放電特性を著しく低下させるという課題があっ
た。
For these reasons, a lithium-manganese composite oxide having excellent thermal stability has been applied as a positive electrode active material for a large capacity battery. However, for example, lithium, represented by Li x Mn 2-x O 4
Since the manganese composite oxide has a small discharge capacity per unit weight, a large capacity cannot be obtained when applied to a battery, and further, there is a problem in cycle life characteristics. Particularly at high temperatures, manganese elutes from the positive electrode active material, causing a passive film of manganese to form on the negative electrode surface,
There is a problem that the charge / discharge characteristics of the negative electrode are significantly reduced.

【0010】そこで、エネルギー密度が大きく、安全性
に優れ、しかも高温におけるサイクル寿命特性に優れた
非水電解質二次電池に使用するための、新しい正極活物
質が求められていた。
Therefore, a new positive electrode active material for use in a non-aqueous electrolyte secondary battery having high energy density, excellent safety, and excellent cycle life characteristics at high temperatures has been demanded.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、非水
電解質二次電池において、正極がLiMn3−x−
Al(但し、1.2≧x≧1.0、0.1≧y≧
0.01)で表わされるリチウム・マンガン・アルミニ
ウム複合酸化物とLiNiCo1−Z−wAl
(但し、1.0>z≧0.5、0.1≧w≧0.01)
で表わされるリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニ
ウム複合酸化物の混合体を含むことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION claims 1 invention, the non-aqueous electrolyte secondary battery, the positive electrode Li x Mn 3-x- y
Al y O 4 (However, 1.2 ≧ x ≧ 1.0, 0.1 ≧ y ≧
Lithium-manganese-aluminum composite oxide represented by 0.01) and LiNi z Co 1-Z-w Al w O 2
(However, 1.0> z ≧ 0.5, 0.1 ≧ w ≧ 0.01)
Or a mixture of a lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide represented by the formula:

【0012】請求項1の発明によれば、安全性が高く、
しかも高容量の非水電解質二次電池が得られる。
According to the first aspect of the present invention, the security is high,
Moreover, a high capacity non-aqueous electrolyte secondary battery can be obtained.

【0013】請求項2の発明は、上記非水電解質二次電
池において、リチウム・マンガン・アルミニウム複合酸
化物とリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複
合酸化物の合計に対するリチウム・マンガン・アルミニ
ウム複合酸化物の含有量が10〜80重量%であること
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the non-aqueous electrolyte secondary battery, the lithium-manganese-aluminum composite oxide is added to the total of the lithium-manganese-aluminum composite oxide and the lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide. It is characterized in that the content is 10 to 80% by weight.

【0014】請求項2の発明によれば、正極からのマン
ガンの溶出を低減し、高温時における充放電サイクル寿
命特性に優れた非水電解質二次電池が得られる。
According to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery which reduces the elution of manganese from the positive electrode and has excellent charge-discharge cycle life characteristics at high temperatures.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明になる非水電解質二次電池
は、正極がLiMn3−x−yAl(但し、
1.2≧x≧1.0、0.1≧y≧0.01)で表わさ
れるリチウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物とL
iNiCo1−Z−wAl(但し、1.0>z
≧0.5、0.1≧w≧0.01)で表わされるリチウ
ム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物の混
合体を含むことを特徴とする。
The non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a [form embodiment of the present invention includes a positive electrode is Li x Mn 3-x-y Al y O 4 ( where,
1.2 ≧ x ≧ 1.0, 0.1 ≧ y ≧ 0.01) and a lithium-manganese-aluminum composite oxide and L
iNi z Co 1-Z-w Al w O 2 ( where, 1.0> z
.Gtoreq.0.5, 0.1.gtoreq.w.gtoreq.0.01).

【0016】上記リチウム・マンガン・アルミニウム複
合酸化物は、アルミニウムが存在することによりリチウ
ム・マンガン複合酸化物の結晶構造を安定化させ、マン
ガンの溶出を抑制するものである。またこのリチウム・
マンガン・アルミニウム複合酸化物は、リチウム・コバ
ルト複合酸化物と比較すると、エネルギー密度は小さい
が、過充電等の電池の異常時の発熱量が小さいために、
熱安定性に優れている。
The above-mentioned lithium-manganese-aluminum composite oxide stabilizes the crystal structure of the lithium-manganese composite oxide due to the presence of aluminum and suppresses the elution of manganese. In addition, this lithium
The manganese-aluminum composite oxide has a lower energy density than the lithium-cobalt composite oxide, but the calorific value during abnormalities such as overcharging of the battery is small,
Excellent heat stability.

【0017】いっぽう、上記リチウム・ニッケル・コバ
ルト・アルミニウム複合酸化物は、高エネルギー密度で
あり、高容量の電池が得られるものであるが、熱安定性
に劣っている。
On the other hand, the above-mentioned lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide has a high energy density and can provide a high-capacity battery, but is inferior in thermal stability.

【0018】本発明によれば、正極活物質として、エネ
ルギー密度はやや小さいが、熱安定性に優れるリチウム
・マンガン・アルミニウム複合酸化物と、高エネルギー
密度のリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複
合酸化物との混合体を使用することで、電池の異常時に
伴う発熱量が小さく、安全性が高く、しかも高容量化が
達成でき、かつリチウム・マンガン・アルミニウム複合
酸化物の正極活物質中に占める割合を減少させることに
より正極からのマンガンの溶出量を低減し、高温時にお
ける充放電サイクル寿命特性にも優れた電池が得られる
ものである。
According to the present invention, as a positive electrode active material, a lithium-manganese-aluminum composite oxide having a slightly lower energy density but excellent in thermal stability and a lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide having a higher energy density are used. By using a mixture with, the calorific value associated with battery abnormalities is small, high safety, high capacity can be achieved, and the proportion of lithium-manganese-aluminum composite oxide in the positive electrode active material By reducing the amount of manganese, the amount of manganese eluted from the positive electrode is reduced, and a battery having excellent charge-discharge cycle life characteristics at high temperatures can be obtained.

【0019】本発明の非水電解質二次電池の正極に使用
するLiMn3−x−yAl で表わされるリチ
ウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物において、x
≧1.0、0.1≧y≧0.01とした理由はつぎの通
りである。
Used for the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention
LixMn3-xyAlyO 4Lichi represented by
In the manganese-aluminum composite oxide, x
The reason for setting ≧ 1.0 and 0.1 ≧ y ≧ 0.01 is as follows.
It is.

【0020】マンガン酸リチウムを適用した電池の、高
温時のサイクル劣化の原因として、正極のマンガン酸リ
チウムからマンガンイオンが溶出し、このマンガンイオ
ンが負極の充放電性能を低下させると考えられている。
このマンガンの溶出量は、活物質中のLi/Mn比と、
異種元素の置換量で抑制することが可能であることが判
っている。その関係を表1に示す。
It is thought that manganese ions are eluted from lithium manganate of the positive electrode as a cause of cycle deterioration at a high temperature of a battery to which lithium manganate is applied, and this manganese ion lowers the charge / discharge performance of the negative electrode. .
The amount of manganese eluted depends on the Li / Mn ratio in the active material,
It has been found that suppression can be achieved by the substitution amount of a different element. Table 1 shows the relationship.

【0021】x値を大きくしていくと放電容量は減るも
ののマンガン溶出量も低減し、ほぼx=1.2でその効
果は飽和する。またy値もその値を大きくしていくとマ
ンガン溶出量は小さくなり、その効果はy=0.1でほ
ぼ飽和する。従って、xとyの値としては、標記組成が
推奨できる。
As the x value is increased, the discharge capacity is reduced, but the manganese elution amount is also reduced, and the effect is saturated at about x = 1.2. Also, as the y value is increased, the manganese elution amount decreases, and the effect is almost saturated at y = 0.1. Therefore, the indicated composition can be recommended as the value of x and y.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】また、本発明の非水電解質二次電池の正極
に使用するLiNiCo1−Z− Alで表わ
されるリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複
合酸化物において、1.0>z≧0.5および0.1≧
w≧0.01とした理由はつぎの通りである。
[0023] In the non-aqueous LiNi z Co 1-Z- w Al w O 2 lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide represented by the use in the positive electrode electrolyte secondary battery of the present invention, 1.0> z ≧ 0.5 and 0.1 ≧
The reason for setting w ≧ 0.01 is as follows.

【0024】ニッケル酸リチウムと呼ばれるLiNiO
の化学式で表わされる活物質は、放電容量が大きいも
のの、充電状態で活物質を加熱した際に生じる発熱量が
極めて大きく、電池に適用した場合に安全性の面で問題
が生じる。そこで、ニッケルの一部をコバルトで置換す
ると、発熱量が低減化されることが判っている。但し、
放電容量もそれとともに低減するので、最適な混合比を
決める必要がある。その関係を表2に示す。表2より、
放電容量が大きく、且つ発熱量も小さい組成は標記組成
となる。
LiNiO called lithium nickelate
Although the active material represented by the chemical formula 2 has a large discharge capacity, it generates an extremely large amount of heat when the active material is heated in a charged state, which causes a problem in terms of safety when applied to a battery. Therefore, it has been found that when a part of nickel is replaced with cobalt, the calorific value is reduced. However,
Since the discharge capacity also decreases, it is necessary to determine an optimum mixing ratio. Table 2 shows the relationship. From Table 2,
A composition having a large discharge capacity and a small calorific value is the title composition.

【0025】[0025]

【表2】 [Table 2]

【0026】さらに、本発明の非水電解質二次電池の正
極において、リチウム・マンガン。アルミニウム複合酸
化物とリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複
合酸化物の合計に対するリチウム・マンガン・アルミニ
ウム複合酸化物の混合比が10〜80重量%とする理由
はつぎの通りである。
Furthermore, in the positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, lithium manganese is used. The reason why the mixing ratio of the lithium-manganese-aluminum composite oxide to the total of the aluminum composite oxide and the lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide is 10 to 80% by weight is as follows.

【0027】すなわち、リチウム・ニッケル・コバルト
・アルミニウム複合酸化物を混合させることで得られる
高容量化というメリットと、リチウム・マンガン・アル
ミニウム複合酸化物を混合することで得られる安全性の
高さは、両活物質をある程度以上混合させることで得ら
れるため、電池の用途によって、安全性をより確保する
か、エネルギー密度をより高めたいかで混合比率を決定
するのが好ましい。
That is, the merits of high capacity obtained by mixing a lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide and the high safety obtained by mixing a lithium-manganese-aluminum composite oxide are as follows. Since it can be obtained by mixing the two active materials to a certain degree or more, it is preferable to determine the mixing ratio depending on the use of the battery depending on whether to secure more safety or to increase the energy density.

【0028】実施例の項で述べる実験データから、リチ
ウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物の混合比が本
発明の範囲よりも多いと、電池の容量保持率が低下する
し、リチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合
酸化物の混合比が本発明の範囲よりも多いと、電池の安
全性を確保することが困難となる。なお、本発明の電解
液の溶媒としては、エチレンカーボネートやプロピレン
カーボネート等の環状炭酸エステル、ジメチルカーボネ
ートやジエチルカーボネートやメチルエチルカーボネー
ト等の鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、スルホ
ラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジメ
トキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒド
ロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラ
ン、メチルアセテート等の極性溶媒、もしくはこれうす
るリチウム塩としては、LiPF、LiBF、Li
AsF、LiCFCO、LiCFSO、Li
N(SOCF、LiN(SOCFCF
、LiN(COCFおよびLiN(COCF
CFなどの塩もしくはこれらの混合物でもよい。
また、隔離体としては、ポリエチレンやポリプロピレン
等の絶縁性のポリオレフィン微多孔膜や、高分子固体電
解質、高分子固体電解質に電解液を含有させたゲル状電
解質等も使用できる。また、絶縁性の微多孔膜と高分子
固体電解質等を組み合わせて使用してもよい。さらに、
高分子固体電解質として有孔性高分子固体電解質膜を使
用する場合、高分子中に含有させる電解液と、細孔中に
含有させる電解液とが異なっていてもよい。
According to the experimental data described in the section of Examples, when the mixing ratio of the lithium-manganese-aluminum composite oxide is larger than the range of the present invention, the capacity retention of the battery decreases and the lithium-nickel-cobalt. When the mixing ratio of the aluminum composite oxide is larger than the range of the present invention, it is difficult to ensure the safety of the battery. As the solvent of the electrolytic solution of the present invention, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, Examples of polar solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolan, and methyl acetate, or lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4. Li
AsF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiCF 3 SO 3 , Li
N (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 )
2 , LiN (COCF 3 ) 2 and LiN (COCF 2
A salt such as CF 3 ) 2 or a mixture thereof may be used.
Further, as the isolator, an insulating polyolefin microporous membrane such as polyethylene or polypropylene, a polymer solid electrolyte, a gel electrolyte in which an electrolyte is contained in a polymer solid electrolyte, or the like can be used. Further, an insulating microporous film and a solid polymer electrolyte may be used in combination. further,
When a porous solid polymer electrolyte membrane is used as the solid polymer electrolyte, the electrolyte contained in the polymer and the electrolyte contained in the pores may be different.

【0029】さらに、、負極材料たるリチウムまたはリ
チウムイオンを吸蔵放出可能な物質としては、Al、S
i、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合金、L
iFe、WO、MoO等の遷移金属酸化物、
グラファイトやカーボン等の炭素質材料、Li(Li
N)等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム箔、又
はこれらの混合物を用いてもよい。
Further, as a material capable of inserting and extracting lithium or lithium ion as a negative electrode material, Al, S
alloy of lithium with i, Pb, Sn, Zn, Cd, etc., L
transition metal oxides such as iFe 2 O 3 , WO 2 and MoO 2 ;
Carbonaceous materials such as graphite and carbon, Li 5 (Li
3 N) lithium nitride such or metal lithium foil, or it may be a mixture thereof.

【0030】なお、本発明による発電要素は、正極板及
び負極板を、いずれも薄いシートないし箔状に成形した
ものや、順に積層したもの又は渦巻き状に巻回したもの
のどちらであってもよい。
The power generating element according to the present invention may be any of a positive electrode plate and a negative electrode plate each formed into a thin sheet or foil, laminated one after another, or spirally wound. .

【0031】また、電池の形状としては、角型、円筒
型、長円筒型など、種々の形状を使用できる。また、電
池ケースの材質としては、金属箔と樹脂フィルムとを貼
り合わせたシート、鉄、またはアルミニウムのいずれで
あってもよい。
Further, as the shape of the battery, various shapes such as a square type, a cylindrical type, and a long cylindrical type can be used. In addition, the material of the battery case may be any of a sheet in which a metal foil and a resin film are bonded, iron, or aluminum.

【0032】[0032]

【実施例】以下本発明を好適な実施例に基づき詳述す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on preferred embodiments.

【0033】[実施例1]正極活物質として、Li
1.1Mn1.84Al0.06で表わされるリチ
ウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物と、LiNi
0.8Co0.15Al0.05で表わされるリチ
ウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物の
混合体を使用し、その混合比を変えた7種類の非水電解
質電池を作製した。
Example 1 As a positive electrode active material, Li was used.
1.1 Lithium-manganese-aluminum composite oxide represented by Mn 1.84 Al 0.06 O 4 and LiNi
Using a mixture of a lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide represented by 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , seven types of non-aqueous electrolyte batteries having different mixing ratios were produced.

【0034】正極板は、厚み0. 02mmのアルミ箔の
両面に、リチウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物
とリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸
化物とを混合した活物質82重量部と、導電剤であるグ
ラファイト10重量部および結着剤としてポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)8重量部とをペースト状に
して塗布、乾燥、圧延を施したものである。
The positive electrode plate was prepared by mixing 82 parts by weight of an active material obtained by mixing a lithium-manganese-aluminum composite oxide and a lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide on both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 0.02 mm; 10 parts by weight of graphite and 8 parts by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder were applied, dried, and rolled.

【0035】負極板は、厚み0. 01mmの銅箔の両面
に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料92重
量部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン8重量部を
混合し、ペースト状にして塗布、乾燥、圧延した後、負
極の端部にニッケル製の負極リードを超音波溶接にて取
り付けたものである。
The negative electrode plate was prepared by mixing 92 parts by weight of a carbon material capable of being doped with and dedoped with lithium and 8 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder on both sides of a 0.01 mm thick copper foil to form a paste. After coating, drying and rolling, a negative electrode lead made of nickel was attached to the end of the negative electrode by ultrasonic welding.

【0036】次に、正極板と負極板とを真空中にて12
0℃で10時間乾燥し、セパレータを介して渦巻き状に
巻回し、極板群とした。
Next, the positive electrode plate and the negative electrode plate are
After drying at 0 ° C. for 10 hours, the resultant was spirally wound through a separator to obtain an electrode plate group.

【0037】本発明の実施例1になる円筒形非水電解質
二次電池の構成例を図1に示す。図1において、1は負
極端子を兼ねる電池ケース、2は正極板、3は負極板、
4はセパレーター、5は正極リード、6は負極リード、
7は正極端子、8は安全弁、9はPTC素子、10はガ
スケット、11は絶縁板であり、正極板2とセパレータ
ー4と負極板3とは巻回されて極板群とし、電池ケース
1の内部に収納されている。
FIG. 1 shows a structural example of a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a battery case also serving as a negative electrode terminal, 2 is a positive electrode plate, 3 is a negative electrode plate,
4 is a separator, 5 is a positive electrode lead, 6 is a negative electrode lead,
Reference numeral 7 denotes a positive electrode terminal, 8 denotes a safety valve, 9 denotes a PTC element, 10 denotes a gasket, 11 denotes an insulating plate, and the positive electrode plate 2, the separator 4, and the negative electrode plate 3 are wound to form an electrode plate group. It is housed inside.

【0038】電解液は、エチレンカーボネートとジエチ
ルカーボネートとの混合溶媒の中に六フッ化リン酸リチ
ウムを1モル/lの割合で溶解したものを使用した。な
お、図1は円筒形有機電解質二次電池であるが、角形有
機電解質二次電池とした場合も本質的に類似の構成とな
る。
As the electrolytic solution, a solution prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate at a ratio of 1 mol / l in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. Although FIG. 1 shows a cylindrical organic electrolyte secondary battery, a rectangular organic electrolyte secondary battery has essentially the same configuration.

【0039】ここで作製した7種類の非水電解質電池
の、正極活物質の組成を表3にまとめた。
Table 3 summarizes the compositions of the positive electrode active materials of the seven types of nonaqueous electrolyte batteries produced here.

【0040】[0040]

【表3】 [Table 3]

【0041】ここで作製した7種類の電池を、室温下に
おいて、1時間率に相当する5Aで、端子電圧が4.1
Vに至るまで定電流充電を行った後、さらに定電圧充電
法にもとづき3時間充電を行った。つづいて1時間率に
相当する5Aの電流で、端子電圧が2.75Vにいたる
まで定電流放電を行った。この時の1時間率の放電にお
いて得られた初期放電容量と、放電容量をもとに計算し
た電池の体積エネルギー密度を求めた。
The seven types of batteries manufactured here were subjected to a terminal voltage of 4.1 at 5 A corresponding to an hour rate at room temperature.
After charging at a constant current up to V, the battery was further charged for 3 hours based on a constant voltage charging method. Subsequently, constant current discharge was performed at a current of 5 A corresponding to an hourly rate until the terminal voltage reached 2.75 V. At this time, the initial discharge capacity obtained in the one-hour rate discharge and the volume energy density of the battery calculated based on the discharge capacity were obtained.

【0042】つぎに7種類の電池を、室温下において、
1時間率に相当する5Aで、端子電圧が4.1Vに至る
まで定電流充電を行った後、さらに定電圧充電法にもと
づき3時間充電を行った。その後、電池中央部に直径1
mmのステンレス製の釘を貫通させ、その際の電池表面
温度と電池挙動を測定した。
Next, seven types of batteries were placed at room temperature.
After charging at a constant current of 5 A corresponding to an hour rate until the terminal voltage reached 4.1 V, charging was further performed for 3 hours based on the constant voltage charging method. After that, the diameter of 1
mm of stainless steel nail was penetrated, and the battery surface temperature and battery behavior at that time were measured.

【0043】さらに7種類の電池を、45℃下におい
て、1時間率に相当する5Aで、端子電圧が4.1Vに
至るまで定電流充電を行った後、さらに5Aの定電流
で、端子電圧が2.75Vにいたるまで定電流放電を行
った。この充電・放電を500サイクル繰り返し、電池
の放電容量を求めた。そして、各電池の初期放電容量に
対する500サイクル目の放電容量を容量保持率として
計算した。
Further, the seven types of batteries were charged at 45 ° C. at a constant current of 5 A corresponding to an hour rate until the terminal voltage reached 4.1 V, and then at a constant current of 5 A, the terminal voltage was further increased. Until the voltage reached 2.75 V. This charge / discharge was repeated 500 cycles, and the discharge capacity of the battery was determined. Then, the discharge capacity at the 500th cycle with respect to the initial discharge capacity of each battery was calculated as a capacity retention rate.

【0044】以上の測定で得られたデータを表4にまと
めた。
Table 4 summarizes the data obtained by the above measurements.

【0045】[0045]

【表4】 [Table 4]

【0046】表4より、7種類の電池の体積エネルギー
密度を比較すると、正極活物質中のリチウム・ニッケル
・コバルト・アルミニウム複合酸化物の含有比率が大き
いほど、エネルギー密度は高くなり、リチウム・マンガ
ン・アルミニウム複合酸化物の含有比率が大きいほどエ
ネルギー密度は低くなることが示された。
From Table 4, comparing the volume energy densities of the seven types of batteries, the greater the content of the lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide in the positive electrode active material, the higher the energy density and the higher the lithium-manganese content. -It was shown that the higher the content ratio of the aluminum composite oxide, the lower the energy density.

【0047】また安全性に関しては、正極活物質がリチ
ウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物の
みである電池7では、釘刺試験で電池が破裂、発火がみ
られたが、正極活物質中にリチウム・マンガン・アルミ
ニウム複合酸化物を10wt%以上含んだ電池1〜電池
6では、電池表面温度はかなり上昇したものの、電池の
発火は見られず、高い安全性が示された。
Regarding the safety, in the battery 7 in which the positive electrode active material is only lithium / nickel / cobalt / aluminum composite oxide, the battery ruptured and fired in the nail penetration test. In the batteries 1 to 6 containing 10 wt% or more of the lithium-manganese-aluminum composite oxide, although the battery surface temperature was considerably increased, the battery did not ignite, indicating high safety.

【0048】これは、熱安定性に優れるリチウム・マン
ガン・アルミニウム複合酸化物を正極活物質中に主体に
適用していることと、正極活物質の発熱開始温度がリチ
ウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物とリチウム・
ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物とで異な
り、瞬時の発熱が抑制されたためであると考えられる。
This is because the lithium-manganese-aluminum composite oxide having excellent thermal stability is mainly used in the positive electrode active material, and the heat generation start temperature of the positive electrode active material is lithium-manganese-aluminum composite oxide. And lithium
It is considered that this is because instantaneous heat generation was suppressed unlike the nickel-cobalt-aluminum composite oxide.

【0049】さらに、正極活物質にリチウム・マンガン
・アルミニウム複合酸化物を単独で適用した電池1の場
合よりも、リチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウ
ム複合酸化物を添加した電池2〜電池7の方が500サ
イクル後の容量保持率は高いことが示された。
Further, the batteries 2 to 7 to which the lithium / nickel / cobalt / aluminum composite oxide was added were better than the battery 1 in which the lithium / manganese / aluminum composite oxide was used alone as the positive electrode active material. The capacity retention after 500 cycles was shown to be high.

【0050】これは、リチウム・マンガン・アルミニウ
ム複合酸化物の混合比率少なくなるにつれて、正極から
溶出するマンガン量が減少し、負極の充放電特性がサイ
クル経過後も維持されたことが要因であるものと考えら
れる。
This is due to the fact that as the mixing ratio of the lithium-manganese-aluminum composite oxide decreases, the amount of manganese eluted from the positive electrode decreases, and the charge / discharge characteristics of the negative electrode are maintained even after a lapse of cycles. it is conceivable that.

【0051】[実施例2]正極活物質として、Li
1.1Mn1.88Al0.02で表わされるリチ
ウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物と、LiNi
0.8Co0.15Al0.05で表わされるリチ
ウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物の
混合体を使用し、その混合比を実施例1と同様に変えた
7種類の非水電解質電池を作製した。
Example 2 Lithium was used as the positive electrode active material.
1.1 Lithium-manganese-aluminum composite oxide represented by Mn 1.88 Al 0.02 O 4 and LiNi
Seven types of non-aqueous solutions using a mixture of lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide represented by 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 and changing the mixing ratio in the same manner as in Example 1. An electrolyte battery was manufactured.

【0052】その結果、実施例1と類似の結果が得ら
れ、本発明になる正極活物質を使用した電池は、エネル
ギー密度が高く、安全性に優れ、しかも充放電サイクル
特性に優れていることが示された。
As a result, a result similar to that of Example 1 was obtained. The battery using the positive electrode active material according to the present invention had high energy density, excellent safety, and excellent charge-discharge cycle characteristics. It has been shown.

【0053】[実施例3]正極活物質として、Li
1.1Mn1.84Al0.06で表わされるリチ
ウム・マンガン・アルミニウム複合酸化物と、LiNi
0.5Co0.45Al0.05で表わされるリチ
ウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物の
混合体を使用し、その混合比を実施例1と同様に変えた
7種類の非水電解質電池を作製した。
Example 3 Lithium was used as the positive electrode active material.
1.1 Lithium-manganese-aluminum composite oxide represented by Mn 1.84 Al 0.06 O 4 and LiNi
Seven kinds of non-aqueous liquids using a mixture of lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide represented by 0.5 Co 0.45 Al 0.05 O 2 and changing the mixing ratio in the same manner as in Example 1. An electrolyte battery was manufactured.

【0054】その結果、実施例1と類似の結果が得ら
れ、本発明になる正極活物質を使用した電池は、エネル
ギー密度が高く、安全性に優れ、しかも充放電サイクル
特性に優れていることが示された。
As a result, a result similar to that of Example 1 was obtained. The battery using the positive electrode active material according to the present invention had high energy density, excellent safety, and excellent charge-discharge cycle characteristics. It has been shown.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、正極活物質として、エ
ネルギー密度はやや小さいが、熱安定性に優れるリチウ
ム・マンガン・アルミニウム複合酸化物と、高エネルギ
ー密度のリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム
複合酸化物との混合体を使用することで、電池の異常時
に伴う発熱量が小さく、安全性が高く、しかも高容量化
が達成でき、かつリチウム・マンガン・アルミニウム複
合酸化物の正極活物質中に占める割合を減少させること
により正極からのマンガンの溶出量を低減し、高温時に
おける充放電サイクル寿命特性にも優れた電池が得られ
るものである。
According to the present invention, as a positive electrode active material, a lithium-manganese-aluminum composite oxide having a slightly lower energy density but excellent thermal stability and a lithium-nickel-cobalt-aluminum composite having a high energy density are used. By using a mixture with an oxide, the calorific value associated with battery abnormalities is small, safety is high, high capacity can be achieved, and the lithium-manganese-aluminum composite oxide cathode active material contains By reducing the proportion of manganese, the amount of manganese eluted from the positive electrode is reduced, and a battery having excellent charge / discharge cycle life characteristics at high temperatures can be obtained.

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

【図1】実施例1の円筒形非水電解質二次電池の構成例
を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電池ケース 2 正極板 3 負極板 4 セパレータ 5 正極リード 6 負極リード 7 正極端子 8 安全弁 9 PTC素子 10 ガスケット 11 絶縁板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery case 2 Positive electrode plate 3 Negative electrode plate 4 Separator 5 Positive electrode lead 6 Negative electrode lead 7 Positive electrode terminal 8 Safety valve 9 PTC element 10 Gasket 11 Insulating plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志築 隆弘 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 1番地 日本電池株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ05 AJ12 AK03 AL01 AL02 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 HJ01 HJ02 5H050 AA07 AA08 AA15 BA17 CA07 CA29 CB02 CB08 CB09 CB12 CB25 DA07 DA08 DA10 DA11 EA09 EA24 HA01 HA02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takahiro Shizuki 1 No. 1 Nishinosho Inono Babacho, Kichijoin, Minami-ku, Kyoto-shi, Japan F-term (reference) 5H029 AJ03 AJ05 AJ12 AK03 AL01 AL02 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 HJ01 HJ02 5H050 AA07 AA08 AA15 BA17 CA07 CA29 CB02 CB08 CB09 CB12 CB25 DA07 DA08 DA10 DA11 EA09 EA24 HA01 HA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極がLiMn3−x−yAl
(但し、1.2≧x≧1.0、0.1≧y≧0.01)
で表わされるリチウム・マンガン・アルミニウム複合酸
化物とLiNiCo1−Z−wAl(但し、
1.0>z≧0.5、0.1≧w≧0.01)で表わさ
れるリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合
酸化物の混合体を含むことを特徴とする非水電解質二次
電池。
1. A positive electrode Li x Mn 3-x-y Al y O 4
(However, 1.2 ≧ x ≧ 1.0, 0.1 ≧ y ≧ 0.01)
In lithium-manganese-aluminum composite oxide represented as LiNi z Co 1-Z-w Al w O 2 ( where,
1.0> z ≧ 0.5, 0.1 ≧ w ≧ 0.01). A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a mixture of lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxides represented by the following formula:
【請求項2】 リチウム・マンガン・アルミニウム複合
酸化物とリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム
複合酸化物の合計に対するリチウム・マンガン・アルミ
ニウム複合酸化物の含有量が10〜80重量%であるこ
とを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
2. The lithium-manganese-aluminum composite oxide has a content of 10 to 80% by weight based on the total of the lithium-manganese-aluminum composite oxide and the lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005183384A (en) * 2003-12-23 2005-07-07 Saft (Soc Accumulateurs Fixes Traction) Sa Electrochemical active material for positive electrode of lithium rechargeable electrochemical cell
US8663846B2 (en) 2005-02-15 2014-03-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Cathode active material, method of preparing the same, and cathode and lithium battery containing the material

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